我国机械化节水灌溉技术体系及合理化应用

杜永鑫

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

随着经济社会的不断发展，我国的水资源供需矛盾日益凸显，农业干旱缺水与水资源短缺已成为限制我国农业现代化转型及农业可持续发展的主要因素[1]。为了稳步推进农业现代化进程，解决水资源日益短缺问题，开展机械化节水灌溉技术体系及合理化应用对发展现代化绿色农业、实现农业节能降耗及建设节约型社会提供了理论和实践参考。

1 我国机械化节水灌溉技术发展现状

我国在1950年提出节水灌溉技术，从20世纪70年代初期，开始探索节水灌溉技术，到20世纪80年代初，开始逐步宣传和推广。通过农田水利工程建设，兼顾节水灌溉思想宣传与技术推广，农田水利工程灌溉用水量有所下降，灌溉水资源利用率有所增长，但当时我国总体经济条件与科学技术水平相对落后，农民节水意识的不足，我国节水灌溉技术的水平及全国普及化程度相对较低，导致节水灌溉工程与相关技术发展较为缓慢[2]。随着农业生产水平的不断提升与综合科技水平的逐渐增强，通过先进的农业栽培技术与农业机械化发展，国家和地方各级政府开始逐步探索符合各地发展的机械化节水灌溉技术，取得阶段性成绩，但是节水灌溉技术的推广和应用效果不明显。目前，我国节水灌溉技术体系存在的主要问题包括节水灌溉技术不完善、技术水平低、技术开发利用效率低下、农户在进行农业生产时缺乏节水意识及节水灌溉工程建设资金不足等。

近年来，通过国家政策的引导与农田水利工程的建设，不断改进传统的灌溉技术，先进的节水灌溉技术(如喷灌技术、微喷技术及覆膜滴灌技术等)得到了应用和推广。如中原地区利用地方节水工程，改变传统的粗放式农田灌溉技术，发展喷灌工程、微灌工程等先进的机械化节水灌溉工程。各个地区结合地域实际大力发展灌溉工程，促进我国机械化节水灌溉技术取得了阶段性的进步[3]。为了稳步推进农业现代化进程，解决水资源日益短缺问题，加快我国农业由传统“产量”最大化向现代“效益+可持续”最大化转变。结合我国实际的基础条件与有限的水资源，构建具有中国特色的机械化节水灌溉技术体系，并合理应用我国机械化节水灌溉技术，实现我国农业产业结构的可持续发展。

2 节水灌溉技术种类与特点

2.1 井灌技术

在我国北方干旱地区，井灌技术对于保证农业高产稳产起着巨大作用，是利用提水设备提取井水灌溉农田的措施。由于地下水资源在多年间的变化比较稳定，只要保证合理开采，可以显著提高农业灌溉效率；其次，井灌工程输水线路短，因此井灌技术中灌溉水利用率较高；最后，井灌工程投产时间短，收效快。部分地区还在渠灌区中打井，以实行井渠结合灌溉，既提高了灌溉保证率，又起到了控制和降低地下水水位的作用，是预防和改良盐碱地的有效措施。

井灌工程中的井型主要包括管井和真空井等，应该根据不同地区实际生产条件选择适合的井型(表1)。

表1 各种井型及其适用条件

2.2 喷灌技术

喷灌作为一项我国极力推行的灌溉技术，利用管道输水，减少了水分在输送过程中的损失，节约水资源；并且可以适时地给农作物灌水，改善田间微型气候，增加农田空气湿度，达到调节农业生产环境昼夜温差的目的，可以实现作物的高产稳产。喷灌工程的机械化程度高，节省劳动力，提高劳动效率；对地形的适应性强，土壤的渗透性和坡度对其影响较小。但是喷灌技术将水喷洒在空气中，射程喷洒范围就会受到风的影响，另一方面，喷灌工程成本较高，也是限制其发展的主要因素。

2.3 微灌技术

微灌是利用微灌设备组装成微灌系统，将有压水输送分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术，是继喷灌技术后，节水效率最高的一项灌溉技术。微观技术主要包括滴灌技术、微喷灌技术、涌泉灌技术等。

2.4 渠道灌溉

渠道灌溉技术是一种传统的节水灌溉技术，主要是指从水源取水，经过渠道和建筑物向农业生产提供灌溉水源，并且由田间工程进行灌溉的工程技术。

在进行渠道灌溉系统设计时，灌溉设计保证率是评价渠道灌溉技术的重要指标，主要是指一个灌溉工程的灌溉用水量在多年期间能够得到保证的概率，以正常供水的年数占总年数的百分数表示，通常用P表示，如P=80%表示在一个灌溉区域内，平均100年里有80年的灌溉用水量可以得到保证，其余20年存在供水不足的问题，作物生长会受到影响。计算公式如式(1)所示。

(1)

式中，P为灌溉设计保证率，%；m为灌溉设施能够保证正常供水的年数；n为灌溉设施供水的总年数。一般计算系列年数不宜少于30。灌溉设计保证率进行选择时，应该根据灌溉区域的水源和基础条件，全面考虑工程技术和经济因素等，计算几种保证率的工程净收益，从中选择一个经济合理的方案，便于充分开发和利用水土资源。具体可以参照我国灌溉与排水设计规范规定的数值(表2)。

表2 灌溉设计保证率选择

2.5 水肥气耦合技术

传统灌溉技术会由于土壤持续性湿润对作物生长造成“低氧胁迫”。大量研究表明，低氧胁迫增加了叶片脱落酸(ABA)浓度。脱落酸的积累导致气孔密度、开度降低，叶绿素含量降低，抑制植株茎、叶的生长，同时导致净光合速率降低，并根据缺乏的严重程度而完全停止(表3)。针对以上问题，提出了“水肥气耦合技术”。该技术是在地下滴灌的基础上，利用土壤通风装置向作物根部土壤增加空气，或者采用文丘里装置将空气以微气泡的形式掺入灌溉水中，提高土壤环境中O2含量，满足植株根系有氧呼吸和土壤中微生物对O2的需求，促进根系生长发育及对土壤矿物质元素的吸收转化，促进作物地上部光合作用及光合产物的积累与运转，提高作物产量与品质[4]。

表3 影响作物生长的土壤指标范围

3 节水灌溉技术推广策略与实施途径

3.1 因地制宜，推动我国各个地区节水灌溉技术的稳定发展

我国幅员辽阔，地区性气候及季节性气候变化多样，机械化节水灌溉技术的推广并应用应坚持因地制宜因时施策原则，充分考虑农作物种植条件及自然条件(包括气候、土质及水文等)，结合地方政策引导，针对不同农作物选择不同的机械化节水灌溉技术。例如，农作物大田密植种植适宜发展喷灌技术，农作物大田宽行种植或大棚种植适宜发展滴灌、沟灌技术；农作物(果木)山地种植适宜发展微喷、滴灌、涌泉灌等技术，科学合理推广并应用机械化节水灌溉技术，实现农作物健康生长及水资源节约利用[5]。

3.2 健全政策制度，推广节水技术推广服务体系

健全节水管理组织和技术推广服务体系，逐步完善节水灌溉技术相关规章制度，将节水灌溉技术责任落实到每个组织者和农户。在不同生产区域，定期举行相关经验交流，普及节水灌溉知识，加强节水灌溉技术宣传，使节水灌溉理念逐渐深入人心，提高农户的节水灌溉意识。另一方面，可以制定和完善节水灌溉技术相关法律法规，例如确定合理的水价，制定相关的节水鼓励与奖励政策。

3.3 加大技术研发，提高设备质量

加强节水措施的研发力度，积极推广新型节水灌溉技术与措施。如水肥一体化技术、水肥气一体化技术和增氧灌溉技术等[6]，用先进的科学技术挖掘节水灌溉技术生产潜力。另一方面，由于作物的生长器官在不同生育阶段会对土壤水分表现出不同的需求，应该考虑到作物不同生育阶段的生理生化参数的差异性，以生育期为单位确定最佳的节水灌溉制度。

4 结论

节水灌溉主要是指利用最低限度的灌水量获得最大的农业产出，是农业稳步、可持续发展的重要发展技术。本研究首先系统论述了目前我国灌溉现状，其次，系统阐述了目前常见的节水灌溉技术及其发展特点，最后提出了节水灌溉技术推广策略与实施途径。研究结果旨在为全面提升我国农业生产效率提供参考，为节水灌溉技术的推广与发展提供新的思路。