张继伟

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

根据相关数据统计预测，我国人口在2030年将达到16亿，年粮食需求将增加到6.4亿～7.3亿t，根据我国农业发展要求，为了满足粮食需求，农业灌溉面积应发展至6 000万hm2左右，根据现有的农业灌溉用水量，预计在2030年农业灌溉用水量将达到6 500亿m3。因此，为解决耕地面积有限、灌溉用水紧缺的局面，发展节水灌溉技术是实现农业可持续发展的必经之路。

目前，农业应用较为广泛的节水灌溉措施主要包括渠道防渗技术、滴管技术、水肥一体化技术，还涌现出一批节水灌溉新技术，如加气灌溉技术及再生水灌溉技术等，为农业节水灌溉技术的发展提供新的发展思路与需求。

1 农业节水灌溉技术研究现状

1.1 节水灌溉含义

我国《节水灌溉工程技术规范》中对节水灌溉的定义为：根据不同作物不同生育时期需水规律及地区水资源条件，对降水及农业灌溉水进行高效利用，是保证农业生产效益最大化的主要措施。

1.2 节水灌溉技术体系分类

节水灌溉体系主要包括工程技术类节水、管理类节水及政策类节水灌溉措施。

1.2.1 工程技术类节水灌溉措施

1)水资源合理开发利用技术。主要是指利用相关工程技术措施，对天然水资源进行合理的调控、分配与开采，为农业发展提供必要的水资源，主要开发技术包括雨水蓄集利用技术、坑塘截流调控地下水技术、深沟河网蓄水技术、机井改造技术及再生水灌溉回收利用技术等。

2)渠道防渗技术。是指为了减少输水渠道渗漏损失而采取的工程技术措施，是目前应用广泛的节水灌溉技术之一。采用该技术可以将水资源利用系数从0.24提高到0.56左右，减少水资源输送损失。

3)低压管道输水灌溉(管灌)。是指采用低压管道代替传统明水渠输水灌溉的几种措施，低压管道输水可以减少输水过程中的渗漏和水分蒸发损失，提高输水效率。

1.2.2 管理类节水灌溉措施

管理类节水灌溉措施主要是进行实时节水灌溉制度，制定土壤墒情监测预警技术、农业灌溉区域配水技术及现代化管理技术等。

1.2.3 政策类节水灌溉措施

政策类节水灌溉技术措施主要是指根据当地农业发展现状建立节水灌溉技术服务体系，改进水资源管理体系，改变水价收费等方法，进而制定可持续发展节水灌溉政策等。

2 地面灌溉节水技术

地面灌溉节水技术是我国主要的灌溉技术之一，占我国农业灌溉总面积的95%以上，提高地面灌溉节水技术利用效率是提高农田水资源利用效率，从根本上缓解我国水资源短缺的主要实施途径。

2.1 地面灌溉技术主要类型

2.1.1 畦灌

畦灌是指将农业生产试验区划分成多个狭长的小地块，灌溉水从毛渠放入畦中以薄层水流动，流动过程中逐渐渗透湿润土壤，主要包括顺畦和横畦两种灌溉方式，如图1(a)、(b)所示。畦灌适合用于小麦、谷物及花生等窄行距、种植密度大的作物，在使用过程中主要受到供水情况、土壤质地及土地平整度的影响。

图1 畦灌主要类型示意图

2.1.2 沟灌

沟灌主要是在作物种植行间开挖灌水沟，灌溉水进入灌水沟后在流动过程中借助土壤毛细管的作用从灌水沟壁逐渐渗透，采用此方法进行作物灌溉有利于保持土壤结构，减少灌溉水的蒸发损失，但是由于需要挖沟，劳动强度较大。

2.1.3 膜上灌溉技术

膜上灌溉是指在地膜覆盖的基础上，将膜侧灌水改为膜上灌溉，将灌溉水通过放苗孔进行局部灌溉，可以改善土壤水分供应条件，提高地温，解决水土流失等问题，而且膜上灌溉可以保持土壤良好的通气性，保证土壤的疏松不板结。

2.2 地面灌溉质量评价体系

2.2.1 节水增产率

节水增产率是指在同样农业生产条件及气候自然条件下，与传统灌溉技术相比，其单位面积产量增加百分数，计算公式如式(1)所示。

(1)

式中Fy—节水增产率，%；

Y1,Y2—两种灌水方法或两项灌水技术的平均单位面积产量，kg·hm-2。

2.2.2 节水率

节水率是节水灌溉技术体系下重要的评价指标之一，计算公式如式(3)所示。

(3)

式中ηa—节水率，%；

W1,W2—两种灌溉方法单位面积上灌溉用水量，通常可用实际的灌水定额计算，m3·(667 m2)-1。

3 微灌工程技术

3.1 滴灌技术

滴灌主要分为地表滴灌技术及地下滴灌技术两种发展模式，是目前农业生产中最节水的灌溉技术之一。由于滴灌技术需要投入相应的管道及设备，最初只应用在经济作物的生产中，随着后续技术的逐渐完善，经济效益的逐渐显现，开始广泛应用于大田作物，是目前应用最为广泛的节水灌溉技术之一。滴灌技术可以实现精准灌溉，灌溉水只湿润作物生长部分，可以减少灌溉水的投入，减少水分的无效蒸发，还可以防止杂草生长，且不易产生地表径流。

3.2 水肥一体化技术

水肥一体化技术是在滴灌技术上发展起来的一种新型农业灌溉方式，通过注入水中的肥料，可以提供足够的水分和养分，实现水肥精准灌溉，提高肥料利用效率，减少化肥、农药由于地表径流造成的农田环境污染。由于滴灌能够及时适量供水、供肥，因此，水肥一体化技术可以在提高农作物产量的同时，提高和改善农产品的品质。

3.3 加气灌溉技术

地下滴灌技术是目前应用最为广泛的田间节水灌溉技术，可以显著提高水分、养分利用效率，实现精准灌溉与施肥，但是，灌溉水分入渗会驱替土壤孔隙中的空气，导致土壤出现周期性滞水，造成土壤通气性下降，土壤氧气含量降低，限制土壤呼吸，进而造成根系对水分和营养物质的吸收下降，作物地上部分则表现为叶片萎缩，作物鲜重和干重显著下降，最终导致作物产量和品质的下降，成为农作物高产、稳产的主要限制条件。加气灌溉技术是在地下滴灌的基础上，利用空气泵或者罗茨风机等通风装置向作物根部土壤增加空气，进而达到提高灌溉水中O2含量的目的，为作物根系生长提供一个良好的水、气环境，可以有效促进农作物植株的生长，达到作物提质增产的目的。

4 农业节水灌溉技术发展趋势

4.1 发展精细化灌溉技术

目前，我国已经基本实现了农业低压管道输水技术，未来应继续发展大型渠道灌溉管道化，并逐渐加强管道管材的生产研发。另一方面，加强地面平整是提高地面灌溉效率的重要前提，因此，应配合激光平地技术、水平灌溉技术及土壤墒情自动监测技术等改进地面灌溉效率，逐渐实现农业生产水资源适时适量的精细灌溉发展。

4.2 推广非充分灌溉技术

非充分灌溉技术是将生物技术、信息技术与灌溉技术相互连接与支持，创建一种新型灌溉理论技术体系，例如减少灌溉次数等提高灌水利用效率，目前仍然处于研究阶段。

4.3 “3S”技术在节水灌溉中的应用

“3S”技术主要包括遥感技术(RS)、地理信息管理技术(GIS)和全球定位系统技术(GPS)，利用“3S”对农业生产空间信息进行采集、处理、管理及分析，能保证农业灌溉技术更加规范、科学与合理。

4.4 发展其他新型节水灌溉技术

4.4.1 污水灌溉技术

污水灌溉技术是指利用污水进行农业灌溉，利用泥土、微生物及作物等分解污水中的一些物质。首先对污水进行积淀、过滤，去除固体污染物或加入杀菌剂等，保证污水处理后符合灌溉水标准，但是该技术需在专家指导下进行田间应用。

4.4.2 利用空气水分进行灌溉

主要是利用相关措施收集空气中的水分，直接供给作物或者汇聚后再进行灌溉，对于沙漠地区及缺少淡水资源的农业生产区域是一种可行办法，但是目前水分收集设备十分昂贵，在今后的发展中，如何降低生产成本是重点解决的问题。

4.4.3 光伏提水技术

光伏提水技术主要由太阳能板、控制室及水泵等组成(图2)，可以实现节电、节水、节约能源的目的。

图2 光伏提水系统示意图

5 结论

农业灌溉资源短缺、灌溉利用效率低是限制我国农业可持续发展的主要因素，因此，开展节水灌溉技术的研究对于稳定我国农业可持续发展具有重要意义。本研究系统阐述了目前应用最为广泛的节水灌溉技术发展模式，并系统分析了节水灌溉技术下水稻节水灌溉理论依据及发展模式，研究结果对于推动我国农业可持续发展，保证我国粮食安全具有重要意义。

(05)