現代化高效節水灌溉技術在農田水利灌溉中的應用研究

山東省泗水縣作為農業大縣，多年以來，農業用水問題始終是制約當地現代農業發展的一個重要因素。為徹底解決全鎮農業用水“靠天吃飯”的問題，當地已加快推進高標準農田節水配套現代化建設與改造，著力建立設施完善、用水高效、管理科學、生態良好的灌溉用水管護體系，精心養護全鎮農業產業的“生命泉”，以發揮高效節水灌溉技術在農田水利灌溉中的應用優勢，進一步提高作物產量、品質。

一、高效節水灌溉技術概述

高效節水灌溉技術的實施目的在于，最大限度提升水資源利用效率，減少水分蒸發與滲漏程度，并結合先進的灌溉方式與管理策略，以此保障作物生長所需水分的同時，實現水資源的節約與可持續性利用，該技術包括但不限于滴灌、噴灌、微灌等，每種技術都有其適用的作物類型和土壤條件。結合山東省泗水縣進行詳細分析，當地應用高效節水灌溉技術優勢較大，因該地區位于黃河下游，受自然水資源分布不均和季節性干旱的影響，水資源成為限制該縣農業發展的關鍵因素。近年來，當地積極響應我國政策規定要求，大力推廣高效節水灌溉技術。通過實施滴灌、噴灌等現代灌溉技術，可提高灌溉水的利用率，可有效改善當地農作物生長環境，并進一步提升農作物實際產量與質量。

例如，滴灌技術在泗水縣的應用，通過將水直接輸送到作物根部，大幅度減少了水分的蒸發損失和地面積水，同時減少土壤鹽分的積累，對于提高干旱和半干旱區域的農業水利用效率作用明顯，且意義重大。

二、滴灌技術在農田水利中的應用

1、滴灌技術原理以及裝置配置

滴灌技術主要是利用低壓管道將水輸送到植物根部土壤中。其核心原理是通過維持土壤中的最佳水分含量，從而減少水分蒸發和無效滲漏，其應用效果在于提升灌溉效率，此灌溉方式還可節省水資源，且還有助于減少雜草生長。

滴灌技術的裝置配置包括水源過濾系統、主管道分管、滴頭或滴管等，具體為：

第一，水源和過濾系統：水源可為地下水、河水或蓄水池中的水。過濾系統（如網狀過濾器、砂濾器等）的作用是去除水中的懸浮物和顆粒，防止滴頭堵塞。過濾系統的選擇取決于水源的質量。

第二，主管道和分管：主管道直徑一般在50～200mm之間，用于將水從水源輸送到田間。分管（直徑16～32mm）則從主管道分出，進一步分配水到各個滴灌帶。

第三，滴頭或滴管：滴頭的出水量通常在1～4L/h之間，精確控制著水分直接輸送到植物根莖區域。滴管是帶有預設滴水孔的薄壁管，也廣泛用于農作物的灌溉。

第四，壓力調節器和計量器：為保證系統內的水壓穩定，在系統中安裝壓力調節器較為必要，一般可將其設定在1～2Bar的工作壓力。詳見表1。

2、滴灌技術在農田水利中的應用策略

滴灌技術的應用策略需綜合考慮作物種類、土壤特性、水資源狀況及氣候條件等因素，以實現最優的水資源管理和農田生產效率，如下提出該技術的具體應用，詳見表2：

①滴灌技術下作物和行距選擇

在作物和行距的選擇中，針對行距在30～60cm的作物，推薦使用滴帶或帶有滴頭間距為20～30cm的滴灌管，確保水分均勻分布至每株作物的根部區域。

②滴灌系統布局及裝置配置選擇

在滴灌系統布局中，需確定好水源位置，結合水源位置選擇過濾系統，針對過濾系統的選擇如網狀、砂濾器等應能有效去除水中的雜質，防止滴頭堵塞。其大小需與整個灌溉系統的流量相契合，以此滿足水質要求。

此外，對于主管道（直徑范圍在50～200mm）是將水從水源輸送到田間的主要管道。根據田塊的大小及形狀，主管道應沿田塊的邊界或中心線鋪設，以減少水流距離和保持壓力穩定。主管道的材料可以是PVC或聚乙烯，選擇時應考慮當地氣候條件、系統壓力和成本因素。對于分管布局，建議從主管道分出的分管（直徑一般在16～32mm），負責將水進一步輸送到滴灌帶或滴灌管。分管應平行于作物行距布設，以確保水分均勻分布。此外，分管間距離需根據作物種類、行距調整而定。針對密集種植作物，分管距離可更近；對于行距較大的作物，則相應增加分管間距。

在滴灌帶或滴管的安裝中，可將其直接連接到分管上，每根滴灌帶或管上都配備有滴頭，用于將水直接輸送到作物的根部區域。滴灌帶或管的鋪設應根據作物行距進行調整，一般應平行于作物進行鋪設，滴管間距一般設置在20～30cm之間，以確保水分可均勻地分布到每個作物的根部。

③作物灌溉量和灌溉頻率

灌溉量應根據作物需水量、土壤吸水能力及氣候條件計算得出。一般情況下，每次灌溉提供25～50mm的水分，灌溉頻率依據作物生長階段和季節變化調整，保持土壤處于適宜的水分狀態。

④集成肥水同施配置及技術

在集成肥水同施技術實踐中，需明確該系統的基本配置系統主要包括水源、過濾系統、主管道、分管、滴頭或滴管、肥料罐（或肥料混合器）和肥料泵。肥料泵是系統的關鍵部分，一般使用電動隔膜泵或渦輪泵，以此將液體肥料從肥料罐中精確地輸送到滴灌系統中。

在選擇肥料時，建議使用水溶性肥料，如NPK水溶肥或其他微量元素肥料，肥料濃度需根據作物的生長階段進行調整，一般控制在0.1%～0.2%的濃度范圍內。例如，對于大多數蔬菜作物，可能需要氮（N）150～200kg/hm2、磷（P2O5）50～100kg/hm2、鉀（K2O）200～300kg/hm2，整個生長期間均勻分配。

最后，針對施肥時間應保障其與作物的吸肥高峰期相匹配，一般可在作物生長關鍵階段，如生長旺盛期、開花期和果實膨大期。

3、滴灌技術在農田水利中的應用效益

相比傳統的漫灌方式，滴灌技術能夠將水直接輸送到作物根部，極大減少了水分的蒸發損失和非生產性消耗。據統計，滴灌技術的水利用效率可達90%以上，而傳統灌溉方式的水利用效率一般可在30%～50%。在該干旱缺水地區，使用滴灌技術后，節水率可達60%～70%，有效緩解了水資源短缺的問題。此外，在精確控制灌溉量方面，滴灌技術有助于維持土壤中的適宜水分，促進作物健康生長，從而提高作物產量。在該地區，應用滴灌技術的農田其作物產量得到有效提升，且因水分、養分的供給更為頻繁，也極大地改善了作物品質。

三、噴灌技術的實踐應用

1、噴灌系統的設計和運作方式

噴灌技術是一種通過噴頭將水分噴灑到空中，模擬自然降雨對作物進行灌溉的方法，此技術的應用適合于對水分需求較大的面積作物，此系統的設計與運作方式為：

水源和泵站：噴灌系統水源可為地下井水、河流、湖泊或蓄水池。根據灌溉面積的大小和水源的位置，選擇適當功率的水泵（如15～75kW），以確保足夠的水壓、流量供給整個系統。

主管道和分管道：主管道（直徑一般為75～200mm）負責將水從泵站輸送到各個分管道。分管道（直徑一般為50～150mm）則將水分布到各個噴頭。管道材料通常選用PVC或聚乙烯，以抵抗壓力以及環境影響。

噴頭和噴灌裝置：針對噴頭的選擇，需結合作物類型、灌溉需求而定，噴頭直徑一般可在20～50mm之間，噴射半徑可從幾米到幾十米不等，以滿足不同作物、土地灌溉需求。噴頭可為固定式、旋轉式或擺動式，每種類型根據水量、壓力和噴射距離的不同有不同適用場景。

控制系統：現代噴灌系統通常配備自動控制系統，可以根據預設的灌溉計劃自動開啟或關閉，且可與土壤水分傳感器等聯動，根據實際土壤水分情況智能調整灌溉量、頻率等。

2、噴灌技術在農田水利中的應用效益

首先，在當地應用噴灌技術后，可有效減少灌溉過程中的水分蒸發、無效滲漏的情況，與傳統慢灌方式相比，該技術的水利用效率提高約30%～50%。其對于水資源緊張的泗水縣來說，其表明相同量的水資源可以灌溉更多的農田，緩解水資源短缺壓力。

其次，該技術還可有效增加農作物產量，且可達到改善品質的效果，該系統更均勻地分配水分到每一塊農田，確保作物能夠吸收到足夠的水分和養分。在泗水縣，應用噴灌技術后，作物平均產量提高了15%～30%，同時也有助于提升農產品在市場中的競爭力。

最后，噴灌技術的應用有助于減少土壤侵蝕和養分流失，以最大限度地改善當地土壤結構，以此為當地可持續農業發展提供有力支撐，且通過減少水資源浪費的情況，還可提升農業生產效率，以達到當地農業發展的戰略要求。

四、微灌技術與節水灌溉

1、微灌技術的設計與應用

在微灌技術的設計中，需結合水源質量選擇適當的過濾系統。對于較差水質，需使用砂濾器（直徑約為50～100mm）加網濾器（100～200μm）的組合，以去除顆粒和懸浮物，防止滴頭或微噴頭堵塞。此外還需安裝好壓力調節器，以此保障系統內壓力穩定，避免出現壓力波動而導致灌溉不均等情況發生，此系統壓力一般在1.0～2.5Bar，此外在輸水管道與滴頭的調整中，其主管道直徑范圍一般為20～75mm，根據灌溉區域大小和水量需求設計。滴頭或微噴頭的出水量在2～8L/h，滴頭間距（或微噴頭）應根據作物種類和行距調整，以確保水分均勻分布。

在應用中，微灌技術可被廣泛應用于蔬菜、果園、觀賞植物和溫室作物的灌溉。通過精確控制每次灌溉的水量，可減少水的浪費，同時確保作物可吸收充足的水分和養分，促進作物健康成長，提高產量、品質。此外，微灌技術還有助于節省人力成本，提高農業灌溉的整體效率。

2、微灌技術的效益與挑戰

在應用微灌技術后，可產生的效益更為突出，從節水方面進行分析，該技術與傳統灌溉方法相比，微灌可以節約50%～70%的水資源，因為它將水直接輸送到作物根部，減少了水分蒸發與浪費。從作物產量分析，精確的水分管理有助于作物健康生長，據研究，微灌技術可以提高作物產量20%～50%，同時改善作物品質。從土壤管理分析，因該技術可將水分直接施用于根部，對此減少了水流對土壤的沖刷，同時也降低了由于過量灌溉導致的土壤鹽分積累問題。

在明確該技術可產生的應用效益后，還需認識到該技術的挑戰問題，第一，盡管長期效益顯著，但微灌系統的初期設立成本較高，包括管道、滴頭/噴頭、過濾系統、自動控制費用對于小型農戶來說負擔較大；第二，該技術的實施考驗農戶的技術知識與管理技能，對此農戶需接受相應培訓才可更好地發揮該技術應用效益；第三，該系統中滴頭、微噴頭會因水中的雜質和沉積物而堵塞，需要定期檢查、清潔，此問題嚴重增加了維護工作量；第四，由于滴灌系統對水質有較高要求，若使用較差的水質則會增加過濾系統的負擔，甚至影響灌溉效果。

五、智能灌溉技術的發展與應用

1、智能灌溉技術的發展

首先，隨著我國信息技術的應用發展，智能灌溉技術的發展也標志著農業灌溉需進一步進行智能化升級，而智能灌溉技術的應用在早期依賴于定時器和控制系統，實現基本的定時灌溉功能，在傳感器技術的發展后，智能灌溉系統則可集成土壤濕度傳感器、溫濕度傳感器、光照傳感器等，以此實時監測農田的水分狀況和環境參數，此數據需通過無線網絡傳輸給中央控制系統，最終保障灌溉的自動化和精準化。

此外，大數據技術與人工智能技術的引入，也為智能灌溉技術的發展提供了新的動力。通過分析歷史灌溉數據、作物生長模型，智能灌溉系統可以預測作物的水分需求，自動制定和調整灌溉策略，實現更高級別的灌溉管理智能化。

2、智能灌溉技術的應用

首先，通過精確控制灌溉，可以確保作物獲得適量的水分，促進作物健康生長，同時減少水資源的浪費。此外，智能灌溉系統還可以與肥料施用設備集成，實現水肥一體化管理，進一步提高農田生產力、資源利用效率。

其次，智能灌溉系統還可根據氣象數據、土壤濕度監測結果自動完成對灌溉策略的調整，在此可幫助農業生產適應氣候變化帶來的挑戰。在干旱或雨水過多的條件下，系統可以及時調整灌溉量，減少作物受損風險，進一步保證農業生產的穩定性。

最后，該系統還可為實際生產情況作出更為合理的決策，在此可分析土壤濕度、作物生長狀態、氣候變化等數據，農業生產者可以做出更加科學合理的灌溉決策，提高農業生產的管理水平。

綜上所述，隨著現代化節水灌溉模式的普及，達到了農田水利設施完善、供水有效保障、產業快速發展和農民持續增收等可喜的效果。高效節水灌溉技術不僅是當地現代農業發展的一個縮影，在節水灌溉工程的大面積實施和持續開展“高效節水灌溉+高標準農田建設+一、二、三產業融合發展”機制應用等舉措的助推下，當地農業發展也會更為完善、長久。