未来农产品价格还看天气吗？你所不知道的美国灌溉系统

　   1.美国农作物灌溉区域分布

　　2012年最新的美国农业部报告显示，2012年美国的灌溉农田总面积为5580万英亩，比2007年的5660万英亩高峰减少了77.7万英亩。从2002年至2007年，美国的灌溉面积增加了近130万英亩。

　　图一 2012年美国灌溉区域分布

　　美国农业部农业统计局（NASS）的灌溉地图（图一）显示，2012年美国大部分作物灌溉发生在五个主要地区：（1和2）西北太平洋的哥伦比亚河和斯内克河流域，（3）加利福尼亚中央谷地，（4）高原奥加拉拉地区，（5）密西西比三角洲地区。美国的作物灌溉不是静态的，而是动态的。根据当地/区域供水/需求和农艺条件以及经济和国内/出口作物市场考虑因素和长期气候变化，灌溉面积随时间而变化。

　　图二 美国各州灌溉面积所占份额饼状图

　　各州灌溉面积的份额也随时间而变化。2012年，13个主要的灌溉州占全部灌溉面积的78.8%。内布拉斯加州拥有830万英亩(14.9%)的灌溉面积，是美国灌溉面积最大的地区，其次是加利福尼亚州，790万英亩(14.1%)，阿肯色州，480万英亩(8.6%)，得克萨斯州，450万英亩(8.0%)。其他在灌溉中占重要份额的州包括爱达荷州(6.0%)、堪萨斯州(5.2%)、科罗拉多州(4.5%)、蒙大拿州(3.4%)、密西西比州(3.0%)、华盛顿州(2.9%)、俄勒冈州(2.9%)、佛罗里达州(2.7%)和怀俄明州(2.6%)。(在2007年之前的农业普查中，德克萨斯州在灌溉面积上领先阿肯色州。)虽然灌溉生产主要集中在干旱的西部各州，但三个东部州——阿肯色州、密西西比州和佛罗里达——是13个主要的灌溉州之一。

　　分别针对17个西部和31个东部的州，作物分布情况(图三)。在西部，谷物和饲料作物占所有收获的灌溉作物亩的最大份额（49%）。西部地区的小麦，大豆是第二大灌溉作物，作物种植面积份额从7.0%到9.8%不等。在东部，谷物和大豆玉米占收获的灌溉作物亩数的最大份额（合计为54%）。与西部地区相比，东部地区的灌溉种植模式反映出小麦和饲料作物种植面积的份额要小得多，并且灌溉水稻，大豆面积的份额有所增加。

　　图三 美国西部和东部作物灌溉占比饼状图

　　2.美国农作物种植分布

　　1) 美国小麦主产区大致有三个地带：一是北达科为主；连带蒙大拿、明尼苏达、南达科他组成的大三角。二是堪萨斯为主，连带俄克拉荷马、科罗拉多、内布拉斯加、得克萨斯组成的大三角。三是华盛顿为主，连带爱达荷 、俄勒冈（尤金）组成的小三角。产量排名大致为北达科他、堪萨斯、华盛顿（贝尔维尤）、蒙大拿、南达科他、爱达荷、明尼苏达（明尼阿波利斯）、俄克拉荷马、科罗拉多、内布拉斯加。

　　2) 玉米产区主要分布在美国的五大湖的西南部。产量排名为衣阿华（即爱荷华，首府德梅因、 锡达拉皮兹 ）、伊利诺（首：斯普林菲尔德、乔利埃特、芝加哥）、内布拉斯加（首：林肯市、卡尼、奥马哈）、明尼苏达（首：圣保罗）、印第安那（印第安那斯波利）、南达科他（皮尔市、苏瀑）、堪萨斯（首：托皮卡、堪萨斯城、奥拉西）、密苏里（哥伦比亚 ）、威斯康星（ 密尔沃基 ）、俄亥俄（ 哥伦布、辛辛那提 、代顿 ）。

　　3) 大豆产区正好覆盖玉米产区的中南部。

　　4) 棉花产区在美国的纬度37度以南的南部大部份地区，包括东南、西南、南部。产量最大的是得州，占美国产量的三分之一；其次是加州。

　　3.美国灌区建设概况

　　美国不是传统意义上的农业大国，也没有悠久的灌溉发展历史，大规模灌溉工程建设不超过150年，主要分布在西部干旱、半干旱地区的17个州，也是全国粮食的主产区。2007年美国灌溉面积约4亿亩，约占全国耕地面积的16%，其中灌溉面积的80%左右位于西部17个州，因而西部灌溉发展基本上代表了美国农业灌溉的主要特点和成就。

　　美国农业灌溉方式主要有地面灌溉、喷灌和微灌。地面灌溉以沟灌为主，约占地面灌溉的70%以上，大多采用管道输水直送沟、畦；喷灌的发展始于20世纪50年代，随着工业技术进步和水资源的日益紧缺，加之美国旱作农业以家庭农场为主体的规模化生产经营模式，适合发展机械化灌溉技术，因而以中心支轴式大型喷灌机为主要形式的机械化喷灌在美国得到广泛应用。根据国际灌排委员会2016年最新公布的统计数据，美国现有的3.711亿亩灌溉面积中，喷灌面积1.852亿亩，占总灌溉面积的49.9%，也就是说美国的灌溉面积中一半是喷灌面积；微灌面积0.246亿亩，喷微灌面积合计占总灌溉面积的56.5%。

　　4.灌溉措施—美国模式

　　美国的灌溉面积为1999万公顷，其中1111万公顷为沟灌，占灌溉面积的55.6%，喷灌和滴灌面积占灌溉面积的27%，地下灌溉技术也得到了应用。美国有很好的现代灌溉技术研究和开发支持条件，有许多研究中心，这些中心经常深入农场与用水户保持密切联系，技术推广不但速度快且面也很广，现代灌溉面积发展速度很快。美国垦务局和其他机构遍布美国各地，根据当地的气候和水源条件为灌溉农业提供良好的技术支持。美国的灌溉水价基于平均成本价，水价不但包括运行和管理成本，也包括政府为保护水资源而附加的费用，按用水量收取水费。为了促进现代灌溉农业技术的应用，美国引入了如下几项措施。

　　1) 研究将用虹吸管引水灌溉的灌区改为喷灌、滴灌等现代灌溉的限制条件。研究发现，为初次购买喷灌设备的用户提供低息软贷款并进行支持性的示范可促进现代灌溉技术的应用。

　　2)美国垦务局将自动控制技术用于灌区配水调度，配水效率可由过去的80%增加到96%。

　　3)在加州开展的为期10年的非充分灌溉研究示范表明，非充分灌溉可使单位水量的产出提高，而单位面积土地的产出降低了。研究发现，在考虑所有投入后，应用非充分灌溉农场的净收入比较低，但他们所使用单位水量的收益较高。对于那些供水量有限的地区，推广应用非充分灌溉是一项有益的长期战略。

　　4)开展了为期5年的城镇生活污水灌溉研究。在灌溉前，生活污水用过滤、沉淀等办法处理。研究发现，用处理后的生活污水灌溉的作物与用井水灌溉的作物，在长势和品质上没有明显区别，也没有发现土壤和地下水产生退化。用处理后的生活污水灌溉食用作物的风险在可承受的范围内。

　　5)进行灌溉农业结构调整，将灌溉农业由水资源紧缺的地区转移到水资源丰富的地区。在八十年代美国有85%的灌溉面积在西部，15%在东部；而在九十年代有77%的灌溉面积在西部，23%在东部。

　　5.节水灌溉措施

　　( l) 推广科学的灌溉方法。包括管道输水灌溉、沟灌、畦灌、喷灌、微灌等。制定科学的灌溉制度,提高灌溉效率。

　　( 2) 采取工程节水措施。包括平整土地、渠道防渗、修建沟池库, 建立补充地下水的“ 水银行” 等调蓄水工程, 排水再利用、污水处理后再利用工程等。

　　( 3) 农业节水措施。包括根据降水量和时间, 选种适宜的作物品种, 减少灌溉用水量; 采取轮作制,比如三年两作轮作制等。

　　( 4 ) 科学管理节约用水包括制定分配水权、按计划用水、制定节水政策、推广节水成果、加强节水宣传, 运用现代科技手段提高水资源配置管理的自动化管理水平等加强地表水和地下水监测, 研究开发节水新技术。

　　6.美国灌溉现状

　　由于水资源开发利用程度较高，加上水资源时空分布不均，管理不善，目前美国地面水供应不足，地下水超采，水源污染，中西部严重缺水，东部一些地区也感水源不足，水资源成为发展灌溉的制约因素。进入80年代，灌溉发展已大大放慢.

　　美国灌溉方法现在仍以地面灌溉为主，占灌溉面积70%左右。为了提高地面灌水质量和效率，采用了输水管道系统，1980年由各种管道控制的灌溉面积为1.55亿亩，占地面灌溉的62%。在毛渠和输水垄沟上常用虹吸放水管。一些农场渠道上设置流量计以控制进入田间的水量。近年来，在改善地面灌水技术方面有许多进展，如采用了水平畦灌水法，采用激光平地机以提高平地质量。有些地方还采用了涌流灌水法，目前正向地面灌溉自动化方向努力。喷灌在40年代中后期发展很快，1980年喷灌面积达1.2亿亩，占总灌溉面积的三分之一。喷灌系统正朝着用计算机控制器的电子控制方向发展。有滴灌面积256万亩，居世界前列，用以灌溉经济价值较高的中耕作物和果树、蔬菜等。目前出现了由间距密集的滴头逐渐代替微管滴头的趋势。