节水农业的中心问题是提高降水和灌水的利用效率，用水有效性无疑成为判别各种节水办法效果与潜力的标准。但用水有效性是一个相对概念，节水农业的标准也是比较型的，是与纵向和横向比较而言的，是可变的。随着科技的不断提高，节水办法的标准应该由有效用水向高效用水发展。高效用水农业就是高标准节水农业。就一个国家或一个地区而言，能够依据国情和地区情况制订一个节水农业的标准，如井灌区水的利用率为0.70，水的利用效率为1.2kg／m3以上，可称为节水农业；水的利用率为0.85以上，水的利用效率达1.8kg／m3以上，可称为高效用水农业。以色列水的利用率为0.90，食粮水的利用效率为2.32kg／m3；我国山东省桓台县水的利用率达0.93，食粮水的利用效率达1.9kg／m3，这都是高效用水农业的模式。
节水农业是一项农、水技巧紧密联结，水、土、作物资源综合开发的系统工程，其内涵极其丰盛，包括农学领域的节水，灌溉领域的节水和农业管理节水。本文议论的重点是农艺节水技巧部分，这是具体到农田、农作物布局及作物自身的节水问题，这方面的节水问题最多、难度最高、潜力也最大。灌溉用水约50％耗费在田间，如何做好田间节水，抑制泥土蒸发和作物奢侈蒸腾，提高作物水分利用效率，既是节水农业的重要方面，也是节水农业发展的潜力所在。
1、农艺节水办法
1.1调整作物布局，选用节水高产型品种
依据降雨时空散布特点、地下水资源、水利工程现状，合理调整作物布局，增长需水与降水耦合性好的作物和耐旱、水分利用率高的作物品种，以充分利用当地水资源；调整作物熟制，使之与水分条件相适宜；调整播期，使作物生育期耗水与降水相耦合，提高作物对降水的有效利用，避免干旱的影响。如在黄淮豫东平原，春夏播作物需水和降水的耦合关系较好，生长期降雨量占年降雨量的60％以上，尤以棉花最高，达82％；其次是春播花生、红薯和高梁等。
就地取材选用节水高产基因型，合理部署作物布局与品种搭配是作物节水高产高效的重要环节。不同作物和品种对环境的恳求和适应力都有一系列的生理生态和形态差别。因此，只有环境与作物品种的生理生态和遗传特点相适应时，能力充分发挥品种的优质特点与产量潜力，合理利用资源，趋利避害，发挥资源增产优势。
节水高产型作物品种是指具备节水、抗逆、高产、高WUE的作物品种。不同光合道路（C4、C3、CAM）类型和不同品种作物，WUE存在很大差别。CAM植物WUE最高，C4植物（玉米等）的WUE较C3植物（小麦）高2—3倍。作物品种对水分亏缺的适应性和WUE的差别，是对作物品种选择和布局搭配的重要依据之一。冬小麦品种的主要筛选指标是：种子吸水力强、叶面积小、气孔对水分胁迫反应敏感，根系大入土深，株高80cm左右，分蘖力中等，成穗率高，生长发育冬前壮、中期稳、后期不早衰，籽粒灌浆速度快、强度大，穗大粒多，千粒重40—45g，抗寒、抗旱、抗病、抗干热风。玉米品种的主要筛选指标是：出苗快而齐，苗期生长茁壮；中后期光合势强，株型紧凑；籽粒灌浆速度快；耐旱、抗病、抗倒伏；产量高而稳，籽粒品格好；生育期适宜于当地种植制度。
1.2深耕蓄水和覆盖技巧
用蓄力耕翻土地，通常耕地深度只有10—15cm，耕层以下是坚实的犁底层，制约了泥土蓄水能力。采取机耕和蓄力套耕法，分期分层逐年加深耕层，或推广深松犁，深松深度可达40cm以上，打破犁底层，加深耕层蓬松泥土厚度，增长泥土蓄水容量。深耕后底层泥土容重由1.5g／cm3降到1.35g／cm3，孔隙度由45％增长到54％。深耕后底层泥土根系下扎，增长对深层泥土水的利用量。深耕地根系深刻到1.5m以下，而浅耕地根系散布在1m土层。作物根量深耕地比浅耕地增长30％以上。实验表明，采取“上翻下松”的深松耕作法，在一定深度内，作物增产幅度为20％—50％，泥土蓄水增长20％。
降雨和灌溉进入农田的水量，小部分补给地下水，大部分转化为泥土水。泥土水的棵间蒸发是农田节水能够调控利用的潜在水量。据观测，泥土外表蒸发量占农田总蒸发的1／4—1／2。农田覆盖是一项人工调控泥土—作物间水分条件的栽培技巧，是下降农田水分无效蒸发，提高用水效率的有效农业办法之一。
农田地膜覆盖阻断了泥土水分的垂直蒸发和乱流，使水分横向迁移，增大了水分蒸发的阻力，有效地抑制泥土水分的无效蒸发，抑蒸力可达80％以上。覆膜的抑蒸保墒效应增进了泥土—作物—大气延续系统中水分有效循环，增长了耕层泥土贮水量，加大作物利用深层水分，改良作物吸收水分条件；水热条件及作物生长情况的改良同样有利于矿质养分的吸收利用。
在小麦或玉米行间覆盖秸杆也能减少地表蒸发和降雨径流，提高耕层供水量，获得显然增产效果。据测定，秸杆覆盖的抑蒸保墒效应可波及土体1m深处，减少耗水量895.5m3／hm2，节俭灌溉用水2100m3／hm2。
1.3增施有机肥和水肥耦合技巧
增施有机肥料，能够增长泥土有机含量，有机质经微生物分解后形成腐殖质中的胡敏酸，它可把单粒分散的泥土胶结成团粒结构的泥土，使泥土容重变小，孔隙度增大，能使雨水和地表径流水渗入土层中。有团粒结构的泥土能把入渗泥土中的水变成毛管水保留起来，以减少蒸发。因此，增施有机肥既能提高泥土肥力，又可改良泥土结构，增大泥土涵蓄水分的能力，加强根系吸收水分的能力，达到以肥调水、提高水分生产率的效果。
中国农科院商丘实验区在“八五”期间对作物水肥耦合效应进行了实验研究。结果表明：冬小麦、玉米水肥耦合存在阈值反应。冬小麦水肥耦合的阈值是：N（90—240kg／hm2），P2O5（56.25—221.25kg／hm2），灌溉定额1500—3750m3／hm2，夏玉米水肥耦合的阈值是：N（105—255kg／hm2），P2O5（52.5—127.5kg／hm2），灌溉定额1500—3000m3／hm2。低于阈值下限程度，N、P无显然增产效应，水分利用效率（WUE）低；高于阈值上限，水肥互作效应呈减小趋向；在阈值领域，水肥互作增产效应显然。
1.4作物节水高产的化学调控技巧
保水剂拌种包衣：保水剂是一种高效吸水性树脂，能迅速吸收相当于自身重量数百倍到千倍以上的水分。保水剂拌种包膜后，播入土中能很快吸收水分形成水分粘液保护膜，以这种有效水方法富集于种子周围，改良了种子萌发时的泥土水分微环境，扩展种子与泥土的接触面积，下降泥土水分移向种子的传导阻力，对种子萌发和成苗十分有利。
作物蒸腾的化学调控：植物吸收的水分中有90％以上是由植株外表蒸腾作用耗费的，经过光合作用直接用于生长发育的水分还不到1％；无论是理论上的推论还是在实践中的探寻，人们形成的共鸣是蒸腾进程不一定要耗费那么多水分，即作物存在奢侈蒸腾。因此下降蒸腾耗水是节水、防旱、抗旱的重要环节。作物蒸腾的化学节制的目标是：维持供给作物的水分不过度耗竭；改良作物的水分情况，不致使作物受水分胁迫的损害；不影响光合作用的物质积攒；提高产量和WUE。
1986年法国出版的《植物气孔蒸腾剂的研究和利用》一书，对国际上抗蒸腾剂30年的研究历史进行总结，指出大多数尚处于实验研究阶段，只有中国发明的黄腐酸（FA）是唯一的可大面积运用的抗蒸腾剂。我国河南生物所许旭旦等研制的“FA抗旱剂1号”的实验运用获得打破性成果后，从机理到运用技巧均开展了广泛深刻的研究，获得了在多种植物上均具备抑制蒸腾、节水抗旱、增产的显然效果。
增进根系的化学调控：使用生长调节剂也能够有效地增进根系生长和扩展。如用“黄腐酸（FA）”进行拌种或适期叶面喷施，能有效地增进根系生长和提高根系生机。“CCC（敦实素）”用于小麦，也可显然增长根系总长和根干重，加强根系生机和吸收力。
2、节水灌溉制度
2.1节水高产灌溉制度
2.1.1节水高产的泥土水分调控指标
依据中国农科院商丘实验区“八五”期间研究结果，冬小麦苗期和成熟期泥土水分下限为田间持水量的55％—60％，其它生育阶段为田持65％—70％；泥土水分上限值，小麦、玉米在田持的70％—75％，棉花苗蕾期泥土水分下限以50％较好，花铃期泥土水分下限以60％为宜，吐絮期泥土水下限应节制在55％。这可作为节水高产泥土水分调控指标与领域。
2.1.2主要作物需水规律及其节水灌溉模式
（1）冬小麦：全生育期需水量387.5mm，需水量最大时期是拔节至成熟期，占总需水量的75.1％。需水临界期在孕穗至灌浆期，占总需量的40％。而黄淮平原小麦生长期均匀有效降雨量只有173mm，尚亏缺214.5mm。每公顷6000kg以上的高产区灌溉定额为1800m3、全生育期浇三次水，即冬灌、返青—拔节、抽穗期各浇一水。最佳经济灌溉定额为1200m3／hm2。
（2）棉花：棉花生长期需水量为379.6mm，通终年份有效降雨量能满足其正常生长的需求，但年际间降水量差别大，遇伏旱时也需要浇一次蕾期水或铃水。浇水量不宜过大，通常浇450—600m3／hm2，避免泥土水分过多而使蕾铃脱落，麦棉套种的棉花5月上旬的移栽期正值小麦灌浆期，棉花营养钵移栽联结浇水，一水两用，对小麦灌浆和棉苗成活都很有利。花铃期再浇一水，灌溉定额为900—1200m3／hm2。
（3）夏玉米：夏玉米生长期需水量365.9mm，同期年均有效降水量276.5mm，相当于需水量的75.6％，尚缺水89.5mm。6月上旬常因降雨来迟而耽搁播期，播种前后浇水是确保适时播种、苗全苗壮的关键。抽雄至灌浆期是夏玉米需水量最多时期，此期若遇干旱会造成“卡脖旱”，对产量有严重影响。因此通终年份夏玉米需要浇二水，即抽雄水和灌浆水，灌溉定额1200m3／hm2，干旱年需增长一次播期水，湿润年在灌浆期浇一水即可。
2.2作物调亏灌溉
2.2.1作物调亏灌溉的基本概念
作物调亏灌溉（RegulatedDefitIrrigation，即RDI）是国际上70年代中期在传统的灌溉原理与方法的基础上，提出的一种新的灌溉方法，其基本概念不同于传统的丰水高产灌溉，也有别于非充分灌溉（NO—FullIrrigation）或限额灌溉（LimitedIrrigation）。非充分灌溉放异单产最高，追求一个地区总体增产，即在水分制约的条件下，舍弃部分单产量，追求总产量；调亏灌溉是舍弃生物产量总量，追求经济产量（籽粒或果实）最高。它主要是依据作物的遗传和生态生理特点，在其生育期内的某些阶段（时期）人为地主动施加一定程度的水分胁迫（亏缺），调节其光合产物向不同组织器官的分配，调控地上和地下生长动态，增进生殖生长，节制营养生长，从而提高经济产量，舍弃有机合成物总量，达到节水高效，高产优质和增长灌溉面积的目标。调亏灌溉方法的关键在于从作物的生理角度出发，依据其需水特点进行主动的调亏解决。因此能够说，调亏灌溉开辟了一条最佳调控水—土—植物—环境关系的有效道路，不失为一种更科学、更有效的新的灌水战略。这是目前国际上灌溉及其有关领域研究的一个热门，但国内尚属起步阶段，报告材料较少。
2.2.2作物调亏灌溉的生态生理机制
调亏灌溉是经过泥土水的管理来节制植株根系的生长从而节制地上部分的营养生长及其植株水势，而叶水势能够调节气孔开度，气孔开度则对光合和植株水分利用有其重要作用，在这一系列的作用进程中，起决定作用的是根系。因为当对植株进行分根解决且部分泥土逐步变干时，一半受旱根系吸水受到抑制，尽管叶水势、膨压和ABA（脱落酸）含量不变，但大部分气孔却显然开放。因此，揣测一定存在着一种物质，在植株受旱时，由根系产生并输送到叶片中以节制气孔开度，使光合和蒸腾等生理进程发生变革，影响其最终的收获产量。同时许多研究也表明，同一植株不同的组织和器官对水分亏缺的敏感性不同，细胞膨大（依托膨压维持）对水分亏缺最敏感，而光合作用和有机物由叶片向果实的运输进程敏感性次之。因此在营养生长受抑制时，果实能够积攒有机物以维持自身的膨大，使其在调亏期的生长不显然下降。在果实的快捷膨大期，即调亏停滞重新复水期，因为调亏期细胞的扩展因亏水而受抑制时积攒的代谢产物，在水分供给量恢复后可用于细胞壁的合成及其它与果实生长相关的进程，起到填补生长的效应，以致不会因适度威胁而引起产量的下降。如果胁迫程渡过大或历时过长，细胞壁可能变得太牢固以致当供水增长时不再能恢复扩展，引起产量下降。这些机理使调亏灌溉的效果在分子程度上得到解析，为在调亏灌溉研究领域定性化和可操作化的深档次的研究供给了理论依据。
作者于1996—1998年在人工节制实验条件下，采取子母盆栽土培法，以夏玉米为材料进行了调亏灌溉实验研究。结果表明，玉米调亏灌溉是可行的，能够实现节水、高产和高效的目标。调亏灌溉减少了棵间蒸发，水分亏缺时段内显然抑制蒸腾速率，而光合速率下降不显然。复水后光合速率又具备超填补效应，光合产物具备超填补积攒，且有利于向籽粒运行与分配。适时适度的水分亏缺，抑制营养生长，增大作物根冠比，提高了根系传导力，增长了根系吸水量，加强了植株抗旱性。
2.2.3作物调亏灌溉指标与模式
调亏灌溉指标包括最优调节亏水度、调亏最佳生育阶段（时期）、最佳调亏水平和调亏历时等。实验研究判别了夏玉米节水高产调亏灌溉模式，其指标是：调亏时段为三叶一心—拔节，调亏度为田间持水量的45％—65％，历时21天，比对照增产11.54％—54.19％，节水6.71％—14.75％，WUE提高19.86％—80.85％；或拔节—抽穗阶段调亏，调亏度为田间持水量的60％—65％，历时21天，比对照增产17.42％，节水16.07％，WUE提高39.72％。
3、农、水联结技巧
农水联结技巧的基本概念是：农艺办法与节水灌溉技巧有机联结，实现节俭灌溉用水、减少泥土水分蒸发和抑制造物奢侈蒸腾，增长产量，进而提高作物水分利用效率的目标。农水联结技巧中的农艺办法主要包括秸杆和地膜覆盖、耕作栽培、合理密植和化学调控等；节水灌溉技巧主要包括间歇灌和膜上灌及喷、微灌。实验研究和生产实践证实，间歇灌是一种先进的节水地面灌溉技巧，具备节水、灌水速度快、灌程度均度高等优点，在灌水量375—525m3／hm2的领域内能完成一次灌水作业，是通常地面灌水技巧所不能做到的。但每次灌水量少，缩短了灌水间隔时间，增长了灌水次数，也就相应增大了泥土水分蒸发量。这一缺陷的存在，制约了其节水增产效应的充分发挥。针对这一问题，在间歇灌的技巧系统中加上小麦和玉米秸秆覆盖办法，或中耕松土，可抑制灌后泥土水分蒸发，增进灌溉水入渗与贮存，延长灌水间隔时间，减少灌水次数，不仅灌水定额减少，灌溉量也减少，节水增产效应愈加显然。又如膜上灌也是一种先进的节水地面灌溉技巧，将其与麦棉套种地膜覆盖的种植方法相联结，既经济高效又简便易行，是一项麦棉双增产极为显然的办法。利用地膜防渗输水，经过放苗孔渗水灌溉棉花和从膜侧过水灌溉小麦，起一水二用之效。同时，膜上输水，棉花苗期可壮苗早发，中后期保温、保墒和灌水，一膜二用。小麦、玉米秸秆覆盖和麦棉套种地膜覆盖技巧在黄淮海平原推广运用的面积越来越大，因此以间歇灌加秸杆覆盖和膜上灌加麦棉套种地膜覆盖为关键内容的农水联结技巧的实验研究和推广运用，愈来愈有重大意义和广阔前景。喷灌、微灌是先进的灌水技巧，对小麦生育前期灌水十分有利，但对小麦后期易引起倒伏，水量不足，灌浆不丰满，而应采取小麦前期喷灌，后期管灌相联结。
4、旱地农业加抗旱灌溉
4.1旱地农业的内涵及意义
旱地农业即农作物生产受干旱威胁地区的非灌溉农业，也就是在半干旱和半湿润地区，没有灌溉条件的作物生产，也能够说是充分利用降雨的农业。灌溉要有水源和资金，我国北方随着工农业生产，水资源不足已逐步突出，资金也有艰巨，在我国北方受旱地区全体发展灌溉是不可能的，因此我国防旱的战略办法应为把发展节水灌溉农业和重视旱地农业两者联结起来，走我国“节水型农业”的道路。
依据“七五”和“八五”旱地农业攻关研究结果，各旱地农业地区食粮情况增长显示，无论单产或总产5年均匀都增长了40％以上，年增长率7％以上；它比全国盘算从1993年4500亿kg增长到本世纪末的5000亿kg，总增长率11％，年递增率2％的增长幅度高得多。若能大力推广旱地农业增产技巧成果，按此增长速度，到本世纪末，北方旱地农业区可增产食粮206亿kg，食粮，占全国食粮增长的14％，其贡献是十分显然的。因此，重视旱地农业不是权宜之计，而是我国农业发展战略上的需要。
4.2旱地农业高效用水技巧系统
深松泥土，建立泥土水库：深松泥土能增进降雨入渗，起到蓄水保墒效果，改变泥土水分运移规律，改良作物根系生长环境，提高作物产量和水分利用效率。
水分空间汇集径流技巧：在地形起伏的旱地，可构筑梯田，推行沟垄种植等技巧节制农田径流，提高降水利用率。
调整种植结构，实现适水种植：必须思索充分利用降水，华北地区春作物棉花、花生、红薯等降水利用率达60％以上，夏播玉米、大豆、棉花为50％—60％，而秋播小麦为38％。恰当紧缩低产麦、晚播麦和盐碱地麦，恰当发展春棉花、春花生、夏大豆等作物。
选用抗逆高产品种，提高作物自身抗逆能力：用抗旱丰收良种取代农家种，其增产幅度在10％—20％。选用小麦品种的恳求是矮杆、小叶、早熟，使小麦水分生产率达到1—1.5kg／m3。
增施有机肥提高泥土水分利用效率：实验表明，施厩肥和覆盖桔杆比单施化肥泥土总孔隙度增长1％—3％，毛管孔隙度增长1.5％—4％，非毛管孔隙减少，提高泥土持水和供水能力，以及抑制潜水蒸发，增长降雨入渗，提高泥土水分利用率。
4.3抗旱灌溉技巧
抗旱灌溉即没有灌溉设施（无渠、无井、无沟、无畦）地块遇旱进行的暂时性灌溉。在旱地农业上，发展抗旱灌溉，投资少，履行快，节水增产有实效。
打吊管井提取浅层淡水：黄淮海平原通常在10m左右有一粘土顶板，下面是沙层，井深打透顶板，抽水和沙，井管下面成真空，产生负压，汇集周围的水，增长出水量可达10—15m3／h。抽出的水，以塑料软管（群众称小白龙）直接灌到作物。
在东北地区，从坐水种的车拉人担发展到半机械化，目前坐水种技巧已由黑龙江省、吉林省向南逐步推开。我国乡村有小型拖沓机的农户较普遍，倡导行走式节水喷淋机灌溉对防旱抗旱将起到重要作用。
在西北地区，采取多种集雨、窖水和微灌型式，在旱地农业的基础上进行抗旱灌溉，只灌一水，增产50kg以上。如甘肃采取坡地铺地膜（333m2），集雨约80m3，分蓄3个窖，提水微灌，食粮成倍增长。
5、结语
我国人多、地少、水缺，水资源、能源和财源不足，必须联结我国国情，发展节水农业，不能照搬国外经验，盲目追求先进。要在持之以恒地抓好农田水利基本建设，改良农业生产条件的基础上，重视农艺节水办法，加强农、水联结，大力提高水的利用效率，同时充分利用降水，推广提高旱地农业增产技巧，建设节水型的高产、优质、高效农业，将是解决我国16亿人吃饭问题的重要道路。
