北方農田節水灌溉技術探討

高紅軍

摘要：農業灌溉用水方式直接影響我國糧食安全和經濟安全。介紹我國農業用水及節水灌溉現狀，分析節水灌溉技術研究方向，重點在自走式圓形噴灌及技術集成研究、自走式噴灌機田間規劃軟件開發、低能耗大田微灌系統系列化產品研發、智能化自走式噴灌機研發等領域發力，提升我國北方節水技術裝備水平，實現農業灌溉用水高效利用。

關鍵詞：節水灌溉；農業用水；自走式噴灌系統；技術；探討

中圖分類號：TU991.64 ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2023）03-0042-02

我國是農業大國，提高農田灌溉效益是至關重要的內容[1]。我國單位耕地水資源量僅為世界平均水平的4/5，且時空分布極不均勻，加大了水資源利用難度。受全球氣候變化和人類活動影響，全國南北方頻繁發生極端災害性干旱，進一步加劇了水資源緊張程度。尤其是近年來，不同地區不同年份干旱頻發，且已成常態。我國80%的糧食產于灌溉農田，糧食產量波動與農業旱災災情密切相關。據統計，全國平均每年農田受旱面積達2 566萬hm2，減產糧食約350億kg。水資源地區性短缺成為制約我國經濟社會發展和人民生活水平的重要因素。

1 我國農業用水及節水灌溉現狀

據水利部發布的2021年度《中國水資源公報》顯示，2021年全國用水總量為5 920.2億m3，其中農業用水為3 644.3億m3，占用水總量的61.5%。與2020年相比，農業用水增加31.9億m3。我國干旱、半干旱土地面積占國土面積的一半以上，農業灌溉用水量約占農業用水量的90%以上。盡管全國節水灌溉面積已達到2 446萬hm2，但仍不足全國耕地總面積的20%。農業灌溉用水是真正的用水大戶，農業灌溉用水方式和方法直接影響我國糧食安全和經濟安全。傳統灌溉方式會造成水資源的浪費，在水資源短缺的情況下，不利于農業的可持續發展[2]。目前，我國大田灌溉多采用大水漫灌、溝灌等作業形式，灌溉方法和灌溉技術落后，灌溉設施陳舊、效率低，導致農業用水利用率低，農業灌溉用水利用系數僅為0.48，存在極為嚴重的水資源浪費現象。

隨著我國經濟的持續發展，人們對農產品的需求不斷增長，但有限的土地資源和水資源短缺制約北方農業生產發展，應用節水灌溉技術對保障農產品供應和糧食安全至關重要。當前，我國單位灌溉面積水資源量僅為世界平均水平的1/5，必須大力推廣應用節水灌溉技術，這是解決水資源短缺的有效方法。農田節水灌溉技術在轉變傳統農業生產方式，提升淡水資源利用效率方面發揮著重要的作用[3]。目前，世界各國非常重視農業節水灌溉技術的研究及推廣應用，我國與發達國家先進節水灌溉技術相比，還存在較大差距。針對我國地域廣闊、自然地貌條件差異大、水資源分布不均等特點，建立噴灌與微灌技術并舉的節水灌溉技術體系，符合中國國情。這就要求有關研究單位在原有噴灌和微灌技術裝備研究基礎上，通過技術篩選和改進研發，加大節水灌溉裝備開發與示范，提升節水灌溉技術水平，實現農業水資源的高效利用，緩解水資源緊缺壓力。

2 節水灌溉技術研究方向

2.1 技術路線

針對我國北方農業灌溉特點，對現有節水灌溉設備進行系統分析與評估，對原有產品技術性能和工作可靠性進行改進和升級，在此基礎上研發先進適用節水灌溉設備，并以北方農業區域為重點逐步向全國各地輻射。同時，針對節水灌溉技術裝備應用中出現的技術問題，組織技術力量攻關，提高產品性能和工作可靠性，促進節水灌溉裝備的普及應用。

2.2 研發方向

2.2.1 開展自走式圓形噴灌及技術集成研究 自走式圓形噴灌機于1952年發明于美國，具有灌溉面積大、自動化程度高、投入成本低、使用維護簡單、使用壽命長、灌溉均勻度高、節水省工等優點。桁架是自走式圓形噴灌機系統的承載體，也是其關鍵部件，其跨距越長則機組單面灌溉面積投資越低。經過幾十年的發展，桁架已形成多種規格，但不同規格跨距桁架之間的構件通用性較差，增加了生產成本。有必要開展相關產品通用性研究，形成標準化、系列化產品，以減少投入成本，促進產品的推廣應用。

自走式噴灌機組的噴頭配置與水質源供水量、系統壓力、機組長度等一系列因素相關聯，但缺少固定配置模式，導致配置不合理，灌溉均勻性差，直接影響灌溉質量。隨著機組控制面積的擴大，因機組噴頭配置不合理而造成的農作物減產影響不容忽視?？梢酝ㄟ^合理配置噴頭，避免問題發生。有必要優化噴頭配置，開發噴灑控制系統軟件，保證較高的噴灑均勻性。

2.2.2 研發輕型拖移單長跨自走式噴灌機 我國農業地域差異性大，有些地區水源分散、作業地塊較小。由于作業面積不足，機組大多時間處于閑置狀態，這在無形中增加了灌溉成本。針對這些區域，需要研發噴灌作業轉移機組，實現多點輪灌，這樣可以大大降低作業成本。采用外徑165 mm主輸水管桁架雖可以節省一次性工裝建設費，但考慮到機組的移動和灌溉面積因素，采用外徑133 mm的主輸水管更為合理，這樣除了滿足灌溉要求外，還可減少整機質量，節約機組生產成本，降低機組田間拖移對牽引動力機的功率要求，取得節能減排的效果。

2.2.3 開發自走式噴灌機田間規劃軟件 自走式噴灌機在我國農業生產中得到了應用，然而，隨著大田灌溉作業范圍的擴大，出現大田灌溉作業管理問題及作業質量監管問題。由于缺少有效的灌溉調度及管理手段，導致機組配置不合理，降低了大田灌溉作業效率，影響了灌溉作業質量，帶來了水資源的浪費。自走式噴灌作業的影響因素較為復雜，因此，在機組選型和示范推廣時需要綜合考慮土壤、地形、水源、作物、氣象、動力、機型等因素。目前，噴灌機應用過程中還存在選型不合理、灌溉技術參數不科學、節水節能不顯著、投資與運營成本偏高等缺點，尤其在多機組多水源聯合供水時表現得尤為明顯。因此，有必要開發自走式噴灌機田間規劃軟件，搞好工程規劃設計，提高用戶管理水平，為用戶提供高質量的噴灌作業服務，最大程度地利用農機資源，提高機組運營效率，降低后期運行成本。

2.2.4 開發低能耗大田微灌系統系列化產品 傳統微灌系統首部工作系統配套功率大，導致微觀系統能耗和運行費用高，一次性投資大，限制了微灌在大田作物上的應用?，F有的重力灌溉系統使用傳統滴灌管網，首部工作壓力小，只適于溫室大棚及小塊農田使用。通過大口徑低壓力調節器、低壓施肥裝置性能改進，開發低能耗大田灌溉系統，可以實現降低運行費用和一次性投資的目，且有節能作用。再通過灌溉制度軟件開發與應用，可以有效指導農戶實施精準灌溉，從而拓寬微灌系統大田作物應用范圍，提高微灌系統的使用效能。

2.2.5 研發智能化自走式噴灌機 大田灌溉作業工況條件復雜，傳統大田噴灌管理需要看天看地看作物，勞動強度大、作業效率低。近年來，智能化技術在農業領域得到了應用，智能化自走式噴灌機作業裝備的研發成為農業裝備研究焦點之一?？蓪πl星拍攝圖片、航拍圖片及農田其他設備拍攝照片進行智能識別，通過人工智能和深度學習分析這些圖像信息，從而對該地塊的作物水分需求做出精準預測，實施精確噴灌作業。實踐證明，將人工智能技術應用于大田噴灌作業，以全過程智能化管理、精準化作業為核心，通過大數據指導設備運行，能夠實現節本、高效、精準，構建大田種植數字化管理模式，促進現代農業高質量發展。

3 結語

在農業生產過程中運用節水灌溉技術，對提高灌溉效率、節約灌溉用水、推動農業可持續發展起著重要作用[4]。我國北方農業發展在國家糧食安全戰略中具有重要地位，加強節水灌溉技術研究及推廣應用，是推動北方農業可持續發展的重要舉措。噴灌是一種被廣泛應用的節水灌溉方式，在我國北方具有廣泛的應用前景。通過大田自走式噴灌系統關鍵技術研發，可全面提升我國北方節水技術裝備水平，實現農業灌溉用水高效利用，推動我國農業灌溉用水由粗放式向節約型轉變，進而提高農作物產量和質量，為保障我國糧食安全提供技術支撐。

參考文獻

[1] 湯明玉，尤新濤.新農村建設背景下農田節水灌溉效益研究[J].江西農業，2023（8）：74-76.

[2] 劉吉明.推廣農田節水灌溉技術 提高水資源利用率[J].農業科技與信息，2022（18）：92-94.

[3] 賈慶元.推廣農田節水灌溉技術 提高水資源利用率[J].農機市場，2023（3）：73-74.

[4] 華開禧.農田節水灌溉技術研究[J].農業技術與裝備，2022（6）：93-95.

Discussion on Water-Saving Irrigation Technology in Northern Farmland

GAO Hongjun

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： Agricultural irrigation water directly affects food security and economic security in China. This paper introduces the present situation of agricultural water and water-saving irrigation in China， analyzes the research direction of water-saving irrigation technology， focuses on self-propelled circular sprinkling irrigation and technology integration research， self-propelled sprinkler field planning software development， low-energy field micro-irrigation system series product development， intelligent self?propelled sprinkler research and development and other fields， so as to improve the level of water-saving technology and equipment in northern China， and realize efficient use of agricultural irrigation water.

Key words： water-saving irrigation; agricultural water; self-propelled sprinkling irrigation system; technology; discussion