農田水利中節水灌溉技術應用及對灌溉效率影響的研究

農業用水問題正逐漸成為限制我國農業持續發展的主要障礙。傳統的灌溉方法，特別是大水漫灌，不僅造成了水資源的大量浪費，還加劇了土壤鹽堿化和次生鹽漬化的風險，對作物的正常生長和產量構成了嚴重威脅。隨著科技的飛速發展和農業現代化的加速推進，一系列先進的節水灌溉技術正逐漸被采納并廣泛應用于農業生產。這些技術的實施，旨在通過更精細的灌溉管理，實現對灌溉水量和時間的精確控制。在這樣的背景下，深入研究新型節水灌溉技術顯得尤為關鍵。通過精確管理灌溉過程中的水量和時間，可以顯著提高水資源的使用效率，從而最大化農業灌溉的效益。這不僅有助于緩解當前農業用水的緊張狀況，還為我國農業的可持續發展提供了堅實的技術支持。

一、農田水利中節水灌溉技術對農業灌溉效率的影響

1、提高水資源利用率

在傳統的灌溉方法中，水資源在流經地表時會遭受明顯的蒸發和滲漏損失，這導致作物實際吸收的水分比例相對較低。為了解決這一問題，節水灌溉技術應運而生。這種技術通過科學的設計和精確的控制機制，旨在將上述損失降至最低。滴灌技術，作為節水灌溉的一種重要形式，其運作原理是直接將水分輸送至植物的根部區域。這種方式顯著減少了地表水分的蒸發，從而提高了水資源的整體利用效率。通過滴灌系統的精準實施，每一滴水都能被有效利用，減少了不必要的浪費。此外，節水灌溉技術還具備根據作物需水規律靈活調整灌溉量的能力。這一特性確保了灌溉活動既能避免“過灌”導致的資源浪費，又能預防“少灌”引發的作物生長受限。通過精準調控灌溉量，節水灌溉技術確保水資源發揮出最大效能，為作物的健康成長提供了堅實的基礎。

2、改善作物生長環境

恰當的水分供應對于作物的健康成長至關重要。無論是水分供應過多還是不足，都會對作物造成顯著的不良影響，因此，精確控制水分供應顯得尤為關鍵。節水灌溉技術便是一種能夠實現這一目標的有效工具。通過精確的水分調節，節水灌溉確保作物在其生長的各個階段都能得到適量的水分。這項技術不僅滿足了作物根系對水分的基本需求，還促進了根系對營養物質的吸收，為作物的健康成長提供了堅實的支持。此外，節水灌溉在維持土壤濕度方面也至關重要。它能夠有效避免土壤過濕或干旱的情況，保持土壤濕度在適宜的范圍內。這一特性不僅有助于減少病蟲害的發生，還能增強作物的抗逆性，進而提高作物產量。更為關鍵的是，合理的水分管理還能夠改善土壤結構，提高土壤的通氣性。這一變化為根系生長創造了更為有利的條件，從而進一步促進了作物產量與品質的提升。

3、減少農業生產成本

傳統的灌溉方法在農業生產中導致了諸多資源浪費的問題。這種灌溉方式不僅造成了水資源的大量流失，還導致了化肥和農藥等農業投入品的過度使用。與之形成鮮明對比的是，節水灌溉技術通過實施科學和合理的水資源管理策略，顯著減少了水資源的浪費，并相應地節約了灌溉成本。節水灌溉技術的優勢遠不止于水資源管理。該技術還能大幅減少農藥和化肥的使用量。這一轉變不僅有助于減輕因過度使用農藥和化肥而引發的環境污染問題，還促進了農業資源的高效利用。通過減少這些化學物質的使用，節水灌溉技術在保護生態環境的同時，也實現了資源的節約。此外，節水灌溉技術還推動了農業生產方式的革新。它有效降低了人工成本，減少了機械設備的使用頻率。這一轉變進一步降低了農業生產的綜合成本，提升了農業生產的效率。因此，節水灌溉技術的推廣不僅有助于降低農業生產的整體成本，還顯著提升了農民的經濟收益。

4、促進可持續農業發展

在全球氣候變暖和人口持續增長的雙重壓力下，水資源短缺的問題正變得越來越嚴重，成為制約農業發展的關鍵瓶頸。在這樣的背景下，推動農業的可持續發展已經成為一個必須采取的戰略選擇。其中，節水灌溉技術作為緩解我國水資源緊張狀況的關鍵手段之一，其重要性不言而喻。節水灌溉技術的應用，不僅能夠有效應對水資源短缺的挑戰，更在降低農業生產對環境造成的負面影響方面展現出顯著優勢。通過精準控制灌溉量與灌溉時機，該技術有助于維護土壤結構的穩定性，減少對土壤生態的破壞，同時保障水資源的合理利用，避免了對水環境的進一步污染。這一系列正面效應，共同促進了生態環境的良性循環，為農業的可持續發展奠定了堅實基礎。進一步而言，科學且合理的水分管理策略，是提升農業生產效率的核心途徑之一。它要求我們在確保作物正常生長需求的前提下，最大限度地減少水資源浪費，實現水資源的優化配置。這一管理策略的實施，不僅能夠直接提高農業生產的經濟效益，更是實現農業可持續發展目標的重要保障，對于確保我國農業的長期穩定發展具有深遠意義。

二、農田水利中節水灌溉技術應用

1、滴灌技術

滴灌技術因其卓越的節水性能和增產潛力，在現代農業領域得到了普遍采納和應用。為了使滴灌系統的設計與安裝策略與實際情況緊密相連，設計者必須綜合考慮作物種類、土壤特性、水源質量以及氣候條件等多種因素，以實現因地制宜的最優配置。在農作物的栽培實踐中，滴灌技術的應用極為廣泛。鑒于作物根系通常較為發達，深入土壤各層，傳統灌溉方式難以確保水分均勻滲透至根系分布的各個層面。因此，通過在作物下方合理布置4～6個滴頭， 每個滴頭流量約為4L/h，并通過精確控制灌溉時長，可確保每日為作物提供20～30L的水分。這一灌溉策略不僅滿足了作物的水分需求，還有效減少了水分浪費，顯著提升了灌溉水的利用效率。滴灌技術在蔬菜生產領域同樣展現出廣闊的應用前景。以番茄種植為例，番茄作為高耗水作物，其不同生長階段對水分的需求差異顯著。通過采用滴灌技術，可實現對番茄生育期內水分供給的精準調控。這種精細化的水分管理方式，能夠有效避免土壤水分過多或不足的情況，為番茄的健康生長創造有利條件，進而提升其產量與品質。

在溫室農作物種植中，對灌溉水的要求更為嚴格。以黃瓜為例，由于大棚內種植密度較高，傳統灌溉方式往往導致土壤水分分布不均，影響作物的正常生長。而滴灌系統的引入，使得灌溉器能夠直接設置于每株黃瓜的根部，每個灌溉器流量控制在1～2L/h。根據黃瓜不同生長階段的具體需求，可對灌溉時間和次數進行精確調節。在日光溫室環境下，黃瓜能夠獲得持續、均勻且適量的水分供給，有效避免了因缺水而引發的病害問題，從而實現了產量與品質的雙重提升。此外，滴灌技術還在葡萄、柑橘和草莓等多種經濟作物上得到了廣泛應用。這些作物同樣受益于滴灌技術所帶來的精準灌溉和高效用水，為實現農業生產的可持續發展提供了有力支撐。

2、噴灌技術

噴灌技術，作為一種旨在模擬自然降雨過程的灌溉方法，其核心在于通過噴頭將水精準地噴灑至作物表面。此技術不僅廣泛應用于大面積農田及草地覆蓋，而且在面對不規則地形時，展現出卓越的覆蓋性能。此外，噴灌系統具備靈活的調節能力，能夠依據實際需求調整噴灑距離及水量，從而實現水資源的高效利用，尤其在水資源短缺的地區，其節水效果尤為顯著。噴灌技術的成功應用，關鍵在于噴頭與水泵系統的合理配置。噴淋頭的選擇是一個復雜的過程，需綜合考慮作物種類、地形特征、氣候條件等多重因素。例如，旋轉噴頭因其覆蓋面積廣、液滴細小，特別適合于大面積灌溉，能有效減少水資源浪費。以雨鳥5000+系列旋轉式噴淋頭為例，其噴灑半徑介于7.6～15.2m，流速范圍在0.34～2.19m3/h，通過合理布局此類噴頭，可確保農田每一寸土地均獲得充分且均勻的灌溉。與此同時，水泵系統的選用與安裝同樣至關重要。在選擇水泵時，需確保其能穩定輸出，并預留一定余量以應對突發狀況。格蘭福士CR系列泵便是一個理想選擇，其流量范圍涵蓋1～180m3/h，能夠滿足不同規模噴灌系統的需求。在我國北方干旱地區，傳統灌溉方式因耗水量巨大而加劇了水資源短缺問題。引入噴灌技術后，通過科學配置噴頭、水泵、土壤濕度傳感器及整合氣象資料，實現了灌溉的精準管理。實踐證明，在這些地區實施噴灌技術后，節水效果顯著，不僅有效緩解了區域水資源壓力，還帶來了可觀的經濟效益。

3、地下滲灌技術

地下滲灌技術，作為一種創新的灌溉方法，其核心優勢在于直接將水分輸送到植物根系附近。通過在地下埋設管道或滲灌帶，水分得以緩慢且均勻地滲入土壤。這種方法顯著減少了水分的蒸發，特別是在干旱和半干旱地區，其應用潛力尤為顯著。在農業領域，地下滲灌技術已被廣泛采用，尤其在種植農作物、蔬菜和經濟作物方面顯示出顯著的優勢。確保水分能夠高效且均勻地滲透到植物根系的關鍵區域，從而提高作物對水分的利用效率，并最終促進產量的提升。在實際應用中，滲灌系統的設計參數需要綜合考慮作物種類、土壤條件和氣候特征。以農作物種植為例，通常選擇埋深在30～40cm的滲灌管道，以確保水分直接輸送到作物根系的主要分布區域。同時，滴灌管的間距一般設定在50～100cm之間，以有效覆蓋作物根區，進一步提高水分利用率。以10hm2農作物種植為例，可設計使用直徑為16mm、埋深35cm、管間距75cm的滲灌管道系統。每個滲灌管道上的灌水器間距設置為30cm，每個灌水器的流速為2L/h。在這樣的設計參數下，整個滲灌系統的流量可達200m3/h，足以滿足農作物對水分的需求。此外，地下滲灌系統的安裝過程也至關重要。在埋設滲灌管道之前，必須先對土壤進行深松處理，以確保土壤疏松并有利于水分滲透。隨后，根據設計的管網布置方案，采用開溝器或人工開挖的方式，在規定的深度內準確埋設滲灌管道。這些步驟的嚴謹執行，是確保地下滲灌系統高效運行的關鍵。

4、覆膜灌溉技術

覆膜灌溉技術是一項旨在提升農業生產效率和作物產量的先進灌溉方法。其核心在于在作物行間鋪設地膜，并通過滴灌等精準灌溉技術，將水分直接輸送至作物根系區域。這一策略不僅實現了節水增效的目標，還顯著促進了作物的增產。

覆膜技術不僅能夠有效減少土壤水分的蒸發，進而節約灌溉用水，同時還具備維持地溫穩定、抑制雜草生長以及提高灌水效率等多重優勢。通過減少土壤蒸發，覆膜技術有助于保持土壤濕度的穩定，為作物生長提供了更為適宜的水分環境。此外，地膜還能有效阻擋外部熱量的散失，從而維持地溫的穩定，這對于作物的生長和發育至關重要。在實際應用中，覆膜滴灌技術的實施需遵循嚴格的科學程序與技術規程。鋪設塑料薄膜時，需確保薄膜的質量符合標準，且鋪設過程規范，以避免因薄膜質量問題或鋪設不當而導致的灌溉效果下降。一般而言，聚乙烯薄膜因其良好的透光性和耐久性而被廣泛應用，厚度通常在0.01～0.02mm，能夠在生長季保持穩定的物理性能。鋪設時，應確保薄膜緊貼地面，避免褶皺或空隙的產生，以最大限度地減少水分蒸發。

在鋪設地膜之后，緊接著便是滴灌系統的安裝。滴灌管一般選用直徑為16mm的聚乙烯管材，其鋪設間距及灌水器間距需根據具體作物品種及種植密度進行適當調整。灌水器的間距通常控制在30～50cm，而滴灌管的間距則在60～100cm。設計的滴灌流量應確保每株植物每小時能夠獲得適量的水分，一般為2～4L/h，以保證植株根系能夠均勻獲得所需的水分。覆膜灌溉技術的灌水次數和灌水量需根據土壤水分狀況、氣象條件以及作物需水量進行動態調整。在此基礎上，還應結合氣象觀測數據，對土壤水分及氣象參數進行實時監測，以實現對灌溉時機和水量的精確控制。這一措施有助于避免因缺水而導致的過量灌溉，同時確保作物能夠在最適宜的水分條件下生長。一般而言，大部分作物適宜的土壤含水量應保持在田間含水量的60%～80%。此外，為防止雜草滋生，應盡量將整行作物進行覆蓋，并將薄膜邊緣埋入土中5cm以上，以防止風吹起薄膜邊緣。采用覆膜灌溉技術不僅能夠有效減少雜草的萌發，還能減少除草劑的使用量，進而減輕對環境的污染。然而，在應用覆膜灌溉技術時，也需注意土壤中鹽分的積累問題。塑料薄膜在長期使用過程中，可能會導致土壤表面的鹽分累積，進而減少雨水的自然滲入。因此，定期監測土壤鹽分狀態，并采取適當的洗鹽措施對于保持土壤健康至關重要。通過這些措施的實施，可以確保覆膜灌溉技術在農業生產中發揮更大的作用。

三、節水灌溉技術的未來發展

未來節水灌溉技術的進步，迫切需要在新技術的開發上取得重大突破。目前，滴灌和噴灌技術已在多個地區廣泛推廣并取得顯著成效。盡管如此，對新型灌溉技術的探索仍需不斷深化。例如，基于納米技術的微灌系統，已經顯示出對水分進行精確控制的巨大潛力，有望顯著減少水資源的浪費。在此基礎上，為了進一步提高灌溉效率，可以考慮將土壤濕度傳感器與智能控制系統相結合。這一創新方案能夠實時監測土壤的水分狀況，并據此自動調節灌溉水量，從而顯著提升水資源的利用效率。此外，該技術的實施還有助于優化灌溉策略，確保作物生長所需的水分得到精確供給。利用再生水進行灌溉將成為另一個重要的研究方向。這一做法旨在降低農業生產對淡水資源的依賴，對于緩解水資源短缺問題具有重大意義。隨著相關技術的不斷成熟和完善，再生水灌溉有望成為節水灌溉領域的一大亮點。

綜上所述，農田節水灌溉技術在提升農業用水效率方面展現出了顯著成效。該技術通過一系列創新手段，不僅大幅度減少了水資源的浪費現象，還切實提高了水資源的利用效率。此外，這一技術的應用對作物產量與品質的提升也起到了積極的推動作用，實現了產量與質量的雙重飛躍。為了適應這一發展趨勢，我們應進一步提升節水灌溉技術的應用水平，加強技術研發與創新，以確保其在應對氣候變化及水資源短缺等全球性挑戰中發揮更大的作用。這不僅有助于保障我國的糧食安全，也將為全球的農業可持續發展貢獻力量。

（作者單位：274300山東省菏澤市單縣水務局）