灌区农业节水灌溉的实践与发展建议

收稿日期：2023-11-30

作者简介：盛金奇（1986—），男，甘肃高台人，工程师，研究方向为农村人饮工程及灌溉用水运行管理。

摘 要：以灌区农业为背景，通过细致的试验布置、物候观测、水平衡和氮平衡要素的观测与分析，全面剖析了灌溉对水循环、氮素循环和作物生长的影响。研究主要集中在灌溉水分生产率和氮平衡要素上，通过灌水、排水、渗漏、田间耗水和蒸腾等多方面数据的收集，深入揭示了不同管理策略下的效果，可为研究为农业节水灌溉提供科学依据。

关键词：农业节水灌溉；试区布置；田间处理设计

中图分类号：S274.3 文献标识码：B文章编号：2095–3305（2024）03–0-03

随着全球气候变化和人口增长，灌区农业面临着日益加剧的水资源压力[1-2]。有效利用水资源、提高农业水分利用效率成为刻不容缓的任务[3-4]。农业节水灌溉技术的引入和实践对于解决灌区水资源问题至关重要[5]。通过试验区的布置和田间处理设计，结合多种观测手段，系统探讨了农业节水灌溉的实践经验，并为今后的发展提出建议。

1 试验区布置

将某水稻田间小区作为试验对象，试验小区长8 m，

宽3.5 m，田埂高度80 cm，临近排水沟开排水出口，排水田埂采用塑料膜进行覆盖并隔离，避免不同田间小区之间出现串水情况[6]。铺设灌水管及计量水表，设置好测渗筒和铁钎。

2 田间处理设计

采取传统淹水灌溉A0、间歇灌溉A12种不同的灌溉方式，不施氮B0、减量施氮B1和常规施氮B2的施肥水平，受到试验小区场地限制，每个小区为随机区组排列，保证与所在区域田间管理采用相同的措施，不同水氮组合方式和不同灌溉方式下田间水层控制如表1、表2所示。

3 试验观测内容与方法

3.1 物候及气象要素观测

通过详细观测植株的生理指标，如叶面积指数（LAI）、蒸腾速率、光合速率等，了解作物在不同生长阶段的生理状况。对氮肥利用率进行计算，通过氮素的吸收利用率和氮素收获指数进行评价，评估作物对施加的氮肥的利用效率，为精准的氮素管理提供数据支持。记录多项气象要素，对降雨量进行测量以评估降水对土壤水分的补给情况，对最高气温、最低气温、平均气温的观测，研究温度对作物生长的影响。监测相对湿度、日照时数、风速和大气压强，从而深入了解环境对作物生理过程的影响机制。

3.2 氮素湿沉降观测

收集降雨样本，取样频次根据相关标准执行，采集样品于24 h内进行分析，若无法分析则置于4 ℃以下进行保存，存储时间不得超过7 d，样品经过0.45 μm滤膜，再采用分光光度法对总氮、氨氮和硝氮进行测定，用于评估水体中氮素含量的变化趋势，为灌区水体管理提供科学依据。

3.3 水平衡要素观测

试验区域内的灌水量测量，通过在灌溉系统中安装流量计或使用其他先进的灌溉水量监测设备，实时监测和记录每次灌水的数量。排水量观测通过设置了排水设施，并在排水口安装了流量计以准确测量排水量。渗漏量观测通过监测试验区域的土壤渗透性，计算出土壤中的水分渗漏量，评估土壤的水分持久性和渗漏损失。田间耗水量观测通过监测土壤含水量的变化和作物的生长状况，计算出作物在不同生育阶段的耗水量，包括作物根系吸收的水分和蒸腾过程中失去的水分。蒸腾是植物通过气孔释放水分的过程，是水平衡中的重要过程，蒸腾量观测通过环境监测设备对试验区域的蒸腾量进行观测[7-8]。基于植物生理参数和气象条件，采用蒸腾计算模型进行计算。

3.4 灌溉水分的生产率

灌溉水分生产率是评价农业节水灌溉效果的重要指标，它反映了单位用水量下农田所生产农产品的能力[9-10]。灌溉水分的生产率为作物产量与灌溉水分的比值，计算公式为：

灌溉水分的生产率=（1）

式中，作物产量表示单位面积内的农产品产量，灌溉水分量则表示实际灌溉的水量，此计算方法能够直观地反映出单位水分下所获得的产量。

3.5 氮平衡要素观测

氮平衡是评价农业生产系统氮素利用效率的指

标[11-12]，土壤氮素监测在试验区随机选择3个取样点，共采集约500 g土样，将土样风干、混合、过筛后对其总氮、氨氮、硝氮进行化验。植株氮素观测选择3蔸植株样，采用凯氏定氮仪法测定全氮含量[13]。

4 数据处理

统计水量平衡要素、氮素等数据，采用SPSS 22.0软件对数据进行统计分析，对水平衡要素、氮素输入输出要素和产量进行主成分分析。

5 水氮调控对水循环和作物生长的影响

5.1 对水量平衡的影响

（1）不同水氮处理对水量平衡要素的影响。2019—2021稻田水量平衡要素计算和数据显著性分析，相对误差控制在20%左右，可以达到精度要求。表明排水量、耗水量和腾发量等要素存在统计差异，不同年份降水和温度等气象条件存在差异。2020年排水量超过其他年份，因该年稻季降水量大，降水集中了现在返青期及分蘖期，添加水层大于设计上限，导致排水频次和排水量变大。若降水量小且分布均匀，水层没有超过上限而排水量保持较低水平。

对数据进行显著性分析可以看出，灌溉模式为对水量平衡要素产生影响的关键因素，3年灌水量可达到显著影响（P＜0.05）；对2019—2020年排水量产生显著影响（P＜0.05）；对2020—2021年渗漏量产生显著影响（P＜0.05）；施氮水平在2021年份对渗漏水量产生影响，水肥结合水量平衡要素不存在显著影响（P＜0.05）。采用间歇灌溉条件下，3年平均灌水量及渗漏量都低于淹水灌溉方式，田间灌水量、排水量和渗漏量都存在一定程度的降低，降低比为25.76%、16.05%和8.52%。

（2）不同水氮处理对降雨灌溉效率产生的影响。田间排水量与降雨量的比值为降雨灌溉效率，用于表现田间对降雨的容纳能力，数值高则表明越差的容纳能力。提升降雨灌溉效率可以降低灌水量及排水量，减少水资源浪费和氮素损失。2019—2021年的降雨灌溉效率如表3所示，从统计数据中可以看出，间歇灌溉的降雨灌溉效率要低于淹水灌溉，2021年的降雨量最大，降雨灌溉却低于2019年，降雨量并没有对降雨灌溉效率产生决定性影响，还与降雨时间分布及田间水层控制有关。

5.2 对作物产量和构成要素的影响

水稻产量与田间水肥关系有着直接联系[14]，不同水氮处理条件下稻田产量和构成要素如表4和表5所示。相同灌溉模式下，3年水稻产量都体现出施氮肥处理显著超过不施肥处理模式，施氮量的高低情况并不会对产量产生显著差异，高施氮处理下的产量要超过低施氮量，增施氮肥量有利于提升稻田产量，间歇灌溉条件下高施氮可比低施氮处理的产量提升4.21%，淹水灌溉模式下高施氮比低施氮的产量提升0.48%，相同灌溉模式下产量构成要素在3年试验中并没有呈现出规律变化，提升施氮量有助于提高结实率、穗长和穗数。相同施氮条件下，3年水稻试验产量统计中，除了B0施氮条件下，A1产量超过A2产量，其他施氮条件下产量都是间歇灌溉超过淹水灌溉，水稻产量可提长6.4%，应用间歇灌溉可提升水稻产量。应用间歇灌溉可助于水稻根系生长和提升根系活力，避免出现水稻早衰和抑制无效分蘖。

分析2019—2021年不同水氮处理条件下的水稻产量和显著性可以发现，施肥水平及交互对水稻产量具有显著性表现，施氮会显著提升产量，B1和B2要比B0有着更为显著的差异，灌溉对产量影响在2020年达到最高水平，相同施氮条件下产量构成规律并不相同，但对2021年的结实率具有显著影响。从水稻高产角度来分析，可采用间歇灌溉与高施氮相结合的方式，比常规淹水灌溉与高施氮方式提升9.32%的水稻产量。

5.3 对水分生产率的影响

水分生产率可用于评价单位灌溉水量下粮食产量，

是对水分利用率的具体反映[15-16]。从表6可以看出，不同水氮处理条件下灌溉水分生产率存在着差异，相同灌溉模式下施氮肥处理要优化不施氮肥产量。相同施氮条件下，间歇灌溉条件下水分生产率优于淹水方式，灌水量小于淹水灌溉而产量差异并不显著，不同施氮条件下比淹水灌溉下3年均提升30。11%、28，32和30。25%，A1B1及A1B2方式下灌当水分生产率达到高值，灌溉水分生产率比采用传统的A0B2处理均提升40.35%与43.35%。

6 结束语

通过对灌区农业的综合试验与观测，深入探讨了节水灌溉对水循环、氮素循环和作物生长的影响。进行试验布置、物候观测、水平衡、氮平衡等多方面数据的收集与分析，揭示了不同管理策略下的效果，着重关注了灌溉水分生产率和氮平衡要素，不仅为农业节水灌溉提供了科学依据，也为提高水分和氮素利用效率提供了实用策略，可推动农业生产与水资源管理领域的进一步研究。

参考文献

[1] 陈卫星.庐江灌区农业节水灌溉的实践与发展建议[J].现代农业科技，2023（23）：137-140.

[2] 张涛.景电灌区高效节水灌溉存在的问题及对策[J].现代农村科技，2023（12）：62-63.

[3] 桂林国.宁夏高效节水灌区农业生产存在的问题及发展对策[J].宁夏农林科技，2023，64（11）：18-20.

[4] 蔺文思.农田水利灌溉管理及节水技术应用分析[J].河南农业，2023（32）：56-58.

[5] 王会容，颜志俊，徐春晓.乐至县节水潜力及节水路径探析[J].东北水利水电，2023，41（11）：25-27，33.

[6] 康进军.农田水利灌溉中节水措施的应用探究[J].河南农业，2022（26）：53-55.

[7] 李建斌.农业节水灌溉设备的应用及相关技术分析[J].农业科技与信息，2022（15）：74-76，84.

[8] 崔延松，叶志才，姜文来，等.农业灌溉“以电节水”协调管理实控：基于江苏宿迁市的农业水价综合改革创新示范[J].中国水利，2022（16）：50-52.

[9] 崔燕.农业节水灌溉技术在景电灌区水资源高效利用中的运用[J].南方农机，2022，53（13）：178-180.

[10] 任学强.平遥县农业节水灌溉规划与水资源空间均衡分析[J].水利技术监督，2021（10）：74-77.

[11] 桑艺宁，唐博.黑龙江农业发展中高效节水灌溉的现状与作用[J].黑龙江粮食，2022（5）：54-56.

[12] 苗世成.兰州市农业灌溉用水存在的问题及对策[J].现代农业科技，2021（19）：158-160.

[13] 伏海中.基于控制自动化管理信息化条件下盐池县马儿庄高效节水农业管理模式研究[J].中国农业综合开发， 2022（5）：30-34.

[14] 于艳，于海景.冠县高效节水灌溉试点项目的建设与管理[J].山东水利，2021（9）：84-85.

[15] 赵伟.农业水利灌溉模式与节水技术措施研究[J].农业科技与信息，2021（10）：94-95.

[16] 覃琼.农田水利灌溉存在的问题以及节水措施分析[J].农业技术与装备，2021（5）：99-100.