地下滴灌技術(shù)在干旱地區(qū)農(nóng)田灌溉中的優(yōu)勢和應(yīng)用前景

在水資源日益緊張的背景下，干旱地區(qū)的水資源短缺問題尤為突出。這些地區(qū)往往面臨著降水量少、蒸發(fā)量大、水資源時空分布不均等自然條件的制約，導(dǎo)致農(nóng)田灌溉成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。傳統(tǒng)灌溉方式，如漫灌、噴灌等，不僅水資源利用效率低，還容易導(dǎo)致土壤鹽堿化、地下水位上升等環(huán)境問題，進(jìn)一步加劇了水資源的緊張狀況。隨著科技的進(jìn)步和節(jié)水意識的提高，科研人員開始探索更加高效、環(huán)保的灌溉方式。地下滴灌技術(shù)作為一種先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，以其高效、精準(zhǔn)、環(huán)保的特點，在干旱地區(qū)農(nóng)田灌溉中逐漸展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。地下滴灌技術(shù)通過管道系統(tǒng)將水直接輸送到作物根部，減少了水分蒸發(fā)和滲漏損失，提高了水資源的利用效率。同時，還能根據(jù)作物的需水規(guī)律進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，滿足作物不同生長階段的水分需求，促進(jìn)作物健康生長，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

一、地下滴灌技術(shù)特點

地下滴灌技術(shù)是一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)，通過將滴灌管道埋設(shè)在地下約 20-30cm 的深度，利用管道上安裝的滴水器，將水分和養(yǎng)分以點滴方式直接輸送到農(nóng)作物根部附近的土壤中，從而精確滿足作物生長的需求。此外，由于水分和養(yǎng)分直接輸送到作物根部，減少了土壤表面的水分積聚，從而有效降低了土壤鹽堿化的風(fēng)險。同時，該技術(shù)還能避免因過度灌溉而導(dǎo)致的地下水位上升問題，有助于維護(hù)地下水的動態(tài)平衡。

1、地下滴灌技術(shù)的優(yōu)勢分析

地下滴灌技術(shù)相比傳統(tǒng)灌溉方式具有顯著的優(yōu)勢。首先，提高了水資源的利用效率。由于水分直接輸送到作物根部，減少了水分蒸發(fā)和滲漏損失。其次，地下滴灌技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。根據(jù)作物的需水規(guī)律和土壤水分狀況，可以精確控制灌溉水量和頻率，滿足作物不同生長階段的水分需求。此外，地下滴灌技術(shù)還能改善土壤環(huán)境。減少了土壤表面的水分蒸發(fā)，降低了土壤鹽堿化的風(fēng)險。同時，由于灌溉水在地下滲透，有助于土壤養(yǎng)分的均勻分布和根系的深扎。最后，地下滴灌技術(shù)還能提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。精準(zhǔn)的水分和養(yǎng)分供應(yīng)促進(jìn)了作物的健康生長，提高了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

2、地下滴灌技術(shù)的適用條件

雖然地下滴灌技術(shù)以其高效、節(jié)水、環(huán)保等諸多優(yōu)勢而備受推崇，但其適用條件也需綜合考慮多方面的具體因素。首先，從地理和氣候條件來看，地下滴灌技術(shù)適用于年降水量少于500mm 的干旱或半干旱地區(qū)的農(nóng)田灌溉。在這些地區(qū)，水資源極為短缺，傳統(tǒng)灌溉方式(如漫灌、噴灌等)往往因水資源浪費嚴(yán)重、灌溉效率低下而難以滿足作物生長的需求。相比之下，地下滴灌技術(shù)通過精準(zhǔn)控制灌溉水量和頻率，能夠?qū)⒂邢薜乃Y源高效利用，從而有效緩解水資源短缺對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的壓力。其次，從土壤條件來看，地下滴灌技術(shù)更適用于土壤質(zhì)地適中、通透性良好、無嚴(yán)重鹽堿化問題的農(nóng)田。土壤的滲透系數(shù)應(yīng)大于0.01cm 秒，以確保灌溉水能夠順利滲透并均勻分布到作物根部。這樣的土壤條件有利于水分的滲透和擴(kuò)散，使得作物根系能夠充分吸收和利用灌溉水，從而提高灌溉水的利用率和作物的產(chǎn)量。同時，良好的土壤通透性還有助于減少土壤鹽堿化的風(fēng)險，保持土壤肥力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

二、干旱地區(qū)農(nóng)田灌溉現(xiàn)狀

1、干旱地區(qū)農(nóng)田灌溉概況

干旱地區(qū)，由于其獨特的自然地理條件，年降水量少，蒸發(fā)量大，水資源時空分布極不均衡，給農(nóng)田灌溉帶來了極大的挑戰(zhàn)。在這些地區(qū)，農(nóng)業(yè)用水往往依賴于地下水、河水或遠(yuǎn)距離調(diào)水，灌溉成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈。然而，由于水資源的稀缺性，干旱地區(qū)的農(nóng)田灌溉普遍面臨著水資源短缺、灌溉效率低下和生態(tài)環(huán)境壓力等多重困境。農(nóng)田灌溉的傳統(tǒng)方式主要包括漫灌、噴灌和溝灌等。這些灌溉方式往往存在著嚴(yán)重的水資源浪費問題，如漫灌導(dǎo)致大量水分蒸發(fā)和滲漏損失，噴灌則易受風(fēng)力影響造成水分飄散，而溝灌則可能導(dǎo)致水分在溝渠中積聚而無法有效滲透到作物根部。此外，由于干旱地區(qū)的水資源緊張，過度開采地下水還可能導(dǎo)致地下水位下降，進(jìn)一步加劇水資源的短缺問題。

2、現(xiàn)有灌溉方式水資源利用效率低

現(xiàn)有灌溉方式在干旱地區(qū)的應(yīng)用中暴露出了諸多問題。首先，水資源利用效率低下。由于灌溉方式的不合理，大量水資源在輸送和灌溉過程中被浪費，使得實際用于作物生長的水量遠(yuǎn)低于灌溉總量。這不僅加劇了水資源的短缺，還提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。其次，土壤鹽堿化問題嚴(yán)重。在干旱地區(qū)，由于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，土壤中的鹽分容易隨著水分蒸發(fā)而積聚在表層，導(dǎo)致土壤鹽堿化。這不僅影響作物的正常生長，還可能造成土地退化，降低農(nóng)田的生產(chǎn)力。

三、地下滴灌技術(shù)在干旱地區(qū)的應(yīng)用策略

1、干旱地區(qū)滴灌設(shè)施鋪設(shè)技術(shù)

在干旱地區(qū)，地下滴灌技術(shù)的引入無疑為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉開辟了一條新路徑。然而，要充分發(fā)揮這一技術(shù)的節(jié)水潛力，確保其高效、穩(wěn)定運行，前期的系統(tǒng)設(shè)計與規(guī)劃工作顯得尤為重要。這是對地理位置、土壤類型、作物種類、水源狀況及氣候條件等多方面因素的綜合考量與精準(zhǔn)施策。地理位置的精確把握是系統(tǒng)設(shè)計的首要任務(wù)。首先，利用現(xiàn)代測繪技術(shù)，如GPS、GIS以及無人機(jī)航拍等，對農(nóng)田的地形地貌進(jìn)行精細(xì)測繪，為后續(xù)的管網(wǎng)布局提供詳實可靠的數(shù)據(jù)支撐。基于這些精確數(shù)據(jù)，能夠合理規(guī)劃輸水管網(wǎng)的走向與布局，有效規(guī)避地形起伏對水流速度與方向的影響，確保每一塊農(nóng)田都能獲得均勻穩(wěn)定的灌溉水源。其次，土壤類型與作物種類的差異，則直接決定了滴灌帶的埋設(shè)深度與滴水器的間距設(shè)置。在砂質(zhì)土壤中，鑒于其良好的透水性，滴灌帶通常被埋設(shè)在土壤表層以下 20-30cm 的位置，以確保水分能夠迅速滲透并被作物吸收。而在黏性較強(qiáng)的土壤中，為了避免水分過度集中導(dǎo)致的土壤板結(jié)，滴灌帶需埋設(shè)得更深，一般在 40-50cm 之間。同時，不同作物對水分與養(yǎng)分的需求也各不相同。例如，對于根系較淺的蔬菜作物，滴水器的間距需要設(shè)置為每株作物附近都安裝1個，以滿足其高頻次、小流量的灌溉需求；而對于根系分布較廣的果樹，滴水器的間距則可適當(dāng)擴(kuò)大至每棵樹周圍設(shè)置2一3個，且每個滴水器的流量也需根據(jù)作物的生長周期與需水規(guī)律進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。此外，由于干旱地區(qū)特有的氣候條件，如溫差大、風(fēng)沙多等，也對滴灌系統(tǒng)的耐候性與防風(fēng)固沙措施提出了更高要求。在系統(tǒng)設(shè)計中，必須選用耐高溫、耐低溫、抗風(fēng)沙的優(yōu)質(zhì)管材與連接件，以確保系統(tǒng)在極端氣候條件下的穩(wěn)定運行。同時，在管道沿線種植防風(fēng)固沙林帶或采取其他有效的防風(fēng)固沙措施，也是保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的重要一環(huán)。

2、地下滴灌技術(shù)精準(zhǔn)應(yīng)用

在地下滴灌技術(shù)的實際應(yīng)用中，關(guān)鍵技術(shù)的精準(zhǔn)應(yīng)用是確保灌溉效果穩(wěn)定性的重要基石。這些關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了水質(zhì)處理與過濾、自動化控制系統(tǒng)、土壤水分監(jiān)測以及滴灌帶的選擇與安裝等多個方面，并且每項技術(shù)的應(yīng)用都需要具體的量詞和數(shù)據(jù)來支撐。首先，水質(zhì)處理與過濾是地下滴灌系統(tǒng)中的首要環(huán)節(jié)。由于干旱地區(qū)的水源往往含有較多的雜質(zhì)和微生物，如果不進(jìn)行有效的處理和過濾，很容易造成滴灌帶的堵塞，進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的正常運行。因此，需根據(jù)水源的具體水質(zhì)情況，選擇合適的水質(zhì)處理設(shè)備。例如，對于含沙量較高的水源，可以設(shè)置沉淀池進(jìn)行初步處理，沉淀池的面積和深度需根據(jù)水源流量和含沙量來確定，一般面積不小于 100m² ，深度不小于 2m ；對于含有較多微小雜質(zhì)和微生物的水源，則需配置精密過濾器，過濾精度需達(dá)到100 微米甚至更低，以確保灌溉水的清潔度達(dá)到要求。其次，自動化控制系統(tǒng)是提高灌溉精準(zhǔn)度和效率的核心技術(shù)。通過安裝土壤水分傳感器、氣象監(jiān)測站和智能控制器等設(shè)備，可以實時監(jiān)測土壤水分含量、作物生長狀況及氣象條件等信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的灌溉策略自動調(diào)節(jié)灌溉水量和頻率。具體來說，系統(tǒng)可以根據(jù)土壤水分傳感器的數(shù)據(jù)，當(dāng)土壤水分低于設(shè)定閾值時，自動開啟灌溉設(shè)備；同時，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和作物生長模型，可以更加科學(xué)地制定灌溉計劃，如每周灌溉2—3次，每次灌溉量控制在每畝 20-30m³ ，以實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，減少水資源的浪費。再次，土壤水分監(jiān)測是確保灌溉精準(zhǔn)度的另一重要手段。通過在農(nóng)田中布置土壤水分傳感器，可以實時了解土壤的水分狀況，為灌溉決策提供數(shù)據(jù)支持。一般來說，每畝農(nóng)田至少需要布置3一5個土壤水分傳感器，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性。同時，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和作物生長模型，可以更加精確地預(yù)測作物的水分需求，制定更加科學(xué)的灌溉計劃。最后，滴灌帶的選擇與安裝也是影響灌溉效果的關(guān)鍵因素。滴灌帶應(yīng)根據(jù)作物的需水特性和土壤條件進(jìn)行選擇，確保其流量、間距和滴頭類型能夠滿足灌溉需求。例如，對于需水量較大的作物(如西瓜、甜瓜等)，應(yīng)選擇流量較大的滴灌帶，每滴頭的流量一般控制在2—4L/小時;對于需水量較小的作物(如蔬菜、花卉等)，則可選擇流量較小的滴灌帶，每滴頭的流量控制在0.5—1L/小時。在安裝過程中，需注意滴灌帶的理設(shè)深度和間距，一般埋設(shè)深度為 20-30cm ，間距根據(jù)作物株距來確定，以確保水分能夠直接輸送到作物根部，提高灌溉效果。

3、干旱地區(qū)灌水器與排氣閥設(shè)置

首先，在灌水器的布置策略上，應(yīng)遵循均勻分布的原則，這是確保每株作物分配合理的水資源。實現(xiàn)這一目標(biāo)，等間距布置方式無疑是一個行之有效的選擇。在實際操作中，需要根據(jù)作物的種植密度及其獨特的水需求，來科學(xué)合理地確定灌水器的間距。一般而言，間距應(yīng)控制在 0.3-1.0m 之間，這樣的范圍既能保證灌溉的均勻性，又能滿足不同作物的個性化需求。同時，也可以根據(jù)作物的種植模式進(jìn)行靈活調(diào)整。對于行距較寬的作物，可以適當(dāng)增加灌水器的間距，以確保每一滴水都能被精準(zhǔn)地送達(dá)作物的根部；而對于密植的作物，則需要適當(dāng)縮小間距，以確保每一株作物都能獲得充足的水分滋養(yǎng)。其次，在地下滴灌系統(tǒng)的構(gòu)建中，進(jìn)排氣閥和自動泄水閥的設(shè)置同樣不容忽視。進(jìn)排氣閥對調(diào)節(jié)管道內(nèi)氣壓非常重要。在系統(tǒng)充水或排水的過程中，它能夠允許空氣自由地進(jìn)入或排出管道，從而有效避免因管道內(nèi)氣壓的劇烈變化而可能引發(fā)的系統(tǒng)破壞。特別是在干旱地區(qū)，由于晝夜溫差顯著，管道內(nèi)可能會產(chǎn)生高達(dá) ±20kPa 的負(fù)壓或正壓。進(jìn)排氣閥的存在，能夠及時地緩解這種壓力變化，為系統(tǒng)的安全運行保駕護(hù)航。通常，為了確保管道內(nèi)氣壓的平衡，建議在每 100m 管道長度，至少安裝1個進(jìn)排氣閥。而自動泄水閥的設(shè)置，則更多地考慮到了系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)。當(dāng)系統(tǒng)停止灌溉時，它能夠自動地排出管道內(nèi)的積水，從而有效避免因水凍結(jié)或腐蝕而造成的潛在損壞。在冬季寒冷、氣候干燥的干旱地區(qū)，這一點尤為重要。自動泄水閥能夠確保管道在低溫條件下保持干燥狀態(tài)，避免因凍裂等問題而導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓。

四、地下滴灌技術(shù)對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的影響

1、對作物生長的影響

地下滴灌技術(shù)為作物提供了高度精準(zhǔn)且穩(wěn)定的水分供應(yīng)，這對作物的生長和發(fā)育產(chǎn)生了極為顯著的影響。首先，在精準(zhǔn)水分管理方面，該技術(shù)能夠根據(jù)作物不同生長階段的具體需求，提供恰到好處的水分。相較于傳統(tǒng)灌溉方式，地下滴灌技術(shù)能將水分供給的誤差控制在 ±5% 以內(nèi)，從而有效避免了因水分過多（超過作物需求 20% 以上）導(dǎo)致的根系室息或過少引起的生長遲緩等障礙。在作物生長的關(guān)鍵期，如開花和結(jié)果階段，地下滴灌系統(tǒng)能確保作物精確獲得每日所需水量，極大地促進(jìn)了作物的健康生長，使得作物產(chǎn)量提升，同時品質(zhì)也得到顯著提高。其次，地下滴灌技術(shù)顯著提高了作物的養(yǎng)分吸收效率。通過滴灌系統(tǒng)的精確控制，可以將肥料直接輸送到作物根部附近，減少了養(yǎng)分在土壤中的流失和浪費，使肥料利用率提高。這種精準(zhǔn)的養(yǎng)分供應(yīng)方式，不僅滿足了作物對養(yǎng)分的需求，還促進(jìn)了作物的生長和發(fā)育。最后，地下滴灌技術(shù)在減少病蟲害發(fā)生方面也表現(xiàn)出顯著效果。由于灌溉水直接輸送到作物根部，地表水的積聚和濕度降低，從而有效破壞了病蟲害的滋生環(huán)境。同時，精準(zhǔn)的灌溉和養(yǎng)分管理使作物生長更加健壯，使作物的抗病蟲害能力提高。

2、對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響

地下滴灌技術(shù)作為一種環(huán)保且高效的灌溉方式，對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的積極影響。首先，在節(jié)水方面，該技術(shù)通過精確控制灌溉水量，實現(xiàn)了水資源的最大化利用。與傳統(tǒng)灌溉方式相比，地下滴灌技術(shù)能夠節(jié)約水資源高達(dá) 30%-50% ，顯著減少了水資源的浪費。在干旱地區(qū)，這一技術(shù)尤為重要，它有助于緩解水資源短缺的嚴(yán)峻問題，每公頃農(nóng)田可節(jié)約水資源約2000-3000m³ ，為保護(hù)水資源環(huán)境提供了有力支持。其次，地下滴灌技術(shù)在減少化肥和農(nóng)藥使用量方面同樣表現(xiàn)出色。由于灌溉和養(yǎng)分管理的精準(zhǔn)性，作物對養(yǎng)分的需求得到了精確滿足，從而避免了化肥的過量使用。具體而言，該技術(shù)可使化肥使用量減少約 20%-30% ，每公頃農(nóng)田可節(jié)省化肥約 150-200kg 同時，由于地下滴灌技術(shù)有效降低了農(nóng)田濕度，減少了病蟲害的滋生環(huán)境。因此，農(nóng)藥的使用量也相應(yīng)減少。這有助于顯著降低農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的污染負(fù)荷，保護(hù)生態(tài)環(huán)境免受化肥和農(nóng)藥的過度侵害。最后，地下滴灌技術(shù)還通過精準(zhǔn)控制灌溉水量和頻率，有效改善了農(nóng)田的微氣候環(huán)境。傳統(tǒng)灌溉方式往往導(dǎo)致農(nóng)田濕度過大，影響作物的正常生長和發(fā)育。而地下滴灌技術(shù)能夠保持農(nóng)田的適宜濕度，使農(nóng)田微氣候環(huán)境更加有利于作物的生長。這種改善不僅提高了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還增強(qiáng)了作物的抗逆性，為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

綜上所述，地下滴灌技術(shù)是一種高效、環(huán)保、可持續(xù)的農(nóng)田灌溉方式，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。在干旱地區(qū)推廣和應(yīng)用地下滴灌技術(shù)，不僅有助于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，還有助于保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境，為農(nóng)田灌溉注入新的活力。因此，應(yīng)該積極推廣和應(yīng)用地下滴灌技術(shù)，為干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

（作者單位：122108遼寧省北票市小塔子鄉(xiāng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心）