激光平地技術對秋澆灌溉效率的影響

王瑞萍，王 鵬，梁春霞

（1.巴彥淖爾市水利科學研究所，內蒙古 巴彥淖爾 015000；2.內蒙古自治區河套水務集團有限公司，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

1 秋澆灌溉與激光平地技術

1.1 秋澆灌溉

河套灌區氣候干燥、少雨、蒸發強烈，再加上不良的灌溉、農業技術措施的影響，致使排水不暢，土壤鹽堿化普遍存在。秋澆的目的主要是通過灌溉淋鹽儲墑，使春播時土壤水分及鹽分能滿足作物發芽、苗期正常生長的要求，但是如果灌水量過大，不僅浪費水量，而且會造成地下水位大幅上升、土壤次生鹽堿化和潮塌返漿等問題，這些問題的長期存在會嚴重影響秋澆的灌水效果和灌區的可持續發展。

1.2 激光平地技術

平整土地是農田基本建設的重要組成部分，是改造中低產田的有效手段，一般分為常規平地和精細平地兩種。常規平地受機具設備缺陷和人工操作精度等因素制約，平整精度達到一定程度后將無法繼續提高。而激光平地技術，是高科技激光控制技術與常規機械平地技術相結合的土地平整新技術，能夠大幅度提高田間土地平整精度，是一項提高農田土地利用率、增產增效、改進地面灌溉質量的突破性技術。激光平地技術對改善土壤品質、節省灌溉用水、提高農作物產量、減少測量成本、減少化肥流失具有顯著效果，值得積極倡導和大面積推廣應用。

自20世紀70年代中期始，農田土地激光平地技術在國外已得到廣泛應用，但在我國僅剛步入應用研究階段[2]。截至目前，大量研究表明，借助高新技術對農田土地進行高精度平整，不僅可以提高灌溉效率和灌水均勻度25%以上，增產 20%以上[3、4]，還能適度擴大畦田規格、減少田（渠）埂占地面積1.5%～3%[5]，具有顯著的節水、增產、省工、提高土地利用率等效果，并為實現精量播種、精量施肥、精確收割等一系列農業生產環節奠定基礎[6]。

農田表面平整狀況對地面灌溉質量和效率有著重要影響，應用激光控制平地技術進行農田土地平整，可以有效改善農田表面狀況，提高農田灌溉水的利用率，實現精細地面灌溉[7]。如，在秋澆前配合進行激光平地，可大幅度提高秋澆灌溉效率和減少秋澆灌溉用水量，有力保障秋澆灌溉的有效作用。

2 試驗設計與結果分析

2.1 試驗設計

試驗地塊位于河套灌區上游的磴口壩楞試驗區，在秋澆前對秋收后的部分試驗地塊進行激光平地，秋澆時隨機選取激光平整地塊和未平整地塊進行秋澆灌溉對比試驗。本試驗選取的激光平地平整地塊規格為 50 m×37 m，約 0.18 hm2，原狀未平整對比地塊規格為 50 m×21 m，約 0.11 hm2。 秋澆時，沿地塊畦長方向每隔5 m設置一個帶刻度的標尺，用以觀測計算水流推進時間、推進速度和儲水深度等參數。由于本試驗地塊后續將開展作物非充分灌溉試驗，為了利于農作物生長、改善土壤條件、避免土壤鹽堿化，灌水量按照當地秋澆習慣進行，并通過三角量水堰進行量水計算灌溉用水量。

2.2 試驗結果與分析

2.2.1 試驗結果

土地平整精度通常采用田塊內所有測點處地面相對高程的標準偏差值（Sd）[4]予以定量描述。本試驗中，通過激光平地技術平整地塊標準偏差值（Sd）由平地前的4.13 cm下降到平地后的1.5 cm，絕對改善度為2.63 cm，相對改善度為63.7%。激光平地實現了常規土地平整無法達到的土地平整精度，其平地精度高，作業效率高。

秋澆灌溉過程中，通過觀測水流推進、消退耗時和田間儲水深度，計算水流推進速度、消退速度等參數（詳見表1-2），并繪制水流推進速度對比曲線圖和水流消退速度對比曲線圖（如圖1-2所示），在此基礎上，對激光平地技術平整地塊的秋澆灌溉效率進行評價。

表1 激光平地技術平整地塊灌溉過程觀測數據

圖1 水流推進速度對比曲線

圖2 水面消退速度對比曲線

地塊灌水期間，通過讀取三角量水堰標尺讀數，計算灌溉用水量，具體數據見表3-4。通過數據對比，評價激光平地技術平整地塊的秋澆節水效果。

表3 激光平地技術平整地塊灌水量

表4 未平整地塊灌水量

2.2.2 試驗結果分析

從灌溉水流的推進時間來看，由于未平整的地面高低不平，土壤的孔隙率大，下滲速度大，所以其推進到畦尾所需的時間較長，是激光平整地塊所需時間的2倍多；從推進速度來看，激光平整地塊的水流推進速度是未平整地塊的2倍。另外，從圖1可以看出，激光平整后的地塊地面平整，由于下滲速度小，保水能力大大提高，推進速度曲線變化幅度比較平緩；而未平整地塊，由于地面高低不平，儲水深度不均勻，推進速度曲線波動幅度較大。

從消退時間來看，激光平整地塊的水面消退時間是未平整地塊的1.5倍；從消退速度來看，未平整地塊的水面消退速度是激光平整地塊的1.2倍，數據之間的差距并不顯著，這是由于未平整地塊的表面較疏松，灌溉時的下滲速度比平整地塊的要高，直至灌溉結束后，未平整地塊的土壤深層含水率比激光平整地塊的含水率要高，各土層的含水率差值小，壓力差也相對小，所以在消退速度上未平整地塊雖然大于平整地塊但差值不明顯。從圖2可以看出，由于受到水面儲水深度不均勻的影響，未平整地塊水面消退速度曲線的變化幅度較大。

利用激光技術精密平地，可達到高低差較小的理想平面，只需適量的水進行淺水灌溉，即可達到目的，地面平整減少了土壤深層的滲透，灌水均勻，灌溉效率提高。按照地塊達到灌溉用水的要求，激光平地技術平整地塊灌水時間為344.44min/hm2，未平整地塊灌水時間為845.45min/hm2，前者較后者節省灌水時間501 min/hm2；平整地塊的灌溉量為1 764.17 m3/hm2，未平整地塊灌溉量為2 160 m3/hm2，可節水395.83 m3/hm2，節水效率為 18.3%，基本上達到了省時、省水，省費用的目的。

3 結論與建議

從本試驗可以看出，水流推進畦尾所需的時間越長，灌水質量越差。激光平地技術平整的地塊灌溉用水量減少的原因在于通過應用激光平地技術對田面進行精平，可以明顯地消除田面的無效蓄水坑及高差，改善畦田地面不平整狀況，從而可以確保水流平穩、順暢地推進到畦尾，減少了田間深層滲漏損失。因此，激光平地技術作為秋澆灌溉前的土地平整技術是先進、節水、高效和可行的[8]。

[1]熊志平，孟春紅.內蒙古河套灌區秋澆定額研究[J].人民黃河，2002，24（7）：44-45.

[2]張輝.激光平地技術在土地平整工程中的應用探討[J].甘肅水利水電技術，2009，45（8）：35-36.

[3]李益農，許迪，李福祥.激光控制土地精平技術規?；瘧眯Чu價[J].農業工程學報， 2008， 24（5）：69-73.

[4]許迪，李益農.精細地面灌溉技術體系及其研究進展[J].水利學報，2007， 38（5）：529-537.

[5]李愈，姜鴻君，宋立文.激光平地技術在水稻格田中的應用[J].新疆農墾科技，2001（5）：30-31.

[6]任文濤，胡忠飛，崔紅光.激光平地乳芽直播節水效果的研究[J].農業工程學報，2003， 19（3）：72-75.

[7]劉剛，林建涵，司永盛.激光控制平地系統設計與試驗分析[J].農業機械學報，2006，37（1）：71-74.

[8]許景城.應大力開展激光平地技術推廣工作[J].農業機械化與電氣化，2006（1）：29-30.