現代農業節水新技術的應用與發展

趙英，郭旭新，霍海霞，閆小紅，杜璇

（楊凌職業技術學院水利工程分院，陜西 楊凌 712100）

1 現代農業節水新技術的應用

水是農業的命脈，要保證在耕地面積上獲得足夠的糧食產量，首先就要保證農業用水，要從開源和節流兩方面入手。

1.1 水源增量節水新技術

灌溉水源對水質有一定的要求，一般多采用地表水和地下水等淡水資源灌溉。目前中國已經擁有了相關技術，可以收集利用雨水，開發利用微咸水、海水、中水等非常規水資源用于農業灌溉，大大緩解了農業與工業及生活用水之間的競爭。

1.1.1 雨水集蓄利用技術

雨水集蓄利用技術主要用來解決人畜飲用水困難、發展庭院經濟和小片土地的節水灌溉，以及為畜牧業與生態環境保護等提供所需的水源。雨水農業利用的形式主要有三種，分別是自然利用、疊加利用與聚集利用。

自然利用是對雨水的就地直接利用。例如對收割后的麥田、玉米田進行秸稈還田覆蓋，當遇到降雨時，秸稈可以吸收更多的水分，同時阻止地表徑流，減少水分蒸發，增加土壤儲水量和水分入滲效率，抗旱保墑效果顯著。目前，秸稈覆蓋保護性耕作技術在遼寧、吉林等地得到了大面積推廣應用，有效保護了黑土地這個“耕地中的大熊貓”。

疊加利用是在農田就地聚集雨水。采用小區集水種植技術、魚鱗坑、隔坡（集流）梯田、平地起壟地膜覆蓋保墑等技術，將非耕地上的雨水引到耕地中，以實現“雨量疊加增值”。魚鱗坑在黃土高原丘陵坡地具有良好的蓄水保墑效果。

聚集利用是利用一系列工程措施，將天然降水聚集并儲存起來用于農田灌溉，使自然降水變成時空均可調節的現實水資源。雨水集蓄利用系統通常包括集水工程、蓄水工程和灌溉工程。由于雨水集蓄難度大，集蓄水量相對有限，通常都采用最為節水的灌溉方式，目前主要采用滴灌、微噴灌等灌溉方式。

1.1.2 微咸水灌溉技術

用于灌溉的微咸水是指礦化度在2～5 g/L 的含鹽水。華北、西北及沿海地區具有豐富的微咸水資源，主要以淺層地下水形式存在，易于開采，具有巨大的開發利用潛力。使用微咸水代替淡水進行農田灌溉可以有效緩解農業用水緊張問題。不同作物、不同生育階段對于微咸水的耐受能力不同，用微咸水直接灌溉對作物及土壤的安全影響較大，目前多采用咸淡水混灌和咸淡水交替灌溉的方式，預計到2030年，農業微咸水灌溉量將增長10億m3左右。

1.1.3 海水淡化利用灌溉技術

海水淡化是重要的增量水源，已在全球范圍內得到大規模利用?！笆奈濉币詠?，出臺政策大力推動海水淡化的規模化利用，以緩解沿海地區和海島水源短缺問題。海水淡化后，若水質滿足農業灌溉用水要求即可采用滴灌、微噴灌、噴灌等高效節水灌溉技術用于灌溉。

1.1.4 中水利用灌溉技術

采用中水進行灌溉即為中水回用農業。在以色列、美國、日本等國，農田灌溉中大量使用中水，尤其是以色列有46%的中水直接回用于灌溉。許多城市也將中水用于公園、綠地等領域，在農業灌溉領域的應用將逐漸加大。

1.2 輸水過程節水新技術

隨著技術的不斷發展，在渠道輸水、管道輸水過程中出現了許多新技術、新材料和新工藝，使得輸水損失更少，灌溉水利用系數提高，達到了節水增效目的。

1.2.1 渠道輸水節水新技術

渠道輸水節水技術主要是對渠道進行防滲襯砌，防滲渠道結構設計、防滲材料的選擇和襯砌施工質量對防滲效果都有影響。近年來，各灌區在續建配套節水改造項目中，不斷總結經驗，涌現出了很多的防滲新材料、施工新工藝、管理新方法。

防滲材料體現了渠道防滲由單一材料向復合材料轉化的趨勢，主要有土壤固化劑、固化土、復合土壤膠結料、新型復合防滲膜料、復合土工合成材料GCL 等。聚苯乙烯泡沫板被作為新型渠道保溫防滲材料使用。在西北寒旱區，還創新使用了自保溫混凝土預制板（混凝土+保溫板組成）、防凍防滲復合層（用土工布將整個保溫板六面環包）、精準加熱型防凍防滲復合層（在自保溫型防滲防凍復合層中鋪設電熱絲）等襯砌材料，且在加熱保溫區采用“混凝土預制板+砂漿墊層+加熱型防凍防滲復合層+水泥細沙墊層”、在非加熱保溫區采用“混凝土預制板+砂漿墊層+防凍防滲復合層+水泥細沙墊層”的襯砌結構。聚氨酯密封膠、聚氨酯砂漿作為伸縮縫填縫材料被廣泛應用。

在灌溉渠道升級改造過程中，舊防滲體與新防滲體連接常采用熱熔焊接，在新疆高寒區渠道新舊防滲體連接材料適宜使用KS熱熔膠粘劑。

在陜西寶雞峽灌區全面推廣實行了滑膜襯砌澆筑渠道混凝土先進工藝，工效提高了50%以上；伸縮縫處理時，先將雙組分聚氨酯密封膠放入灌縫機內加熱融化并攪拌均勻，之后加壓使填縫材料順管路注入縫內，人工壓實整平后，外留2 cm待初凝后用水泥砂漿磨平。甘肅省景電二期工程針對干渠沿線土質主要為強凍脹性土，極易發生嚴重的襯砌結構凍脹破壞以及邊坡土體消融滑塌現象，2017 年以來采用了渠道凍脹自動化監測系統，通過土壤溫度等監測傳感器、遠程監測系統、無線傳輸系統、前端監測電源系統和監測設備機箱等設備，實時準確地掌握渠道的基土與襯砌體溫度、水分、凍脹量等凍脹參量的變化情況，分析規律，做出準確評價，應用效果良好。

1.2.2 管道輸水節水新技術

管道輸水具有水頭損失小的節水優勢，目前常用的輸水管材有鋼管、玻璃鋼管、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管、PVC-U管和HDPE管等，需根據管道沿線地形、地質條件、最大使用壓力及工程造價等綜合選擇。在接口滲漏處理中，也涌現出了一些新興材料，如聚硫密封膠和SK 手刮聚脲等材料廣泛用于PCCP管道的接口滲漏處理。

1.3 田間灌溉節水新技術

田間灌溉節水新技術主要為水平畦灌、波涌灌等節水型地面灌溉技術和噴灌、微灌、低壓管灌等高效節水灌溉技術。①水平畦灌。該項技術是利用激光控制平地技術或北斗等衛星平地技術進行土地平整，使田塊縱向和橫向兩個方向的田面坡度均為零時，將灌溉水以大流量進入畦田，水層快速覆蓋整個田面，之后在重力的作用下逐漸滲入作物根系土壤中。該項技術灌水均勻度高，節水高效，在東北水稻生產區得到了廣泛應用。②波涌灌。該項技術采用管道輸水，并通過波涌閥、控制器等設備對田塊進行間歇灌溉，可以實現小定額灌溉和自動控制，且具有投資少、技術簡單的優點，特別適合旱作物灌區農田地面灌溉推廣應用。③噴灌。隨著國家土地集約化經營的發展，中心支軸式、平移式噴灌機在大面積種植區的應用和卷盤式噴灌機、輕小型噴灌機在鄉村農業生產中的應用都逐年增加。管道式噴灌系統在園林綠化、高附加值作物的生產中發揮著越來越大的作用。④微灌。即微量灌溉，包括滴灌、微噴灌、滲灌、霧灌、涌泉灌、痕量灌溉等類型，與智慧控制系統和監測系統相結合，可以實現精準灌溉、智能灌溉、智慧灌溉，各類水肥一體機也應運而生。⑤低壓管灌。是通過低壓管道將水輸送到田間地頭或附近，之后進行傳統的地面灌溉或節水型地面灌溉。該項技術一般為國家投資建設，種植戶直接使用即可，操作簡單，非常適合中國國情，應用最為廣泛。

2 現代農業節水新技術的發展前景

現代農業節水技術將朝著更加高效、低耗、智慧的方向發展。不斷加大海水、微咸水、生活污水等各種劣質水的開發利用規模并廣泛用于農業灌溉。輸水渠道和管道工程中不斷優化結構、創新發展新的防滲材料和施工工藝、加強信息化管理。將現代高新信息技術，如中國北斗系統等應用于農業生產，精確開展旋耕、插秧、播種、水肥管理等作業，實現精準農業。深入研究推廣秸稈覆蓋和噴灌、微灌等節水灌溉技術相結合的節水技術，實現環保、節水效益共提升。