我國機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)體系及合理化應(yīng)用

杜永鑫

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，我國的水資源供需矛盾日益凸顯，農(nóng)業(yè)干旱缺水與水資源短缺已成為限制我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素[1]。為了穩(wěn)步推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，解決水資源日益短缺問題，開展機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)體系及合理化應(yīng)用對發(fā)展現(xiàn)代化綠色農(nóng)業(yè)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)能降耗及建設(shè)節(jié)約型社會提供了理論和實(shí)踐參考。

1 我國機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國在1950年提出節(jié)水灌溉技術(shù)，從20世紀(jì)70年代初期，開始探索節(jié)水灌溉技術(shù)，到20世紀(jì)80年代初，開始逐步宣傳和推廣。通過農(nóng)田水利工程建設(shè)，兼顧節(jié)水灌溉思想宣傳與技術(shù)推廣，農(nóng)田水利工程灌溉用水量有所下降，灌溉水資源利用率有所增長，但當(dāng)時(shí)我國總體經(jīng)濟(jì)條件與科學(xué)技術(shù)水平相對落后，農(nóng)民節(jié)水意識的不足，我國節(jié)水灌溉技術(shù)的水平及全國普及化程度相對較低，導(dǎo)致節(jié)水灌溉工程與相關(guān)技術(shù)發(fā)展較為緩慢[2]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提升與綜合科技水平的逐漸增強(qiáng)，通過先進(jìn)的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展，國家和地方各級政府開始逐步探索符合各地發(fā)展的機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)，取得階段性成績，但是節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣和應(yīng)用效果不明顯。目前，我國節(jié)水灌溉技術(shù)體系存在的主要問題包括節(jié)水灌溉技術(shù)不完善、技術(shù)水平低、技術(shù)開發(fā)利用效率低下、農(nóng)戶在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)缺乏節(jié)水意識及節(jié)水灌溉工程建設(shè)資金不足等。

近年來，通過國家政策的引導(dǎo)與農(nóng)田水利工程的建設(shè)，不斷改進(jìn)傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)，先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)(如噴灌技術(shù)、微噴技術(shù)及覆膜滴灌技術(shù)等)得到了應(yīng)用和推廣。如中原地區(qū)利用地方節(jié)水工程，改變傳統(tǒng)的粗放式農(nóng)田灌溉技術(shù)，發(fā)展噴灌工程、微灌工程等先進(jìn)的機(jī)械化節(jié)水灌溉工程。各個(gè)地區(qū)結(jié)合地域?qū)嶋H大力發(fā)展灌溉工程，促進(jìn)我國機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)取得了階段性的進(jìn)步[3]。為了穩(wěn)步推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，解決水資源日益短缺問題，加快我國農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)“產(chǎn)量”最大化向現(xiàn)代“效益+可持續(xù)”最大化轉(zhuǎn)變。結(jié)合我國實(shí)際的基礎(chǔ)條件與有限的水資源，構(gòu)建具有中國特色的機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)體系，并合理應(yīng)用我國機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展。

2 節(jié)水灌溉技術(shù)種類與特點(diǎn)

2.1 井灌技術(shù)

在我國北方干旱地區(qū)，井灌技術(shù)對于保證農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起著巨大作用，是利用提水設(shè)備提取井水灌溉農(nóng)田的措施。由于地下水資源在多年間的變化比較穩(wěn)定，只要保證合理開采，可以顯著提高農(nóng)業(yè)灌溉效率；其次，井灌工程輸水線路短，因此井灌技術(shù)中灌溉水利用率較高；最后，井灌工程投產(chǎn)時(shí)間短，收效快。部分地區(qū)還在渠灌區(qū)中打井，以實(shí)行井渠結(jié)合灌溉，既提高了灌溉保證率，又起到了控制和降低地下水水位的作用，是預(yù)防和改良鹽堿地的有效措施。

井灌工程中的井型主要包括管井和真空井等，應(yīng)該根據(jù)不同地區(qū)實(shí)際生產(chǎn)條件選擇適合的井型(表1)。

表1 各種井型及其適用條件

2.2 噴灌技術(shù)

噴灌作為一項(xiàng)我國極力推行的灌溉技術(shù)，利用管道輸水，減少了水分在輸送過程中的損失，節(jié)約水資源；并且可以適時(shí)地給農(nóng)作物灌水，改善田間微型氣候，增加農(nóng)田空氣濕度，達(dá)到調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境晝夜溫差的目的，可以實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。噴灌工程的機(jī)械化程度高，節(jié)省勞動力，提高勞動效率；對地形的適應(yīng)性強(qiáng)，土壤的滲透性和坡度對其影響較小。但是噴灌技術(shù)將水噴灑在空氣中，射程噴灑范圍就會受到風(fēng)的影響，另一方面，噴灌工程成本較高，也是限制其發(fā)展的主要因素。

2.3 微灌技術(shù)

微灌是利用微灌設(shè)備組裝成微灌系統(tǒng)，將有壓水輸送分配到田間，通過灌水器以微小的流量濕潤作物根部附近土壤的一種局部灌水技術(shù)，是繼噴灌技術(shù)后，節(jié)水效率最高的一項(xiàng)灌溉技術(shù)。微觀技術(shù)主要包括滴灌技術(shù)、微噴灌技術(shù)、涌泉灌技術(shù)等。

2.4 渠道灌溉

渠道灌溉技術(shù)是一種傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉技術(shù)，主要是指從水源取水，經(jīng)過渠道和建筑物向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供灌溉水源，并且由田間工程進(jìn)行灌溉的工程技術(shù)。

在進(jìn)行渠道灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，灌溉設(shè)計(jì)保證率是評價(jià)渠道灌溉技術(shù)的重要指標(biāo)，主要是指一個(gè)灌溉工程的灌溉用水量在多年期間能夠得到保證的概率，以正常供水的年數(shù)占總年數(shù)的百分?jǐn)?shù)表示，通常用P表示，如P=80%表示在一個(gè)灌溉區(qū)域內(nèi)，平均100年里有80年的灌溉用水量可以得到保證，其余20年存在供水不足的問題，作物生長會受到影響。計(jì)算公式如式(1)所示。

(1)

式中，P為灌溉設(shè)計(jì)保證率，%；m為灌溉設(shè)施能夠保證正常供水的年數(shù)；n為灌溉設(shè)施供水的總年數(shù)。一般計(jì)算系列年數(shù)不宜少于30。灌溉設(shè)計(jì)保證率進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該根據(jù)灌溉區(qū)域的水源和基礎(chǔ)條件，全面考慮工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素等，計(jì)算幾種保證率的工程凈收益，從中選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方案，便于充分開發(fā)和利用水土資源。具體可以參照我國灌溉與排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的數(shù)值(表2)。

表2 灌溉設(shè)計(jì)保證率選擇

2.5 水肥氣耦合技術(shù)

傳統(tǒng)灌溉技術(shù)會由于土壤持續(xù)性濕潤對作物生長造成“低氧脅迫”。大量研究表明，低氧脅迫增加了葉片脫落酸(ABA)濃度。脫落酸的積累導(dǎo)致氣孔密度、開度降低，葉綠素含量降低，抑制植株莖、葉的生長，同時(shí)導(dǎo)致凈光合速率降低，并根據(jù)缺乏的嚴(yán)重程度而完全停止(表3)。針對以上問題，提出了“水肥氣耦合技術(shù)”。該技術(shù)是在地下滴灌的基礎(chǔ)上，利用土壤通風(fēng)裝置向作物根部土壤增加空氣，或者采用文丘里裝置將空氣以微氣泡的形式摻入灌溉水中，提高土壤環(huán)境中O2含量，滿足植株根系有氧呼吸和土壤中微生物對O2的需求，促進(jìn)根系生長發(fā)育及對土壤礦物質(zhì)元素的吸收轉(zhuǎn)化，促進(jìn)作物地上部光合作用及光合產(chǎn)物的積累與運(yùn)轉(zhuǎn)，提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)[4]。

表3 影響作物生長的土壤指標(biāo)范圍

3 節(jié)水灌溉技術(shù)推廣策略與實(shí)施途徑

3.1 因地制宜，推動我國各個(gè)地區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展

我國幅員遼闊，地區(qū)性氣候及季節(jié)性氣候變化多樣，機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣并應(yīng)用應(yīng)堅(jiān)持因地制宜因時(shí)施策原則，充分考慮農(nóng)作物種植條件及自然條件(包括氣候、土質(zhì)及水文等)，結(jié)合地方政策引導(dǎo)，針對不同農(nóng)作物選擇不同的機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)。例如，農(nóng)作物大田密植種植適宜發(fā)展噴灌技術(shù)，農(nóng)作物大田寬行種植或大棚種植適宜發(fā)展滴灌、溝灌技術(shù)；農(nóng)作物(果木)山地種植適宜發(fā)展微噴、滴灌、涌泉灌等技術(shù)，科學(xué)合理推廣并應(yīng)用機(jī)械化節(jié)水灌溉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物健康生長及水資源節(jié)約利用[5]。

3.2 健全政策制度，推廣節(jié)水技術(shù)推廣服務(wù)體系

健全節(jié)水管理組織和技術(shù)推廣服務(wù)體系，逐步完善節(jié)水灌溉技術(shù)相關(guān)規(guī)章制度，將節(jié)水灌溉技術(shù)責(zé)任落實(shí)到每個(gè)組織者和農(nóng)戶。在不同生產(chǎn)區(qū)域，定期舉行相關(guān)經(jīng)驗(yàn)交流，普及節(jié)水灌溉知識，加強(qiáng)節(jié)水灌溉技術(shù)宣傳，使節(jié)水灌溉理念逐漸深入人心，提高農(nóng)戶的節(jié)水灌溉意識。另一方面，可以制定和完善節(jié)水灌溉技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)，例如確定合理的水價(jià)，制定相關(guān)的節(jié)水鼓勵(lì)與獎(jiǎng)勵(lì)政策。

3.3 加大技術(shù)研發(fā)，提高設(shè)備質(zhì)量

加強(qiáng)節(jié)水措施的研發(fā)力度，積極推廣新型節(jié)水灌溉技術(shù)與措施。如水肥一體化技術(shù)、水肥氣一體化技術(shù)和增氧灌溉技術(shù)等[6]，用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)挖掘節(jié)水灌溉技術(shù)生產(chǎn)潛力。另一方面，由于作物的生長器官在不同生育階段會對土壤水分表現(xiàn)出不同的需求，應(yīng)該考慮到作物不同生育階段的生理生化參數(shù)的差異性，以生育期為單位確定最佳的節(jié)水灌溉制度。

4 結(jié)論

節(jié)水灌溉主要是指利用最低限度的灌水量獲得最大的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，是農(nóng)業(yè)穩(wěn)步、可持續(xù)發(fā)展的重要發(fā)展技術(shù)。本研究首先系統(tǒng)論述了目前我國灌溉現(xiàn)狀，其次，系統(tǒng)闡述了目前常見的節(jié)水灌溉技術(shù)及其發(fā)展特點(diǎn)，最后提出了節(jié)水灌溉技術(shù)推廣策略與實(shí)施途徑。研究結(jié)果旨在為全面提升我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提供參考，為節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣與發(fā)展提供新的思路。