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农业主要投入品节约技术

一、概述
  (一)定义
  农业主要投入品节约技术指在农业生产过程中，通过降低投入、提高利用率等措施实现理想农业产出的技术总称，主要包括节水、节肥、节药等环节。
    1．降低投入  在保证理想农业产出条件下，通过降低农业投入品的投入量，实现农业投入品制造能源的节约。如通过降低化肥、农药、灌溉水的投入，降低化肥与农药制造和灌溉提水过程的能耗。
    2．提高利用率  通过提高化肥、农药、水资源的利用率，在实现相同农业生产目标的同时，降低投入量，进而达到节约能源的目的。
  (二)分类
    1。节水技术  节水技术是指在维持目标产出的前提下农业节约和高效用水技术，其根本是在水资源有限的条件下实现农业生产的效益最大化，本质是提高农业单位用水量的经济产出，达到节能增效目的。
    节水技术包括工程节水、农艺节水和管理节水等。
    进入农业生产过程的水，从水源到形成经济产出，在降水、地下水、地表水、土壤水、植物水转换中有三个环节：
   第一，降水或灌溉水转化为土壤水。第二，土壤水转化为生物水。第三，通过作物生理生化过程形成经济产量。因此，农业用水是否节约和高效不仅受到水循环本身的影响，也受到整个系统中土壤条件、养分条件、农业生物条件等的综合影响，是一项复杂的系统工程。
    节约和高效用水的基本环节有三个：一是减少降水、渠系输水、田间灌溉过程中的深层渗漏和地表流失量(包括渠系退水量和田间排水量)，提高输水效率，降低输配水过程消耗。
   二是减少田间和输水过程中的蒸发蒸腾量。三是提高灌溉水和降水的水分利用效率，减少农田水分奢侈消耗而获取更高的产量和效益。
    节水技术与土壤、肥料、作物品种、耕作、栽培、植保、农业设施等各项措施是密切联系和不可分割的，因而农业节水技术具有综合的特征。工程节水技术包括：降水蓄积和水库(地上、土壤和地下水库)建造技术；减少输水系统水分损失的工程技术；节水灌溉技术等。农艺节水技术包括：适水种植技术；抗旱育种技术；节水灌溉技术；农田保墒技术；培肥地力、水肥耦合技术；化学抗旱节水技术等。管理节水技术包括：水资源合理开发和优化配置技术；地表水、地下水联合运用技术；劣质水开发利用技术；墒情监测与控制灌溉技术；产权与水价管理等。

    2．节肥技术  节肥技术是指从肥料配方制定、施肥量计算、减少肥料损失、有机肥替代等各个环节和层面综合考虑减少化肥的施用量而不减产的技术。

    从植物营养和养分循环看，节肥技术包括以下方面：
    (1)测土配方技术(平衡施肥技术)。以土壤测试和肥料田间试验为基础，根据作物对土壤养分的需求规律、土壤养分的供应能力和肥料效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素肥料的施用量、施用时期和施用方法等施肥技术体系。
    (2)缓控释肥技术。通过物理、化学和生物的方法，采取新材料、新工艺设备生产的具有缓释功能的一类肥料。该类肥料养分释放速率与作物需肥规律基本吻合，从而提高肥料资源利用率，增强土壤的缓冲性和作物抗逆性。
    (3)有机肥替代技术。通过增施有机肥提供土壤和作物必需的养分，从而达到利用有机肥减少化肥投入的目的。

    3．节药技术  节药技术是指在不降低病虫害防治效果的前提下，采取提高农药利用率、增强药效等方式降低化学农药用量的技术。节药技术在降低农药合成能源消耗的同时，也降低了农药残留量，从而防止农业环境污染和提高农产品品质，具有节能减排降污的多重功效。

    从病虫害防治和农药使用过程看，节药技术有以下几个方面：
    (1)降低农药用量技术。根据病虫害发生规律，以及对虫情和防治条件(天气气候等)的准确预报，确定合理用药量和防治时间，减少农药用量。如种子包衣剂技术等。
    (2)机械节药技术。采用先进的农药施用机械进行精准喷雾作业，避免施药过程中的“跑、冒、滴、漏”现象，提高农药利用率，减少农药用量。如低量静电喷雾机、自动对靶喷雾机、防飘喷雾机、循环喷雾机等。
    (3)化学农药替代技术。主要有：物理防治技术——利用器械或其他各种物理方法捕杀、防避或消除病虫害。生物防治技术——利用生物或它的代谢产物来控制有害动、植物种群或减轻其危害程度；采用低毒高效农药替代剧毒和高残留农药；选用优良抗病虫品种，合理密植，科学施肥，实行轮作和间作套种等农业措施防治作物病虫害。
  (三)应用成效
    1．经济效益  目前，全国农业年灌溉用水量3 500亿立方米左右，利用率仅为45％；2006年化肥使用量(折纯量)达4 700万吨，利用率仅为35％左右；农药使用量140多万吨，利用率仅为30％左右。
    根据有关科学研究结果，在目前的技术水平下大力推广普及节水、节肥、节药技术，在不降低农业总产出的条件下，全国可以节约农业用水850亿立方米(其中节约灌溉用水350亿立方米，替代灌溉用水500亿立方米)，化肥900万吨，农药14万吨，柴油290万吨。如果按照现行的价格计算，节约农业投入近2 000亿元，相当于农民增加收入2 000亿元。
    2．生态效益  目前我国化月巴、农药等在生产和运输过程中消耗能源，在使用中利用率较低，又造成环境污染。推广普及节水、节肥、节药技术，发展资源循环利用技术，使农业废弃物资源的利用率提高20个百分点，则可以削减N、P排放40％～50％，有效降低农业污染负荷，提高农产品质量，改善农业生态环境。
  (四)我国技术研发现状
    1．节水技术  近20年来，特别是在“十五”期间，我国在农业节水基础理论研究、应用技术研究、产品与材料研发、节水农业技术体系建设等方面取得了较大进展。
    在节水基础理论方面，较为系统地揭示了土壤一植物一大气连续体水分、养分迁移规律，特别是在农田水分转化规律、根冠信息传递与信号振荡、根系分形、水分养分传输动态模拟及可视化、作物需水规律与计算模型及抗旱节水机理等方面取得重大进展，为节水农业技术研发提供了有力的理论支持。
    在节水技术方面，取得了水资源合理开发利用技术、高效输配水技术、田间节水灌溉技术、灌溉用水管理技术、农田高效用水技术、保水保肥的农田耕作制度、节水抗旱作物栽培管理技术、作物抗旱特性改善与利用技术等一系列科技成果，并在农业生产中加以组合应用，初步建立了节水农业技术体系，产生了明显的节水增产效益。
    在节水产品和材料方面，取得的一批科技成果已完成产业化开发，批量生产了行走式局部施灌机、旱地蓄水保墒耕作机具、轻小型喷灌机组、喷微灌设备、波涌灌溉设备、农田量水设备、输水专用管材和管件、防渗材料、抗旱节水生化制剂、液体薄膜、节水农机具等，为节水农业技术规模化应用提供了技术支撑。
    2．节肥技术  测土配方施肥技术目前在批量测试、测试标准化、流程化、通用浸提剂等方面取得了明显进展。如中国农业科学院土壤肥料测试中心开发的批量土壤快速测试系列仪器。近年来，测土配方施肥项目的实施，在精准化施肥方面迈出了可喜的一步，极大地促进了节肥技术的研发与推广。
    缓释肥技术开发也比较快，重点在缓控释氮肥方面，如包膜尿素、包膜材料方面。早在20世纪60年代末，为了解决碳酸氢铵挥发问题，我国即开始了缓释氮肥(俗称长效氮肥)的研究，开发了缓释碳铵和缓释尿素，并对其释放特性、供氮过程以及生物学效应进行了系统研究，其氮素利用率高于日本的硫衣尿素(SCU)和异丁叉二脲(1BDU)。北京市农林科学院和华南农业大学在包膜材料方面已经进行了中试，中国科学院沈阳应用生态研究所推出了添加脲酶抑制剂的缓释尿素、添加硝化抑制剂的缓释碳铵等缓释氮肥，已经实现了工业化规模生产。
    近年来一些高新技术也应用于节肥技术的实践中，如中国农业科学院土壤肥料研究所将现代3S技术、全互动技术、移动计算技术、数字土壤技术、海量空间数据技术与传统施肥推荐技术融为一体的“施肥通”，使用简便，完成一个推荐仅需几分钟，可以对作物14种大中微量元素养分需求总量进行推荐，对各种作物，特别是多年生的果树、花卉、药材进行基肥和分次追肥推荐。
    3．节药技术  2005年我国农药首次突破百万吨生产大关，成为世界农药生产第一大国，2005年全国农药总产值实现642亿元。我国每年有超过100万吨的农药制剂施用到田间，若以实际喷洒在目标靶区上的农药计算，我国喷施农药的有效利用率为30％左右；杀虫剂田间喷施后真正达到害虫体的药量不到施药量的1％，即99％以上的农药不仅没有发挥杀虫作用，而且变成了污染源。节药技术研究主要集中在高效节药型施药器械、农药制剂、喷雾助剂和施药技术、农药替代技术等。
    (1)高效节药型施药器械。我国的主流喷雾器是背负式喷雾喷粉机系列，其雾粒谱一般在30～150微米范围，平均直径90～120微米。弥雾机的雾滴直径为100微米，雾滴由高速气流载送，穿透能力强，附着性和覆盖均匀性都比较好。如果喷洒半浓缩农药，每公顷用药量仅为30—60升，可以大大节约农药和用水。超低容量喷雾器(机)是利用高速转盘(8 000转／分)把药液从齿盘甩出，在雾滴与空气撞击下成为细雾。雾液直径仅15～75微米。如果使用半浓缩药剂，每公顷用量仅为5升，雾滴附着性和覆盖均匀性优于其他喷雾机(器)。静电喷雾机是在药液进入高速旋转齿盘前，利用高压直流电，对药液充电，使经齿盘甩出的雾滴带有电荷，让其在植株的电场作用下飞向防治目标，可以减少药液飘移损失。带电荷的雾滴覆盖性更均匀，不但植株的叶子正面覆盖有雾滴，叶子反面也覆盖有雾滴，这是国内目前较为理想的一种精准施药喷雾机(器)。目前刚刚研究成功，尚未在农业领域大面积推广。
    (2)农药制剂。我国2003年乳油制剂约占我国农药制剂总数的4l％，乳油、可湿性粉剂、粉剂和颗粒剂4种剂型的制剂约占75％，乳油等老剂型占有主导地位。由于加工工艺落后，国产农药助剂种类及品种较少，直接影响了现有剂型的加工质量，我国农药制剂考虑的主要是产品稳定性能，对湿润、展着、渗透性能考虑不多。近年农药剂型正朝着水性、粒状、缓释、功能化、省力化的方向发展。一些高效、安全、经济的剂型，如以水基代替油基的微乳剂、水乳剂，无粉尘飘移的水分散粒剂、水分散片剂、干悬浮剂等和环境相容的新剂型正在兴起。如3％的中生菌素可溶性粉剂、拟除虫菊酯类农药水乳剂、新型微胶囊制剂等，以及纳米微囊农药可加工成水溶性片剂、粉剂、膏剂、水剂，将是未来优秀的农药新剂型。
    (3)农药增效技术。喷雾助剂(农药增效剂)通过改善农药对靶标的附着率可以提高药效和农药有效利用率，减少农药使用量，同时可以减少由于风、雨造成植株叶片上的药剂流失，降低农药对土壤、大气和水的污染，达到控制污染的作用。我国农药喷雾助剂的研究很少，生产应用也不多。
    (4)农药替代技术。我国生物农药研发的品种和产量不断增加，苏云金杆菌已经产业化，白僵菌防治玉米螟、松毛虫等害虫面积达数千万亩，利用座壳孢菌防治温室白粉虱，对白粉虱若虫的寄生率可达80％以上。微生物杀线剂、真菌杀菌剂等也都相继研究成功。利用害虫趋光的黑光灯可有效防治玉米螟。新型的YH—lA型太阳能杀虫灯，用特制的纳米杀虫灯泡，可以防治甜菜夜蛾、甘蓝夜蛾、斜纹夜蛾、小菜蛾、食心虫、玉米螟、蝼蛄、金龟子等，但对天敌昆虫的击杀率极低，可以最大限度地保护天敌。利用蚜虫、白粉虱等对黄色具有强烈趋性，可设置黄板诱杀成虫。作物通过问作、套种或混种等形式，可以控制或减轻某些病虫害的发生。玉米与辣(青)椒间作，可以使辣椒日灼病和病毒病比单作田减少72％。
    (五)国外发展情况
    1．发展现状
    (1)节水技术。世界节水农业发达国家在生产实践中，始终把减少田间和输水过程中蒸发量的“资源型”节水和降低作物耗水系数的“效益型”节水作为重点，并十分重视节水技术的标准化、产业化和劣质水资源利用，在灌溉节水、农艺节水、生物节水、管理节水、水资源开发等技术领域取得了领先的优势，代表了现代节水农业发展的方向。
    ①灌溉节水技术。喷、微灌技术是目前最先进的节水技术，微喷头、滴头、微灌带、过滤器、施肥器等组成系统实现节水灌溉。以色列在微灌产品开发利用上走在了世界的前列，在防堵性能、出水均匀度方面均属一流水平，而且还研制出多种灌溉施肥设备和专用肥料，使肥料和水可以同步精确施人，增产效果明显，节省大量化肥，减轻污染。低水头滴灌管(带)的优点不仅在于节能，输配水管路的材质和造价也将大大降低，减少了整个工程的造价，具有高效、节水、节能的特点。美国、以色列、澳大利亚等节水农业发达国家已经大面积采用沟灌、波涌灌等先进的地面灌溉技术，激光平地技术的应用和大流量供水技术相结合，使漫灌技术得到改进。这些改进的地面灌溉技术不仅使灌溉水利用率达到60％左右，而且成本低，适用范围广，效益显著。
    ②农艺节水技术。雨水利用越来越受到世界各国的重视。以色列的雨水利用包括集雨种草植树，水库蓄水和调节沿海地区的地下水位，田间集雨坑或径流面蓄积雨水就地利用。国外的保护性耕作技术、覆盖技术得到广泛应用，有效地降低了田间无效蒸发，提高了水的有效性。法国、美国、日本、英国等在高吸水树脂(也称为保水剂、吸水剂)等方面开发了系列产品，并在经济作物上广泛使用。法国、美国等将聚丙烯酰胺(PAM)利用喷灌、渠灌、喷施等方式施用在土壤表面，用以抑制水分蒸发、防止水土流失、改善土壤结构，可节约灌溉用水30％～50％。
    ③生物节水技术。发达国家先后选育出了一系列抗旱、节水、优质的农作物品种，如澳大利亚和以色列的小麦品种、以色列和美国的棉花品种、加拿大的牧草品种、以色列和西班牙的水果品种、巴西陆稻等。20世纪80年代初期，美国率先提出一种旱地补充灌溉方式，确立了在不同降水条件下有限水量的最优灌溉方案，即非充分灌溉和调亏灌溉制度，充分发挥作物本身对于缺水的忍受潜力和复水后超额补偿的增产潜力。澳大利亚的粮草轮作制度(小麦一养羊农作制)实施豆科牧草与作物轮作，避免了有机质下降，从而保持土壤基础肥力，提高土壤蓄水保墒能力。
    ④管理节水技术。是指按流域对地表水、地下水进行统一规划和管理，最大限度地满足作物对水分的需求，实现区域效益最佳的农田水分调控管理技术。它包括土壤墒情监测与灌溉预报、节水高效灌溉制度制定、输配水与灌溉水量测与调控、高效用水投入机制与政策法规及管理服务体系建立等方面，目前在国外已经成为重要的节水技术措施。
    ⑤水资源开发技术。将劣质水(主要是城镇生活污水和微咸水)资源化后用于农(林)业灌溉，已成为减轻环境污染、开源节流、缓解水资源供需矛盾的一种有效方法。美国2000年的城市污水再利用量为60多亿立方米。以色列制定了“国家污水再利用工程”计划，开始大规模利用污水，利用率已高达70％以上，居世界首位。其中1／3用于灌溉，约占其总灌溉水量的1／5。利用微咸水对作物实施灌溉的方法在一些国家已取得较好的结果。在作物对盐分的非敏感期内利用微咸水灌溉，在作物对盐分的敏感期内则采用淡水灌溉。
    (2)节肥技术。美国等发达国家农业大多采用大农场模式，机械化程度高，精准农业发展较早。近年来随着环保呼声日益高涨，节肥技术应用普遍，开发了一些高技术产品，如机载GPS变量施肥机，能进行科学变量施肥，节约化肥的施用。
    从20世纪90年代开始，许多科学家都在努力开发能够准确判断不同田间条件下推荐施肥量的方法，一些新技术和新方法不断开发出来，如在美国玉米带上应用的PSNT技术、玉米收获后茎秆硝酸盐测试技术、遥感技术对作物生长状况和土壤性质的监测、田间产量图和土壤电导率测定等。
    此外，一些简便易行的技术得到了广泛应用，这些技术的主要优点是很少或基本不增加农民的费用。20世纪60年代推出的农田养分收支平衡记录单模型法，经过科研部门的不断摸索、改进，目前在欧盟国家已经成为农户进行农田养分管理的一项实用技术被广泛采用。这一技术简单易行便于操作，不用进行化学测试，成本低廉，可有效提高肥料利用率，降低养分过剩对环境的不良影响。
    自20世纪80年代以来，农用化学品用量较高的欧盟国家氮肥、磷肥用量分别下降了大约30％和50％。曾经一度十分严重的地下水硝酸盐污染有所缓解，湖泊和近海域水体富营养化也得到一定程度改善。
    2．发展趋势
    (1)节水技术。实现降水就地集蓄、土壤水分保持和作物高效利用的手段和措施，是缺水条件下各国节水技术进步的主题。如美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等地多人少的国家致力于研究以机械化耕作、化学除草为主的蓄水保墒技术以及减少风蚀和水蚀的覆盖保墒技术(如秸秆覆盖、覆盖作物等)。对降水转化及其调控机理的研究，将为科学调控旱地降水转化、提高降水利用率提供理论支撑。
    以抗旱节水农作物品种为中心，围绕作物自身节水抗旱遗传潜力、作物节水抗旱生理生态调控机制和区域节水效益最大化等特性，最大限度地减少了作物对水分的消耗，提高田间单方水的作物产出效率和效益，是国外节水技术的核心内容之一。挖掘作物高效用水的潜力，即减少奢侈水分消耗、提高水分生产力，具有广阔的应用前景。
    节水灌溉呈现标准化、自动化、系列化和综合化趋势。输水系统管网化和施工手段机械化，用水管理手段现代化与自动化，节水灌溉设备产品的标准化、系列化、通用化，节水灌溉技术与农艺节水技术相结合，是发达国家发展节水灌溉的基本思路和手段。
    发展节水农业和保护环境有机结合，保证水土等资源的可持续利用，是世界各国节水技术研究的一个重点方向。发达国家不仅研究适水种植制度，还十分重视环境保护、资源承载力与持续性利用技术的研究，以确定适度的水土资源开发潜力。
    节水管理正向定量化、精细化方向发展。随着作物生长模型和农田生态系统水分、养分动力学模型的不断完善，发达国家将二者结合起来，建立了适合农田水分、养分资源管理的决策支持系统，如美国的DASSAT系统、澳大利亚的APSIM系统、英国的DES—SAC系统以及荷兰的SWANS系统，可对农业生产单元和整个系统进行模拟、预测、优化和决策，使节水管理趋于准确、精细。
    (2)节肥技术。智能化和信息化是欧美现代氮肥推荐的发展趋势，氮肥推荐越来越偏重依据作物生长状况的植株营养诊断结果来进行。除了常用的SPAD叶绿素仪、植株硝酸盐诊断、植株全氮分析等手段以外，光学和遥感技术被越来越多地应用到植株营养诊断。用植株对可见光和近红外的反射光谱参数NIR、NDVI来表征作物冠层氮素营养状况的研究报道越来越多。
    除了地面、低空遥感技术外，覆盖更大面积的卫星遥感技术、成像光谱技术也在迅速发展，原位土壤养分分析技术、非破坏性的植物营养状况监测技术发展也很迅速，这些新技术的应用，使化肥节约技术朝着信息化方向发展。这些新技术的研究，必须与传统的技术相衔接，对已有的测试指标和体系进行完善。此外，在确定施肥量时要更多地考虑施肥的环境风险。
    (3)节药技术。国外的配方助剂和喷雾助剂的研究深入，应用广泛，大大提高了化学农药的利用率。在农药制造和使用中，喷雾助剂与配方助剂一样重要，两者的功能不可互相替代。喷雾助剂作用于药剂稀释，在农药喷施时使药液大幅降低表面张力，强化其润湿性，改善药液沉降物的均匀性、黏着性与耐气候性，增强药物的渗透性和输导性，使药液雾滴在接触目标的瞬间即与目标亲和黏着，在目标靶区内快速扩散铺展形成完全覆盖的药膜层，增加药液在目标靶区内的沉积量和沉积时间，且抗雨水冲刷，从而大幅减少药液用量，提高农药的有效利用率。与农药现配现用，单位施药面积的药液用量可比常规药液用量减少一半以上，既节约用水，又节省劳力。此外，这些助剂还可以帮助农药有效成分渗透植物和害虫表面，使药效得以充分发挥。
    节药型植保机械化技术通过提高雾化程度、药液黏覆能力等施药机具，达到高效、精准、低剂量使用化学农药，减少化学农药的使用量。
    3．对我国的启示  国外农业投入品节约技术发展的现状和趋势，尤其是节水、节肥和节药技术研发和应用，对我国具有重要的借鉴价值。结合我国农业生产的实际状况、特点(农户规模小、地块零散、产业化程度低等)以及农民受教育程度的差异，对我国的主要启示是：
    (1)确立以提高效率为核心的战略。节水、节肥、节药等农业节能技术研发与推广应用都要以提高农业生产效益为核心，充分调动发挥农业节能的内在驱动力。农业节能减排降污归结起来是资源环境问题，环境问题归根到底还是发展问题。在我国当前的社会经济发展阶段，只有在节能的同时降低农业生产成本或提高农业生产效益，农业节能技术才能发挥作用。这就要求节水、节肥、节药等农业节能技术的核心是提高资源和能源的利用率和利用效率，降低农民使用技术的成本，通过激励(如补贴)机制促进农业节能减排降耗。
    (2)加速农业节能技术的研发，建立适合国情的技术应用体系。与我国国情相适应，我国农业节能技术丰富多样，但普遍存在技术标准不一、操作方法复杂、技术效果不稳定等缺陷，其原因在于技术研发水平不高和应用体系不健全。因此，要重点加强简单、实用、有效和标准化的农业节水、节肥、节药技术的研究与开发，尤其是要将节水、节肥、节药等技术环节作为一个系统进行集成配套。同时，要建立水、肥、药、械相协调的技术应用体系，改变目前我国“七所八站”相互封闭的运行状况。
    (3)强化政府管理与服务职能，建立与市场经济相适应的管理机制。推进农业节水、节肥、节药等农业节能技术推广应用，需要有一套与市场相适应的机制。在我国现有的管理体系和技术服务体系的背景下，需要强化政府的监管和服务职能，要把服务重点前移(向农户提供知识传播和技术传授的服务)，监管重点后移(根据节能减排降耗的效果采取奖励或惩罚的措施)。同时，要积极探索利用经济手段促进农业节能减排降耗的管理体制，形成节能减排降耗受益、耗能排污受损的管理机制，使农业节能减排降耗工作走上一条良性发展的轨道。
 二、技术要点
(一)节水技术
1．技术路线  节水农业技术主要是减少农业生产环节中的水分损失，提高从水源(降水或灌溉水)一土壤水一生物水一经济产量转化过程中的水分的利用效率和效益，主要包括工程、农艺和生物节水技术，也包括管理节水技术。见图8—1。

    2．主要技术环节及要点
    (1)工程节水。工程节水是利用工程技术措施保障水源的有效供给以及减少水源输送到田间土壤过程中的蒸发、渗漏等水分损失，提高水分利用率和效率。主要包括集雨工程技术、渠道防渗技术、节水灌溉技术。
  ①集雨工程技术。
  (a)特点：集雨工程是在干旱半干旱及其他缺水地区，利用特殊处理的集水面截集雨水径流并通过修建小水窖等蓄水设施予以贮存，以便作为水源加以有效利用的一种微型水利工程。利用集雨工程，不仅可拦蓄雨水径流作为人畜饮用或灌溉水源，提高降水利用效率，同时可保持水土，改善小流域的生态环境。它具有以下特点：第一，应用区域广阔，不仅可作为旱作平原解决降水资源利用效率低下的矛盾，在地表水和地下水严重缺乏或季节性缺水地区，在山大沟深、沟壑纵横，修建跨流域引水、调水等骨干灌溉工程条件十分困难的地区，均可选择相应的集雨工程技术。第二，雨水汇集的主要场所包括屋顶、庭院、硬化路面、自然荒坡、塑料大棚棚面和农田等，集雨面材料有混凝土、砖瓦、塑料棚膜、混合土、黄土和沥青等，集雨工程形式多样，可以因地制宜选择。第三，集雨技术容易被农产掌握，投资小、见效快。
    (b)主要构成：集雨工程一般由集流设施、存贮设施、提取设施和节灌设施组成。集流设施有自然坡面、路面、人工集雨场，其中西南地区主要依靠天然集流场，北方地区采用人工集流场和天然集流场与人工拦截措施相结合。存贮设施北方地区以水窖、旱井为主，南方地区以水池、水窖、塘坝为主。节水灌溉的方法有坐水种、点浇、输水管道灌溉、滴灌、渗灌、喷灌及精细地面灌等。
    (c)应用情况：集雨技术已在我国许多地区得到广泛应用，自20世纪80年代以来，我国的雨水集蓄利用已取得了较大的发展，尤以甘肃省的雨水集蓄利用研究最为深入，产生的经济、社会及生态效益十分显著。近20年来不少专家学者从不同角度对降雨集蓄技术进行了研究，并取得了一些经验和成果。截至2000年底，全国共建成水池、水窖等小型和微型集蓄水工程560万处，发展抗旱保苗补水灌溉面积264．67万公顷，解决了3 600万人和2 500万头牲畜的饮水问题。目前，集雨技术已经在我国半数以上的省、自治区、直辖市推广应用，覆盖国土面积约200万平方千米，人口2．6亿。
    ②渠道防渗技术。渠道防渗技术就是减少或杜绝由渠道渗入渠床而流失水量的各种工程技术和方法，常用土料、水泥土、石料、膜料、混凝土和沥青混凝土等材料建立渠道防渗层，达到防渗的目的。渠道输水是目前我国农田灌溉的主要输水方式，传统的土渠输水渠系水利用系数一般为0．4～0．5，差的为0．3左右，渠道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。渠道防渗可以提高渠系水利用系数，一般可使渠系水利用系数比原来的土渠提高50％～70％。渠道防渗还具有输水快、有利于农业生产抢季节、节省土地等优点，是当前我国灌溉节水的主要措施之一。
    推广渠道防渗技术需要注意的事项：要因地制宜，例如南方渠道破损主要是渠基土的运动产生破坏，北方渠道破损的主要原因为冻胀，这就要求做好破损渠道的前期调查工作，针对不同成因采用不同的措施。既要注重设计，也要注重施工管理，例如混凝土渠道的接缝工程，清洁缝隙与否对填缝材料以及混凝土黏结强度的影响很大，从而直接影响到渠道防渗效果。
    混凝土U形渠道是具有防渗效果好、输水能力强、抗冻胀等优点的渠道防渗节水技术。U形混凝土防渗渠道施工机械的生产制造和应用已有一定的规模，保证了U形混凝土防渗渠道的大面积推广。目前国内采用的成套设备包括KU系列基槽开挖机、D系列小型U形渠道浇筑机、QJ系列可变断面(U形、矩形、梯形)混凝土渠道浇筑机等。水利部西北水利科学研究所研制的D40、D60、D80、D100、D120型等系列浇筑机械，具有一次浇筑成型的U形渠槽断面尺寸准确、混凝土密实、施工速度快、造价较低的特点。山东省高密市亚盛大水利机械厂开发的LZY系列混凝土构件成型机和WS型全自动砌块成型机，以普通材料拌和的干硬性混凝土，快速成型生产各种断面的混凝土防渗砌块，实现了工厂化批量生产，提高了衬砌质量，降低了施工成本。
    ③节水灌溉技术。
    (a)主要类型及特点：推广应用喷灌、微灌等先进灌水技术，改进地面灌水方法，有利于提高田间灌溉水的利用率和利用效率，是农业节水主攻方向之一。
    喷灌是利用管道将有压灌溉水送到灌溉地段，并通过喷头分散成细小水滴，均匀地喷洒到田间，对作物进行灌溉的一种灌水方式。喷灌的主要特点：节水效果显著，水的利用率可达80％，与传统地面灌溉方法相比，喷灌可节水30％一50％，且灌水均匀，质量高，能够大大减少田间渠系建设及管理维护和平整土地等的工作量，节省劳力50％，节省耕地10％以上，适应任何地形和作物。常用的喷灌有管道式喷灌系统和平移式、中心支轴式、卷盘式等机组式喷灌系统。
    滴灌是利用塑料管道将水通过毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。它是目前最有效的一种节水灌溉方式。滴灌有效避免了输水过程损失和深层渗漏损失，局部湿润减少了地面蒸发，低灌水速率避免了径流损失，且几乎没有喷灌和微喷灌出现的空中水分漂移，其水利用率可达95％。滴灌较喷灌的节水效果更好，与传统地面灌溉方法相比，滴灌可节水50％～70％；滴灌可以结合施肥，提高肥效1倍以上；滴灌还具有节省耕地和劳力、使用不受地形条件限制的优点。其不足之处是滴头易结垢和堵塞，需要对水源进行严格的过滤处理。滴灌分为地下滴灌和地上滴灌。我国新疆把滴灌技术与地膜应用相结合发明了膜下滴灌。
    微喷是新发展起来的一种微型喷灌形式。利用塑料管道输水，通过末级毛管上的微喷头喷洒进行局部灌溉。它比一般喷灌更省水，可节水60％以上，改善田间小气候，结合施用化肥，可提高肥效。主要应用于果树、经济作物、花卉、草坪、温室大棚等灌溉。
    (b)改进的地面灌溉技术：地面灌溉是我国灌溉的主要方式，传统的地面灌溉主要有三种方式：畦灌、沟灌和漫灌。传统的地面灌水方法灌溉定额大，输水损失严重，灌溉均匀度低。近年来水资源紧张状况不断加剧，迫使人们重视地面灌水技术的改进与发展，目前已形成了多种节水的地面灌溉技术。例如优化畦田规格，推广小畦灌技术、利用激光平地技术进行水平畦灌技术、涌流灌溉、闸管灌溉技术和膜上灌技术等。改进的地面灌溉技术简便实用、易于推广，对节水和缓解水资源紧缺状况起了很大作用。
    (c)推广节水灌溉技术需要注意的事项：因地制宜选用适宜的节水灌溉技术，不同灌溉技术具有不同的适应性，最先进的并不是最合适的；不要盲目追求低造价，降低了节水灌溉应有的功能和质量；节水灌溉技术推广需要与配套农艺技术相结合，工程建设与技术指导相结合才能发挥节水灌溉的效果。
    (d)主要设备：
    喷灌设备。我国在20世纪80年代开始研制喷灌设备，经过20多年的发展，目前全国喷灌面积已发展为267．5万公顷，占全国有效灌溉面积的4．7％，其中管道式喷灌生产企业主要集中在山西太原，以太原喷灌发展总公司和太原丰泉喷灌设备厂为代表，太原喷灌发展总公司主要产品为TPL型喷灌管道系列，规格从直径50到直径102，年生产能力可供发展6．7万公顷喷灌的需要，作为一种优良的节水灌溉系统在我国北方缺水地区被广泛推广使用。
    微灌设备。我国在20世纪90年代初期从国外引进、研制并生产微灌设备，由于其生产成本较高，价格昂贵，发展相对缓慢。近年来，随着国家西部大开发计划的实施，西部极度缺水的省份开始大面积使用滴灌系统，带动微灌设备研制和生产的企业在最近几年迅速发展，微灌产品质量和配套水平有了较大提高，品种规格日趋多样化、系列化，基本上可满足各类用户的需要。
    北京绿源公司直接从国外引进技术先进的压力补偿式滴头的生产技术和滴灌管生产线，主要产品为管径12、16毫米，滴头流量2．3、3．75升／时等各种滴头间距的管上补偿式滴灌管，该产品具有良好的压力补偿性，可保证毛管上每一滴头的出流均匀，同时滴头有一定的自冲洗作用，增强了滴头的抗堵塞性能，是我国丘陵地带果园滴灌的首选产品。在消化吸收基础上，自建了内镶式滴灌管生产线4条，形成了年产1 500万米(管径16毫米、壁厚0．6毫米、滴头间距300～500毫米)内镶式滴灌管的生产能力。该产品技术指标基本达到20世纪90年代国际水平，质量可靠，价格远低于国际同类产品，每公顷造价约7 500元左右，自20世纪90年代中期以来广泛应用于我国的蔬菜大棚、果树和经济作物的灌溉。
    新疆天业集团1997年从德国引进了滴灌带生产设备，经过联合攻关，在不断改进的基础上，现已装备了200条生产线，形成年产15亿米薄壁滴灌带的生产能力，成为新疆大田棉花膜下滴灌工程滴灌带的主要供应商。该产品由于制造成本低，每米滴灌带价格定为o．20元，使棉花种植应用滴灌技术的一次性投入价格每公顷降为4 500元，仅为国外同类产品的1／5，满足了大田作物滴灌一次投入低的要求，在新疆和西北地区已有较大面积使用。
    (2)农艺节水。农艺节水是综合运用田间农艺技术措施实现田间水分高效利用，包括农田蓄水保水技术、作物高效用水技术。
    ①农田蓄水保水技术。通过构造农田微地形、有机培肥和地面覆盖等措施，聚集雨水，增加土壤水库库容，减少土面蒸发，从而提高降水利用率。国内外已有许多行之有效的技术和方法，如沟垄种植技术、等高种植技术、有机培肥技术、地面覆盖技术、保护性耕作技术、节水生化制剂(保水剂、吸水剂、种衣剂)等。其主要的技术性能和参数如下：
    (a)沟垄种植技术要点与效果：作物种在沟底，相当于抗旱深种，种子在湿土中便于发芽出苗；同时垄沟可大量蓄水，防止或减少地表径流，将雨水通过沟底渗入深层贮蓄起来；沟内可避风，使土壤蒸发小，有利于保墒防寒。适合西北地区川、台、塬、坝和水平梯田、埝地等。
    1997—2000年甘肃定西试验表明，农田沟垄种植水分利用效率均明显高于对照。春小麦水分利用效率平均提高3．1千克／(毫米•公顷)，增幅达39．1％。
    (b)等高种植技术要点与效果：播种时，沿坡地等高线开沟，紧接着施人底肥，然后用耩子冲沟。随开沟随下籽，小粒种子点在沟内半坡上，大粒种子可播人沟底。采用通行条播，然后用犁再耕一犁进行覆土，并及时镇压。覆土后要做到沟垄明显，无土块、无露籽。播种第二行时，要先空一犁的宽度不耕，再如上法播种第二行。中耕时结合培土，使原来的沟改为垄，原来的垄变为沟，以达到拦泥蓄水的目的。适用于25‘以下的坡耕地，可以种植小麦、糜谷、马铃薯等多种作物。试验表明，一般可增产20％～60％，减少土壤冲刷23％～85％以上。
    (c)地面覆盖技术要点与效果：在土壤的表面设置不透水的挡水层和抑制蒸发的覆盖物，抑制土面蒸发，节约灌溉用水。在多数情况下，挡水层能稳定松散的土壤，阻止风蚀，改变地貌和抑制盐分累积。主要包括地膜覆盖技术(全生物降解地膜)和秸秆覆盖技术(休闲期或生育期)。河北省灌溉站的试验结果表明，有秸秆覆盖的农田，能增强降雨人渗。在相同的条件下，玉米地覆盖，1米土层的含水率比不覆盖的提高0．4％～4．5％；麦田提高0．8％～2．2％。朱自玺(2000)研究表明，小麦、夏玉米两作实行秸秆覆盖，可节水120～150毫米，折增产l 800～2 250千克／公顷。
    ②作物高效用水技术。在不减少或适度减少作物产量的前提下，通过降低作物的水分消耗以提高水分的利用效率。包括有限灌溉技术、水肥联合调控技术、节水生化制剂调控技术等。
    (a)有限灌溉技术原理和效果：20世纪80年代初期美国科学家提出的旱地补充灌溉方式。有限灌溉是根据水资源状况和作物需水规律，在充分利用自然降水的基础上进行低限补充灌溉，供水量一般在450～900立方米／公顷。在宁夏固原春小麦补充灌溉研究发现，在补充灌水量为60毫米的情况下，供水量相当于充足灌溉处理的l／4，但产量却相当于3／4，水分利用效率和灌水效率也最高，分别达到11．82千克／(毫米•公顷)和29．0千克／(毫米•公顷)。
    (b)水肥联合调控技术原理：作物根系对水分和养分的吸收虽然是两个相对独立的过程，但水分和养分对于作物生长的作用却是相互制约的，无论是水分亏缺还是养分缺乏，对作物生长都有不利影响。这种水分和养分对作物生长的作用相互制约和耦合的现象，称为水肥耦合效应。利用水肥耦合效应，合理施肥，达到“以肥调水”的目的，能够提高作物的水分利用效率，增强抗旱性，促进作物对有限水资源的充分利用。
    (3)生物节水。发掘和利用植物自身的节水抗旱潜力，在获得相同产量的条件下消耗较少的水分，或者在消耗相同水分的条件下获得较高的产量或利用效果。主要包括节水抗旱作物品种选育技术、生理调控节水技术和建立合理节水农作制度。
    (a)节水抗旱作物品种选育技术：应用包括常规育种技术和植物抗旱基因的挖掘和分离、水分高效利用基因定位以及分子辅助标记技术、转基因技术、基因聚合技术等生物新技术，培育节水抗旱优质高产的农作物新品种。发达国家已选育出一系列的抗旱、节水、优质的作物品种。北京大学林忠平教授应用转基因技术已经成功培育了一种能有效节省水资源的“转基因节水草”，可节水20％～30％。
    (b)生理调控节水技术：将作物水分生理调控机制与作物高效用水技术紧密结合，开发出调亏灌溉(RDl)、分根区交替灌溉(ARDl)等作物生理节水技术，提高作物和果树的水分利用效率。与传统灌水方法追求田间作物层的充分和均匀湿润不同，ARDI技术仅让一部分土壤区域灌水湿润，交替控制使根系部分区域干燥、部分湿润，以利于使不同区域的根系交替经受一定程度的水分胁迫锻炼，刺激根系的吸收补偿功能，使根源信号ABA向上传输至叶片，调节气孔保持在适宜