农田水利工程中高效节水灌溉技术要点分析及优化建议

张宏庆

（民乐县海潮坝河水利管理处，甘肃 民乐 734500）

随着时代的发展、科技的进步，农田水利工程改变了传统中国农业“靠天吃饭”的境况，正成为现代化新式农业生产的必要工程[1]。而对于相对“缺水”的地区而言，高效节水灌溉技术作用凸显得极为突出，它关系到农业生产产品的质量和水资源的利用率。对于农业中高效节水灌溉技术这一问题，不同学者提出了不同的研究方向[2]。学者谭宏伟等把节水灌溉和高效施肥看作是一个体系，针对我国南方广西地区甘蔗这一农作物作出实验分析；学者秦建平从普遍性的角度，从喷洒技术、滴灌技术、雨水搜集方法优化、低压管道灌溉等方面加以思考并提出优化方法；学者王绍新针对我国北方的玉米种植，提出水肥一体化技术，并把固氮作为最终路线加以分析。本文针对以上分析，则另辟蹊径展开研究，从Miami 模型的介绍和模型建立开始。

1 Miami 模型介绍与数据模型建立

1.1 Miami 模型介绍

Miami 模型（迈阿密模型）是第一个全球生态系统初级生产量模型。由德国生态学家利思（H Lieth）于1972 年根据自然生态系统温度和降水，用最小二乘法建立的全球初级生产量模型[3]。用Miami 分析某地区在某时间段内的生产量具有很好的实际意义，其精准度在67%～76%之间。Miami 模型精准度取决于模型数据的获取及模型建立方法的选取，若选取得当则其精准度会大幅提升。

1.2 Miami 实验数据信息介绍

为了更精准获取实验数据信息，2021 年6 月—9 月选取宁夏某县某村、甘肃某县4 个村、内蒙古5 县12 个村进行实地研究，由于内蒙古5 县选取范围较大，故分析其2018 年—2021 年内农作物产量的增减。对于农作物的选取，则主要选取向日葵和春季玉米两种。对于当地节水灌溉方法的分析，则主要集中在滴灌覆膜法、一般滴灌法、喷洒灌溉法、漫灌覆膜法或者漫不覆膜灌法5 种。本文列举了5 个地区的自然气候条件及其理论上生产力极限值，具体见表1。

1.3 Miami 模型建立方法选取与分析

实验通过Miami 模型计算出我国3 省区7 个典型地区（宁夏1 地区、甘肃3 地区、内蒙古3 地区） 在一定气候情况下产生理论农作物生产力的需水量。我国该领域研究的前驱学者陈国南在全国范围内50+气象站观测，发现我国西北地区天然降水量不能满足该地区农作物所需净生产力的需水量。故此，模型公式应适当加以变形优化，公式为

式中：即为该地区最大农作物净生产力；T为平均温度。

1.4 Miami 模型节水效果分析

对于节水效果的评估，Miami 模型可以使用理想条件下某地区实验的最低灌溉需水数值与实际该地区农作物需水数值加以比较，若比值较大，则说明该地区节水灌溉技术效果较好，水资源利用率较理想；若比值较低，则说明该地区此技术还有待优化或舍弃，水资源利用率很低，计算公式为

式中：Ew为节水效果值；C为理论上最低农作物灌溉量；D为实际农作物灌溉用水量；A为根据模型计算的理想化农作物需水量；B为地区每年内自然降水量。

1.5 Miami 模型用水效率计算

对于用水效率问题，本文从农民经济利益角度进行切入，将用水效率当作农民产出同等产量的农作物为前置条件，用模型计算出的理想化农作物需水数值和实际作业区水资源比较值的相对概念[4]，计算公式为

式中：Ev为用水效率；G为农作物亩平均产值与实际水资源数值的比较值，为在自然降水条件和灌溉用水之和后单方面水资源产出率；F为理想情况下用水率。

2 Miami 模型下节水情况及不同灌溉节水技术效果比对分析

通过Miami 模型及其计算方法可以得出结论，理论上我国西北3 省区7 个典型地区所需降水量为645～822 mm，但从平均角度来看，7 个地区的每年降水量为137～206 mm，仅为所需农作物净生产力需要量的15%～33%。因此，需要大量补充灌溉，本文就Miami 模型下节水情况及不同灌溉节水技术对农作物产量的影响展开分析。

2.1 春季玉米节水效果及用水效率情况分析

经过实验对比可以得出，7 个典型农村农作物春季玉米的节水效果和用水效率，依据以下节水灌溉技术而逐渐降低，节水灌溉技术排序为：滴灌覆膜法＞一般滴灌法＞喷灌法＞漫灌覆膜法＞地下管式灌溉法＞漫式不覆膜灌溉法。从普遍意义上来看，西北3 省7 个典型村农作物节水效果和用水效率都很低，优化空间很大。具体节水效果参照表2，用水效率参照表3。

表2 不同地区春季玉米在不同灌溉方法下节水效果参照表

表3 不同地区春季玉米在不同灌溉方法下用水效率参照表

由表2、3 可以看出，宁夏A 区农作物仅就滴灌覆膜法而言其节水效果数值为168.6，为漫灌不覆膜法的3 倍多；内蒙古A 区用水效率为漫灌不覆膜法的2 倍多，其作用非常明显；剩余几种节水灌溉方法都不足100。此外，这6 种节水灌溉法使用的效果差异性很大，漫灌不覆膜法的2 项指标甚至不及70。仅从单方水产量指标来分析，滴灌覆膜法对春季玉米种植很大程度优于其余灌溉法，其中宁夏A 区的单方水产量数值为3.71，而用喷灌不覆膜法数值为1.96 和漫灌不覆膜法数值为0.94。而内蒙古A 地区因为地理位置土质和积温因素原因，春季玉米的单方水产量数值在滴灌覆膜法为3.65，仅次于宁夏A 地区。

2.2 向日葵节水效果及用水效率情况分析

向日葵的节水效果和用水效率，在不同节水灌溉法作用下呈现趋势也与玉米一致。具体趋势为滴灌覆膜法＞漫灌覆膜法＞管灌不覆膜法＞漫灌不覆膜法，具体见表4、表5。

表4 不同地区向日葵在不同灌溉方法下节水效果参照表

表5 不同地区向日葵在不同灌溉方法下用水效率参照表

由表4、表5 可以看出，内蒙古A 区在滴灌覆膜法帮助下向日葵的节水效果达到了142.2%，用水效率为127.8%，是漫灌不覆膜法的1.5 倍。甘肃A 区在漫灌覆膜法下2 种数据指标也均大于100%。但内蒙古C 区在漫灌不覆膜法2 种数据指标小于100%。由此可以看出，滴灌覆膜法在有效促进玉米农作物生长的同时，对向日葵种植也有显著效果，滴灌覆膜法整体优于灌溉不覆膜法。

2.3 不同节水灌溉技术要点及优化建议

经比对分析，向日葵和玉米两种农作物在我国西北3 省所选取的实验村落耕地，由于覆膜具有增温、除草、保墒等特性，总体上节水灌溉覆膜技术比灌溉不覆膜技术具有更好效果。横向比较不同灌溉节水的方法，春季玉米在滴灌覆膜法作用下节水效果大于用水效率；漫灌不覆膜用水效率却反而优于节水效果。而对于向日葵来说，滴灌覆膜法作用下的地区节水效果和用水效率均优于漫灌不覆膜法。总体而言，向日葵比春季玉米用水更少，干旱时间段越长，对春季玉米影响越大。针对实验获取的数据及实验结果，对现有节水灌溉技术提出3 点优化建议。

1） 加强节水灌溉设施建设及不同节水灌溉技术选取。优化西北3 省实验地区的水资源使用效率和保证农产品对干旱季节的抵抗性，覆盖范围更广、输送水资源效率更高的基础节水灌溉设施铺设是必不可少[5]。在农闲季节建设田间小型蓄水设施以便后续使用，针对不同种类的农产品，可以选取更合理的节水灌溉技术达到事半功倍的效果。

2） 因地制宜发展规模农业种植。针对不同省份、不同村落的种植区域，应该选取更适合本地、普及性更好的农作物进行种植。而节水灌溉技术具有集中性，适当由政府或集体带领，以大户、家庭为种植区的规模化经营，才能更好地选取节水灌溉方法，并且这样的示范区值得普及量化。

3） 优化干旱地区、半干旱地区的种植组合结构。经过长期实验比较得出各种农产品对当地土地性质适应性和水资源需求的数据，在这些数据基础上，选择水分生产率较高的作物并增加种植面积，增多高产节水农产品的种植种类（马铃薯、向日葵等），就能增加农民的经济收入。

3 结论

针对西北地区降水相对缺少的情况，本文以Miami 模型为出发点，介绍了Miami 模型的特点，以西北3 省7 个实验村落种植向日葵和玉米为例，分析不同类的节水灌溉技术效果及其适应性，并提出优化策略。总之，我国西北地区节水灌溉技术及其优化措施可以继续挖掘深入，希望本文可以为相关研究带来帮助。