激光平地技术对秋浇灌溉效率的影响

王瑞萍，王 鹏，梁春霞

（1.巴彦淖尔市水利科学研究所，内蒙古 巴彦淖尔 015000；2.内蒙古自治区河套水务集团有限公司，内蒙古 巴彦淖尔 015000）

1 秋浇灌溉与激光平地技术

1.1 秋浇灌溉

河套灌区气候干燥、少雨、蒸发强烈，再加上不良的灌溉、农业技术措施的影响，致使排水不畅，土壤盐碱化普遍存在。秋浇的目的主要是通过灌溉淋盐储墒，使春播时土壤水分及盐分能满足作物发芽、苗期正常生长的要求，但是如果灌水量过大，不仅浪费水量，而且会造成地下水位大幅上升、土壤次生盐碱化和潮塌返浆等问题，这些问题的长期存在会严重影响秋浇的灌水效果和灌区的可持续发展。

1.2 激光平地技术

平整土地是农田基本建设的重要组成部分，是改造中低产田的有效手段，一般分为常规平地和精细平地两种。常规平地受机具设备缺陷和人工操作精度等因素制约，平整精度达到一定程度后将无法继续提高。而激光平地技术，是高科技激光控制技术与常规机械平地技术相结合的土地平整新技术，能够大幅度提高田间土地平整精度，是一项提高农田土地利用率、增产增效、改进地面灌溉质量的突破性技术。激光平地技术对改善土壤品质、节省灌溉用水、提高农作物产量、减少测量成本、减少化肥流失具有显著效果，值得积极倡导和大面积推广应用。

自20世纪70年代中期始，农田土地激光平地技术在国外已得到广泛应用，但在我国仅刚步入应用研究阶段[2]。截至目前，大量研究表明，借助高新技术对农田土地进行高精度平整，不仅可以提高灌溉效率和灌水均匀度25%以上，增产 20%以上[3、4]，还能适度扩大畦田规格、减少田（渠）埂占地面积1.5%～3%[5]，具有显著的节水、增产、省工、提高土地利用率等效果，并为实现精量播种、精量施肥、精确收割等一系列农业生产环节奠定基础[6]。

农田表面平整状况对地面灌溉质量和效率有着重要影响，应用激光控制平地技术进行农田土地平整，可以有效改善农田表面状况，提高农田灌溉水的利用率，实现精细地面灌溉[7]。如，在秋浇前配合进行激光平地，可大幅度提高秋浇灌溉效率和减少秋浇灌溉用水量，有力保障秋浇灌溉的有效作用。

2 试验设计与结果分析

2.1 试验设计

试验地块位于河套灌区上游的磴口坝楞试验区，在秋浇前对秋收后的部分试验地块进行激光平地，秋浇时随机选取激光平整地块和未平整地块进行秋浇灌溉对比试验。本试验选取的激光平地平整地块规格为 50 m×37 m，约 0.18 hm2，原状未平整对比地块规格为 50 m×21 m，约 0.11 hm2。 秋浇时，沿地块畦长方向每隔5 m设置一个带刻度的标尺，用以观测计算水流推进时间、推进速度和储水深度等参数。由于本试验地块后续将开展作物非充分灌溉试验，为了利于农作物生长、改善土壤条件、避免土壤盐碱化，灌水量按照当地秋浇习惯进行，并通过三角量水堰进行量水计算灌溉用水量。

2.2 试验结果与分析

2.2.1 试验结果

土地平整精度通常采用田块内所有测点处地面相对高程的标准偏差值（Sd）[4]予以定量描述。本试验中，通过激光平地技术平整地块标准偏差值（Sd）由平地前的4.13 cm下降到平地后的1.5 cm，绝对改善度为2.63 cm，相对改善度为63.7%。激光平地实现了常规土地平整无法达到的土地平整精度，其平地精度高，作业效率高。

秋浇灌溉过程中，通过观测水流推进、消退耗时和田间储水深度，计算水流推进速度、消退速度等参数（详见表1-2），并绘制水流推进速度对比曲线图和水流消退速度对比曲线图（如图1-2所示），在此基础上，对激光平地技术平整地块的秋浇灌溉效率进行评价。

表1 激光平地技术平整地块灌溉过程观测数据

图1 水流推进速度对比曲线

图2 水面消退速度对比曲线

地块灌水期间，通过读取三角量水堰标尺读数，计算灌溉用水量，具体数据见表3-4。通过数据对比，评价激光平地技术平整地块的秋浇节水效果。

表3 激光平地技术平整地块灌水量

表4 未平整地块灌水量

2.2.2 试验结果分析

从灌溉水流的推进时间来看，由于未平整的地面高低不平，土壤的孔隙率大，下渗速度大，所以其推进到畦尾所需的时间较长，是激光平整地块所需时间的2倍多；从推进速度来看，激光平整地块的水流推进速度是未平整地块的2倍。另外，从图1可以看出，激光平整后的地块地面平整，由于下渗速度小，保水能力大大提高，推进速度曲线变化幅度比较平缓；而未平整地块，由于地面高低不平，储水深度不均匀，推进速度曲线波动幅度较大。

从消退时间来看，激光平整地块的水面消退时间是未平整地块的1.5倍；从消退速度来看，未平整地块的水面消退速度是激光平整地块的1.2倍，数据之间的差距并不显著，这是由于未平整地块的表面较疏松，灌溉时的下渗速度比平整地块的要高，直至灌溉结束后，未平整地块的土壤深层含水率比激光平整地块的含水率要高，各土层的含水率差值小，压力差也相对小，所以在消退速度上未平整地块虽然大于平整地块但差值不明显。从图2可以看出，由于受到水面储水深度不均匀的影响，未平整地块水面消退速度曲线的变化幅度较大。

利用激光技术精密平地，可达到高低差较小的理想平面，只需适量的水进行浅水灌溉，即可达到目的，地面平整减少了土壤深层的渗透，灌水均匀，灌溉效率提高。按照地块达到灌溉用水的要求，激光平地技术平整地块灌水时间为344.44min/hm2，未平整地块灌水时间为845.45min/hm2，前者较后者节省灌水时间501 min/hm2；平整地块的灌溉量为1 764.17 m3/hm2，未平整地块灌溉量为2 160 m3/hm2，可节水395.83 m3/hm2，节水效率为 18.3%，基本上达到了省时、省水，省费用的目的。

3 结论与建议

从本试验可以看出，水流推进畦尾所需的时间越长，灌水质量越差。激光平地技术平整的地块灌溉用水量减少的原因在于通过应用激光平地技术对田面进行精平，可以明显地消除田面的无效蓄水坑及高差，改善畦田地面不平整状况，从而可以确保水流平稳、顺畅地推进到畦尾，减少了田间深层渗漏损失。因此，激光平地技术作为秋浇灌溉前的土地平整技术是先进、节水、高效和可行的[8]。

[1]熊志平，孟春红.内蒙古河套灌区秋浇定额研究[J].人民黄河，2002，24（7）：44-45.

[2]张辉.激光平地技术在土地平整工程中的应用探讨[J].甘肃水利水电技术，2009，45（8）：35-36.

[3]李益农，许迪，李福祥.激光控制土地精平技术规模化应用效果评价[J].农业工程学报， 2008， 24（5）：69-73.

[4]许迪，李益农.精细地面灌溉技术体系及其研究进展[J].水利学报，2007， 38（5）：529-537.

[5]李愈，姜鸿君，宋立文.激光平地技术在水稻格田中的应用[J].新疆农垦科技，2001（5）：30-31.

[6]任文涛，胡忠飞，崔红光.激光平地乳芽直播节水效果的研究[J].农业工程学报，2003， 19（3）：72-75.

[7]刘刚，林建涵，司永盛.激光控制平地系统设计与试验分析[J].农业机械学报，2006，37（1）：71-74.

[8]许景城.应大力开展激光平地技术推广工作[J].农业机械化与电气化，2006（1）：29-30.