節水灌溉機械要走出中國范兒

李純

節水灌溉機械要走出中國范兒

李純

在我國農業生產中，水資源緊缺問題越來越突出。我國現有耕地中灌溉面積9.25億畝、旱作近10億畝，年灌溉用水3600億方，缺口300億方，每年受災面積4億～5億畝，損失糧食600億斤。以國產卷盤式噴灌機為代表的節水灌溉裝備成為實現水資源高效利用，化解地下水超采危機，降低農業勞動成本，保證我國農業可持續發展的戰略選擇。

生態惡化，粗放型灌溉模式必須要改

“人多地少是我國的基本國情，要用占世界7%的耕地去供養占世界21%的人口，我們不得不提高耕地復種指數，甚至在生態脆弱地區墾荒種地，這對水資源需求量很大。”日前，全國農技中心節水處處長高祥照在第三屆中國農機手大賽“節水灌溉講堂”上說。我國每年用水5800億方，其中農業用水3600億方，占62%。但我國水資源僅占世界的6%，年缺口300億方，每年受災面積4億～5億畝，損失糧食600億斤。

雖然，我國從20世紀90年代就開始推廣節水灌溉，但以“小白龍”為主，農民拉著水管在地里澆水。這種灌溉模式仍然屬于粗放型大水漫灌，浪費很嚴重而且效率很低，3個人1天才灌七八畝地，新疆500畝的棉花地要14個人灌半個月。水利條件稍好的地方有溝渠灌溉，但由于蒸發量大，水資源利用率依然很低。此外，溝渠的修建，占用了約14%的耕地，又造成了耕地資源的浪費。

不僅如此，粗放型農田灌溉模式還是我國農業生產“肥多、藥多、膜多、投入多”的主因之一。以施肥為例，傳統的犁地翻土施撒固體肥料，化肥實際利用率僅為20%。比如最常見的氮肥尿素，極易溶于水。據一項調查顯示，如果在施肥后灌溉，作物對尿素的實際吸收率一般維持在15%左右。由于化肥使用率低，農民不得不增加化肥使用量，對土壤、水資源造成了嚴重污染。

近年來，通過發展集雨灌溉、地膜覆蓋作業，我國西北年均降水量300毫米左右的旱作農業區曾創下了玉米畝產達1500斤的農業奇跡。但那里屬于本不應該發展農業的生態脆弱區，耕種會破壞沙質土壤表面的保護殼、降低土壤蓄水能力，成為我國北方沙塵暴源頭之一。所以，應當在中東部地區大力發展節水灌溉，提高水資源利用率和糧食總產量，在生態脆弱區退耕還林保持我國生態環境的平衡。

“在生態約束趨緊的情況下，大力推行節水灌溉已經刻不容緩。”高祥照說，而且節水本身不僅是省水，更能省肥省藥，是推進化肥、農藥使用量零增長行動的關鍵途徑。

立足國情，推廣節水灌溉機械要因地制宜

為發展節水灌溉，國家于2012年開始大力推廣大型噴灌機。這是一種廣泛應用于歐美國家的先進節水灌溉機械，一次性灌溉面積可達上千畝，既節水又高效。

江蘇華源節水股份有限公司總經理邱志鵬介紹說，大型噴灌機要求單口機井出水量在60噸以上，歐美國家水資源相對豐富沒有問題。而我國地下水資源如此充沛的地區卻不多，在中西部地區出水量太小根本無法運轉。

大型噴灌機還對地塊有要求，需要土地規模連片，不能有溝、不能有渠、不能有樹、不能有電線桿，不然就轉不了。一臺大型噴灌機效率最高的時候要達到500畝以上才能產生效益，否則就不劃算。在目前我國農業生產經營分散的情況下，它也是不大適用的。因此，在我國大部分地區，體型龐大、單次灌溉面積大的大型噴灌機難以“施展拳腳”。

同時，我國也從以色列引進了微型滴灌技術和設備。以色列國土面積狹小、極為缺水，設施農業發達、大田農業很少。與之截然相反，我國以大田農業居多、設施農業較少。“滴灌節水效率很高，適合在設施農業園區推廣，要在大田農業生產中推廣成本太高，農民難以接受。”邱志鵬說。

“因此，我國發展節水灌溉，絕對不可能完全照搬某一國家的模式，一定要根據國情進行自主創新。”邱志鵬說，我國各地區自然環境差異大，要根據各地自然環境特點因地制宜地選擇灌溉設備，所以我國一定是多種灌溉模式并存。

機藝融合，將水肥一體化與噴灌機結合使用

“我國大田農業為主、規模化程度不高的現實，決定了中型噴灌機是節水灌溉適用機械。”邱志鵬說，中型卷盤式噴灌機機動靈活、自動化程度高、投資低，適合大中小不同規模作物的規模化作業，是適用性較廣的灌溉裝備之一。

傳統國產卷盤式噴灌機，采用國外20世紀80年代技術，存在傳動級數多、驅動單元效率低和機械式速度控制偏差大的問題，致使設備能耗高、灌溉均勻度低。

“對此，我們進行了四處關鍵技術創新，解決了傳統卷盤式噴灌機存在的問題。”邱志鵬介紹，一是研發太陽能供電的直流電機直接驅動變速箱，入機壓力降低10%、耗能低；二是采用蝸輪蝸桿+直齒圓柱齒輪的傳動組合，傳動效率提高20%，體積減小10%；三是建立了卷盤綜合參數傳感與速度控制技術，速度偏差由國內普遍存在的20%降低到5%左右，灌溉均勻度超出國家標準；四是建立灌水量-移動速度決策方法，操作簡單，只需輸入灌水量，即可自行運行。該設備單條作業、機動靈活，可以有效應對地面坑渠，地塊腹寬70米、長度10米即可作業。同時，可根據地塊長度延伸作業，不受限制。只需3噸水就可以作業，也更加符合我國缺水的實際。

這種光伏電驅動卷盤式噴灌機節水噴灌效果比大田漫灌節水30%以上，自動化程度較高，一臺機器就可以作業200畝地，一個人能控制4臺左右。“不少種糧大戶和農機合作社已經認識到科學灌溉對于增產增收的作用，而且還能成為一項新的農機作業服務內容，農民自行采購設備增多，慢慢扭轉灌溉機械對政府水利項目過度依賴局面。”農業部農機推廣總站總工程師徐振新說。

“機藝融合是農機發展的方向。我們與華源正在研究將水肥一體化和噴灌機結合起來，在節水的同時節肥。”江蘇大學教授湯躍說，難點在水肥分配關系，要精準，多了不行少了也不行。少了達不到效果，多了等于肥料丟失了。