灌溉、排涝与水分利用效率
水利是农业的命脉。在原始农业阶段，先民们是不可能提供庄稼需要的水分或者将多余的水分排出去的，只有靠天吃饭，因此当时的生产力是低下的。在长期的农业实践中，人类逐步掌握了灌溉与排涝的技术，在庄稼需要水分时及时提供，而多余时则排出。
一、人类灌溉史
（一）国外
按照气候特点推测，人类灌溉历史应起源于干旱区。四大文明古国都出现在大河流域，以灌溉农业提升了食物供给能力，奠定了古代文明的基础。早期的灌溉都是引洪淤灌的，以后发展为引水灌溉或建造水库，并通过调洪实现计划灌溉。
非洲尼罗河流域早在公元前4000年，就有利用尼罗河水位变化规律发展洪水漫灌的做法。公元前2300年前后，在法尤姆盆地建造了美利斯水库，通过优素福水渠引来了尼罗河洪水，经调蓄后用于灌溉。这种灌溉方式持续了数千年。19世纪初，埃及引种棉花和甘蔗等经济作物。1826年开始改建旧的引洪漫灌系统，进行常年灌溉。
古埃及的水利灌溉工程的建设和管理，从前王朝后期开始，经过古王国、中王国和新王国的发展,到托勒密时期取得了较大的成就。水利灌溉对古代埃及社会的经济、政治产生了重要的影响，在很大程度上促进了古埃及文明的产生与发展。
在西亚，两河流域美索不达米亚的幼发拉底河和底格里斯河流域的灌溉，也可追溯到公元前4000年左右。在巴比伦时期，由于幼发拉底河的高程普遍超过底格里斯河，因而对开挖灌渠十分有利。最早是引洪淤灌，以后发展为坡度平缓的渠道网。
约公元前2000年，汉穆拉比时代已有了完整的灌溉渠系。干渠用砖衬砌，用沥青勾缝。当时的灌溉面积达260万公顷以上,养育着1500～2000万人口。当时颁布的《汉穆拉比法典》还专门对堤防失修、冲毁土地的责任者作出了赔偿损失的具体规定。约公元前1000年兴建的钮姆卢水库可向两岸的渠系供水,有些渠道深达10～16m,宽达120m。公元前600～560年间，新巴比伦的空中花园采用了细密的雨滴灌溉，类似现代的喷灌。
公元前 539年，巴比伦被波斯征服，灌溉系统失修，农业生产受到很大影响。公元初期，波斯的萨珊王朝修四大干渠引幼发拉底河水,灌溉今伊拉克中部地区。629年，两河流域出现大洪水，冲毁纽姆卢水库，不久阿拉伯人征服两河流域地区，着手改进旧渠系，逐步恢复灌溉。
两河流域上游的叙利亚、土耳其等国境内都有许多古灌区，有些至今仍在使用。亚美尼亚、伊朗等地则从公元前 8世纪就以引用地下水发展灌溉的坎儿井众多闻名。伊朗境内现在还有大约22000条坎儿井仍在使用。在埃及、伊朗、突尼斯、叙利亚等地中海气候的干旱区。2004年，笔者曾现场见过几千年前的水利设施，并下到地下十几米深的坎儿井，亲自体验了古代人类在干旱区生存的智慧。
南亚印度河流域在公元前2500年左右已有引洪淤灌。公元前3世纪左右，印度河流域凭借灌溉已做到一年两熟。当时北方建有亚穆纳水渠，南方则有高韦里河三角洲灌区。在中世纪的1000多年中，南亚次大陆建造了数万座水坝用于灌溉，其中位于博帕尔东南的一座水库库区面积约650平方公里。
锡南(今斯里兰卡)自公元前 5世纪就开始发展灌溉。特别是公元2世纪至14世纪之间，斯里兰卡岛中部干旱地区修建了大大小小的蓄水池达1500余座，形成了许多水库、塘堰、渠系结合的灌溉网。
公元前1050年，柬埔寨就在吴哥窟附近修建了暹粒河灌区，并且一直使用到现在。
日本在公元前6世纪已有水利记载,以后大量修建山塘、水库，20世纪开始修大型灌区，至1947年全国水浇地已占耕地面积一半以上。
印度尼西亚的爪哇等岛，自古引水种稻，19世纪始建新式工程，20世纪60年代灌溉面积约380万公顷，大量的古代工程仍在使用。
苏联中亚阿姆河、锡尔河流域的灌溉始于公元前6世纪。8世纪中叶以后,这一带是阿巴斯王朝的四大粮仓之一。
秘鲁的灌溉历史至少在公元前1000年。皮斯科河谷公元前已有灌溉工程。公元1～600年间是水利工程大发展的时期，此后印加帝国统治的1000年，灌溉又得到进一步发展。
阿根廷于1577年兴建了杜尔塞河引水工程。中美洲墨西哥等地的灌溉工程则至16～17世纪才出现较多的记载。
近 200以年，全球灌溉事业发展加快。1800年左右，全世界有灌溉面积800万公顷。20世纪初提高到4800万公顷。1949年达到9200万公顷，60年代末超过 2亿公顷。
（二）中国
我国是一个农业大国。人口多、耕地少、水资源紧缺、水旱灾害频繁，特殊的气候、地理等自然条件以及社会条件，决定了中国必须走灌溉农业的发展道路。
春秋战国时期 我国是世界上从事农业、兴修水利最早的国家，早在5000年前的大禹时代就有“尽力乎沟洫”、“陂障九泽、丰殖九薮”等农田水利内容;夏商时期有在井田中布置沟渠，进行灌溉排水的设施;西周时在黄河中游的关中地区已经有较多的小型灌溉工程。《诗经，小雅·白华》有“泥池北流，浸彼稻田”记载，指的是引渭河支流泥水灌溉稻田。春秋战国时期，由于生产力的提高，大量土地得到开垦，灌溉排水相应地有了较大发展。著名的如魏国西门豹在邺郡(现河北省临漳)修引漳十二渠灌溉农田和改良盐碱地;楚国在今安徽寿县兴建蓄水灌溉工程芍陂;秦国蜀郡守李冰主持修建都江堰使成都平原成为“沃野千里，水旱从人”的天府之国。
秦汉时期 该时期是全国统一国力强盛时期，也是灌溉排水工程第一次大发展时期，西汉前期的水利建设大大促进了当时社会经济的发展。郑国渠(建于公元前246年)是秦始皇统一六国前兴建的灌溉工程，可灌田4万顷，使关中地区成为我国最早的基本经济区。 “秦以富强，卒并诸侯”，就得益于该水利工程。汉武帝时，引渭水开了漕运和灌溉两用的漕渠，以后又建了引北洛河的龙首渠，引泾水的白渠及引渭灌溉的成国渠。汉代除在统治的腹心地区渭河和汾河谷地修建灌溉工程外，还在西北边疆河西走廊和黄河河套地区也修建了一些大型渠道引水工程，从而达到“屯兵垦殖、巩固边防”的战略目的。
隋唐北宋时期 我国第二个灌溉排水工程发展时期是隋唐至北宋时期。唐朝定都长安后，曾大力发展关中灌溉排水工程;安史之乱后，人口大量南迁，江浙一带农田水利工程得到迅速发展，沿江滨湖修建了大量圩垸，排水垦荒种植水稻。同时提水工具也得到改进和推广，扩大了农田灌溉面积;晚唐时期，太湖地区的赋税收入已超过黄河流域，成为新的基本经济区。北宋时期，长江流域人口占全国人口的比重已从西汉时的不足20%上升到40%多。宋神宗支持王安石变法，颁布了《农田利害条约》(又名《农田水利约束》)，这是第一个由中央政府正式颁布的农田水利法令，同时还设立全国各路主管农田水利的宫史，使农田水利建设得到进一步发展。南宋王朝偏安江南，进一步推动江南水利的发展，不仅苏浙一带水利得到长足发展，而且东南沿海及珠江三角洲水利建设也开始有所发展。
明清两代 明清两代是我国历史上第三个灌溉排水工程发展时期。这一时期全国人口有了较大增长，从元代的5000多万人，发展到明代的9000万人，到清代康熙年间超过了l亿多，清代末年已达到4亿人，全国人口在500多年间增长了7倍多。人口的迅速增长得益于可灌溉耕地面积的扩大。明、清时期长江中下游的水利已得到广泛开发，仅在洞庭湖区的筑堤围垦，明代就有200处，清代达四五百处。“湖广熟、天下足”，当时的两湖地区已成为全国又一个基本经济区。与此同时，南方珠江流域，北方京津地区，西北和西南边疆地区灌溉事业都有了很大的发展;东北松辽平原在清中叶开禁移民以后，灌溉排水工程也有所发展。
19世纪后期 19世纪中期以后，中国沦为半封建半殖民地社会，这一时期水利在局部地区虽有所发展，但是总的来说则是日趋衰落。19世纪后期，由于西方近代科学技术传入中国，一批水利学者从国外学习归来，开办水利学校，传播先进科学技术。 1914年，我国第一所水利专科学校——河海工科专门学校在南京成立;1917年以后，长江、黄河等流域相继设立水利机构，进行流域内水利发展的规划和工程设计工作;1930年由李仪祉先生主持，开始用现代技术修建陕西省泾惠渠，以后又相继兴建了渭惠渠、洛惠渠等灌区。经过历史上的几次大起大落，到1949年全国有灌溉面积2.4亿亩。
新中国成立以来中华人民共和国成立以来，进行了广泛持久的灌溉排水工程基本建设，取得了举世瞩目的巨大成就，为我国农业和国民经济的持续发展提供了不可替代的基础设施和物质保证。到2003年底，全国灌溉面积达到7.2亿亩，使40%的耕地有了灌溉设施。1949年，中国灌溉用水量不到1000亿立方米，到2003年，达到3300亿立方米。
按有效灌溉面积计算，1980年全国平均每公顷农田灌溉用水8745立方米，1997年降到7800 立方米。全国共建设万亩(667公顷)以上灌区5686处，灌溉面积2200多万公顷，占全国农田灌溉面积的43%。目前，全国共有水库84905座，总库容4571亿立方米，其中除少数大型水库主要用于防洪和发电外，绝大部分水库都具有灌溉供水的功能。
截止到2002年底，全国已发展节水灌溉面积2.8亿亩，其中喷灌3700多万亩，微灌30多万万公顷，低压管道输水灌溉6200多万亩,渠道防渗控制面积11350万亩。非工程节水面积达到1670万公顷，其中800万公顷是采用控制灌水方法的水田。
说到新中国成立以来的水利工程，不得不提河南林县人民群众修建的红旗渠。这条总长1500公里的输水渠，要穿越太行山，是林县人民公社社员用原始的工具建立起来的。为修建这条生命渠，70多名社员牺牲在悬崖峭壁上;为节省资金，社员们用土法制作炸药;在困难的时期，用以充饥的竟然是野菜。这样下来，红旗渠的建设者们为国家节省资金1293万元(文革期间的钞票1元值现在的50-100倍)。那个时候没有贪官，没有承包商，好钢都是用在刀刃上的。红旗渠是特殊年代的产物，她是时代精神的产物，是人间奇迹。其施工难度之大，质量之高，功能之巨，完全有资格成为世界遗产。
二、灌溉及其设备
在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地灌溉，以补天然降雨之不足。灌溉，农民最通俗的叫法就是浇地。依据灌溉方式不同，自古到今有以下几种方式：
井灌：这是比较原始的灌溉方式，依靠人力或畜力将水提出来，在小型的沟渠内灌溉到农田中去。笔者小时候干过的农活，用的是人力推动的自吸井。目前，非洲还可以看到这样的原始工具。2014年，笔者在布基纳法索还见过脚踏的井灌装置，是借鉴自行车的原料链式传动动力汲水。井灌一般范围较小，多用于菜园。
大水漫灌修建畦田或陇沟，在来水上游建小型堰或坝，利用重力使水自流到农田。今天人们改用抽水机就地取水，或将水库放的水通过渠道输入农田。由于这种利用水的方式类似于河水的泛滥，人们形象地称之为大水漫灌。其好处是节省成本，但缺点是造成水的浪费。由于省力省时，不需专门的设施，该措施在全国多地使用。但大水漫灌浪费水资源，容易造成地下水位抬高，因此使土壤盐碱化，在发达国家已经逐渐被淘汰。采取该做法，在北方一般小麦需要灌溉2-3次，其中一次是冬前水;而种植玉米，因为自然降水，一般不需要灌溉。只有特别干旱，在播种时用少量水点播，但已不属于漫灌范畴。
喷灌 由管道将水输送到位于田间喷头，通过内部压力将水喷出。设备有固定式和移动式两类。固定式喷头安装在固定的地方，有的喷头安装在地表面高度，对于葡萄园或果园可采用这种做法，即对于多年生作物，因作物和地点固定，可采取这种办法。
移动式喷灌机有以下几类：
1)时针式或圆形喷灌机是一种移动式的设备，喷灌头安装在有轮子支撑的电镀钢管或铝管上，围绕一个中心旋转，从中心枢轴输送水，整个喷灌机喷灌面积形成一个圆。这种喷灌机械在美国使用的很普遍。喷灌机的旋转可以由水力推动，也可以由电机推动，大多数都使用电机。这种机械灌溉面积是一个圆形，因此在每个圆形之间的空档不能被灌溉利用，只适合在耕地面积充分的地区使用。
2)直线移动式喷灌机，是一个长管道，每隔一定间隔有一个支架，支架上有轮子，喷头在管子上，整个管道平行移动喷洒，水由管道一头输入，所以喷灌面积可以大到几千公顷。
3)绞盘式喷灌机也叫卷盘式喷灌机，采用水涡轮式动力驱动系统。采用大断面小压力的设计，在很小的流量下，可以达到较高的回收速度，水涡轮转速从水涡轮轴引出一个两速段的皮带驱动装置传入到减速器中，降速后链条传动产生较大的扭矩力驱动绞盘转动，从而实现水管的自动回收。
微喷灌 是利用折射、旋转、或辐射式微型喷头将水均匀地。喷洒到作物枝叶等区域的灌水形式，隶属于微灌范畴。如果喷灌属于人工大雨，那么微灌就是和风细雨。微喷灌的工作压力低，流量小，既可以定时定量的增加土壤水分，又能提高空气湿度，调节局部小气候，广泛应用于蔬菜、花卉、果园、中药材种植。
滴灌 将水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入植物根系附近土壤中的灌溉形式，滴水流量小，水滴缓慢入土，可以最大限度地减少蒸发损失。滴灌水压低，节水，可以用于对生长不同植物的地区，对每棵植物分别灌溉，但对坡地需要有压力补偿，用计算机可以依靠调节不同地段的阀门来控制，关键是控制调节压力和从水中去除颗粒物，以防堵塞滴灌孔。水的输送一般用塑料管，一般为黑色。滴灌也可以用埋在地下的多孔陶瓷管完成，但费用较高。再美国西部亚利桑那州，美国人种植乔木和花卉大都采取这种做法。
渗灌 人工将地下水位抬高，直接从底下为植物根系供水的方法。渗灌常用于商业温室产品，如对盆花进行灌溉，还可以施肥，用含有肥料的水溶液从底部浸泡花盆10-20分钟，水可以回收。这种运作需要高技术自动操作，设备费用贵，但节省人力、水和肥料。
三、排涝
“旱能浇、涝能排”。如果说干旱半干旱地区作物面临缺水问题，那么在湿润地区，作物面临的是淹水状态，即水太多了也会影响庄稼的生长，这就需要做排水的工作，排涝就是排除危害生产中的积水。
大部分作为是中生植物，即需要的水分既不能太湿，也不能太干，作物需水与供水的矛盾不是一成不变的，多了旱，少了涝。因降雨形成的地面积水影响作物正常生长的灾害性现象。也称“潦”。雨水过多或过于集中，而河沟排水能力不足,或外水顶托,排水困难，都能造成低洼地区地面积水。产生涝灾的多余水量称为涝水，也称沥水。
地面淹水影响植物光合作用，植株生长纤弱，甚至因根部缺氧窒息死亡。作物受涝而减产的程度与作物种类、品种及其生长阶段,淹水程度,淹水时间等因素有关。一般地，旱生作物、矮秆作物和作物生长前期比水生作物、高秆作物和作物生长后期的抗涝能力弱，淹水越深、淹水时间越长对作物为害越大。土壤长期受涝，地下水位上升，会招致土壤沼泽化;在地下水矿化度较高的地区，还将造成土壤盐渍化。中国受季风影响，夏秋雨量集中，是洪涝多发季节，有的年份洪水泛滥，有的年份洪水虽未泛滥而农田内部已积涝成灾，称内涝。
排涝措施 健全的田间排水系统是排涝的基础设施。田间排水系统由田间集水沟和各级输水沟及其配套建筑物组成。合理安排排水出路和排水方式是排涝规划的重要环节。有自流排涝条件的地区宜尽量自排;无自流排涝条件的地区则施以抽排。其中有大量高地径流汇入的，常挖截水沟(也称撇洪沟)，实行高水自排、低水抽排，以减轻抽排负担;对于受外水顶托不经常具备自排条件的地区，则须建闸，能自排时开闸自排，不能自排时闭闸抽排。此外，调整水系、整治河道、改善排洪排涝条件，也是常用的全局性的防洪排涝措施。
排涝标准指流域内能够安全排出由于某一重现期连续若干天降雨而产生的洪峰流量，并在作物耐涝的允许天数内排除田间涝水的能力。达到规定排涝标准的排水系统，能保证在发生规定标准以内的降雨量时，不致引起涝灾或不使农作物减产。 降雨重现期越长、连续降雨的天数越多，表示排涝的标准越高。我国设计的排涝标准一般为5年一遇，少数为3年一遇，高的为10年一遇。
排涝模数 单位面积的排涝流量，即排涝河沟或排涝站的设计流量同集水面积的比值，常用单位为立方米/(秒·平方公里)、升/(秒·公顷)或毫米/天。排涝模数是排涝工程的一项重要设计指标，其数值大小与设计暴雨、作物耐淹能力有关。在设计暴雨小、作物耐淹能力强、集水面积大、滞蓄能力强的排水区，其设计模数可相对减小。对于集水面积小的排水沟，其排涝模数常用几天暴雨几天排出的简单算法推求。
四、国内外排涝做法
早期农业是在河流沿岸发展起来的，需要排干沼泽，进行土地垦殖。公元前5世纪中叶,希腊历史学家希罗多德曾记载了尼罗河谷的排水工程，以后罗马的瓦罗在《论农业》一书中提到了修建排水工程的规范。
荷兰农业排水系统在世界上享有盛名，它是与围海造田联系在一起的。公元 4世纪，这一带就开始出现人工海堤。从10世纪开始，盛行筑堤造田工程。最初在圩田内实行自然排水。1612年开始利用风车抽水围垦沿海低地。几百年间,依靠人工堤防共围垦出7000多平方公里的土地，相当于全国陆地面积的五分之一。
荷兰的排水工程技术以后又扩展到欧洲的其他地区。英国从13世纪开始排水,把大量低洼地改变成农田。1531年制定法律，英国直接干预排水事业，并于1918和1930年两次颁布国土排水法案。法国在1620年首先使用瓦管排水。英国于1724年首先使用鼠道式暗渠，1764年出现了有压地下水的沼泽地的排水方法，1843年发明圆形瓦管制造机，19世纪后半叶又发明了挖沟机。在东欧、波兰从13世纪起就开始排水，罗马尼亚的排水历史甚至比灌溉历史还要早。希腊的排水工程则主要是为了防洪。
近100多年来，在世界其他地区,由于农业灌溉的急剧发展，土壤次生盐碱化问题日益突出，进一步推动了排水工作的发展。埃及于1909年以后大力发展深沟排水解决了棉田的盐碱化问题。美国于1849～1850年建立了沼泽地法案，排水自东向西发展，除沼泽排水外，还发展灌区排水，大量使用瓦管暗沟，到1960年排水面积约4100万公顷。加拿大排水有 200多年历史。巴基斯坦结合井灌发展垂直排水，20世纪60年代末有深井5500多眼，并有大面积地面排水网。
中国的排涝工程在人类历史上更是值得大书特书，多年的水患在新中国成立以后大多得多控制，其中海河和黄淮海整治成效最为突出。
海河自天津市区的三岔河口贯穿市区，至大沽口处入海，自古以来就养育了天津人民。海河对天津城市的形成和发展起了举足轻重的作用，但是，在旧时代也给海河流域的人民带来过不少灾难。海河水系支流众多，一到汛期同时涨水，而入海口处却肚大嘴小，宣泄不畅，水流速度越来越慢，泥沙沉积日益严重，排洪能力越来越差，常常形成海河流域的洪涝灾害，给广大人民群众的生活和海河地区社会经济发展造成很大危害。据记载，从1368年到1948年的580年间，海河流域发生过387次严重水灾，天津市被淹泡过70多次。
中华人民共和国成立后，毛泽东主席发出了"一定要根治海河"的号召。自1958年开始，海河流域人民按照统一规划、综合治理的方针，从上游到下游，从支流到干流，对海河水系进行了全面根治。上百万治河大军包括中小学生、家庭妇女也挥锨上阵，完成了大大小小一系列整修工程，从根本上对海河进行了治理，使海河旧貌换新颜。
黄淮海地区北起长城，南至桐柏山、大别山北麓，西倚太行山和豫西伏牛山地，东濒渤海和黄海，其主体为由黄河、淮河与海河及其支流冲积而成的黄淮海平原(即华北平原)，以及与其相毗连的鲁中南丘陵和山东半岛。行政区划范围大致包括北京、天津和山东三省市的全部，河北及河南两省的大部，以及江苏、安徽两省的淮北地区，共辖53个地市，376个县(市、区)。全区土地总面积46.95万平方公里。
由于该区域有两个水系，即黄河和淮河，当年持续的河流泛滥给人民群众带来不小的灾害。“黄泛区”就是一个苦难的代名词，一个曾滋生了杂草，又滋生了故园重生梦想的地方。黄河与河南纠缠不清，花园口与黄泛区连绵一起，三者的交集，正是河南这个人口大省新历史的浓缩。黄泛区内黄河连年泛滥，造成百姓纷纷逃亡。
泛滥的黄河水不但夺命，还把大约100亿吨泥沙带到了淮河流域，黄泛区面积多达5.4万平方公里，相当于江苏全省总面积的一半以上。大水冲过之后，留下了最厚有数米深的沙石和黄泥，给黄泛区田地复垦带来了极大困难。根据档案记载，到1946年6月，河南黄泛区“650万亩农田被淹，目前可耕地虽有266万亩，但因没有耕牛和种子，加之8年来田地覆盖了沙砾，仅凭人力挖掘非常不易，仍属荒废。”
针对黄淮海面临的旱、涝、风沙等一系列问题，新中国成立以后，人民政府就带来群众进行了不懈的努力。兰考焦裕禄的故事家喻户晓，介绍的就是这位来自山东的领导干部在兰考整理黄淮海涝害与沙害、并牺牲在工作岗位上的感人故事。通过在下游平原区开挖、疏浚数千条大、小河道，使数万平方公里低洼易涝耕地基本解除洪、涝威胁，盐碱化的土地也显著减少。漳卫新河、子牙新河、独流减河、永定新河的治理或开挖，使海河五大水系分流入海的泄洪能力加强;苏北灌溉总渠、新沂河、新沭河及淮河入江水道的开通，使水系纷乱的淮河下游平原具有较畅通的排水出路。
五、水分利用效率
从上面的介绍来看，农业要获得丰收，水分的有效供应是非常关键的，水既不能多，也不能少，水分与粮食产量是密切相关的。这里就出现了一个专业的词汇，即水分利用效率。那么，我们在一日三餐吃到的粮食，仅从水分的角度来看，需要用多少水来换呢?
笔者在中国科学院大学讲授《高级生态学》课程中的水分生理生态时，经常问研究生们这样一个问题，我们生产一斤粮食需要消费多少斤水?全班150人竟然无人能够回答，包括很多农学院毕业的学生也不知道。可见，我们的农学院课程讲授，是多么严重脱离实际了。他们只背教科书上的一些概念，但对于这么直接设计应用的知识却基本不关心。
那么，目前我们生产一斤粮食到底消耗多少水呢?水利部部长陈雷在2015年的一次讲话中指出：我国农田单位用水的粮食产量不足2.4斤/立方米，而世界先进水平为4斤/立方米左右。水的比重为1千克/立方米，经过简单换算可知，生产1公斤粮食耗水量高达800公斤,即0.8吨，接近1吨水。如果在干旱区，生产粮食从水成本几乎是“吨水斤粮”了。
如果说一斤粮食要用一吨水来“换”，可能有些人不相信。近期笔者在东北、西北、华北部分粮食产区调查发现，作为我国目前最大“耗水户”的农业生产，许多地方仍在沿用相对粗放的灌溉方式，无论是地表水还是地下水灌溉，水粮比都很惊人，节水灌溉的面积相对较少，水资源消耗浪费巨大，有的农田产出基本是“一斤粮食一吨水”的程度。
我国水资源总量居世界第6位，但人均水资源量只有世界平均水平的28%。与此同时，农业灌溉用水却消耗巨大，约占全社会用水总量的45%。
巴彦淖尔市是内蒙古自治区的“粮仓”，同时也是典型的干旱区，年蒸发量约为降水量的14倍，农业生产全靠灌溉。过去都是自己拿上工具去抢水，想浇多少浇多少，有时冬天地里都结着冰。后来有管理了，农民也有节水意识了。但现在供水时还须先灌满80厘米深的土渠，然后才能溢出到农民田里，土渠中这80厘米深的水就浪费了。一些基层干部和农民介绍，有的灌区在供水时，由于没有精细管理，供水量过多，致使用于泄水的排水渠也“满载”工作，许多水白白流走。有的农民在为水田补水时同时开口子排水，水田里成了“常流水”，水资源浪费严重。内蒙古西部河套灌区年产粮食40多亿斤，消耗 40多亿立方米地表水，相当于一立方水换一斤粮。东部通辽灌区玉米产量高，以地下水井灌为主，一立方水能换7斤粮。地下水是子孙后代的“保命水”，长期用地下水灌溉已使部分地区地下水位大幅下降，将引发一系列生态问题。
无独有偶，记者在宁夏回族自治区水利厅了解到，宁夏农业灌溉年引水约63亿立方米，除了排走的水实际消耗约38亿立方米，全区粮食年产量375万吨左右，相当于一立方米(吨)水换来2斤粮。相对于内蒙古，这个效益还是不错的。
近年来，我们不断加大农田水利建设投入，部分工程已经见到节水成效。但据有关部门测算，目前我国农业灌溉水有效利用系数0.516，远低于发达国家0.7以上的水平。更值得注意的是，我国原本在水热条件丰富的地方产粮，几乎不需要用地下水。以前是“湖广熟，天下足”，现在则是“北粮南运”、“外粮内运”。由于种地不挣钱，江南农民纷纷撂荒，种地就开垦到了原本不适合农业的干旱、半干旱区。那里原本蒸发量就大，在那里生产粮食，相当于将宝贵的地下水资源又通过粮食运回了水分充足的南方。
以笔者熟悉的山东为例，那里的自然降水量平均676毫米左右，其中80%降水在7-8月植物生长季节，其中的雪水也可为小麦利用。只要农民种地，小麦和玉米或小麦大豆轮作，天然降水就会得到很好的运用，其水量相当于每亩500.3立方米(吨)。山东小麦玉米周年产量如果管理好的话，可打粮食2吨，玉米季不需要浇水，仅小麦季浇水2-3遍，需水量400-525毫米，取平均值463毫米。天然降水与人工灌溉总水量每亩约1139毫米，折合每亩759.7吨，水分利用效率是2.63公斤粮/吨水，或5.25斤/吨，相对于在干旱区种粮，其水分利用效率是其5倍以上。如果换成江南水乡，由于自然降水就在1000毫米以上，灌溉用水就更少，水分利用效率更高。从这样简单的计算来看，在干旱半干旱区种粮或种棉花，仅水账就是根本不合算的。
植物吸收的水分还要通过蒸腾作用耗散到空气中，灌溉到土壤中的水也会蒸发到空中。
在干旱半干旱区种地，相当于将储藏在地下中宝贵的水资源，通过大气环流带走了，地下水位下降就不可避免。更糟糕的是，盐分也带到了地表，种植几年后就出现退化。对地表水源的争夺;造成地下水位下降;地面沉降;在蒸发量大的地区造成土壤盐碱化;过度灌溉的地区造成农业废水引起的农药和化肥污染。
在水分利用效率方面还有一个瞬时水分利用效率的计算，即光合速率除以蒸腾速率，其单位是微摩尔CO2/摩尔水，由于与生产实际相差较远，不在详细解释。
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