農業節水灌溉技術模式分析

李謙 張鋒 籍俊杰 王俊野

1、河北省農林科學院糧油作物研究所 2、華雨灌溉設備制造有限公司

1 節水灌溉現狀與發展趨勢

1.1 國外現狀

在歐美等發達國家農業生產機械化、自動化程度較高，美國、法國、意大利等國家的農業灌溉大都采用了不同形式的噴灌機進行作業，例如美國以圓形和平移式噴灌機為主，德國、意大利等絞盤式噴灌機應用面積較大，這些大中型噴灌機的應用大大減輕了灌溉勞動強度，提高了水肥利用效率，增加了作物產量。以色列的節水灌溉在國際上處于領先地位，其滴灌技術最高水利用率可達95%，此外，部分農田使用處理后的廢水灌溉，不僅節約了水資源，同時有利于生態環境。以色列研發的多通道智能水肥一體機、自動反沖洗系統等，在水肥一體化方面已實現高度自動化。

1.2 國內現狀

我國淡水資源分布不均，人均占有量少，尤其是在北方地區，水資源匱乏嚴重影響了經濟發展和生態環境平衡。近年來，中央和地方政府出臺了一系列節水壓采政策措施，節水灌溉實施面積呈逐年穩步增長的趨勢，灌溉水有效利用系數不斷提高，全國節水灌溉技術的發展進入了質量、規模、效益并重的良性發展階段，節水灌溉產品逐漸完善，如滴灌、微噴、卷盤式噴灌機、中心支軸式噴灌機等，以及配套的過濾器和水肥一體化設施都實現了自主生產及創新。在推廣應用中，由于土地經營產權、資金投入、農民收益等因素影響，大多耕地仍然以水渠防滲大水漫灌為主，勞動強度大，農藝節水制度難以實施；土地類型多樣、地貌復雜，大型的灌溉設備難以適應，滴灌微噴等由于田間管路較多，影響機械化作業，推廣應用受到限制。

1.3 發展趨勢

節水灌溉技術經過近一個世紀的發展，正在向生態、智能、精確化方向發展，以物聯網技術、大數據、云計算、空間信息技術和智能裝備等新一代信息技術為支撐和引領的智能化灌溉技術成為國際新趨勢。

2 節水灌溉技術模式及特點

2.1 節水灌溉類型

我國常用的灌溉系統可分為固定式灌溉和移動式灌溉。

（1）固定式灌溉系統是指在田間布置一定規格的輸水管（明管或暗管），每隔一定距離設置灌水器，壓力水經管網到達灌水器處，對農作物進行灌溉。如微噴、滴灌、固定式噴灌等。

（2）移動式噴灌系統是指水源經供水管連接灌溉設備，通過可以在田間行走的桁架或噴灌車，完成噴（淋）灌作業。如滾移式噴灌、中心支軸式噴灌、平移式噴灌機、卷盤式噴灌機等。

2.2 選擇灌溉類型時的考慮因素

在具體規劃設計中，選擇何種灌溉類型，首先要考慮各自灌溉系統的特點和適宜條件，不同的類型有其不同的適用條件，系統選型應因地制宜，綜合以下因素選擇：水源類型及位置、地形地貌，地塊形狀大小、土壤質地、作物生長期降水量、灌溉期風力風向、種植作物、社會經濟條件、生產管理體制、勞動力狀況等。

2.3 節水灌溉技術模式分析

2.3.1 固定式噴灌

根據管道是否可以移動，可分為固定式、半固定式和移動管道式。

（1）固定式噴灌系統泵站、各級輸水管道常年固定不動，噴頭安裝于支管的豎管上。此模式用工少、勞動強度低且便于維護。缺點是一次性投資較高，影響機械化作業。

（2）半固定式噴灌系統。泵站與干管固定不動，支管和噴頭可轉移地塊使用。與固定式相比，由于支管可以移動并重復使用，減少了用量，降低了投資。缺點是挪動支管噴頭勞動強度較大。

（3）移動管道式噴灌系統。水泵、管道、噴頭全部可以拆卸移動。一般適用于地表水作為水源的地方，灌溉完成后可將整個灌溉系統轉移。缺點是勞動強度大，用工多。

2.3.2 地埋自動伸縮式噴灌

地埋自動伸縮式噴灌是固定式噴灌的一種形式，其輸水管道（干管、支管）和噴頭均埋設于地下，灌溉時在水壓作用下噴頭自動升起到地面上，灌溉結束后噴頭縮回地面耕作層以下。其特點是不影響農機作業，適合于規模化種植全程機械化作業，具有省工、省力、易于實現自動化管理的優點。該模式一次性投資高。

2.3.3 絞盤式噴（淋）灌

絞盤式噴（淋）灌機是由驅動裝置驅動絞盤轉動，通過纏繞在絞盤上的PE 軟管牽引噴頭車，邊行走邊噴灑的噴灌機械。其工作原理是脫檔后由拖拉機將絞盤上的PE 管拽出至需要的工作位置，回收時利用水流驅動水渦輪旋轉，經變速箱、鏈輪鏈條降速后驅動絞盤回轉，使得噴頭車回收從而完成噴灑作業。具有機械化自動化程度高、灌溉均勻度高、勞動強度低、轉移地塊方便等優點，但操作者需具有一定的機械基礎知識。

2.3.4 中心支軸式及平移式噴灌機

中心支軸式噴灌機及平移式噴灌機，是通過在田間行走的桁架（安裝有噴頭）在作物上方完成噴灌作業的一種灌溉機械。其機械化和自動化程度高，生產效率高，灌水均勻度高，用工量少，適用于耕地面積遼闊的農田使用。該噴灌機結構復雜，技術性較強，要求操作管理人員具備相應的專業知識。

2.3.5 小型智能平移式淋灌機

小型智能平移式淋灌機是在大型平移式噴灌機基礎上開發的一種新型灌溉設備，具有灌溉均勻度高、入機壓力小、便于轉移地塊、智能化程度高等特點，可實現玉米等寬行種植對行淋灌作業，達到精準灌溉的效果，提高水肥利用效率，降低勞動強度和農業種植者經營成本。該設備有效灌溉幅寬30～40 米，行走控制系統采用PLC 變頻控制，可按照定時定量任務實現水肥一體化作業以及遠程控制。為了提高桁架利用率，降低農戶設備投入，在桁架下方設置噴藥機構，可進行病蟲害防治、噴施葉面肥等作業。

2.3.6 微噴帶

微噴帶又稱噴灌帶，是在薄壁軟管上采用機械或激光按照一定的排列規則加工出水小孔，通水后在一定的壓力下，水從小孔噴出，進行微噴灌的節水灌溉方法。

其特點是，系統壓力低，投資低、便于操作，一般人員經過培訓都可使用。噴帶的鋪設結合農作物種植行距、農藝措施、農機作業幅寬等進行布置，達到使用便捷、灌溉均勻、節本增效的效果。缺點是田間管路較多，影響機械化作業，收鋪管用工量較大，不適用于大規劃種植使用。

新型編織噴帶是近幾年新推出的一種微噴帶，具有重量輕、強度高、鋪設長度大、噴射距離遠等特點，相比普通噴灌帶可減少田間材料用量。

2.3.7 滴灌

滴灌屬于低壓灌溉，是目前干旱缺水地區最有效的一種節水灌溉方式，水的利用率可達95%。滴灌較噴灌具有更高的節水增產效果，同時可以結合施肥，提高水肥利用率。其不足之處是滴頭易結垢和堵塞，引起堵塞的原因可以是物理因素、生物因素或化學因素，如水中的泥沙、有機物質或是微生物以及化學沉凝物等，故滴灌對灌溉水質要求較嚴，一般需要經多級過濾處理。滴灌鋪設間距應考慮作物種植行距，鋪設長度不宜過長。大田應用中為防止滴灌帶被風刮亂或被鳥獸破壞，一般淺埋于地下。針對小麥玉米一年兩熟區，可采用帶有北斗導航的拖拉機進行播種、鋪管、潛埋、覆土作業，減少后期農機作業損壞滴灌帶。

2.3.8 水肥一體化

農作物養分的吸收主要依靠水為載體，因此，要實現高產穩產，水、肥應按時按需供給，實現水肥一體化十分重要。

水肥一體化是借助壓力系統，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養分含量和作物的需肥規律，與灌溉水一起，通過輸水管、灌水器浸潤作物根系附近。

施肥裝置主要有施肥罐、文丘里、比例施肥泵、注肥泵、多通道智能施肥機等，特點如下：

（1）文丘里施肥法結構簡單，操作方便，造價低廉，無需外接動力就能實現吸肥作業，一般用于系統壓力較低的灌溉模式，如滴灌、微噴帶等。其缺點是主管道壓力損失。

（2）注肥泵法是利用壓力泵將肥液加壓注入灌溉主管路，肥液隨灌溉水輸送至田間的一種水肥一體化方法。注肥泵的壓力必須大于供水管道系統壓力，且具有防腐蝕的特性。該方法適用范圍廣，易于實現自動化控制。

（3）多通道智能施肥機有兩個以上施肥通道，可以實現多元素肥精準按比例施入系統，一般用于蔬菜、藥材、花卉等經濟作物。

噴灌技術作為最重要的農田管理措施之一，具有顯著的節本增效效果，各種節水灌溉模式具備不同的特點和環境適應能力，在農業生產中要針對作物、土壤類型、地形地貌、水源、水質以及經濟能力、人員素質等多因素進行選擇。技術層面，在引進、吸收、消化國外技術基礎上，自主開發創新，逐步形成擁有自主知識產權的灌溉設備與關鍵技術，并實現產業化，實現農業灌溉的精準化、智能化。