我國農(nóng)業(yè)水利灌溉中的節(jié)水措施研究

摘 要：我國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨用水緊張與灌溉效率低下的雙重挑戰(zhàn)。基于此，分析探討了新型節(jié)水灌溉技術(shù)及其應用優(yōu)勢，對比噴灌、微灌、渠道防滲、低壓管道輸水等技術(shù)的特點，并提出了一系列節(jié)水措施，包括推廣高效灌溉技術(shù)、實行分區(qū)定額管理、建立監(jiān)測預警系統(tǒng)、加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和增強農(nóng)民節(jié)水意識等。采用這些措施能顯著提高水資源利用效率，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，有助于保障國家糧食安全和生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)水利灌溉；噴灌技術(shù)；微灌技術(shù)；渠道防滲技術(shù)；低壓管道輸水技術(shù)；節(jié)水措施

中圖分類號：S274 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）3-154-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.03.037

0 引言

在全球范圍內(nèi)，水資源的緊張已成為限制社會經(jīng)濟發(fā)展的一大瓶頸，尤其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，這一問題較為顯著。農(nóng)業(yè)用水占全球淡水使用量的很大一部分，農(nóng)業(yè)對水資源的高依賴性與水資源的有限性形成了尖銳對立。隨著氣候變化和人口增長的雙重壓力，高效管理和節(jié)約使用水資源成為一個迫在眉睫的議題。當前，我國的農(nóng)業(yè)灌溉用水現(xiàn)狀并不理想。一直以來，我國的農(nóng)業(yè)灌溉以漫灌方式為主，這導致了灌溉水的實際利用率遠低于理想狀態(tài)。在輸送過程中，由于渠道破舊、漏洞百出，大量水資源未能到達農(nóng)田即流失。同時，在灌溉后，土壤和作物的有限吸收能力導致大量水分通過地表徑流和深層滲透形式丟失，這造成大量水資源流失和浪費，還可能導致土壤鹽堿化等次生災害。針對這些問題，新型農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)應運而生。技術(shù)創(chuàng)新為解決傳統(tǒng)灌溉中的水資源浪費提供了可行方案。例如，噴灌技術(shù)通過高效的水泵和管網(wǎng)系統(tǒng)，將水以霧的形式均勻灑到作物上，顯著提高了水的利用效率，并減少了途中的滲漏。微灌技術(shù)，包括滴灌和微噴灌，能夠?qū)⑺苯虞斔偷阶魑锔浚瑯O大地減少了水分蒸發(fā)和無效透水。此外，渠道防滲技術(shù)及低壓管道輸水技術(shù)的應用，也能有效減少灌溉系統(tǒng)中的水損。采用這些現(xiàn)代灌溉手段，不僅提高了灌溉水的利用率，也為水資源的合理配置開辟了新途徑。

雖然技術(shù)進步為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供了可能，但技術(shù)的推廣和應用還面臨著多方面的挑戰(zhàn)：農(nóng)民的節(jié)水意識仍需加強，現(xiàn)有的管理體系需要進一步完善。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用這些新型灌溉技術(shù)，通過政策引導和教育培訓提升農(nóng)民的節(jié)水意識和技術(shù)運用能力，將是提高我國農(nóng)業(yè)灌溉水資源利用效率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵路徑。

1 新型農(nóng)業(yè)水利灌溉技術(shù)及其應用優(yōu)勢分析

1.1 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)通過水泵、管網(wǎng)系統(tǒng)和噴頭等設(shè)備，將水以噴霧形式均勻地灑在作物上進行灌溉，可以有效減少渠道和地表的滲漏損失，從而提高水資源利用效率［1］。噴灌系統(tǒng)主要由水源、水泵站、主管網(wǎng)、支管網(wǎng)、噴頭等部分組成。水源可以是河流、水庫等，水流經(jīng)水泵站增壓后進入主管網(wǎng)，再從支管網(wǎng)分配到各個噴頭，噴頭將水霧化后對作物進行澆灌。根據(jù)工作方式的不同，噴灌可分為固定噴灌、移動噴灌和微噴灌等類型。固定噴灌是應用最廣泛的噴灌形式，噴頭位置固定，按設(shè)計要求對作物進行定期灌溉（如圖1所示）。一般管徑為20～40 mm，噴頭間距為3～5 m，噴頭高度為0.5～1.0 m，運行壓力為0.2～0.4 MPa。研究表明，與渠道灌溉相比，固定噴灌可以節(jié)水30%～60%。移動噴灌通過改變噴頭位置進行灌溉，靈活性較高，可針對不同作物和地塊進行調(diào)整，節(jié)水效果較好［2］。微噴灌利用直徑5～15 mm的微型噴頭，以較小的水量進行精準澆灌，是較為先進的噴灌技術(shù)，可根據(jù)作物需水特點精確控制每個噴頭的水量，從而實現(xiàn)高效節(jié)水。

1.2 滴灌技術(shù)

滴灌技術(shù)通過在管道中布置滴頭，可以對作物根部進行定點澆灌，大大減少了蒸發(fā)損失，是目前應用最廣的微灌技術(shù)［3］。典型的滴灌系統(tǒng)包括水源、過濾系統(tǒng)、肥料注入裝置、控制器、主管道、滴頭等部分。滴頭一般選用2～8 L/h的流量，間距在0.3～0.6 m之間，具體根據(jù)作物類型、行距等具體情況確定。采用滴灌技術(shù)可以精確控制每株作物的用水量，一般可將灌溉用水量降低30%～70%。但其設(shè)備投入較高，維護費用也較高，適用于經(jīng)濟作物種植。與滴灌技術(shù)相比，噴灌技術(shù)設(shè)備投入較低，推廣難度小，可廣泛應用于各類作物。表1對兩種微灌技術(shù)的特點進行了對比。

1.3 渠道防滲技術(shù)

渠道防滲技術(shù)是目前農(nóng)田灌溉系統(tǒng)中使用最廣泛的一種節(jié)水技術(shù)手段。灌溉渠道漏損是導致水資源浪費的主要原因之一。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國現(xiàn)有灌溉渠道的漏損率在50%以上。為實現(xiàn)水資源的高效利用，采取有效的渠道防滲措施勢在必行。常見的渠道防滲技術(shù)主要包括水泥涂抹、磚塊襯砌、三合土護面、塑料薄膜防滲、預應力混凝土襯砌等，這些防滲技術(shù)能夠有效降低渠道的滲漏率。例如，采用水泥涂抹技術(shù)可以將土質(zhì)渠道的滲漏率降低60%以上；使用合理的塑料薄膜防滲，渠道滲漏率可降低80%。防滲材料的選用還要考慮耐久性、施工簡便性等因素。采用防滲技術(shù)不僅可以節(jié)約水資源，還可以提高渠道輸水效率，保證農(nóng)作物獲得充足水分。

1.4 低壓管道輸水技術(shù)

低壓管道輸水技術(shù)利用埋設(shè)在地下1～2 m的塑料或鋼制管道，取代傳統(tǒng)的地表水渠進行水源輸送。根據(jù)管道材質(zhì)不同，其輸水壓力一般控制在0.2～0.6 MPa。與地表水渠相比，地下管道系統(tǒng)的漏損率可以降低約60%，大大提高了水資源利用效率。采用直徑為160 mm的PE管道，當輸水壓力為0.3 MPa時，其漏水率僅為0.121 L/（km·h），而相應規(guī)格水渠的漏水率為10～30 L/（km·h）。管道輸水系統(tǒng)通常設(shè)置在田間地頭，根據(jù)作物種植情況采用網(wǎng)狀或樹狀布局。管道兩端及拐點設(shè)置閥門，可根據(jù)需要開啟或關(guān)閉部分管道。同時，在管網(wǎng)末端增設(shè)水表，便于監(jiān)測系統(tǒng)漏損和用水量。相比渠系，采用該技術(shù)可以精確輸水到需灌溉區(qū)域，并實時掌握水量變化。但其施工及管材成本較高，維護復雜，主要適用于經(jīng)濟效益較好的大型農(nóng)場。

2 加快推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的有效措施

2.1 推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，提高灌溉水資源利用效率

推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，是提高灌溉水資源利用效率的關(guān)鍵。首先，要普及滴灌、噴灌等現(xiàn)代灌溉技術(shù)。采用這些技術(shù)能夠?qū)⑺趾宛B(yǎng)分直接輸送到作物根部，大幅度減少蒸發(fā)和滲漏，從而極大提高用水效率。其次，要引入土壤濕度監(jiān)測設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)，以實時監(jiān)測土壤的水分狀況，并據(jù)此調(diào)整灌溉量，避免灌溉過量或不足［4］。再次，要推廣使用智能灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)天氣預報、植物生長階段及土壤濕度等數(shù)據(jù)自動調(diào)整灌溉策略，確保水資源的最大化利用，減少資源浪費。最后，要加強對農(nóng)民的技術(shù)培訓，提升他們對節(jié)水灌溉技術(shù)的認知和操作能力，確保這些技術(shù)能夠被正確地推廣使用。采取以上措施，可以有效提高灌溉水資源的利用效率，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.2 實行分區(qū)分級定額用水管理，強化水資源節(jié)約意識

實行分區(qū)分級定額用水管理是提升農(nóng)業(yè)水資源利用效率、增強水資源節(jié)約意識的有效途徑。一方面，要根據(jù)不同地區(qū)的降水量、地形地貌、作物種植結(jié)構(gòu)等因素，將農(nóng)業(yè)用水區(qū)域劃分為若干水管理區(qū)。每個區(qū)域根據(jù)其獨特的水資源狀況和農(nóng)業(yè)需求，設(shè)定合理的用水定額，確保用水量與區(qū)域水資源承載能力相匹配。在此基礎(chǔ)上，進一步細化到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村落，甚至單個農(nóng)田，按照作物生長周期和不同生長階段的需水特點，制定更為精確的用水指標。這種分級管理有助于合理調(diào)度水資源，也可以促使農(nóng)民注重水量控制，培養(yǎng)其節(jié)水意識。另一方面，要通過建立健全的監(jiān)測制度和考核機制，對超額用水的個體或單位實行經(jīng)濟處罰，以此強化節(jié)水規(guī)定的執(zhí)行力。政府及相關(guān)部門應積極開展宣傳教育活動，提高農(nóng)民的節(jié)水認識，讓他們了解節(jié)水的重要性，掌握節(jié)水方法，形成全社會共同節(jié)約用水的良好氛圍。

2.3 建立完善的水資源監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)精細化調(diào)控

建立完善的水資源監(jiān)測預警系統(tǒng)是實現(xiàn)精細化調(diào)控的關(guān)鍵。這一系統(tǒng)需要以先進的監(jiān)測技術(shù)為基礎(chǔ)，利用衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)測站點、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等設(shè)備，對監(jiān)測范圍內(nèi)的水文氣象數(shù)據(jù)進行實時收集和分析［5］。對降水量、河流流量、水庫蓄水量、地下水位等關(guān)鍵指標進行監(jiān)控，可以實時掌握水資源的動態(tài)變化情況。監(jiān)測數(shù)據(jù)應與農(nóng)業(yè)用水需求相結(jié)合，建立科學的數(shù)據(jù)模型，預測不同季節(jié)、不同區(qū)域的灌溉需求和水資源供應狀況。一旦監(jiān)測到水資源供需出現(xiàn)不平衡的風險，系統(tǒng)將自動發(fā)出預警信息，引導農(nóng)戶和管理部門及時進行調(diào)整。例如，在水資源短缺預警時，能夠調(diào)整灌溉計劃，減少非優(yōu)先區(qū)域的灌水量，或者推遲非關(guān)鍵生長期的灌溉時間，以保證關(guān)鍵時期和區(qū)域的水資源供應。

2.4 加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入力度，完善水利基礎(chǔ)設(shè)施

要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的目標，必須加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度，全面完善水利基礎(chǔ)設(shè)施。這應包括更新和維護灌溉渠道，減少輸水過程中的漏損，以及建設(shè)現(xiàn)代化的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，如滴灌、噴灌設(shè)施。同時，應興建蓄水設(shè)施，如小型蓄水池和地下水庫，以增強抗旱能力。此外，政府應支持新型節(jié)水材料與技術(shù)的研發(fā)，提升灌溉系統(tǒng)的智能化水平，確保灌溉效率最大化，減少水資源的浪費。采取這些措施可以有效提高農(nóng)業(yè)用水的利用率，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)支撐。

2.5 增強農(nóng)民節(jié)水意識，開展技術(shù)培訓和財政補貼

加強水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是推進農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的重要支撐。一方面，需要對現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)進行全面的升級改造，減少水在輸送過程中的漏損，提高水的利用效率。例如，改造開放式渠道，采用管道輸水、覆蓋膜等現(xiàn)代技術(shù)減少水分蒸發(fā)和滲漏。另一方面，要建設(shè)多功能的蓄水設(shè)施，增強調(diào)蓄水能力，特別是在干旱和豐水期能夠有效調(diào)節(jié)水資源。此外，應建設(shè)智能化的水資源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對水使用的實時監(jiān)控和精準控制，以適應不同作物和不同生長階段的需水量。同時，政府應加大對這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的財政投入和政策支持，鼓勵采用PPP等模式吸引社會資本參與，形成政府和市場的合力，加快水利設(shè)施的現(xiàn)代化進程。

2.6 研發(fā)和應用適宜的作物品種，選育抗旱作物品種

研發(fā)和應用適宜的作物品種，選育抗旱作物品種，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水和提高作物抗旱能力的重要途徑。第一，要加強對不同作物抗旱機制和抗旱基因的研究，利用分子標記輔助選擇等現(xiàn)代生物技術(shù)手段，篩選和培育出具有卓越抗旱性能的新品種。這些新品種在相同的水分條件下，能夠獲得更高的產(chǎn)量，從遺傳層面降低對灌溉的依賴性。第二，要開發(fā)適應性強的多抗品種。這類作物不僅抗旱，還能抵御病蟲害、鹽堿等多種脅迫，能穩(wěn)定生產(chǎn)并保持較高產(chǎn)量。第三，研發(fā)兼具高產(chǎn)和抗旱性能的作物新品種。將傳統(tǒng)雜交與分子設(shè)計結(jié)合，培育產(chǎn)量不降低或者達到一定產(chǎn)量增幅的抗旱品種，實現(xiàn)抗旱性和高產(chǎn)性的有機結(jié)合。第四，開展抗旱作物區(qū)域試驗，篩選出不同地區(qū)環(huán)境條件下效果最好的抗旱品種。根據(jù)各地氣候、土壤差異，選育具備環(huán)境適應性和區(qū)域特色的抗旱品種。第五，加強抗旱作物推廣應用，通過技術(shù)培訓、示范推廣、政府補貼等方式，促進抗旱品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛使用，從而保障其在糧食安全中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3 結(jié)束語

綜上所述，當前我國農(nóng)業(yè)水利灌溉面臨諸多挑戰(zhàn)。為此，必須推廣應用各類高效節(jié)水灌溉技術(shù)，實施科學的用水管理，加大水資源監(jiān)測預警體系建設(shè)，增加基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入力度，并增強農(nóng)民節(jié)水意識。如果能持續(xù)采取這些措施，不僅可以有效提高我國農(nóng)業(yè)用水效率，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，還將促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，保證國家糧食安全，并對維護生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生積極影響。

參考文獻：

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