節(jié)水灌溉技術(shù)研究

韓立巖　那婉姣　王　亮

摘要水資源是人類賴以生存的重要資源之一。綜述了我國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)的現(xiàn)狀、主要的技術(shù)措施及發(fā)展趨勢(shì)，指出發(fā)展節(jié)水灌溉勢(shì)在必行。我國(guó)節(jié)水灌溉工程技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)雖然有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但只有將傳統(tǒng)節(jié)水灌溉技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)有效結(jié)合，才能迅速提升我國(guó)節(jié)水灌溉水平。

關(guān)鍵詞節(jié)水灌溉；工程措施；農(nóng)藝措施

中圖分類號(hào) S275 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739（2009）04-0141-02

我國(guó)人多、地少、水缺，全國(guó)人均占水量?jī)H為世界平均水平的1/4，是世界上13個(gè)貧水國(guó)之一。21世紀(jì)將是我國(guó)從發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜缰械劝l(fā)達(dá)國(guó)家的重要時(shí)期，也是我國(guó)人口增加到16億的高峰時(shí)期，農(nóng)業(yè)用水危機(jī)將更為嚴(yán)峻，節(jié)水灌溉將成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展迫切需要解決的重大問題[1]，是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一場(chǎng)革命，其中節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用將成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，我國(guó)一方面水資源緊缺，另一方面又存在水資源嚴(yán)重浪費(fèi)的現(xiàn)象。由于糧食生產(chǎn)的極端重要性和灌溉用水量大、效率低的特殊性，認(rèn)真搞好農(nóng)業(yè)節(jié)水，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，形成節(jié)水型社會(huì)，已成為我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。因此，發(fā)展和推廣節(jié)水灌溉技術(shù)對(duì)緩解我國(guó)水資源危機(jī)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1國(guó)內(nèi)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀

節(jié)水灌溉技術(shù)大致可分為節(jié)水灌溉工程技術(shù)和節(jié)水灌溉農(nóng)藝技術(shù)。目前，我國(guó)耕地面積為1.30億公頃，其中有效灌溉面積5 586.67萬公頃，占耕地面積的43.0%[2]。根據(jù)《中國(guó)水利年鑒（2003）》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2002年底，我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉面積為1 866.67萬公頃，占有效灌溉面積的33.4%；其中噴灌和微灌面積246.67萬公頃，占節(jié)水灌溉面積的13.2%，占有效灌溉面積的4.4%；低壓管道輸水灌溉面積415.67萬公頃，占節(jié)水灌溉面積的22.3%；其余為渠道防滲灌溉控制面積，占節(jié)水灌溉面積的64.5%。由此可見，我國(guó)有1/2以上的耕地面積沒有灌溉設(shè)施，屬于“望天田”；2/3的有效灌溉面積還在沿用傳統(tǒng)落后的灌溉方法[3-5]。在節(jié)水灌溉面積中，采用現(xiàn)代先進(jìn)節(jié)水灌溉方式的微乎其微，絕大部分只是按低標(biāo)準(zhǔn)初步進(jìn)行了節(jié)水改造，輸水渠道的防滲襯砌率不到30.0%

[6]。因此，我國(guó)的節(jié)水灌溉面積尤其是高效節(jié)水灌溉面積存在著巨大的發(fā)展空間和潛力。

2節(jié)水灌溉技術(shù)措施

2.1集雨技術(shù)措施

提高天然降水的有效利用率，減少灌水次數(shù)和灌水定額，是最省投資的節(jié)水措施。對(duì)于有一定降水量的缺水地區(qū)，意義尤為重大。

在山丘地區(qū)進(jìn)行常規(guī)的水利工程建設(shè)難度大，可通過集雨場(chǎng)匯集雨水，存放在水窖中，作為大田補(bǔ)灌和發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)的水源[6]。有條件的可配置簡(jiǎn)移式噴灌，進(jìn)行作物關(guān)鍵生長(zhǎng)期的灌溉，變雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為集雨農(nóng)業(yè)。集雨窯工程適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)要求簡(jiǎn)單，農(nóng)戶可自行施工，工程見效快，當(dāng)年建設(shè)，當(dāng)年可發(fā)揮效益，是山區(qū)群眾脫貧致富的希望。

2.2工程技術(shù)措施

2.2.1渠道防滲灌溉技術(shù)。渠道防滲技術(shù)能最有效地減少渠道滲漏損失，提高農(nóng)業(yè)用水利用率，更有效地利用水資源。漿砌塊石襯砌防滲較土渠減少滲漏損失50%~60%，混凝土襯砌防滲較土渠減少滲漏損失60%~70%，由塑料薄膜防滲較土渠減少滲漏損失70%~80%[7]。

2.2.2低壓管道灌溉技術(shù)。低壓管道技術(shù)是以地埋管道代替溝渠，將低壓水輸送到田間農(nóng)田的一種灌溉新技術(shù)，與土渠灌溉相比可節(jié)約水量25.5%~40.0%，平均為32.8%，減少渠灌占地10%，具有造價(jià)低廉、快速輸水和便于管理等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來，低壓管道灌溉技術(shù)在我國(guó)北方特別是井灌區(qū)有較多發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅河北、山東等省近幾年就發(fā)展了低壓管道灌溉面積達(dá)113.33萬公頃。這種灌溉具有節(jié)水、節(jié)能、省地、省工等優(yōu)點(diǎn)[8，9]。有些省的井灌區(qū)用低壓軟管輸水配水進(jìn)行灌溉，俗稱“小白龍”灌溉，可使水的利用率達(dá)到97%以上，單井灌溉面積擴(kuò)大近1倍，可比土渠灌溉節(jié)電4.3%。

2.2.3噴、滴灌灌溉技術(shù)。噴、滴灌是目前國(guó)內(nèi)外節(jié)水增產(chǎn)效果最好的田間灌溉工程[10-12]。其優(yōu)點(diǎn)是適于坡地及不平整的耕地，節(jié)省土地，不易產(chǎn)生水土流失和土壤板結(jié)，有利于土壤微量生物良性循環(huán)，改善農(nóng)田小氣候，這是其他灌溉方法所不具備的，此外，噴灌設(shè)施還可發(fā)揮施肥、噴藥等綜合作用。但噴、滴灌投資大、技術(shù)含量高、管理難度大，在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，可以適當(dāng)搞小面積的試點(diǎn)，不宜大面積提倡，因農(nóng)民既買不起，也管理不好，往往事倍功半。

2.2.4節(jié)水型地面灌溉。地面灌溉，如溝灌、畦灌等至今仍是我國(guó)廣泛使用的灌水方法。傳統(tǒng)的地面灌溉定額大、滲漏多，比其他方法費(fèi)水。但是改進(jìn)后，可節(jié)省很多水量。例如，平整土地、長(zhǎng)畦改短畦、大畦改小畦、控制入畦流量和改水成數(shù)以及利用地膜輸水（即膜上灌）等，均有顯著的節(jié)水效果。地面灌溉節(jié)水的主要原理是控制灌水均勻度，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生滲漏。由于地面灌溉應(yīng)用面廣，技術(shù)簡(jiǎn)單，現(xiàn)階段仍是節(jié)水灌溉的重點(diǎn)應(yīng)用課題之一[13，14]。

2.3農(nóng)藝技術(shù)措施

2.3.1作物調(diào)虧灌溉技術(shù)。調(diào)虧灌溉是20世紀(jì)70年代中后期出現(xiàn)并逐步發(fā)展的一種新的節(jié)水灌溉技術(shù)，是在作物生長(zhǎng)發(fā)育的某些階段施加一定的干旱脅迫，有目的的使作物處于一定程度缺水的條件下，調(diào)節(jié)作物的光合產(chǎn)物向不同組織器官的分配，調(diào)控地上和地下生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，促進(jìn)生殖生長(zhǎng)，控制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，舍棄有機(jī)合成物總量，提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，最終達(dá)到節(jié)水、高效、高產(chǎn)的目的。根據(jù)中國(guó)農(nóng)科院商丘試驗(yàn)區(qū)研究結(jié)果，黃淮平原冬小麥全生育期需水量387.5mm，而小麥生長(zhǎng)期平均有效降雨量只有173.0mm，尚虧缺214.5 mm，6 000kg/hm²以上的高產(chǎn)區(qū)灌溉定額為1 800m³/hm²，全生育期澆3次水，即冬灌、返青、拔節(jié)-抽穗期各澆1次水，最佳經(jīng)濟(jì)灌溉定額為1 200m³/hm²。棉花生長(zhǎng)期需水量為379.6 mm，一般年份有效降雨量能滿足其正常生長(zhǎng)的需求，但年際間降水量差異大，遇伏旱時(shí)需要澆1次蕾期水或鈴水。澆水量不宜過大，一般澆450~600m³/hm²。夏玉米生長(zhǎng)期需水量365.9mm，同期年均有效降雨量276.5 mm，尚缺水89.4mm。一般年份夏玉米需要澆2水，即抽雄水和灌漿水，灌溉定額1 200mm[15-18]。干旱年需增加1次播期水，濕潤(rùn)年在灌漿期澆水即可。作物調(diào)虧灌溉具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，但目前還需進(jìn)一步研究適宜于農(nóng)民應(yīng)用的田間實(shí)施技術(shù)。

2.3.2作物控制性分根交替灌溉技術(shù)。傳統(tǒng)的灌溉方式是使作物根系土層達(dá)到充分濕潤(rùn)，而作物控制性分根交替灌溉是改變根系生長(zhǎng)空間的土壤濕潤(rùn)方式，人為控制根區(qū)土壤某個(gè)區(qū)域的干燥或濕潤(rùn)，使作物根區(qū)土壤交替干燥，讓其產(chǎn)生水分脅迫信號(hào)傳遞至葉氣孔，形成最優(yōu)氣孔開度；另一部分生長(zhǎng)在濕潤(rùn)區(qū)的根系正常吸水，以減少作物奢侈的蒸騰和植株間的無效蒸發(fā)，節(jié)約灌溉用水量。這一技術(shù)可節(jié)水30%以上，水分利用率提高40%~50%。實(shí)踐證明，春小麥與春玉米套種隔畦灌，棉花、玉米等寬行作物隔溝灌或隔溝交替灌，濕潤(rùn)面積可減少50%、節(jié)水高達(dá)30%以上、增產(chǎn)幅度5%~10%。但目前還需進(jìn)一步研究該種技術(shù)的最佳田間灌水技術(shù)方案，開發(fā)適于控制性分根交替灌溉的新型灌水器和與這種灌水技術(shù)相配套的作物栽培技術(shù)體系。

2.3.3水稻薄淺濕曬灌技術(shù)。傳統(tǒng)的水稻灌溉一般是長(zhǎng)期保持較深水層，有的地方還采用串灌、漫灌，水肥流失嚴(yán)重[19-20]。而采用薄、淺、濕、曬的灌溉制度，可取得很好的節(jié)水效果。其基本做法是薄水插秧、淺水返青，分粟前期田間濕潤(rùn)管理，分靡后期曬田，拔節(jié)抽穗期保持薄水，乳熟期保持田間濕潤(rùn)，黃熟期濕潤(rùn)落干。此方法在廣西、江蘇等地得到廣泛推廣，推廣面積累計(jì)達(dá)178.2萬公頃，可增產(chǎn)7.72%以上。由于水層淺，滲漏量和植株棵間蒸發(fā)量就大大減少，從而減少田間耗水量，年平均減少耗水量1 069mm/hm²，是值得在稻田大力推廣的節(jié)水灌溉技術(shù)之一。此項(xiàng)技術(shù)投入小、收效大，但是此法受地域與自然條件影響大。

2.3.4咸水灌溉技術(shù)。微咸水灌溉技術(shù)主要包括不同水質(zhì)的水混灌和輪灌技術(shù)。混灌是將2種不同的灌溉水混合使用，包括咸淡混灌、咸堿（低礦化堿性水）混灌和2種不同鹽漬度的咸水混灌，降低灌溉水的總鹽漬度或改變其鹽分組成。混灌在提高灌溉水水質(zhì)的同時(shí)，也增加了可灌水的總量，使以前不能使用的堿水或高鹽漬度的咸水得以利用。輪灌是根據(jù)水資源分布、作物種類及其耐鹽性和作物生育階段等交替使用咸淡水進(jìn)行灌溉的一種方法[21]。如旱季用咸水，雨后有河水時(shí)用淡水；強(qiáng)耐鹽作物（如棉花）用咸水，弱耐鹽作物（如小麥、玉米、大豆）用淡水；播前和苗期用淡水，而在作物的中、后期用咸水。輪灌可充分、有效地發(fā)揮咸淡水各自的作用和效益。

3我國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

近年來，現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展迅速，目前在節(jié)水灌溉的高新技術(shù)中，最引人注目的是“3S”技術(shù)。“3S”技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了數(shù)字水文、數(shù)字河流、數(shù)字渠道、數(shù)字灌區(qū)等概念。隨著GIS空間信息處理及相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件、高性能微機(jī)工作站及數(shù)字地形高程（DEM）等技術(shù)的出現(xiàn)，使得與水文水環(huán)境、灌溉管理等有關(guān)的地理空間資料的獲取、管理、分析、模擬和顯示變?yōu)榭赡躘8]。隨著科技的飛速發(fā)展，有關(guān)高新技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水領(lǐng)域，如土壤水分測(cè)定在時(shí)域反射法（TDR）技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上，開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的基于電容法、熱慣量、近紅外技術(shù)的快速測(cè)量?jī)x表；基于作物蒸騰過程、葉面、空氣溫差與作物旱情的關(guān)系，利用紅外測(cè)溫技術(shù)診斷作物旱情的研究也取得許多進(jìn)展；利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)大面積土壤墑情、作物旱情，以及短、中、長(zhǎng)期的土壤墑情、作物旱情的預(yù)報(bào)技術(shù)研究方面也取得了長(zhǎng)足發(fā)展[22-25]。

在作物水分信息采集與精量控制用水技術(shù)方面，國(guó)外已大量使用紅外槍技術(shù)，并采用熱脈沖技術(shù)測(cè)定作物莖稈的液流和蒸騰，用于指導(dǎo)精量灌溉[26-28]。20世紀(jì)70年代以來，美國(guó)、澳大利亞等國(guó)先后提出一些土壤與作物水分監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)的理論和方法，美國(guó)、以色列等國(guó)利用空間信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，取得了較大進(jìn)展，并且已進(jìn)入田間生產(chǎn)應(yīng)用階段。隨著作物和土壤水分監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展，灌溉預(yù)報(bào)研究進(jìn)展很快，美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等已提出幾種具有代表性的節(jié)水灌溉預(yù)報(bào)程序，并進(jìn)行了多年的實(shí)踐。

在精準(zhǔn)灌溉和灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)控制方面，我國(guó)與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距還較大。發(fā)達(dá)國(guó)家為滿足對(duì)灌溉系統(tǒng)管理靈活、準(zhǔn)確、快捷的要求，非常重視空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的應(yīng)用，大多采用自動(dòng)控制運(yùn)行方式，特別是對(duì)大型渠道工程多采用中央自動(dòng)監(jiān)控（遙測(cè)、遙訊、遙調(diào)）方式[29-31]。在大大減少調(diào)蓄工程數(shù)量、降低工程造價(jià)費(fèi)用的同時(shí)，既滿足了用戶的需求，又有效地減少了棄水，提高了灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行性能與效率。遙感等高新技術(shù)已大面積用于區(qū)域作物耗水監(jiān)測(cè)和土壤墑情及灌溉預(yù)報(bào)。

4結(jié)論

推進(jìn)節(jié)水灌溉，不僅是技術(shù)問題，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題。目前，我國(guó)在節(jié)水灌溉工程與農(nóng)藝技術(shù)方面都有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)支撐與儲(chǔ)備，但目前應(yīng)用面積與范圍尚小。建議國(guó)家繼續(xù)加大節(jié)水灌溉工程技術(shù)的投入力度，在河（庫(kù)）灌區(qū)大力發(fā)展渠道防滲技術(shù)；在井灌區(qū)積極推廣低壓管道輸水灌溉技術(shù)；在山丘地區(qū)、干旱缺水地區(qū)和經(jīng)濟(jì)作物灌區(qū)發(fā)展噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)、膜下滴灌技術(shù)；在保護(hù)地蔬菜田推廣滲灌技術(shù)；在干旱、半干旱的山丘地區(qū)發(fā)展雨水匯集利用技術(shù)。同時(shí)，強(qiáng)化田間節(jié)水灌溉配套農(nóng)藝技術(shù)的研究與推廣，結(jié)合“3S”技術(shù)、灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)，因地制宜推廣作物調(diào)虧灌溉技術(shù)、作物控制性分根交替灌溉技術(shù)、水稻薄淺濕曬灌技術(shù)、咸水及劣質(zhì)水灌溉技術(shù)等。建議國(guó)家和地方有關(guān)部門，組織有關(guān)領(lǐng)域的科研院校、技術(shù)推廣部門，針對(duì)節(jié)水灌溉工程與農(nóng)藝技術(shù)問題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，將工程和農(nóng)藝節(jié)

水灌溉措施很好地結(jié)合起來，快速、大幅度地?cái)U(kuò)大節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用面積與范圍，使我國(guó)的節(jié)水灌溉事業(yè)可持續(xù)發(fā)展，取得更好的節(jié)水效果、更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

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