我國機械化節水灌溉技術體系及合理化應用

杜永鑫

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

隨著經濟社會的不斷發展，我國的水資源供需矛盾日益凸顯，農業干旱缺水與水資源短缺已成為限制我國農業現代化轉型及農業可持續發展的主要因素[1]。為了穩步推進農業現代化進程，解決水資源日益短缺問題，開展機械化節水灌溉技術體系及合理化應用對發展現代化綠色農業、實現農業節能降耗及建設節約型社會提供了理論和實踐參考。

1 我國機械化節水灌溉技術發展現狀

我國在1950年提出節水灌溉技術，從20世紀70年代初期，開始探索節水灌溉技術，到20世紀80年代初，開始逐步宣傳和推廣。通過農田水利工程建設，兼顧節水灌溉思想宣傳與技術推廣，農田水利工程灌溉用水量有所下降，灌溉水資源利用率有所增長，但當時我國總體經濟條件與科學技術水平相對落后，農民節水意識的不足，我國節水灌溉技術的水平及全國普及化程度相對較低，導致節水灌溉工程與相關技術發展較為緩慢[2]。隨著農業生產水平的不斷提升與綜合科技水平的逐漸增強，通過先進的農業栽培技術與農業機械化發展，國家和地方各級政府開始逐步探索符合各地發展的機械化節水灌溉技術，取得階段性成績，但是節水灌溉技術的推廣和應用效果不明顯。目前，我國節水灌溉技術體系存在的主要問題包括節水灌溉技術不完善、技術水平低、技術開發利用效率低下、農戶在進行農業生產時缺乏節水意識及節水灌溉工程建設資金不足等。

近年來，通過國家政策的引導與農田水利工程的建設，不斷改進傳統的灌溉技術，先進的節水灌溉技術(如噴灌技術、微噴技術及覆膜滴灌技術等)得到了應用和推廣。如中原地區利用地方節水工程，改變傳統的粗放式農田灌溉技術，發展噴灌工程、微灌工程等先進的機械化節水灌溉工程。各個地區結合地域實際大力發展灌溉工程，促進我國機械化節水灌溉技術取得了階段性的進步[3]。為了穩步推進農業現代化進程，解決水資源日益短缺問題，加快我國農業由傳統“產量”最大化向現代“效益+可持續”最大化轉變。結合我國實際的基礎條件與有限的水資源，構建具有中國特色的機械化節水灌溉技術體系，并合理應用我國機械化節水灌溉技術，實現我國農業產業結構的可持續發展。

2 節水灌溉技術種類與特點

2.1 井灌技術

在我國北方干旱地區，井灌技術對于保證農業高產穩產起著巨大作用，是利用提水設備提取井水灌溉農田的措施。由于地下水資源在多年間的變化比較穩定，只要保證合理開采，可以顯著提高農業灌溉效率；其次，井灌工程輸水線路短，因此井灌技術中灌溉水利用率較高；最后，井灌工程投產時間短，收效快。部分地區還在渠灌區中打井，以實行井渠結合灌溉，既提高了灌溉保證率，又起到了控制和降低地下水水位的作用，是預防和改良鹽堿地的有效措施。

井灌工程中的井型主要包括管井和真空井等，應該根據不同地區實際生產條件選擇適合的井型(表1)。

表1 各種井型及其適用條件

2.2 噴灌技術

噴灌作為一項我國極力推行的灌溉技術，利用管道輸水，減少了水分在輸送過程中的損失，節約水資源；并且可以適時地給農作物灌水，改善田間微型氣候，增加農田空氣濕度，達到調節農業生產環境晝夜溫差的目的，可以實現作物的高產穩產。噴灌工程的機械化程度高，節省勞動力，提高勞動效率；對地形的適應性強，土壤的滲透性和坡度對其影響較小。但是噴灌技術將水噴灑在空氣中，射程噴灑范圍就會受到風的影響，另一方面，噴灌工程成本較高，也是限制其發展的主要因素。

2.3 微灌技術

微灌是利用微灌設備組裝成微灌系統，將有壓水輸送分配到田間，通過灌水器以微小的流量濕潤作物根部附近土壤的一種局部灌水技術，是繼噴灌技術后，節水效率最高的一項灌溉技術。微觀技術主要包括滴灌技術、微噴灌技術、涌泉灌技術等。

2.4 渠道灌溉

渠道灌溉技術是一種傳統的節水灌溉技術，主要是指從水源取水，經過渠道和建筑物向農業生產提供灌溉水源，并且由田間工程進行灌溉的工程技術。

在進行渠道灌溉系統設計時，灌溉設計保證率是評價渠道灌溉技術的重要指標，主要是指一個灌溉工程的灌溉用水量在多年期間能夠得到保證的概率，以正常供水的年數占總年數的百分數表示，通常用P表示，如P=80%表示在一個灌溉區域內，平均100年里有80年的灌溉用水量可以得到保證，其余20年存在供水不足的問題，作物生長會受到影響。計算公式如式(1)所示。

(1)

式中，P為灌溉設計保證率，%；m為灌溉設施能夠保證正常供水的年數；n為灌溉設施供水的總年數。一般計算系列年數不宜少于30。灌溉設計保證率進行選擇時，應該根據灌溉區域的水源和基礎條件，全面考慮工程技術和經濟因素等，計算幾種保證率的工程凈收益，從中選擇一個經濟合理的方案，便于充分開發和利用水土資源。具體可以參照我國灌溉與排水設計規范規定的數值(表2)。

表2 灌溉設計保證率選擇

2.5 水肥氣耦合技術

傳統灌溉技術會由于土壤持續性濕潤對作物生長造成“低氧脅迫”。大量研究表明，低氧脅迫增加了葉片脫落酸(ABA)濃度。脫落酸的積累導致氣孔密度、開度降低，葉綠素含量降低，抑制植株莖、葉的生長，同時導致凈光合速率降低，并根據缺乏的嚴重程度而完全停止(表3)。針對以上問題，提出了“水肥氣耦合技術”。該技術是在地下滴灌的基礎上，利用土壤通風裝置向作物根部土壤增加空氣，或者采用文丘里裝置將空氣以微氣泡的形式摻入灌溉水中，提高土壤環境中O2含量，滿足植株根系有氧呼吸和土壤中微生物對O2的需求，促進根系生長發育及對土壤礦物質元素的吸收轉化，促進作物地上部光合作用及光合產物的積累與運轉，提高作物產量與品質[4]。

表3 影響作物生長的土壤指標范圍

3 節水灌溉技術推廣策略與實施途徑

3.1 因地制宜，推動我國各個地區節水灌溉技術的穩定發展

我國幅員遼闊，地區性氣候及季節性氣候變化多樣，機械化節水灌溉技術的推廣并應用應堅持因地制宜因時施策原則，充分考慮農作物種植條件及自然條件(包括氣候、土質及水文等)，結合地方政策引導，針對不同農作物選擇不同的機械化節水灌溉技術。例如，農作物大田密植種植適宜發展噴灌技術，農作物大田寬行種植或大棚種植適宜發展滴灌、溝灌技術；農作物(果木)山地種植適宜發展微噴、滴灌、涌泉灌等技術，科學合理推廣并應用機械化節水灌溉技術，實現農作物健康生長及水資源節約利用[5]。

3.2 健全政策制度，推廣節水技術推廣服務體系

健全節水管理組織和技術推廣服務體系，逐步完善節水灌溉技術相關規章制度，將節水灌溉技術責任落實到每個組織者和農戶。在不同生產區域，定期舉行相關經驗交流，普及節水灌溉知識，加強節水灌溉技術宣傳，使節水灌溉理念逐漸深入人心，提高農戶的節水灌溉意識。另一方面，可以制定和完善節水灌溉技術相關法律法規，例如確定合理的水價，制定相關的節水鼓勵與獎勵政策。

3.3 加大技術研發，提高設備質量

加強節水措施的研發力度，積極推廣新型節水灌溉技術與措施。如水肥一體化技術、水肥氣一體化技術和增氧灌溉技術等[6]，用先進的科學技術挖掘節水灌溉技術生產潛力。另一方面，由于作物的生長器官在不同生育階段會對土壤水分表現出不同的需求，應該考慮到作物不同生育階段的生理生化參數的差異性，以生育期為單位確定最佳的節水灌溉制度。

4 結論

節水灌溉主要是指利用最低限度的灌水量獲得最大的農業產出，是農業穩步、可持續發展的重要發展技術。本研究首先系統論述了目前我國灌溉現狀，其次，系統闡述了目前常見的節水灌溉技術及其發展特點，最后提出了節水灌溉技術推廣策略與實施途徑。研究結果旨在為全面提升我國農業生產效率提供參考，為節水灌溉技術的推廣與發展提供新的思路。