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干旱是一个长期存在的世界性难题，全球干旱半干旱地区约占陆地面积的35%，遍及世界60多个国家和地区。我国是一个干旱和半干旱面积很大的国家，干旱半干旱的面积约占国土面积的52.5%,其中干旱地区占30.8%，半干旱地区占21.7%。黄土高原由于气候干燥，年降雨量少，蒸发剧烈，植被稀少，水土流失严重，生态环境恶化。干旱问题不仅严重地制约着农、林、牧业的持续发展，而且还严重地影响着人类的生存环境。因此，干旱半干旱地区亟待解决水资源的利用问题。
水资源是能够循环恢复使用的特殊资源。地球上水资源主要有3个方面：地表水资源、地下水资源和降水资源。西北干旱半干旱地区，地表水和地下水资源贫乏，且地下水埋藏深，仅靠开发常规的水资源解决干旱问题，不仅技术上难以实现，经济上也难以承受。而降水资源是最能被植物直接利用的水资源。因此，雨水资源的利用是解决或缓解干旱状况的最重要途径。
1、国内外雨水资源利用发展简况
雨水资源的利用有悠久的历史。早在4000年以前，古代中东的纳巴特人（Nabateans）在涅杰夫沙漠，把从岗丘汇集的径流由渠道分配到各个田块，或把径流贮存到窖里，以供农作物利用，获得了较好的收成。阿富汗等干旱半干旱地区的国家也推广使用了纳巴特人的利用雨水资源的方法。自20世纪70年代以来，美国、前苏联、突尼斯、巴基斯坦、印度、澳大利亚等国对集水面进行了大量研究，如墨西哥利用天然不透水的岩石表层为集水面；美国利用化学材料处理集水面以增加集水效率；美国、墨西哥、索马里在集水面上铺设塑料薄膜、沥青纸、金属板等，集流效果很好，但费用高。目前,德国、日本、加拿大等许多发达国家采用铁皮屋顶集流，将汇集径流贮存在蓄水池中，再通过输水管道灌溉庭院的花、草、树木和卫生间用水。近年来，世界各地悄然掀起了雨水利用的高潮，并成立了国际雨水集流系统协会（IWRA），于1982～1997年在世界各地召开了8次国际雨水收集大会。联合国粮农组织和国际干旱地区农业研究中心，对雨水资源的利用也很重视。以色列、美国、澳大利亚等国成立了干旱研究机构，专门研究有关农业用水的问题。
我国劳动人民在黄河流域创造出许多雨水利用的经验。距今约4 100年夏朝的后稷便开始推行区田法。战国末期有了高低畦种植法和塘坝，明代出现了水窖。本世纪50～60年代，创造出鱼鳞坑、隔坡梯田等就地拦蓄利用技术。近年来，各地纷纷实施雨水集流利用工程，如甘肃的“121”工程，陕西的“甘露工程”，山西的“123”工程，宁夏的“窖窑工程”和内蒙即将启动的“11338”工程。党的十五届三中全会提出“大力发展节水灌溉，把推广节水灌溉作为一项革命性措施来抓”，《全国生态环境建设规划》也把“大力发展雨水集流节水灌溉和旱作节水农业”作为重要内容。最近又成立了“国家节水灌溉工程技术研究”杨陵中心和北京中心。
2、雨水资源利用研究现状
雨水资源的利用有多种方式，但归纳起来有3个方面：就地拦蓄入渗利用、覆盖抑制蒸发利用和雨水富集叠加利用。
（1）、就地拦蓄入渗利用研究
利用水分的重力效应和土壤的水库效应，根据土壤的可渗透性,以及雨水通过下渗被土壤接纳后的可贮性，通过采用营造田间微集水面和改进耕作措施等水保耕作技术，使降雨就地拦蓄入渗，减少雨水径流流失，提高土壤的贮水量，延长土壤水分的有效供应时间，进而提高植物对雨水资源的利用效率。就地拦蓄入渗利用技术包括水保工程技术和耕作技术。
水保工程技术
通过修筑水平梯田、水平沟、隔坡梯田、鱼鳞坑、丰产沟、反坡梯田、集水面整地等水保工程技术，对原地形特征进行改变，使降雨就地拦蓄入渗，提高雨水利用率。据试验观测，在年降雨量450～500 mm的半干旱地区，其拦蓄功能与坡地相比为：水平梯田35～100
mm/a,隔坡梯田25～65 mm/a,水平沟15～57 mm/a［2］。
水保耕作技术
水保耕作技术主要包括：带状间作技术、粮草等高带状轮作技术、等高耕作技术、水平沟耕作技术、沟垄耕作技术、入渗坑渗水孔耕作技术、蓄水聚肥耕作技术等，这些技术的应用在不同程度上起到拦蓄径流、减少土壤冲刷、提高粮食产量的作用。
（2）、覆盖抑制蒸发利用
雨水被土壤接纳成为土壤水分后，受光、热和风力作用具有可蒸发性。在干旱半干旱区，无效蒸发十分剧烈。研究资料表明：其中70%～80%以径流和蒸发形式损失掉，仅有20%～30%被作物利用。特别是一年中大部分时间处于裸露和半裸露状态的土地，由于忽略了减少地面蒸发，造成雨水资源的蒸发损失。因此，利用覆盖抑制蒸发，延长水在土壤水库中的集蓄时间，是提高雨水资源利用率的有效途径之一。目前，覆盖技术有以下6类。
黑色覆盖技术
利用秸秆、干草、枯草等植物残余或各种物质燃烧后的灰分或畜禽粪便沤制的厩肥直接覆盖于土壤表面，可以增加温度,降低土壤水分蒸发速率，保蓄水分，避免板结，供给营养等作用。梅旭荣等详细报导了陕西永寿和山西屯留等地用秸杆覆盖小麦、玉米地等，水分利用率提高15.3%～57.6%。据陈国良研究：黑色覆盖可减少蒸发12～42 mm，使播前土壤水分增加27.5 mm。厩肥覆盖和灰分覆盖虽有减少土壤水分蒸发的作用，但由于养分损失过多，其利用率远低于底肥使用，不宜于大面积推广应用。
白色覆盖技术
白色覆盖技术即塑料薄膜覆盖技术，用工业生产的塑料薄膜覆盖地面，利用其透光性好、导热性差和不透气等特性，改善土壤生态环境，提高水分利用率。王斌瑞等通过塑料薄膜覆盖，林地土壤水分提高24.3%［4］。
绿色覆盖技术
绿色覆盖又称为生物覆盖，利用植物种植在地面，发挥其根系、叶的固定和遮盖作用，具有减少径流和抑制蒸发的双重作用，其中减少径流的作用主要表现在截留降雨和增加入渗两个方面。据王斌瑞应用低等植物石果衣覆盖地面，一般可以减少土面蒸发量30%～40%。
化学覆盖技术
化学覆盖是利用化学方法，施用在土面后，形成一种连续性薄膜，切断土壤毛细管，阻止土壤水分通过，抑制水分蒸发，提高水分利用率。国外曾使用胶乳、石蜡、沥青、石油等喷洒在地面上,防止土壤水分蒸发，我国亦在一些地区试验应用，虽效果较佳，但成本太高，目前还不宜大面积推广。
砾石覆盖技术
利用卵石、砾石、粗砂和细砂的混合体覆盖在土壤上，改变水分入渗方向,保持土壤水分，是“砂田”结构的主要组成部分，在坎那利岛兰查洛特地区利用火山灰覆盖在葡萄园，成为一种极好的蒸发抑制剂［5］。砾石覆盖技术在我国新疆、甘肃河西地区应用较多。
土壤覆盖技术
土壤覆盖技术是在农田土壤表层，人为地创造一层松紧适度的土壤覆盖层，以起到减少蒸发、保蓄水分的作用。它投资少、见效快、易操作，是我国干旱半干旱作物栽培的重要技术之一。
（3）、雨水富集叠加利用技术
干旱半干旱地区降雨偏少，分配不均，供需错位，由于自然降水具有再分配性和可移动性，利用自然和人工创造的集流面进行雨水资源的再叠加，即把多个地块的雨水径流叠加于一个地块上或把多个时段的雨水径流叠加在一个时段上，减少集流区水分的无效消耗，增加水分供应；减少作物非生育期的水分消耗，增加生育期的水分供应，提高雨水资源的利用率。主要包括集水、贮水、高效利用3个方面。
集流技术
集流技术是利用自然和人工营造集流面把降雨径流收集到特定场所。目前采用村庄庭院集雨，硬化路面集雨，荒坡集水面集雨，塑料大棚棚面集雨等形式。集水面材料有：塑料棚膜、混凝土、混合土夯实、素土夯实、砖瓦面、喷沥青夯实地面等。据定西地区水保所测定：用塑料薄膜、混凝土、混合土、原土处理集水面，集水效率平均为59%，58%，13%，9%，单位面积年集流量分别为0.259，0.256，0.055，0.038 m3/m2，均高于自然状态下的集流面。另据山西省临汾地区水保所测定，村庄道路、砖瓦屋顶、水泥砂浆抹面、塑料薄膜覆盖面、灰土夯实的集流效率分别为：15.50%，30.30%，83.03%，89.63%，32.34%。
贮水技术
贮水技术是通过修筑小水库、塘坝、水窖等工程设施，把集流面所拦蓄雨水贮存起来，以备利用，小水库、塘坝、涝池等由于蒸发下渗等，贮水效率低，国外一些地方采用在水面上覆脂族醇等液态化学制剂，也有采用轻质水泥、聚苯乙烯、橡胶和塑料等制成板来抑制蒸发，但这些方法成本较高，目前许多国家正着手研究一些廉价而且绝热，浅色能避免太阳能过入水体的反射材料，以便能在水库等水面上覆盖抑制蒸发。水窖是一种相对较好的贮水设施。水窖有红胶泥水窖，三合土或二合土抹面水窖，也有混凝土薄壳水窖。据定西水保所研究表明，红胶泥水窖年损9.35 m3,保存率75.4%，投资少，贮水成本0.23元/（m3.a），但寿命短。混凝土薄壳水窖，年损1.08 m3，保存率97.1%，虽一次性投资高，但寿命长，贮水成本0.41元/（m3.a）。
雨水高效利用技术
雨水高效利用是一项复杂的系统工程，主要包括输水方法、节水灌溉方式、节水灌溉制度及先进的集水农业技术4个方面。
①输水方法。输水是雨水贮存与利用之间的重要环节，传统水渠输水因入渗、蒸发等，造成水资源利用率低，且有渠道占地等缺陷。为了提高输水的利用率，现采用管道输水，其输水利用率可达到97%～99%，比土渠输水节水35%左右，比硬化渠道节水5%～15%。
②节水灌溉方式。节水灌溉方式是雨水资源利用的最重要环节。主要有喷灌、滴灌、微喷灌、雾灌、渗灌、管灌等几种形式。
喷灌：喷灌是利用加压设备或利用高处水源的自然水头，将水流通过管道，经过喷头喷射到空中并散成水滴来进行灌溉的。喷灌分为固定式、半固定式和移动式。喷灌有灌水均匀（均匀度达0.8～0.9），自动化程度高,可以控制灌水量,不易产生深层渗漏和地面径流,不破坏土壤结构,可调节田间小气候等优点，具有明显的增产效果。据测定：喷灌水资源利用系数可达0.72～0.93,比坡面灌溉省水30%～50%。但喷灌一次性投资高，受风和空气温度影响很大，对水质要求高。因此，适宜于水资源短缺、经济条件较好的地区推广应用。
滴灌：滴灌是通过安装在毛管上的滴管、孔口和滴头等灌水器,将水滴逐滴均匀缓慢地滴入作物根区附近土壤的灌水技术。有固定式和移动式两种。灌溉系统采用管道输水，输水损失很少，可有效地控制水量，水资源利用率高，用水量仅为大田灌溉用水量的1/6～1/8，比喷灌省水1/2。
另外，由于滴灌实现自动化管理，不需要开沟等，可溶性肥料随水施到作物根区，水流滴入土壤后，靠毛细管力作用浸润土壤，不破坏土壤结构，有省肥、省工和水资源利用率高等优点。但存在滴头容易堵塞，限制根系发展，一次性投资高的缺点。因此，滴灌只能在集约化程度较高的果园、经济林中使用。
微喷灌：微喷灌是在滴灌的基础上逐步形成的一种技术。是通过低压管道系统，以小的流量将水喷洒到土壤表面进行灌溉的方法。微喷灌通过网系直接将水输送到根部土壤表面，水分利用率高。实践证明：微喷灌系统一般比喷灌系统省水20%～30%，比地面喷灌省水50%左右。微喷灌管理方便，节省劳力,耗能少，不易堵塞，能防止土壤冲刷和板结，容易控制杂草生长，是一种较先进的灌溉技术。但仍有受风影响降低灌水均匀度,限制根系发展,水质要求高的缺点，因此，只能根据实际情况来发展微喷灌。
渗灌：渗灌是利用修筑在地下的专门设施将灌溉水引入田间耕作层，借助毛管作用自上而下浸润作物根系附近土壤的技术。渗灌可分为无压渗灌和有压渗灌两种，渗灌除能使土壤湿润均匀、湿度适宜和保持土壤结构良好外，还具有减少地面蒸发、节约用水、提高灌溉效率、便于从事其它田间作业等优点。
③节水灌溉制度。灌溉制度是田间灌水的工作制度，它是指在一定的气候、土壤和农业技术措施等条件下，为获得农作物的高产稳产所规定的一系列田间灌水制度，包括灌溉定额、灌水定额、灌水次数和灌水时间。根据各地情况，按照作物需水规律，应用水对作物生产力影响的研究成果，确定每种作物最佳灌溉时期、灌溉定额等，制定科学合理的节水灌溉制度，使有限的雨水资源用于作物生长最关键时期，达到对雨水资源的最有效利用。
④先进集水农业技术。随着科学技术的发展，国内外研究出许多先进的集水农业技术。如应用保水剂、抗旱剂为作物集水。我国研制的保水剂有SA—3保水剂、TCB—10保水剂、KH841、IABC、兰州晶体、PAMN等，它们有较好的保水效果，如使用PAMN，可使玉米整个生育期的灌水量减少15.7%～42.8%。抗旱剂主要有黄腐酸（FA）抗旱剂，它依靠强大的吸水能力，为作物聚集水分，一般可使作物增产8%～15%。另外，还有土壤蓄水保墒剂（IAC—B）、APT生根粉、腐殖酸钠等化学药剂，它们的应用在不同程度上都对作物具有集水作用，可减少灌水量，促进作物增产。
在干旱半干旱地区，干旱缺水和水土流失严重地制约着农、林、牧业的发展。一方面是严重缺水，另一方面水土流失造成水资源的大量浪费，这是矛盾的两个方面，而矛盾的焦点都集中在水上。雨水资源是该区最重要的水资源，围绕雨水资源的利用，人们进行了许多创造性的理论探索和技术研究，但这些技术不但缺乏系统性，同时也存在着集蓄和利用脱节、资源利用率低等问题。如何最有效地利用有限的雨水资源，仍是摆在我们面前的一个重大课题。
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