北方农田节水灌溉技术探讨

高红军

摘要：农业灌溉用水方式直接影响我国粮食安全和经济安全。介绍我国农业用水及节水灌溉现状，分析节水灌溉技术研究方向，重点在自走式圆形喷灌及技术集成研究、自走式喷灌机田间规划软件开发、低能耗大田微灌系统系列化产品研发、智能化自走式喷灌机研发等领域发力，提升我国北方节水技术装备水平，实现农业灌溉用水高效利用。

关键词：节水灌溉；农业用水；自走式喷灌系统；技术；探讨

中图分类号：TU991.64  文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2023）03-0042-02

我国是农业大国，提高农田灌溉效益是至关重要的内容[1]。我国单位耕地水资源量仅为世界平均水平的4/5，且时空分布极不均匀，加大了水资源利用难度。受全球气候变化和人类活动影响，全国南北方频繁发生极端灾害性干旱，进一步加剧了水资源紧张程度。尤其是近年来，不同地区不同年份干旱频发，且已成常态。我国80%的粮食产于灌溉农田，粮食产量波动与农业旱灾灾情密切相关。据统计，全国平均每年农田受旱面积达2 566万hm2，减产粮食约350亿kg。水资源地区性短缺成为制约我国经济社会发展和人民生活水平的重要因素。

1 我国农业用水及节水灌溉现状

据水利部发布的2021年度《中国水资源公报》显示，2021年全国用水总量为5 920.2亿m3，其中农业用水为3 644.3亿m3，占用水总量的61.5%。与2020年相比，农业用水增加31.9亿m3。我国干旱、半干旱土地面积占国土面积的一半以上，农业灌溉用水量约占农业用水量的90%以上。尽管全国节水灌溉面积已达到2 446万hm2，但仍不足全国耕地总面积的20%。农业灌溉用水是真正的用水大户，农业灌溉用水方式和方法直接影响我国粮食安全和经济安全。传统灌溉方式会造成水资源的浪费，在水资源短缺的情况下，不利于农业的可持续发展[2]。目前，我国大田灌溉多采用大水漫灌、沟灌等作业形式，灌溉方法和灌溉技术落后，灌溉设施陈旧、效率低，导致农业用水利用率低，农业灌溉用水利用系数仅为0.48，存在极为严重的水资源浪费现象。

随着我国经济的持续发展，人们对农产品的需求不断增长，但有限的土地资源和水资源短缺制约北方农业生产发展，应用节水灌溉技术对保障农产品供应和粮食安全至关重要。当前，我国单位灌溉面积水资源量仅为世界平均水平的1/5，必须大力推广应用节水灌溉技术，这是解决水资源短缺的有效方法。农田节水灌溉技术在转变传统农业生产方式，提升淡水资源利用效率方面发挥着重要的作用[3]。目前，世界各国非常重视农业节水灌溉技术的研究及推广应用，我国与发达国家先进节水灌溉技术相比，还存在较大差距。针对我国地域广阔、自然地貌条件差异大、水资源分布不均等特点，建立喷灌与微灌技术并举的节水灌溉技术体系，符合中国国情。这就要求有关研究单位在原有喷灌和微灌技术装备研究基础上，通过技术筛选和改进研发，加大节水灌溉装备开发与示范，提升节水灌溉技术水平，实现农业水资源的高效利用，缓解水资源紧缺压力。

2 节水灌溉技术研究方向

2.1 技术路线

针对我国北方农业灌溉特点，对现有节水灌溉设备进行系统分析与评估，对原有产品技术性能和工作可靠性进行改进和升级，在此基础上研发先进适用节水灌溉设备，并以北方农业区域为重点逐步向全国各地辐射。同时，针对节水灌溉技术装备应用中出现的技术问题，组织技术力量攻关，提高产品性能和工作可靠性，促进节水灌溉装备的普及应用。

2.2 研发方向

2.2.1 开展自走式圆形喷灌及技术集成研究 自走式圆形喷灌机于1952年发明于美国，具有灌溉面积大、自动化程度高、投入成本低、使用维护简单、使用寿命长、灌溉均匀度高、节水省工等优点。桁架是自走式圆形喷灌机系统的承载体，也是其关键部件，其跨距越长则机组单面灌溉面积投资越低。经过几十年的发展，桁架已形成多种规格，但不同规格跨距桁架之间的构件通用性较差，增加了生产成本。有必要开展相关产品通用性研究，形成标准化、系列化产品，以减少投入成本，促进产品的推广应用。

自走式喷灌机组的喷头配置与水质源供水量、系统压力、机组长度等一系列因素相关联，但缺少固定配置模式，导致配置不合理，灌溉均匀性差，直接影响灌溉质量。随着机组控制面积的扩大，因机组喷头配置不合理而造成的农作物减产影响不容忽视。可以通过合理配置喷头，避免问题发生。有必要优化喷头配置，开发喷洒控制系统软件，保证较高的喷洒均匀性。

2.2.2 研发轻型拖移单长跨自走式喷灌机 我国农业地域差异性大，有些地区水源分散、作业地块较小。由于作业面积不足，机组大多时间处于闲置状态，这在無形中增加了灌溉成本。针对这些区域，需要研发喷灌作业转移机组，实现多点轮灌，这样可以大大降低作业成本。采用外径165 mm主输水管桁架虽可以节省一次性工装建设费，但考虑到机组的移动和灌溉面积因素，采用外径133 mm的主输水管更为合理，这样除了满足灌溉要求外，还可减少整机质量，节约机组生产成本，降低机组田间拖移对牵引动力机的功率要求，取得节能减排的效果。

2.2.3 开发自走式喷灌机田间规划软件 自走式喷灌机在我国农业生产中得到了应用，然而，随着大田灌溉作业范围的扩大，出现大田灌溉作业管理问题及作业质量监管问题。由于缺少有效的灌溉调度及管理手段，导致机组配置不合理，降低了大田灌溉作业效率，影响了灌溉作业质量，带来了水资源的浪费。自走式喷灌作业的影响因素较为复杂，因此，在机组选型和示范推广时需要综合考虑土壤、地形、水源、作物、气象、动力、机型等因素。目前，喷灌机应用过程中还存在选型不合理、灌溉技术参数不科学、节水节能不显著、投资与运营成本偏高等缺点，尤其在多机组多水源联合供水时表现得尤为明显。因此，有必要开发自走式喷灌机田间规划软件，搞好工程规划设计，提高用户管理水平，为用户提供高质量的喷灌作业服务，最大程度地利用农机资源，提高机组运营效率，降低后期运行成本。

2.2.4 开发低能耗大田微灌系统系列化产品 传统微灌系统首部工作系统配套功率大，导致微观系统能耗和运行费用高，一次性投资大，限制了微灌在大田作物上的应用。现有的重力灌溉系统使用传统滴灌管网，首部工作压力小，只适于温室大棚及小块农田使用。通过大口径低压力调节器、低压施肥装置性能改进，开发低能耗大田灌溉系统，可以实现降低运行费用和一次性投资的目，且有节能作用。再通过灌溉制度软件开发与应用，可以有效指导农户实施精准灌溉，从而拓宽微灌系统大田作物应用范围，提高微灌系统的使用效能。

2.2.5 研发智能化自走式喷灌机 大田灌溉作业工况条件复杂，传统大田喷灌管理需要看天看地看作物，劳动强度大、作业效率低。近年来，智能化技术在农业领域得到了应用，智能化自走式喷灌机作业装备的研发成为农业装备研究焦点之一。可对卫星拍摄图片、航拍图片及农田其他设备拍摄照片进行智能识别，通过人工智能和深度学习分析这些图像信息，从而对该地块的作物水分需求做出精准预测，实施精确喷灌作业。实践证明，将人工智能技术应用于大田喷灌作业，以全过程智能化管理、精准化作业为核心，通过大数据指导设备运行，能够实现节本、高效、精准，构建大田种植数字化管理模式，促进现代农业高质量发展。

3 结语

在农业生产过程中运用节水灌溉技术，对提高灌溉效率、节约灌溉用水、推动农业可持续发展起着重要作用[4]。我国北方农业发展在国家粮食安全战略中具有重要地位，加强节水灌溉技术研究及推广应用，是推动北方农业可持续发展的重要举措。喷灌是一种被广泛应用的节水灌溉方式，在我国北方具有广泛的应用前景。通过大田自走式喷灌系统关键技术研发，可全面提升我国北方节水技术装备水平，实现农业灌溉用水高效利用，推动我国农业灌溉用水由粗放式向节约型转变，进而提高农作物产量和质量，为保障我国粮食安全提供技术支撑。

参考文献

[1] 汤明玉，尤新涛.新农村建设背景下农田节水灌溉效益研究[J].江西农业，2023（8）：74-76.

[2] 刘吉明.推广农田节水灌溉技术 提高水资源利用率[J].农业科技与信息，2022（18）：92-94.

[3] 贾庆元.推广农田节水灌溉技术 提高水资源利用率[J].农机市场，2023（3）：73-74.

[4] 华开禧.农田节水灌溉技术研究[J].农业技术与装备，2022（6）：93-95.

Discussion on Water-Saving Irrigation Technology in Northern Farmland

GAO Hongjun

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： Agricultural irrigation water directly affects food security and economic security in China. This paper introduces the present situation of agricultural water and water-saving irrigation in China， analyzes the research direction of water-saving irrigation technology， focuses on self-propelled circular sprinkling irrigation and technology integration research， self-propelled sprinkler field planning software development， low-energy field micro-irrigation system series product development， intelligent self?propelled sprinkler research and development and other fields， so as to improve the level of water-saving technology and equipment in northern China， and realize efficient use of agricultural irrigation water.

Key words： water-saving irrigation; agricultural water; self-propelled sprinkling irrigation system; technology; discussion