人类社会发展过程中的无数事实证明，高新技术对各行各业的发展具有无与伦比的巨大推动力。在农业上犹为如此，如人均水资源量仅为370 m3(约为我国人均水平的1/6)的以色列，正是依靠其先进的滴灌、喷灌及其他农业节水技术，使其由建国初期的粗放农业转变为精准农业，灌溉水分利用效率由1949年的1.6 kg/m2增长到90年代初期的2.32 kg/m2，单位用水所创外汇同期也由每立方米0.04美元上升到0.42美元。又如美国一些农场在联合收割机、播种机和灌水施肥机上安装有全球卫星定位系统（GPS），可以在作业中准确记录每一单位面积上有关数据。根据这些数据就可以精确地指导各种耕作，全面提高大面积土地的水分利用率和产出水平。21世纪将是高新技术蓬勃发展的世纪，它对人类社会的进步无疑将产生更为难以预料的影响。我国到下世纪将面临人口、资源、环境等多重压力，要保持国民经济的高速发展，就必须依靠科技进步，依靠高新技术。水资源是我国国民经济发展最直接、最主要的因素，而灌溉用水又占全国总用水量的70%以上，因此只有大力发展节水农业高新技术，才能使我国农业肩负起保障16亿人口粮食安全的重任。
1 国内外研究和应用现状
1.1 分子生物节水技术
进入90年代以来，美国农业生物技术领域极为活跃，各种新产品的开发应用成效显著。在种植业领域，通过基因的转移和重组，已开发出一批高产、优质的作物新品种，不少生物技术产品已在大田中推广应用。与节水农业相关的生物技术研究涉及抗旱的生物机制、生物代谢、信号传导、基因定位及遗传资源的筛选鉴定、基因分离，培育抗旱高产品种。国际玉米小麦改良中心已绘制出玉米抗旱基因的遗传图谱，并克隆了重要基因。随着水资源的日益紧缺，合理利用劣质水资源进行灌溉的问题受到世界各国的普遍重视，利用基因工程培育耐盐作物品种已成为一个多学科交叉的前沿研究领域。过去的研究集中于试图通过降低植物蒸腾或将C3植物变成C4或CAM植物，以提高水分利用率，但都未能达到预期结果。目前的研究则集中于改变植物的遗传特性，即通过基因工程手段，在弄清抗旱、耐盐分子机制和基因功能的基础上，将重要的基因转入植物体，使之获得某个或某些自身不具备的遗传特性或生化途径。
尽管通过分子生物学技术已可以把某些抗旱耐盐基因移植到人们需要的植物上并获得令人振奋的结果，但这些基因的准确定位及其表达、调控等许多问题需要深入研究。
1.2 信息节水技术
以因特网为计算机网络技术应用于农业领域，将农业生产活动与整个社会紧密联系在一起，使农业生产的社会化进入了一个新阶段。自美国政府建造“信息高速公路”以来，计算机网络技术正在农业领域迅速普及。许多农业公司、专业协会和农场都在使用计算机网络技术。据伊利诺斯州统计，已有67%的农户使用了计算机，其中27%使用了网络技术。近年来计算机网络技术在我国得到了迅速发展，再过10～20年，农民计算机及网络用户将占一定比例，信息技术在节水高效农业的推广、技术培训中必将发挥愈来愈大的作用。
1.3 精细农业节水技术
精细农业（Precision Agriculture或Precision Farming）是基于3S等空间信息技术和作物生产管理决策支持技术（DSS），面向大田作物生产的精细农作技术。其早期研究与实践在发达国家始于80年代初期。近年来随着卫星定位系统（GPS）技术的民用化，推动了精细农业技术的广泛实践。在农业机械化的基础上应用全球卫星定位系统及激光平地技术等发展精细农业是建设节水高效农业的一条有效途径。目前美国已有15%的农户使用了装有全球卫星定位系统的农业机械，包括基础数据的采集、如何将作物的生长状况（如水分亏缺程度、生育阶段）数字化等。可以预见，在未来的15年内，精细农业一定会在我国得到应用并在节水农业中发挥重要作用。
同时，运用计算机进行灌溉监控管理在发达国家已逐渐得到普及。据中国赴美考察组考察报告（胡毓骐等1991），所考察的四个灌区均不同程度地建立了自动监测与控制系统。安装在野外的电子仪器，将受控制的100多处建筑物处的水位、闸门位置及开启度和其他信息，通过微波中继站传送到联合市长中心的计算机终端，在那里对每个闸门计算流量，把数据自动转换成模拟信号，再由计算机解释。配水员可根据需水要求在中心室即可操纵闸门和机泵的启闭，其运行情况及结果均显示在屏幕上，并由打印机随时随地可按指令打印，作为永久记录。
此外利用激光平地技术采用水平畦田灌在美国等发达国家也得到了迅速发展。使用激光平地技术每个台班可挖、填2 500～5 000 m3土方量，平整土地5～10 hm2，其精度按美国土地保持局要求的标准为80%的畦田平均高差在±1.5 cm以内。在美国，实际上经激光平地后平均误差在±1.5 cm以内的畦田面积比例达86%，比人工提高精度10～50倍。联合国粮农组织顾问，美国犹他州州立大学的W.R沃克教授基于发达国家和个别发展中国家推广此项技术取得的经验得出一个结论：即向发展中国家推广激光平地技术将使地面灌溉的效果得到显著提高。我国在“九五”期间，已有科研单位引进了激光平地机械并开展了有关试验。
1.4 化学节水技术
迄今世界上一些工业先进国家用化学方法对作物生长和用水进行调控大概已有百余年的历史。70年代我国科学家发现，风化煤中提取的黄腐酸（FA）是一种理想的抗旱材料。河南省科学院化学所等单位协作首先研制成功了抗旱剂1 号（FA）。目前，据有关文献报导已有单位开发出以黄腐酸为主要原料，同时配以植物需要的20多种大、微量元素，16种氨基酸及适量稀土元素的新一代抗旱剂――FA旱地龙。试验证明，FA旱地龙具有抗旱和生长营养的双重功能，具有缩小气孔开度，减少水分蒸腾的作用，能提高多种酶的活性和叶片叶绿素的含量，同时它还是农药增施缓释剂，能络合金属元素，提高作物对微量元素的吸收和运转能力，有利于作物产量的提高。FA旱地龙有喷施、拌种和浸种、蘸根、随水浇灌、复配农药等方式，已在全国28个省区推广66.7多万hm2(1 000多万亩)。施用FA旱地龙可使粮食作物增产10%～15%，节水20%～30%，投入产出比为1∶15以上；经济作物增产15%～40%，投入产出比在1∶20以上。今后需要进一步研制以用于不同作物和适用于不同施用方式的制剂。
1.5 高分子材料节水技术
目前国外用于农田管道输水的高分子材料管材主要有硬聚氯乙烯管(最大口径可达800 mm)、聚乙烯管(最大口径可达3 000 mm)和玻璃钢复合管(最大口径可达3 000 mm)等三种。管材、管件生产有统一的标准，相应的管网规划设计、配套建筑物结构型式、施工安装和运行管理也都有成熟的经验。近20多年来，塑膜、复合土工膜料以及各种塑料管材，在美国、西德等发达国家，已被广泛应用于输配水工程，配合机械施工，速度快，费用低。近几年意大利又开发出一种橡塑质胶粘布，用于修补裂缝，非常简便。日本对废弃高分子材料在水利工程中的再生利用也非常重视。
我国在“八五”期间，轻工业部为积极支持节水灌溉的发展，组织过有关单位研制出了直径为300～600 mm的PVC、PE塑料管材，并进行了试点应用，但这种管材的生产工艺仍为挤出方式，无法生产再大的口径。而利用其它方式生产的大口径管材(如卷绕管)目前主要用在城市排污水方面，不能满足管灌输水要求，且生产工艺和设备有待改进；同时，管材、配套建筑物、施工管理等方面还处于低级水平，难以形成整体技术。
同时国内外还正在普遍将高分子材料应用在渠道防渗中，尤其是在高分子膜料的应用上已取得了不少实用的研究成果。如宽幅高分子膜料的规模化生产、齐全的规格品种都能满足目前市场的需求。但薄膜易刺破和冻胀地区冻融破坏的问题还没有很好地解决。因此，各国都正在不断研究开发技术可靠、经济合理的高分子合成新材料，如在德国、美国开始研究应用一种新型复合土工合成防渗材料GCLS(Geosy thetic Clay Liners)，是一种利用膨润土的遇水膨胀性防渗、利用土工织物来承载和护面的结构，防渗性能强、抗刺穿。我国1965年开始将塑膜用于渠道防渗，一些早期采用塑膜防渗的工程，经过30年左右运用，仍保持完好，显示了塑膜防渗性能好、质轻、柔性大、抗拉伸能力强、造价低、有足够的使用寿命等特点。针对其抗穿刺性能差、与土的摩擦系数小、易老化等缺点，通过不断改进材料性能，逐步在渠道防渗工程中广泛应用。近几年来又生产出宽幅高密度、线性低密度以及高充填合金聚乙烯膜，其抗拉强度、伸长率和抗撕裂强度均有大幅度提高，同时还开发出了与之配套的多种粘合剂和焊接工艺。近几年还开发出复合土工膜，具有法向防渗和平面导水的综合功能。强度和抗老化性能均有提高。随着高分子化学工业的发展，新型防渗膜料也有了很快的发展。渠道防渗膜料的多样化和复合式衬砌结构形式已成为一种发展趋势，并在工程中广泛应用，显示了很大的优越性和经济效益。
我国用于混凝土变形缝止水的橡塑质胶泥已采用冷施工工艺，橡塑质止水带也开始大面积使用。试用高分子材料取代混凝土预制构件接缝的传统材料(水泥砂聚)，已初步成功，显示了较大的优越性。我国生产的大型螺旋加筋塑料管，直径可达2.8 m，能承受较高的内外压力。各种高分子胶粘剂亦可基本满足工程的需要。
总之，高分子材料在渠道防渗和大型灌溉管道上的应用，国外有的，国内基本都有。主要是在生产规模、产品质量、工艺技术、售后服务和“傻瓜”产品等方面，与先进国家比，还存在较大差距。我国目前采用的渠道防渗防冻技术主要是保温整体刚性防渗防冻胀措施，适应性较差、易损坏或成本高阻碍大批生产。刚柔结构具有适应冻融变形、胀而不裂和防渗、减轻冻胀的特性，能同时有效解决渗漏和冻胀的问题，应用高分子材料研制技术可靠、结构简单、经济合理的刚柔混合结构或纯柔性结构作为渠道的护砌结构是我国科技人员正在努力研究的方向。
2 21世纪节水农业中高新技术的重点研究领域
根据国家科委组织制定的《中国21世纪养活16亿人口的关键技术（2116）初步方案》，“农业高效用水技术研究、设备开发与产业化”入选关键技术项目库，被列为第9号。国家科技部启动了国家《农业科技发展纲要》编制工作，笔者参加了由中科院负责组织调研的“农业基础性研究与高新技术专题”的调研工作。试以这些工作成果为基础，就21世纪节水农业高新技术提出如下应优先发展的重要领域及关键技术。
2.1 分子生物节水技术
针对脯氨酸、甜菜碱及Polyos(lnositol,Ononitol,Sorbitol)等小分子化合物可作为渗透调节剂，研究将这些化合物合成途中涉及到的重要基因转移到敏感作物中，以提高其抗旱耐盐能力的方法；开展与渗透调节有关蛋白的研究，推动抗旱耐盐基因工程育种；不同作物中与抗旱耐盐有关的基因也可以通过RELP和RAPD技术定位于染色体上，然后通过染色体步行法克隆基因。其研究成功与否取决于RELP图谱上分子标记密度的提高和YAC文库的构建。因此需要开展此方面的研究；开展对旱生及盐生植物根部水分通道蛋白的研究。该研究可以运用反义DNA的方法对水分进行控制。
2.2 精细农业节水技术
各种精细地面灌溉技术要素优化组合软件的开发，环境胁迫下遥感机理和遥感标志研究；遥感和GIS的集成对作物胁迫作用的诊断理论研究；作物生长环境和收获产量实际分布的空间差异机理和环境胁迫作用与产量形成的遥感定量关系，信息监测控制与数据采集系统的研制开发等内容的研究。智能型田间监控设备及田间灌水设备的研制。包括单一控制水量功能和集水量控制、土壤墒情监测等功能于一体的多功能测控设备。不同材质且适用性强的田间灌水多孔闸管的研制。智能型喷灌系统的研制。包括智能型半固定给水栓上阀体的开发研制，节能异型喷头及可调参数多功能喷头的开发，喷灌多目标利用理论研究及成套设备的研制等，节能耗、以提高能量转化率和喷灌设备利用率。
2.3 信息节水技术
3S技术在农业高效用水的应用基础研究。可操作的土地、作物信息采集技术及水土资源评估技术的研究。精细农业中的区域适时适量灌溉预报技术研究。农业高效用水科技产业信息系统的研究与建设。
2.4 化学节水技术
土壤保水剂对土壤水分和肥力影响机制的研究；研制能够用于不同作物和适用于不同施用方式的制剂；抑制蒸腾剂、土壤改良剂及保水剂的产业化。
2.5 高分子材料在大型管道及大型渠道上的应用
新型防渗材料及相应的施工工艺及技术的研究；柔性防渗护坡结构研究，包括防老化保护层结构、对基层防渗膜的保护性能及适应变形的能力；刚柔防渗护坡结构研究，包括混凝土薄板的连锁结构和混凝土板的浇注工艺及其适应变形的能力、整体防渗性能、填缝材料的性能。
3 产业化前景
21世纪的我国农业只有实现由传统农业向现代农业的转变，才能胜任养活16亿人口的重任。目前东部沿海经济发达省份中的部分市、县已率先开始实现这一转变，其现代农业所具有的许多特征也日益显现出来。这些地方乡镇企业发达，农业产值占国民生产总值中的比重逐步减少，大量农村劳动力转向二、三产业。大量粮田逐渐开始集中到少数种田能手的手中，适度规模经营和健全的社会化服务体系要求灌溉与翻耕、播种、收割一样，从手工作业变为机械化作业，大幅度提高灌溉劳动生产率。“二高一优”农业、现代化农业不仅注重提高产量，更强调产品品种、内在质量、外观、上市时间等等，对灌溉提出了精细的要求，即灌水位置、灌水时间、灌水数量、灌水成分（作物生长所需各种微量元素及营养）以及空气湿度等都要按科学要求严格控制、自动化管理。要以实现和满足这些要求为目标，优先开展和进行农业高效用水领域的关键领域与关键技术研究。届时用新一代喷灌、滴灌以及其它各种先进灌溉方法和技术，对传统、粗放的灌溉方法进行改造，既提高水的有效利用率，又提高灌溉劳动生产率，将大大加快实现农田灌溉现代化，水利现代化的进程，无疑是在水资源紧缺状况日益突出的严峻形势下，解决我国16亿人口的食物安全问题的必由之路。
党的十五届三中全会制定的《中共中央关于农业和农村工作若干重大问题的决定》中提出的为实现我国农业和农村跨世纪发展目标，必须坚持的十条方针已为这些研究的开展与实施提供了政策上的保障。正在实施的300个节水灌溉示范县建设、已经开展的国家“九五”攻关项目“节水农业技术研究与示范”研究和“农业高效用水科技产业示范工程”将奠定坚实的技术基础。因此可以预言，开展上述领域或关键技术的研究具有广阔的产业化前景。
基金项目：*为水利部农水司资助项目“九十年代末我国农业高效用水技术与世界先进水平的差距评估”和《国家农业科技发展纲要》中“基础性研究与高新技术专题调研报告”的部分内容
