新時期下農業灌溉模式與節水技術創新應用

農業作為國家發展的基礎，農業生產離不開水資源應用，隨著我國現代化農業進程的推進，農業生產用水問題不容忽視，如何促進我國農業節水，保障農業用水需求，提高農業用水效率，是農業灌溉模式與節水技術創新應用的關鍵，基于此，應積極建設農業水利灌溉體系，推廣合理的水利灌溉模式與節水措施，實現水資源的節約，通過在農業水利灌溉中應用科學合理的節水技術，以全面發揮水資源的作用，促進農業發展。本文對此進行了簡要分析，以供參考。

一、農業灌溉模式創新應用

1、精準微灌模式

農業精準微灌模式選擇在溫室大棚內栽培作物，為了最大限度地減少水分消耗量與損失，因此通常選擇微灌模式。微灌系統由滴灌、微噴系統共同組成，滴灌系統可以有效補充土壤水分，微噴可以起到調節室內空氣濕度的效果。微灌模式幫助農業灌溉實現了精準管理，為了確保微灌模式精準運行，需要對作物生長情況、大棚條件變化等因素進行充分分析，并在此技術上形成量化數據，為調整微灌模式提供可靠條件。精準微灌系統的運營成本相對較高，微灌系統灌水器出口小，很容易被水中雜質堵塞，所以，精準微灌模式更適合高經濟價值的小眾化特種化作物，以此確保作用高質量發揮。

2、管道－微噴灌溉模式

管道－微噴灌溉模式適用于輪作種植，從而確保作物輪作過程中水分供給的持續性。水分持續供給過程中，為了滿足灌溉系統的變頻需求，需要穩定的電力保障。管道－微噴灌溉模式，由低壓管道輸水、微噴灌共同組合而成，該模式可以結合作用灌溉需求的不同進行切換，如部分作物適用于管道灌溉，部分作物適用于微噴模式。盡管管道－微噴灌溉模式使用同一套加壓設備與主管道，但是管灌、微噴灌模式的輸出壓力分別不同，這是因為加壓設備與主管道配備了變頻系統。為了確保系統在運行時不會對作物生長造成影響，微噴灌使用地上可移動的支管和毛管，并且將毛管與灌水器整合一體構成微噴帶。

3、特色農業噴灌模式

（1）特色農業與傳統農業相比，最大的特點在于作物種植對象不同，特色農業作物要求對水分的把控更加精細。特色農業噴灌模式具有大孔徑噴頭，過濾方式為初級過濾網，因此特色農業噴灌裝置結構相對簡單，管理方式也相對簡單。由于該模式屬于補充灌溉，灌溉頻率相對較低，因此需要選擇可以便捷移動的支管和毛管。

（2）特色農業噴灌模式具有較強的作業地形適應能力，即便是較大起伏的地形也不會對灌水均勻性造成影響。對于高密度作物種植區域，可以選擇使用移動便捷的微噴帶或滴灌帶。特色農業噴灌技術需要使用的設施包括加壓機泵、變頻設備、過濾網等；管道系統包括地埋主管道、地上可移動管道及附件。

（3）特色農業噴灌模式有助于特色農業作物的高效灌溉與科學管理，可以在充分分析水分需求的基礎上，針對性開展田間灌溉作業。特色農業噴灌技術可以有效避免灌溉水過度滲入根系層下，并且可以更好減少水田無效用水，灌溉水有效利用率高達90%。與此同時特色農業噴灌模式還可以與施肥設備緊密結合，確保高效施肥，有效節約作物種植所需的資源與成本。

4、渠道防滲與田間工程配套節水模式

渠道防滲與田間工程配套節水技術的主要設施與設備，包括渠道襯砌建筑材料、閘門啟閉設備、量水設備，由于該技術充分利用了水的勢能轉換，因此無需額外動力，并且可以結合作物實際用水需求，對主干輸水渠道視輸水流量進行調節。結合渠床土質、渠道兩側地下水位變化情況，選擇使用板樁護坡與混凝土板襯砌對渠道進行加固處理。渠道兩側地下水位高段，不僅具備灌溉功能還兼有排水功能，為了確保渠道流暢運行，需要對護坡清淤進行及時清理，同時還可以使用混凝土U型渠槽對其進行防滲處理。通過改造分水、排水建筑物進一步完善量水設施，與此同時也可以達到優化用水管理方式的效果，進一步實現水資源優化配置，提高用水效率。

5、潮汐式綜合灌溉模式

（1）潮汐式模式的應用原理，即充分運用了潮水升起漲落過程中產生的勢能差，以此為基礎設計的高效率節水混合灌溉系統，由此實現對作物營養液濃度、pH平均值、養分混合濃度等各項指標的自動調整。潮汐式綜合灌溉模式適用于大田、小田作物種植灌溉，可以從根本上有效提升水資源的綜合利用效率。潮汐式綜合灌溉模式為全自動運作模式，有效提升作物灌溉效率、降低灌溉人工成本。潮汐式灌溉苗木機床充分運用了潮汐式綜合灌溉模式，工作人員可以結合實際情況選擇合適的高度開展灌溉作業，以提升灌溉的精確度。該模式的灌溉通道需要持續保持干燥，從而有效避免土壤藻類繼續生長而對灌溉渠道的破壞。

（2）潮汐式綜合灌溉模式還具有高度的水利價值，因此被廣泛適應用于洪澇時期的農田灌溉排水種植、洪澇排水工程管理當中。該模式可以實現作物的精準、同步灌溉，在保證精確灌溉控制的基礎上，有效提升作物灌溉的質量水平。

（3）潮汐式綜合灌溉模式作為先進的綜合灌溉管理模式，通過對水資源進行科學、精準把控，確保作物健康生長、提升作物產量。潮汐式綜合灌溉模式有效降低了農業灌溉用水量、耗電量，從根本上大幅度地減少了農業生產成本，由此展現出應用潮汐式綜合灌溉模式對于促進農業生產的積極意義。

6、水肥一體灌溉模式

（1）水肥一體灌溉模式是一種具有普適性的田間節水灌溉模式，在顯著提升水分、養分利用效率的同時，還能夠實現精準灌溉與施肥。傳統的漫灌模式的灌溉水分會滲入土壤中并驅替地下孔隙中的空氣，導致土壤發生周期性滯水，相應的土壤通氣性下降、氧氣含量下降，嚴重阻礙作物有氧呼吸，作物根系呼吸速率顯著下降，導致作物根系無法充分吸收土壤中的水分與養分，而由于作物根系長時間處于厭氧環境中，作物的激素水平與酶活性下降，從而對作物光合作用造成阻礙，阻滯作物營養器官的進一步發育，而作物地上組織會呈現顯著的萎縮現象，相應的作物鮮重、干重也隨之顯著下降，最終造成作物產量、品質嚴重下降，嚴重限制了農作物高產。

（2）水肥一體灌溉模式完全顛覆了傳統灌溉模式中存在的一系列弊端，以地下滴灌為基礎，充分利用空氣泵、羅茨風機向作物根部土壤強制增加空氣，也可以使用文丘里裝置將微氣泡化的空氣摻入灌溉水中，以此提高灌溉水的氧含量，進而防止作物根系缺氧，保證土壤中作物根系的呼吸速率，有效增強植株根系對水分與肥料的吸收，有效促進農作物植株的生長，顯著提升農產品質量。

7、微潤灌溉模式

（1）微潤灌溉是農業可持續發展背景下，推出的一種新型高效節水灌溉模式，充分在農業灌溉領域運用了半透膜技術。微潤灌溉模式與精準微灌模式存在本質性的不同，微潤灌溉模式在灌溉中應用微潤管實現灌水。其中微潤管使用新型高分子半透膜材料制作而成，其孔隙可達到納米級，通常在10-90 mm左右。

（2）微潤管的灌溉方式類似于動物皮膚出汗，微潤管以滲出的方式排出水分，可以使水分緩慢滲入土壤中。通常將微潤管預埋在作物根系周邊形成濕潤體，通過對進水端壓力進行控制達到調節微潤管出水量、濕潤體半徑的效果。微潤管借助膜內外的水勢差，確保水分可以分布在數量龐大的微孔上，并通過以微量、緩慢、持續的方式，將水分輸送至作物根部土壤，真正實現了農田高效灌溉。微潤灌溉模式充分運用了水勢差，因此無需任何強制驅動設備，相應的運行成本相對較低，并且使用方式更加靈活，適用于農田環境相對較差的地區，展現出強大的普適性與可靠性。

二、節水技術創新應用

1、生物節水技術

（1）生物節水技術充分運用了作物自然的水分生理學調節機理，使作物能夠充分有效地對水資源進行利用。以生物節水技術為基礎，進一步分化為分根區交替灌溉、局部根基干旱灌溉等一系列與作物生長規律相符合的節水方式。

（2）生物節水技術對土壤垂直或水平方向上的土壤干濕度高度關注，由此實現精細化、差異化灌溉，在灌溉過程中避開水分充足的地塊，只對干旱地塊進行灌溉，與此同時實現了對部分根系區域的交替控制，以此最大限度上確保根系可以在多區域間實現相互滲透，進一步提升根系對水分的利用率，保證根系充分對吸收和平衡養分，被充分吸收的養分會進一步傳遞至葉片，由此可以在積累光合物質的同時，防止蒸騰作用過度而導致水分過度消耗，還可以在一定程度上減少作物株間的地膜潮濕地帶，降低水分在移動過程中發生的深層滲漏損耗。

（3）局部根基干旱是生物節水技術應用的重要環節，農作物適當保持干旱狀態可以減少作物的光合作用（也就是人工對農作物適當減少水資源），由此進一步減少作物根部對營養物質的吸收量。此時保持土壤養分不變，通過提升農作物種植密度，實現作物總產量的提升。

（4）為了充分發揮生物節水技術的優勢，需要進一步提升農作物水分需求計算精度。為了避免計算對象過少或自然因素導致的農作物耗水預測失準，因此需要以單個農作物為點對作物各生長階段的需水量進行估計，由此可以進一步確保作物不同生長階段對應的水分需求量得到合理配置，從而實現有效節水。

2、現代水管理節水技術

（1）水管理節水技術是一種完全基于現代化技術的農業水管理技術，實現了農田灌溉的自主性、精準性、便捷性以及智能化、一體化?，F代水管理節水技術以灌溉面積為依據，可以實現對用水量的自動調整，避免盲目灌溉造成的水資源浪費與系統管理成本，從根本實現了農業灌溉效率的提升。

（2）以傳感器實時收集的田間作物信息為基礎，構建灌區水資源管理決策體系，為現代水管理節水技術提供支持?，F代水管理節水技術可以為確定具體的農作物生產需水量開展仿真、分析、預測。在傳感器實時收集的信息基礎上，對農田實時灌水模式進行及時動態調整規劃，由此進一步實現對灌溉用水的分配優化。

（3）為了更好地為灌溉區節水提供支持，與此同時確保供水充足，可以采取集中式自動監測真正實現供水管道自動化，明渠自動監控系統運行過程中，需要結合實際情況重點對管網進行優化調整。熱脈沖測量技術可以實現對農作物含水量的全面檢測，以理論分析和預測為基礎，結合預測分析結果進一步實現量化灌溉。以土壤與農作物實際含水狀況為基礎，可以實現對作物含水量進行預測分析，由此實現對農作物水資源的綜合利用。

3、工程節水技術

（1）工程節水技術為實現地表灌溉創造條件，可以確保高精度、高質量的土地平整，在此基礎上運用水平壟、波涌實現地表灌溉。工程節水技術有效改善了地表灌區運行狀況，展現出顯著的節水增產效果。為了充分發揮工程節水技術的作用，通過應用激光精密土地平整技術進一步提升土壤平整精度，相應的灌溉節水率可達到70%-80%。

（2）通過建立土壤水分動態監測系統，為工程節水技術實時反饋農田灌水節水效果以及灌溉信息動態更新提供支持。運用地表灌區控制參數反演，可以針對性解決農田土壤發生的時空變異，以此為基礎實現對灌水量控制指標的優化，以確保地表灌區評估結果的客觀性、準確性。

（3）為了進一步強化工程節水技術的應用效果，通過將聚合物材料應用于管道防滲以強化管道防滲漏效果，聚合物材料為高性能、低成本的土壤固化劑與固溶土復合材料，同時具有理想的防滲性、抗凍性。

4、物聯網農業節水技術

（1）作業流程

由于地理、氣象等因素變化差異，相應的灌溉設備與監測設備在實際應用中的效果會存在較大差異。在農業生產實踐中可以使用物聯網技術對灌溉、監測設備進行統一調度與控制，由此確保設備運行的穩定性與可靠性。物聯網農業節水技術可以通過對設備的精準、統一控制，實現對用水量的有效把控。通過中央控制室與無線通信系統，及時獲取作物灌溉信息和數據，對收集的信息與數據進行系統分析處理收集獲得量化結果，在此基礎上形成可靠的解決措施。中央控制室與無線通信系統在收集灌溉信息的同時，還可以通過對設備的精準分析實現對設備運行情況的系統性檢查。

①物聯網農業節水技術真正實現了灌溉設備的自動化控制，收集傳感器所傳回的信息，配合實際田間考察整理作業記錄，以此確保對田間水情動態情況的精準把控。以傳感器信息為基礎分析獲得結果，經過分析后若發現田間供水量大于預定參數值，此時中央控制系統會自動發出警報，相應的控制閥會自動關閉水管，從而有效防止灌溉過量。

②傳感器將獲取的信息通過無線通信網絡傳輸至控制系統，經過初步分析后再通過控制室將信息傳輸至計算機終端，隨后由以太網將數據傳送至中央控制器，中央控制器在充分收集并分析田間溫度、亮度、光密度、作物生長情況等信息的基礎上，通過通信系統將信息傳輸至物聯網系統內，灌溉作業平臺收到相關信息數據后，可以以此為依據對用水量進行適當調整，從而達到精準灌溉的效果。

③物聯網農業節水技術在農業灌溉中的應用，真正實現了供水系統的自動化、智能化，有效防止了傳統農業灌溉中用水不均的現象。農田管理人員通過移動終端、農業綜合服務平臺即可從物聯網獲取作物生長信息，通過操作移動設備即可目標性控制灌溉設備，實現對灌溉設備運行狀態的精準把控。以互聯網節水服務平臺為基礎建設農業服務平臺，用戶通過網絡即可獲知相關的用水灌溉信息，由此實現對水情信息的充分精準控制。農業服務平臺還可以實現對水域現場條件的論證和分析，以此確保高質量灌溉，避免水資源浪費以達到節水的效果。

（2）灌溉方案

①以物聯網農業節水技術為基礎構建智慧農業系統，該系統由控制室、無線通信網絡、專用設備、通信設備、控制系統、驅動器共同組成，配合傳感器、發射器、反射器實現對灌溉系統的自動化精準控制。

②傳感器、發射器、反射器將田間動態信息傳輸至無線通信網絡，無線通信網絡再將信息將以太網作為媒介傳輸至中央控制器，最終將信息同時傳輸至監控室與用戶移動終端。隨后監控系統會結合操作指令啟動灌溉水控制閥，按照信息給定數據開展灌溉作業，水位達到預定參數值后控制閥將自動關閉。

③若因為外界因素導致原有農田環境變化引發灌溉數據變化，相對應的系統在獲取控制室或移動終端傳回的信息基礎上，經過傳感器網絡監測后，將監測結果傳輸至灌溉設備中，由此實現灌溉設備的自動化調節，具體實現流程：物聯網將傳感器采集到各項數據信息傳輸至控制室計算機，控制室計算機對數據信息進行分析并生成相應的決策方案，隨后將決策方案再次通過物聯網傳遞至灌溉設備，實現對灌溉水量的自動調節，有效避免了灌溉過量造成的水資源浪費。

（作者單位：276400山東省沂水縣水利工程保障中心）