甘肅地區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用

韓輝生

（民樂(lè)縣蘇油口水管所，甘肅民樂(lè) 734506）

0 引言

甘肅省是西北內(nèi)陸地區(qū)，屬于大陸性氣候，氣候干燥，強(qiáng)風(fēng)熱風(fēng)較多，缺水干旱現(xiàn)象較為嚴(yán)重，人均水資源嚴(yán)重不足。在部分干旱荒漠地區(qū)降水量極低，比如河西走廊一些區(qū)域年平均降水量?jī)H為45 mm左右，加之光照時(shí)間較長(zhǎng)，晝夜溫差大，地表水分蒸發(fā)嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)用水量需求極度增大，城鎮(zhèn)生活用水和工業(yè)用水需求急速增長(zhǎng)，加劇了水資源短缺問(wèn)題。而當(dāng)前，甘肅農(nóng)業(yè)灌溉工程仍然存在比較嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，受到傳統(tǒng)觀念影響，水資源利用效率較低，農(nóng)戶本身節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)，仍然習(xí)慣于采用大水漫灌方式，滴灌、滲灌技術(shù)應(yīng)用的范圍不廣，用水矛盾較為尖銳。而以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，即使在極度干旱的沙漠地帶，采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的根本性變革，引入滴灌、噴灌及水肥一體化等先進(jìn)和設(shè)備，能夠大大減少水資源蒸發(fā)和浪費(fèi)，將水分直接輸送到農(nóng)作物根部，對(duì)于解決甘肅地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源短缺問(wèn)題有著重大的意義。

1 幾種典型高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用及其機(jī)理分析

1.1 管道輸水技術(shù)及其機(jī)理

該技術(shù)采用管道壓力輸送的方式，降低了輸水過(guò)程中的水分損失，能有效控制自然運(yùn)送中的水資源流失問(wèn)題，還可以對(duì)水流的速度進(jìn)行控制，減少了地面灌溉造成的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。低壓管道灌溉技術(shù)符合甘肅省干旱地帶的農(nóng)業(yè)管代特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值，該項(xiàng)技術(shù)是不僅替代了傳統(tǒng)明渠運(yùn)輸，解決因?yàn)殚L(zhǎng)期陽(yáng)光照射造成的蒸發(fā)問(wèn)題，而且注意管道的壓力控制，實(shí)現(xiàn)低壓運(yùn)輸達(dá)到節(jié)水的目的。還能夠結(jié)合、虧水控制、涌泉灌溉等技術(shù)，提高單方供水的效益。管道技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還能夠?qū)ψ魑镄杷?guī)律進(jìn)行探索，把握農(nóng)作物對(duì)水分虧缺的不敏感時(shí)期，精確分析虧分控制灌溉的影響系數(shù)。比如實(shí)踐研究表明，可以在玉米苗期控制和減少其輸水量，這樣其根冠比率就能夠得到一定程度的提升，提高其根系活性，增強(qiáng)水分吸收能力。在小麥生長(zhǎng)前期進(jìn)行節(jié)水灌溉控制，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)水分脅迫和干旱鍛煉的目的。此外，葡萄、棉花、番茄等作物也具有此類特性，前期適當(dāng)?shù)乃靠刂埔膊粫?huì)對(duì)產(chǎn)量造成重大影響。美國(guó)糧食高產(chǎn)的重要原因就是大量應(yīng)用管灌技術(shù)。

1.2 噴灌、滴灌技術(shù)及其機(jī)理

噴灌、滴灌是高效的灌溉技術(shù)，更加直接有效地將水資源疏導(dǎo)到農(nóng)作物根系，有效提高灌溉效率。噴灌可采用內(nèi)鑲貼片式、長(zhǎng)流道等新型設(shè)備，能夠優(yōu)化孔口參數(shù)，更好地適應(yīng)地形地貌，形成像人工降雨一樣的效果，實(shí)現(xiàn)清洗農(nóng)作物表面，降低流量偏差系數(shù)，改善葉片孔隙狀況，大大地改善田間小氣候。滴灌方式一滴一滴將將水肥注入作物根系，灌水均勻，水滴打擊強(qiáng)度較小，降低了對(duì)作物的機(jī)械損傷，而且不破壞作物結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生地面徑流。為解決噴頭堵塞等問(wèn)題，微噴灌技術(shù)在噴灌技術(shù)的基礎(chǔ)上得以發(fā)展，其技術(shù)機(jī)理是利用折射、旋轉(zhuǎn)、輻射式微型噴頭，實(shí)現(xiàn)高效灌溉的目的。在實(shí)際的應(yīng)用中，噴頭的口徑，壓力的設(shè)置和噴灌、滴灌都有很大差別，它的霧化標(biāo)準(zhǔn)更高，能在提高水資源利用率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)田間局部氣候的作用。噴灌技術(shù)和水肥一體化技術(shù)結(jié)合，更適合當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求，可有效節(jié)省資源，并提高資源的利用效率，有助于農(nóng)田精細(xì)化管理的實(shí)施。以色列高效農(nóng)業(yè)就是建立在40%噴灌和60%滴管的基礎(chǔ)之上。

1.3 控制性分根交替灌溉

受限于技術(shù)水平，滴管技術(shù)存在使用壽命短，需要重復(fù)投資的缺點(diǎn)。而管道輸送技術(shù)投資大，比渠道灌溉操作復(fù)雜。因此充分利用作物自身的特性節(jié)水也是有效的方法。生物節(jié)水技術(shù)是近年來(lái)的重要研究方法，典型代表是控制性分根交替灌溉，在作物受到水分脅迫時(shí)，根系可自發(fā)生成化學(xué)調(diào)節(jié)劑，輸送到葉片之后，可控制其氣孔開(kāi)閉，減少無(wú)效蒸騰。在高效節(jié)水灌溉工程中，可以對(duì)根系兩部分進(jìn)行輪流灌溉，讓部分根系水分保持充足狀態(tài)，部分保持脅迫狀態(tài)，能夠大幅提高水資源利用率。在節(jié)約建設(shè)成本的基礎(chǔ)上，可有效提升灌溉效率。在地下水不足時(shí)，可采用行走時(shí)機(jī)械進(jìn)行部分灌溉，充分利用小型農(nóng)機(jī)操作簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，進(jìn)行針對(duì)性灌溉，也實(shí)現(xiàn)節(jié)約地表水的目的。

1.4 地膜覆蓋技術(shù)

生物節(jié)水技術(shù)依賴農(nóng)作物的自身機(jī)理，如果長(zhǎng)期推行有限灌溉，又不能把握水肥耦合關(guān)系及其量化調(diào)控，可能會(huì)造成產(chǎn)量大幅下降。因此，要注重農(nóng)藝生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)水技術(shù)應(yīng)用。比如采用地膜覆蓋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)蓄水保墑和減少蒸騰的目的。研究顯示，水分蒸發(fā)是制約干旱地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)的首要問(wèn)題，通過(guò)地膜技術(shù)大大地降低了水分蒸發(fā)量，也解決了土壤板結(jié)的問(wèn)題。針對(duì)甘肅省河流來(lái)水量下降，地下水資源不足的問(wèn)題，將滴管技術(shù)和覆膜技術(shù)相結(jié)合，采用高透光有機(jī)可降解地膜材料，實(shí)現(xiàn)膜下滴管。精確控制使用量和時(shí)間，配合蓄水池等新系統(tǒng)，在灌溉時(shí)打開(kāi)機(jī)井，控制水量。此外，還應(yīng)做好深耕征地，比如在玉米種植中，前茬收后淺耕茬30 cm左右，立冬前做好蓄水保墑工作。

2 高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用路徑

2.1 實(shí)施高效灌溉節(jié)水工程改造

規(guī)劃高效節(jié)水灌溉面積，根據(jù)各地自然條件和水資源存量的現(xiàn)狀，制定低壓管道、膜下滴管等工程量清單。做好內(nèi)鑲式滴灌帶、PC管道、多功能出水栓、管理房、閥門井、排水井等基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)。確保滴管、低壓管道灌溉水利用率超過(guò)90%和95%，均勻度都要大于0.8，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在井水水源中，含有沙子等雜質(zhì)，因此需要過(guò)濾器進(jìn)行處理。滴管工程采用水肥一體化技術(shù)提升生產(chǎn)效率，采用選擇壓差式施肥罐解決化肥殘留問(wèn)題。通過(guò)閥門井對(duì)分水和配水進(jìn)行控制。除水表等監(jiān)測(cè)裝置外，有條件的地區(qū)可以配置物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，探測(cè)不同灌溉條件下作物的生長(zhǎng)規(guī)律。還可對(duì)氣候氣象、土壤水分、灌溉利用率、成本收益等方面進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，在實(shí)踐中不斷改進(jìn)方案。滴管工程的流量可以設(shè)計(jì)為 3L/h左右，同時(shí)提升PVC管材的承壓和抗腐蝕能力。加強(qiáng)對(duì)水利工程的監(jiān)督與管理，嚴(yán)格驗(yàn)收水利工程，一旦發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的情況，及時(shí)整改，嚴(yán)厲處罰。

2.2 加大高效節(jié)水灌溉技術(shù)推廣

建立政府主導(dǎo)，部門主管，地區(qū)落實(shí)和企業(yè)機(jī)構(gòu)積極參與的推廣體系，通過(guò)節(jié)水補(bǔ)貼和補(bǔ)助等方式鼓勵(lì)農(nóng)民采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)。適當(dāng)給予相應(yīng)的補(bǔ)貼政策，實(shí)施節(jié)水補(bǔ)助、先干后補(bǔ)、以獎(jiǎng)代補(bǔ)等措施，提高節(jié)水技術(shù)推廣的效果。節(jié)水工程投資當(dāng)依靠政府財(cái)富和企業(yè)資金，構(gòu)建二元化投資模式。重點(diǎn)解決維護(hù)技術(shù)人員和資金不足的問(wèn)題，深入到基層農(nóng)村，切實(shí)提高節(jié)水灌溉設(shè)施的運(yùn)營(yíng)率利用率。重點(diǎn)改造老化設(shè)備，確保公開(kāi)透明的前提下，投入資金進(jìn)行維修改造。盤活閑置設(shè)施利用，利用專業(yè)合作社等組織充分進(jìn)行高效節(jié)水灌溉設(shè)施利用。強(qiáng)化節(jié)水灌溉的宣傳教育，通過(guò)鄉(xiāng)鎮(zhèn)流動(dòng)廣播、網(wǎng)絡(luò)渠道進(jìn)行宣傳，鼓勵(lì)農(nóng)民積極參與。完善產(chǎn)權(quán)和管理運(yùn)行機(jī)制，確保故障設(shè)備的維修費(fèi)用落實(shí)。比如某地采用農(nóng)戶專人管理的方式，其滴管設(shè)備運(yùn)行率可達(dá)到87%，而某地采用村委會(huì)+農(nóng)戶的模式，沒(méi)有專人管理，設(shè)備運(yùn)行率僅為39%。而在公司加農(nóng)戶的專業(yè)管理模式下，維修費(fèi)用和專業(yè)維修隊(duì)都可以保證，設(shè)備運(yùn)行率就高達(dá)100%。農(nóng)戶作為高效節(jié)水設(shè)備的受益人，他們就要自己承擔(dān)維護(hù)費(fèi)用。還要建立專業(yè)化的隊(duì)伍進(jìn)行推廣，明確職責(zé)分工，創(chuàng)新管理方式，切實(shí)提高高效節(jié)水設(shè)施的效益。

2.3 不斷改進(jìn)和創(chuàng)新技術(shù)

不僅要改變作物的供水技術(shù)，還要將高效節(jié)水農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化、園藝技術(shù)、農(nóng)藝技術(shù)、先進(jìn)管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)作物的增產(chǎn)增效。比如棉花覆膜下滴管技術(shù)在套種方面就需要進(jìn)一步研發(fā)，因此其灌溉定額為4 000 m3/hm2左右，小于紅棗的6 000 m3/hm2。一些作物在采用灌溉之后，會(huì)影響到生產(chǎn)品質(zhì)，以果樹(shù)為例，大水漫灌下，根系半徑和根深可達(dá)1.5～2 m，但是節(jié)水灌溉后，幾年內(nèi)容易減產(chǎn)。再比如，紅棗在盛果期需要大量水分，如果水量跟不上，也容易造成品質(zhì)和產(chǎn)量下降。因此可以對(duì)現(xiàn)有滴灌和覆膜技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，引入噴頭智能調(diào)節(jié)等模式，使滴管水量能夠滿足套種、輪作等需求，同時(shí)對(duì)覆膜進(jìn)行改進(jìn)，比如采用濾光膜，遮住不需要的陽(yáng)光，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。由于甘肅地區(qū)日照強(qiáng)烈，因此本研究不建議采用渠道防滲技術(shù)，但是也可以通過(guò)渠道覆膜等方式防止蒸發(fā)。覆膜滴灌是適應(yīng)甘肅干旱地區(qū)的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，是需要重點(diǎn)研究的技術(shù)。比如可以根據(jù)地方氣候特點(diǎn)，將集水技術(shù)和節(jié)水灌溉技術(shù)結(jié)合。具體來(lái)說(shuō)可以，可以根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件不同建設(shè)雨水花園，對(duì)雨水進(jìn)行收集處理，然后接入到滴管管道，進(jìn)一步發(fā)揮節(jié)能節(jié)水的作用。對(duì)于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，也可以采用秸稈、地膜疊加蓄水空間，采用水窖、水窯、旱井集水，維持土壤水分平衡，抑制地表水分蒸發(fā)。此外，在灌溉中，還可以采用無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)灌溉提升灌溉精度，使用移動(dòng)式管道噴灌降低維護(hù)成本，使用空中雨水收集容器或綠色植物雨水收集系統(tǒng)與滴灌技術(shù)相結(jié)合，彌補(bǔ)傳統(tǒng)水網(wǎng)的不足。

2.4 完善相關(guān)保障措施

加強(qiáng)節(jié)水灌溉制度建設(shè)，推動(dòng)經(jīng)營(yíng)主體市場(chǎng)化改革，建立標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行體系。如采用政府購(gòu)買高效節(jié)水灌溉服務(wù)的方式，相關(guān)部門提供技術(shù)管理服務(wù)，建立利益締結(jié)方式，劃分責(zé)任田，對(duì)滴管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化管理，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。明確節(jié)水灌溉技術(shù)人員的責(zé)任和報(bào)酬，可以在本村中選拔優(yōu)秀人員承擔(dān)技術(shù)職責(zé)，以績(jī)效方式靈活發(fā)放薪酬。比如產(chǎn)量超出10%，薪酬相應(yīng)增加10%，如果減產(chǎn)，到期可以解除聘用。在水利工程投入使用后，要建立長(zhǎng)效服務(wù)和運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制，建立日常檢查和維護(hù)制度。基礎(chǔ)部分的水利工程構(gòu)建完成，接下來(lái)就是在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的用水了，用水時(shí)，需要結(jié)合節(jié)水措施的基礎(chǔ)合理的對(duì)節(jié)水技術(shù)和節(jié)水措施進(jìn)行利用，嚴(yán)格按照科學(xué)制度進(jìn)行用水。強(qiáng)化生態(tài)治理，加強(qiáng)植樹(shù)造林和防風(fēng)防沙工程。甘肅河西走廊地區(qū)有大量的荒漠化地帶，要重點(diǎn)對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行綠化建設(shè)，種植保水耐旱的植物，降低沙漠化的趨勢(shì)。參考甘肅沙漠都江堰的生態(tài)工程的經(jīng)驗(yàn)，讓沙害與水害互治，清洪分離、多級(jí)疏流、滲濾凈化，提升綠化水平，將洪水變成可利用的水資源。推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，加強(qiáng)水利信息化的建設(shè)，以網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)來(lái)推動(dòng)農(nóng)田水利治理的水平提升。通過(guò)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)把握光、溫、水、肥對(duì)作物生長(zhǎng)的影響，將人工勞動(dòng)力解放出來(lái)投入到生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)當(dāng)中，而從更好地發(fā)揮生物脅迫等技術(shù)的應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐顯示，應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)適應(yīng)甘肅地區(qū)干旱少雨的特點(diǎn)，不僅減少了灌溉運(yùn)輸和蒸騰過(guò)程中的損失，而且還滿足作物不同生長(zhǎng)期的水肥需要，提高了灌溉效率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)本增效。在試驗(yàn)區(qū)的調(diào)查結(jié)果顯示，管灌方式節(jié)水量每近90 m3/667m2，節(jié)省人工超過(guò)50元/667m2，滴灌方式節(jié)水量達(dá)260 m3/667m2，每畝節(jié)省人工超過(guò)60元，而作物產(chǎn)量也都不同程度有所增長(zhǎng)。有限灌溉也可以讓提高作用效率，提升農(nóng)作物干物質(zhì)積累量，更好地發(fā)揮其生長(zhǎng)脅迫和次新代謝效用。在保土保肥、降低污染、穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)方面作用也尤為明顯。因此未來(lái)要進(jìn)一步予以推廣，將覆膜滴管和低壓管道等技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。