[00314020]广西百万亩糖料蔗高效节水灌溉关键技术创新集成与应用

课题来源与背景：广西糖料蔗种植面积1650万亩，占全国的60%以上，是全国蔗糖种植业的核心区域，但广西糖料蔗主要种植在山丘坡地上，90%以上蔗区无灌溉水利设施，糖料蔗种植基本处于靠天吃饭、广种薄收的状态，这种传统雨养种植模式的亩均产量低且不稳定，单位产量生产成本高，糖业发展受到国际市场严重冲击。为稳定糖料蔗生产并降低生产成本，提升广西蔗糖产业的国际竞争力，保障国内食糖安全，2013年7月9日，自治区人民政府印发《关于促进我区糖业可持续发展的意见》（桂政发[2013]36号），计划到2020年建成500万亩以“经营规模化、种植良种化、生产机械化、水利现代化”为目标的优质高产高糖糖料蔗基地，其中水利现代化主要是推进糖料蔗区高效节水灌溉。为解决山丘坡地糖料蔗区应用高效节水灌溉的技术难题，支撑“双高”糖料蔗基地水利化建设和其他糖料蔗区灌溉设施建设，广西水利科学研究院、桂林市农田灌溉试验中心站、中国水利水电科学研究院等单位以《广西百万亩糖料蔗高效节水灌溉关键技术集成与示范》为题联合申报广西科技成果转化与推广计划，并获自治区科学技术厅批准立项，项目合同编号：桂科转14125004-4。技术原理及性能指标：技术原理：该项目结合广西糖料蔗主产区各地土壤、降雨、日照等条件，以及“双高”糖料蔗基地水利化的建设需求，系统研究在高效节水灌溉条件下糖料蔗需水规律、山丘坡地灌水均匀性、用水成本和灌溉管理等难题，项目的技术原理主要包括四个方面：应用坑测法，测定各主产区糖料蔗苗期、分蘖期、伸长期、成熟期等生育期的需水量及棵间蒸发量、叶面蒸腾量和土壤湿润层深度等相关参数，分析确定糖料蔗生育期需水规律和作物系数Kc值、日均需水强度；结合各主产区气候条件，通过大田试验区试验测试，确定糖料蔗在高效节水灌溉条件下不同典型年各生育期的补充灌溉强度和灌水周期；通过大田比对试验，分析提出高产高糖优化灌溉制度；应用计算机技术，开发高效节水灌溉自控系统及相关设备；通过这一系列试验研究，解决糖料蔗高效节水灌溉管理技术问题，为蔗区高效节水灌溉科学管理提供依据，为蔗区工程建设提供需求信息。应用室内土工试验，测定各主产区典型土壤特性参数；通过不同大田试验区的典型测试，分析测定在高效节水灌溉不同灌溉方式下土壤水分运移规律，分别确定其适宜的灌水强度、灌水量等参数；通过典型测试，确定山丘坡地满足灌水均匀性要求的适宜的滴灌、喷灌管网布控技术，并研发相关配套技术设备和设施；应用计算机辅助设计技术，开发滴灌工程设计软件；通过这一系列试验研究，解决在山丘坡地建设高效节水灌溉的灌水均匀性等技术问题，为山丘坡地蔗区大规模应用高效节水灌溉提供技术支撑。为充分利用蔗区降雨，通过典型测试，确定各类蔗区集雨能力和集流效率；为降低提水成本，充分利用蔗区光热资源，通过典型测试，确定各地蔗区太阳能辐射量、发电量及与提水量的耦合关系；两者结合，研发山丘区集雨太阳能光伏提水灌溉系统（雨能利用灌溉系统）；通过这一研究，为解决山丘坡地采用高效节水灌溉用水成本高的问题提供了新的途径。基于生态系统服务功能理论和广西糖料蔗区特征，建立糖料蔗高效节水灌溉生态环境效益综合评价指标体系，通过现场系统监测和分析，提出糖料蔗不同灌溉方式的综合生态效益，为糖料蔗区正确选择灌溉方式并促进蔗区生态环境效益的改善提供科学依据。性能指标：项目针对广西糖料蔗产业发展和生产基地水利化建设的迫切需求，系统研究了坡耕地糖料蔗需水规律、适宜的节水灌溉技术模式、糖厂再生水灌溉再利用、高效节水灌溉技术应用的生态效应、适宜的高效节水灌溉技术集成模式等技术难题，确定了糖料蔗在高效节水灌溉下的需水量、灌溉制度及灌溉管理模式，提出了糖料蔗适宜的节水灌溉技术模式和建设标准，研制开发了相应的灌溉设备、设计软件和运行控制系统，集成了山丘区糖料蔗高效节水灌溉技术模式；制定了4项广西地方标准，研发节水灌溉设备、设施及相应的设计、控制软件10项，研究成果在生产中得到了大面积的示范应用，取得了显著的经济与社会效益，对推动中国糖料蔗产业发展提供了重要的技术支撑。经各地农业、糖业、科技、统计等部门和相关单位的专家联合抽样测产，在其他条件相同情况下，应用高效节水灌溉与传统雨养种植模式相比，综合亩均增产2.34吨/亩，按2015年每吨收购价440元计算，每亩增收1030元；与传统渠灌（沟灌）相比，高效节水灌溉用水量减少了30%～50%，灌溉水利用率均提50%以上。技术的创造性与先进性：技术的创造性：利用各测试参数，总结提出了各主产区糖料蔗需水量等值线图和“润、湿、透、干”高产高糖优化灌溉制度，起草了《糖料蔗灌溉定额及灌溉技术规程》广西地方标准，构建了“自动化控制、互联网＋云计算平台和水肥一体化施用”的智能化灌溉控制系统，可满足糖料蔗高效节水灌溉工程运行管理需要。利用各测试参数，总结提出了山丘坡地满足灌水均匀性要求的、符合全程机械化和“宽窄行”种植要求的管网布控技术措施和主要技术参数，并研发出多项配套技术设备和设施，起草了《糖料蔗高效节水灌溉工程设计导则》广西地方标准，开发出滴灌工程设计软件应用于不同高效节水灌溉工程规划设计，可满足糖料蔗高效节水灌溉工程规划建设需要。通过典型测试，总结提出了“集雨山塘+太阳能光伏提水+高位水池调蓄+灌溉系统”的雨能利用技术模式，自主研发了一种山丘区集雨太阳能光伏提水灌溉系统（雨能利用灌溉系统）应用于有应用条件的蔗区，可解决山丘坡地采用高效节水灌溉用水成本高的问题。通过典型测试，总结构建了糖料蔗高效节水灌溉的生态环境效应综合评价方法与指标体系，以及不同灌溉方式下蔗田微观环境效应分析方法，为糖料蔗高效节水灌溉技术大面积推广应用的环境效应分析提供了科学方法。技术的先进性：利用研究成果起草的《糖料蔗高效节水灌溉工程设计导则》、《糖料蔗灌溉定额及灌溉技术规程》等广西地方标准已由自治区质量技术监督局批准发布实施；申报的8项专利中，有6项为发明专利、2项为实用新型专利，已有2项获发明专利证书、2项获实用新型专利证书，另4项发明专利已通过实质审查。技术的成熟程度，适用范围和安全性：研究成果经过大面积试验示范和推广应用，其增产效益非常显著，利用研究成果起草的《糖料蔗高效节水灌溉工程设计导则》、《糖料蔗灌溉定额及灌溉技术规程》等广西地方标准已由自治区质量技术监督局批准发布实施，技术成熟，可直接应用于“双高”糖料蔗基地水利化建设，可在推广高效节水灌溉的糖料蔗区推广应用，技术安全性有保障。应用情况及存在的问题：项目研究成果已在江州、扶绥、兴宾、武鸣等32个县（市、区）糖料蔗主产区得到广泛应用，累计推广实施高效节水灌溉面积113.49万亩，其与传统雨养种植模式相比，综合亩均增产达2.34吨，取得了巨大的经济、社会和生态环境效益，对广西其他种植业发展也具有较强的辐射带动作用，对广西周边地区的云南、广东、海南等省糖料蔗区也有进一步推广价值。存在的问题是，对研究周期较短的糖厂再生水灌溉生态影响研究成果需进一步进行更长期监测验证，部分创新技术仍需进一步加大推广力度，以造福糖料蔗区群众和种植经营主体。历年获奖情况：利用项目研究成果，桂林市农田灌溉试验中心站李新建教授级高级工程师申报获得“国际灌溉排水委员会2015年度节水技术奖”。