農田高效節水灌溉的重要性與智能化技術改造應用分析

隨著農業現代化進程加快，農業用水需求不斷增加，水資源供需矛盾日益突出。發展農田節水灌溉技術，成為緩解水資源壓力、保障農業穩定高產的關鍵舉措，對農田節水灌溉技術進行改造與應用研究，具有重要的現實意義和緊迫性。本文基于實際情況，深入分析農田節水灌溉的重要性，研究現有灌溉技術存在的問題，探討適合的節水灌溉技術改造路徑，包括滴灌、噴灌等新型技術的應用，以及對傳統灌溉系統的智能化升級，旨在提高水資源利用效率，促進農業綠色發展，為農田節水灌溉提供參考與借鑒。

一、農田灌溉現狀分析

1、灌溉水源及用水情況

農田灌溉水源主要為地表水和地下水。在部分水資源豐富且水利設施完備區域，地表水利用充分，但有些地區因地形復雜或設施老化，利用率低。干旱、半干旱地區則嚴重依賴地下水，占比超 70% 。當前，過度開采地下水致地面沉降、海水倒灌等生態問題，且農業用水效率低，大水漫灌普遍，灌溉設施落后。原因在于水資源分布不均、管理體制不完善、農民節水意識淡薄及技術推廣困難。需通過優化水資源配置、推廣節水技術、完善管理體制、加強宣傳教育等措施，解決現有問題，實現農業與生態協調發展。

2、現有灌溉技術類型及占比

當前，農田灌溉技術豐富多樣，主要涵蓋傳統地面灌溉、低壓管道輸水灌溉、噴灌以及滴灌。傳統地面灌溉包含大水漫灌、畦灌等方式，因其操作簡便且成本較低，在部分地區依舊廣泛應用，占比約達 40% 。低壓管道輸水灌溉憑借能在一定程度上減少輸水過程水量損失的優勢，在平原地區應用頗為廣泛，占比約為35% 。噴灌與滴灌皆為高效節水灌溉技術，其中噴灌占比較小，約為 15% ，但近年來呈現出逐年增長的態勢;滴灌占比約 10% ，同樣增長趨勢明顯。這些不同的灌溉技術，因各自特點與優勢，在不同區域和場景中發揮著重要作用，共同為農業生產的水資源合理利用和農作物生長提供支撐。

二、現有農田灌溉技術存在的問題

1、傳統灌溉技術效率低下

① 大水漫灌與畦灌

傳統漫灌與畦灌模式下，農田內部灌溉用水的分布情況差異顯著，不僅存在明顯的深層下滲問題，地表水流溢出田埂的現象也十分突出。這種低效的用水方式不僅造成寶貴水資源的嚴重損耗，還會加劇土壤內部氮、磷、鉀等核心營養元素的流失，這些物質是保障作物正常生長的關鍵養分，一旦隨水分淋溶到土壤深層，會直接導致耕地肥力衰退，長期下來極易引發農作物產量下滑。與此同時，地表徑流在田間快速流動的過程中，會帶走土壤表層富含有機質的肥沃土層，既進一步削弱土壤的生產能力，又會對周邊水體環境造成不良影響。徑流攜帶的泥沙與養分進入河流、湖泊等水體后，會引發水體富營養化等污染問題，進而破壞區域生態平衡。

② 溝渠輸水損失大

在傳統灌溉系統中，通過土渠輸水過程中，渠道滲漏是導致水量損失的重要原因。據統計，土渠輸水滲漏損失率可達 30% 50% ，尤其在土質疏松、渠道老化的地區，滲漏問題更為突出，極大地降低了灌溉水的輸送效率。

2、節水灌溉技術推廣障礙

① 初期投資成本高

噴灌和滴灌等高效節水灌溉系統，因其顯著的節水效果以及對農作物生長環境的精準調控能力，在現代農業發展中占據著重要地位。然而，這類系統建設過程中，從專門設備的購置，像不同規格的噴頭、適配各類地形與作物的滴灌帶、提供動力的水泵、保障水質的過濾器，到復雜的管道鋪設工程，再到最后的系統安裝調試，每一個環節都涉及大量資金投入，導致其初期投資成本居高不下。對于小規模農戶來說，通常經營規模有限，收入來源相對單一且不穩定，如此高額的前期投入，可能使他們繼續沿用傳統低效的灌溉方式，無法享受高效節水灌溉帶來的長期效益，并且進一步加劇農業生產中的貧富差距，不利于農業的均衡、可持續發展。

② 技術維護難度大

高效節水灌溉系統除了前期設備購置與安裝所需的一次性投入巨大外，后續維護成本同樣不容小。噴頭在長期使用過程中，極易因水中雜質堵塞或是頻繁開合導致磨損，一旦出現問題就需及時更換，這無疑增加了資金支出。滴灌帶受自然環境影響，老化、破損現象時有發生，而過濾器更是需要定期深度清洗，必要時還得更換關鍵部件，每一項維護工作都離不開資金與人力的投入。不僅如此，該系統依靠電力驅動水泵等核心設備，以常見的蔬菜種植基地為例，長時間運行所產生的用電成本日積月累也是一筆不小的費用。對于經營規模小、資金流轉本就不順暢的農戶而言，如此持續的高成本負擔，極大地打擊了他們采用高效節水灌溉系統的積極性。這致使在農業灌溉環節，傳統大水漫灌等低效方式仍被廣泛沿用，不僅造成水資源的大量浪費，農作物產量與質量也難以得到有效提升，嚴重阻礙了農業的可持續發展。

3、灌溉管理水平落后

① 缺乏精準灌溉理念

在廣大鄉村區域，農戶單純憑借過往種植經驗開展灌溉工作的現象十分普遍，這一現狀也讓普及科學化、精細化灌溉技術的重要性愈發凸顯。傳統經驗灌溉模式不僅大幅拉低了水資源的實際利用效率，還會對農作物的長期生長狀態與最終收成產生不利影響。比如在玉米種植過程中，如果農戶灌溉量過大，土壤中形成的積水會壓縮作物根系周圍的氧氣空間，進而干擾根系的正常呼吸功能與養分攝取過程，使得作物抵抗病蟲害的能力顯著下降；而若是灌溉量不足，作物的生理代謝活動會因生長所需的水分無法得到充分滿足而受到抑制，最終導致生長速度放緩、結實率降低，造成產量減產。

② 灌溉設施智能化程度低

當前，國內絕大部分農田的灌溉設備依舊依賴人工操作來實現管控。受限于自動化與智能化監測調控系統的缺失，土壤含水量、天氣變化等對灌溉至關重要的數據難以做到即時捕捉與反饋。在缺乏實時數據支撐的前提下，灌溉過程中的水量大小與供水時長自然無法實現自動適配與精準調控。這一現狀不僅造成了水資源的大量浪費，使得水資源的利用效率始終處于較低水平，還對農作物的正常生長發育產生了負面影響。農戶在實際灌溉操作中，很容易出現澆水過量或是供水不足的情況，而這兩種不當的灌溉方式，最終都會對農作物的最終產量造成不同程度的損害。

三、農田節水灌溉技術改造措施

1、推廣高效節水灌溉技術

① 滴灌技術優化與應用

滴灌技術是通過安裝在毛管上的滴頭、孔口或滴灌帶等灌水器，將水一滴一滴均勻而緩慢地滴入作物根區附近土壤中的灌溉方法。以黃瓜種植為例，與傳統大水漫灌相比，滴灌能使水分直接作用于作物根部，減少水分蒸發和深層滲漏，灌溉水有效利用率可達 90% 以上，同時能顯著提高黃瓜產量和品質。研究表明，采用滴灌技術后，黃瓜產量可提高 20%-30% ，果實的含糖量和維生素含量也有所增加。

在部分地區，水質不佳使得滴頭堵塞問題頻發，嚴重影響灌溉成效。因此選用抗堵塞性能更出色的滴灌帶，同時搭配具備粗濾、精濾等多環節的多級過濾裝置，能夠有效攔截水中泥沙、藻類等雜質，極大減少對滴頭的損害，保障灌溉系統持續穩定運作。在鹽堿地地區，土壤中的鹽堿成分遇水溶解，易在滴頭和管道內結晶結垢。通過在滴灌水中精準添加適量酸性物質，利用酸堿中和原理調節土壤酸堿度，不僅防止設備堵塞，還改善土壤理化性質，利于農作物扎根生長。另外，借助物聯網技術打造的智能滴灌控制系統，農戶通過手機APP，就能依據農田實際情況，遠程調控滴灌時間與水量，實現精準灌溉，有效避免水資源浪費，大幅提升灌溉效率，為農業生產帶來極大便利。

② 噴灌技術升級與推廣

噴灌技術是利用噴頭等專用設備將有壓水噴灑到空中，形成水滴降落到地面和作物表面的灌溉方式。在大面積糧棉種植區，噴灌技術得到了較好的應用。噴灌具有灌溉均勻、節水效果顯著、能改善田間小氣候等優點，可根據作物需水情況靈活調整噴灌強度和時間。在棉花種植中，采用噴灌技術可使灌溉水有效利用率達到 70%-80% ，相比傳統灌溉方式節水 30%-40% ，同時能減少棉花病蟲害的發生，提高棉花產量和纖維質量。

在噴灌設備升級改造中，為提升適用性與節能效果，采用了多種有效手段。低壓節能噴頭經特殊設計，將工作壓力和能耗大幅降低，還能維持超高的灌溉均勻度，降低了對水源壓力要求，適應更多水源條件。優化噴灌系統布局時，針對地勢起伏地塊，借精準地形測量與專業軟件模擬，確定噴頭最佳安裝位，避免灌溉死角；依作物種植模式，合理設置密植小麥噴頭間距，稀疏果樹間距，提升灌溉均勻度并降低成本。智能氣象監測設備實時采集風速、溫度、濕度等數據，根據風速限值，噴頭自動降低噴射高度與流量、延長噴灌時間；根據氣溫和濕度限值，自動提高噴灌強度與頻率，從而提升節水率。

2、對傳統灌溉系統進行智能化改造

① 低壓管道輸水系統智能化升級

為提升低壓管道輸水灌溉系統在灌溉管理方面的效能，可采取如下改進措施：在流量控制與監測設備安裝上，于每個出水口部署智能流量傳感器，實時采集流量數據并傳輸至中央控制系統，同時配備與之聯動的電動調節閥，當流量異常時自動調節開度，保障各出水口流量穩定以實現均勻灌溉。通過開發專屬的智能化灌溉管理平臺，連接所有相關設備，管理人員能直觀獲取各出水口實時及累計用水信息，并利用數據分析功能，依據土壤濕度、作物需水特性制定個性化灌溉計劃，自動控制出水口開閉實現按需灌溉。此外，要對操作人員開展全面培訓，使其熟練掌握設備及平臺操作，還需建立定期維護制度，由專業人員檢查校準設備，及時處理故障，確保系統穩定運行。例如在小麥種植區，對低壓管道輸水系統進行智能化改造后，灌溉水有效利用率提高了 10%-15% ，同時減少了人工灌溉的工作量，降低了灌溉成本。農戶可通過手機APP查看灌溉數據，遠程控制灌溉過程，實現了灌溉管理的智能化和精準化。

② 引入智能灌溉決策系統

智能灌溉決策系統依托物聯網感知、大數據分析與人工智能算法構建而成，是一套面向農業生產的專業化灌溉管理方案。在實際應用中，該系統借助部署于果園田間的土壤情監測終端、小型自動氣象站等設備，全天候捕捉土壤含水量、土層溫度、空氣濕度、日照時長及田間風速等關鍵環境參數，隨后結合果樹全周期生長模型與農業專家經驗知識庫，通過多維度數據運算算法，為種植戶輸出精細化灌溉指導方案，具體涵蓋最佳灌溉時段、單次灌溉量及灌溉頻率等核心內容。

四、農田節水灌溉技術應用效果

1、節水效果顯著

通過大力普及高效節水灌溉技術，并對傳統灌溉設施開展智能化升級改造，當前農田節水工作已取得顯著成效。相關調研數據顯示，相較于傳統灌溉模式，采用高效節水灌溉手段后，每年可減少約30億立方米的水資源消耗。具體來看，滴灌與噴灌技術的大規模推廣，讓灌溉用水的有效利用率平均提升 30‰ 40% ，在部分區域這一指標更是突破了 50% 。值得關注的是，在多個節水灌溉試點區域，得益于綜合節水措施的全面落地，農業用水總量已實現連續三年遞減，切實為當地緩解水資源供需矛盾提供了有力支撐。

2、經濟效益提升

節水灌溉工藝與智能灌溉體系在顯著壓縮灌溉綜合成本方面發揮著關鍵作用。以滴灌技術為例，其能精準輸送水分至作物根系，從源頭減少水資源無效損耗，不僅直接降低灌溉總用水量，更同步減少了水費支出；而智能灌溉體系所搭載的多類型傳感器，可實時捕捉土壤情、氣象變化及作物實際需水情況，通過自動調控供水時長與水量，徹底擺脫了對人工持續值守的依賴，大幅減輕人工灌溉作業強度，進而實現勞動力成本的有效控制。與此同時，這類技術還能顯著提升作物產量與品質，通過精細化的灌溉管理，為作物全生育期提供最適宜的水分環境，助力作物穩健生長。

3、生態效益突出

推進水資源浪費與污染的雙重治理，離不開節水灌溉技術的支撐。這類技術能顯著降低灌溉用水的深層滲透量與地表流失量，從源頭規避了過量供水引發的土壤養分流失問題，同時大幅減少農田排水對周邊水體的污染風險。借助科學調控灌溉水量，農藥與化肥隨水流滲入水體的可能性被有效降低，水環境的整體保護效果得到強化。以部分鹽堿化區域為例，滴灌與微噴灌技術的應用，成功遏制了土壤鹽分的異常遷移，不僅防止了土壤次生鹽堿化趨勢的惡化，還進一步改善了土壤自身的生態條件。與此同時，節水灌溉技術的廣泛普及，讓有限的水資源實現了更高效的分配與利用，為生態系統所需水量提供了可靠保障。在臨近河流、湖泊的農田區域，相關節水措施的落地，減輕了農業生產對河湖水資源的過度依賴，這對于維持河流穩定徑流、保護濕地生態系統完整性，以及推動區域生態平衡發展均具有重要意義。

總體來看，對農田節水灌溉技術展開改造與實際運用后，在水資源節約、農業經濟提升以及生態環境改善等多個維度均收獲了突出成果。具體而言，大力普及滴灌、噴灌這類高效節水灌溉方式，并借助智能化手段對傳統灌溉設施進行升級改造，不僅切實提升了水資源的綜合利用效率，還進一步增加了農業生產的經濟收益，同時對周邊生態環境起到了良好的改善作用。不過，當前農田節水灌溉技術在推廣落地過程中仍存在不少阻礙，未來需要強化農田節水灌溉技術的宣傳推廣工作，幫助農戶提升節水意識與科學種植素養；同時要加大節水灌溉設備的研發創新投入，在降低設備生產成本的同時，提升設備的質量穩定性與使用可靠性；此外，還需完善節水灌溉技術的配套服務體系，重點加強技術培訓指導與設備日常維護保養服務。與此同時，要結合區域水資源實際情況與農業長遠發展規劃，制定科學合理的農田節水灌溉發展策略，持續推動節水灌溉技術的優化升級與廣泛應用，為農業可持續發展筑牢堅實基礎。

（作者單位：256800山東省濱州市沾化區富源街道辦事處）