节水灌溉技术研究

2009-04-23韩立岩那婉姣王亮

现代农业科技 2009年4期

韩立岩　那婉姣　王　亮

摘要水资源是人类赖以生存的重要资源之一。综述了我国节水灌溉技术的现状、主要的技术措施及发展趋势，指出发展节水灌溉势在必行。我国节水灌溉工程技术与农艺技术虽然有了长足的发展，但只有将传统节水灌溉技术与现代高新技术有效结合，才能迅速提升我国节水灌溉水平。

关键词节水灌溉；工程措施；农艺措施

中图分类号 S275 文献标识码A文章编号 1007-5739（2009）04-0141-02

我国人多、地少、水缺，全国人均占水量仅为世界平均水平的1/4，是世界上13个贫水国之一。21世纪将是我国从发展中国家转变为世界中等发达国家的重要时期，也是我国人口增加到16亿的高峰时期，农业用水危机将更为严峻，节水灌溉将成为我国农业发展迫切需要解决的重大问题[1]，是我国农业发展的一场革命，其中节水技术的应用将成为农业可持续发展的关键。目前，我国一方面水资源紧缺，另一方面又存在水资源严重浪费的现象。由于粮食生产的极端重要性和灌溉用水量大、效率低的特殊性，认真搞好农业节水，大力发展节水灌溉，形成节水型社会，已成为我国的一项基本国策。因此，发展和推广节水灌溉技术对缓解我国水资源危机有着重要的现实意义。

1国内节水灌溉技术现状

节水灌溉技术大致可分为节水灌溉工程技术和节水灌溉农艺技术。目前，我国耕地面积为1.30亿公顷，其中有效灌溉面积5 586.67万公顷，占耕地面积的43.0%[2]。根据《中国水利年鉴（2003）》的统计数据，截至2002年底，我国农业节水灌溉面积为1 866.67万公顷，占有效灌溉面积的33.4%；其中喷灌和微灌面积246.67万公顷，占节水灌溉面积的13.2%，占有效灌溉面积的4.4%；低压管道输水灌溉面积415.67万公顷，占节水灌溉面积的22.3%；其余为渠道防渗灌溉控制面积，占节水灌溉面积的64.5%。由此可见，我国有1/2以上的耕地面积没有灌溉设施，属于“望天田”；2/3的有效灌溉面积还在沿用传统落后的灌溉方法[3-5]。在节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉方式的微乎其微，绝大部分只是按低标准初步进行了节水改造，输水渠道的防渗衬砌率不到30.0%

[6]。因此，我国的节水灌溉面积尤其是高效节水灌溉面积存在着巨大的发展空间和潜力。

2节水灌溉技术措施

2.1集雨技术措施

提高天然降水的有效利用率，减少灌水次数和灌水定额，是最省投资的节水措施。对于有一定降水量的缺水地区，意义尤为重大。

在山丘地区进行常规的水利工程建设难度大，可通过集雨场汇集雨水，存放在水窖中，作为大田补灌和发展庭院经济的水源[6]。有条件的可配置简移式喷灌，进行作物关键生长期的灌溉，变雨养农业为集雨农业。集雨窑工程适应性强，技术要求简单，农户可自行施工，工程见效快，当年建设，当年可发挥效益，是山区群众脱贫致富的希望。

2.2工程技术措施

2.2.1渠道防渗灌溉技术。渠道防渗技术能最有效地减少渠道渗漏损失，提高农业用水利用率，更有效地利用水资源。浆砌块石衬砌防渗较土渠减少渗漏损失50%~60%，混凝土衬砌防渗较土渠减少渗漏损失60%~70%，由塑料薄膜防渗较土渠减少渗漏损失70%~80%[7]。

2.2.2低压管道灌溉技术。低压管道技术是以地埋管道代替沟渠，将低压水输送到田间农田的一种灌溉新技术，与土渠灌溉相比可节约水量25.5%~40.0%，平均为32.8%，减少渠灌占地10%，具有造价低廉、快速输水和便于管理等优点。近几年来，低压管道灌溉技术在我国北方特别是井灌区有较多发展。据统计，仅河北、山东等省近几年就发展了低压管道灌溉面积达113.33万公顷。这种灌溉具有节水、节能、省地、省工等优点[8，9]。有些省的井灌区用低压软管输水配水进行灌溉，俗称“小白龙”灌溉，可使水的利用率达到97%以上，单井灌溉面积扩大近1倍，可比土渠灌溉节电4.3%。

2.2.3喷、滴灌灌溉技术。喷、滴灌是目前国内外节水增产效果最好的田间灌溉工程[10-12]。其优点是适于坡地及不平整的耕地，节省土地，不易产生水土流失和土壤板结，有利于土壤微量生物良性循环，改善农田小气候，这是其他灌溉方法所不具备的，此外，喷灌设施还可发挥施肥、喷药等综合作用。但喷、滴灌投资大、技术含量高、管理难度大，在经济欠发达地区，可以适当搞小面积的试点，不宜大面积提倡，因农民既买不起，也管理不好，往往事倍功半。

2.2.4节水型地面灌溉。地面灌溉，如沟灌、畦灌等至今仍是我国广泛使用的灌水方法。传统的地面灌溉定额大、渗漏多，比其他方法费水。但是改进后，可节省很多水量。例如，平整土地、长畦改短畦、大畦改小畦、控制入畦流量和改水成数以及利用地膜输水（即膜上灌）等，均有显著的节水效果。地面灌溉节水的主要原理是控制灌水均匀度，不产生或少产生渗漏。由于地面灌溉应用面广，技术简单，现阶段仍是节水灌溉的重点应用课题之一[13，14]。

2.3农艺技术措施

2.3.1作物调亏灌溉技术。调亏灌溉是20世纪70年代中后期出现并逐步发展的一种新的节水灌溉技术，是在作物生长发育的某些阶段施加一定的干旱胁迫，有目的的使作物处于一定程度缺水的条件下，调节作物的光合产物向不同组织器官的分配，调控地上和地下生长动态，促进生殖生长，控制营养生长，舍弃有机合成物总量，提高经济产量，最终达到节水、高效、高产的目的。根据中国农科院商丘试验区研究结果，黄淮平原冬小麦全生育期需水量387.5mm，而小麦生长期平均有效降雨量只有173.0mm，尚亏缺214.5 mm，6 000kg/hm²以上的高产区灌溉定额为1 800m³/hm²，全生育期浇3次水，即冬灌、返青、拔节-抽穗期各浇1次水，最佳经济灌溉定额为1 200m³/hm²。棉花生长期需水量为379.6 mm，一般年份有效降雨量能满足其正常生长的需求，但年际间降水量差异大，遇伏旱时需要浇1次蕾期水或铃水。浇水量不宜过大，一般浇450~600m³/hm²。夏玉米生长期需水量365.9mm，同期年均有效降雨量276.5 mm，尚缺水89.4mm。一般年份夏玉米需要浇2水，即抽雄水和灌浆水，灌溉定额1 200mm[15-18]。干旱年需增加1次播期水，湿润年在灌浆期浇水即可。作物调亏灌溉具有广阔的推广应用前景，但目前还需进一步研究适宜于农民应用的田间实施技术。

2.3.2作物控制性分根交替灌溉技术。传统的灌溉方式是使作物根系土层达到充分湿润，而作物控制性分根交替灌溉是改变根系生长空间的土壤湿润方式，人为控制根区土壤某个区域的干燥或湿润，使作物根区土壤交替干燥，让其产生水分胁迫信号传递至叶气孔，形成最优气孔开度；另一部分生长在湿润区的根系正常吸水，以减少作物奢侈的蒸腾和植株间的无效蒸发，节约灌溉用水量。这一技术可节水30%以上，水分利用率提高40%~50%。实践证明，春小麦与春玉米套种隔畦灌，棉花、玉米等宽行作物隔沟灌或隔沟交替灌，湿润面积可减少50%、节水高达30%以上、增产幅度5%~10%。但目前还需进一步研究该种技术的最佳田间灌水技术方案，开发适于控制性分根交替灌溉的新型灌水器和与这种灌水技术相配套的作物栽培技术体系。

2.3.3水稻薄浅湿晒灌技术。传统的水稻灌溉一般是长期保持较深水层，有的地方还采用串灌、漫灌，水肥流失严重[19-20]。而采用薄、浅、湿、晒的灌溉制度，可取得很好的节水效果。其基本做法是薄水插秧、浅水返青，分粟前期田间湿润管理，分靡后期晒田，拔节抽穗期保持薄水，乳熟期保持田间湿润，黄熟期湿润落干。此方法在广西、江苏等地得到广泛推广，推广面积累计达178.2万公顷，可增产7.72%以上。由于水层浅，渗漏量和植株棵间蒸发量就大大减少，从而减少田间耗水量，年平均减少耗水量1 069mm/hm²，是值得在稻田大力推广的节水灌溉技术之一。此项技术投入小、收效大，但是此法受地域与自然条件影响大。

2.3.4咸水灌溉技术。微咸水灌溉技术主要包括不同水质的水混灌和轮灌技术。混灌是将2种不同的灌溉水混合使用，包括咸淡混灌、咸碱（低矿化碱性水）混灌和2种不同盐渍度的咸水混灌，降低灌溉水的总盐渍度或改变其盐分组成。混灌在提高灌溉水水质的同时，也增加了可灌水的总量，使以前不能使用的碱水或高盐渍度的咸水得以利用。轮灌是根据水资源分布、作物种类及其耐盐性和作物生育阶段等交替使用咸淡水进行灌溉的一种方法[21]。如旱季用咸水，雨后有河水时用淡水；强耐盐作物（如棉花）用咸水，弱耐盐作物（如小麦、玉米、大豆）用淡水；播前和苗期用淡水，而在作物的中、后期用咸水。轮灌可充分、有效地发挥咸淡水各自的作用和效益。

3我国节水灌溉技术发展趋势

近年来，现代高新技术发展迅速，目前在节水灌溉的高新技术中，最引人注目的是“3S”技术。“3S”技术的应用产生了数字水文、数字河流、数字渠道、数字灌区等概念。随着GIS空间信息处理及相应计算机软件、高性能微机工作站及数字地形高程（DEM）等技术的出现，使得与水文水环境、灌溉管理等有关的地理空间资料的获取、管理、分析、模拟和显示变为可能[8]。随着科技的飞速发展，有关高新技术已开始广泛应用于农业与生态节水领域，如土壤水分测定在时域反射法（TDR）技术成熟的基础上，开发经济实用的基于电容法、热惯量、近红外技术的快速测量仪表；基于作物蒸腾过程、叶面、空气温差与作物旱情的关系，利用红外测温技术诊断作物旱情的研究也取得许多进展；利用遥感技术监测大面积土壤墒情、作物旱情，以及短、中、长期的土壤墒情、作物旱情的预报技术研究方面也取得了长足发展[22-25]。

在作物水分信息采集与精量控制用水技术方面，国外已大量使用红外枪技术，并采用热脉冲技术测定作物茎秆的液流和蒸腾，用于指导精量灌溉[26-28]。20世纪70年代以来，美国、澳大利亚等国先后提出一些土壤与作物水分监测与预报的理论和方法，美国、以色列等国利用空间信息技术和计算机模拟技术，取得了较大进展，并且已进入田间生产应用阶段。随着作物和土壤水分监测与预报技术的发展，灌溉预报研究进展很快，美国、英国、澳大利亚等已提出几种具有代表性的节水灌溉预报程序，并进行了多年的实践。

在精准灌溉和灌溉系统的自动控制方面，我国与国际领先水平的差距还较大。发达国家为满足对灌溉系统管理灵活、准确、快捷的要求，非常重视空间信息技术、计算机技术、网络技术等高新技术的应用，大多采用自动控制运行方式，特别是对大型渠道工程多采用中央自动监控（遥测、遥讯、遥调）方式[29-31]。在大大减少调蓄工程数量、降低工程造价费用的同时，既满足了用户的需求，又有效地减少了弃水，提高了灌溉系统的运行性能与效率。遥感等高新技术已大面积用于区域作物耗水监测和土壤墒情及灌溉预报。

4结论

推进节水灌溉，不仅是技术问题，也是社会经济问题。目前，我国在节水灌溉工程与农艺技术方面都有相当的技术支撑与储备，但目前应用面积与范围尚小。建议国家继续加大节水灌溉工程技术的投入力度，在河（库）灌区大力发展渠道防渗技术；在井灌区积极推广低压管道输水灌溉技术；在山丘地区、干旱缺水地区和经济作物灌区发展喷灌技术、滴灌技术、膜下滴灌技术；在保护地蔬菜田推广渗灌技术；在干旱、半干旱的山丘地区发展雨水汇集利用技术。同时，强化田间节水灌溉配套农艺技术的研究与推广，结合“3S”技术、灌溉系统的自动控制技术，因地制宜推广作物调亏灌溉技术、作物控制性分根交替灌溉技术、水稻薄浅湿晒灌技术、咸水及劣质水灌溉技术等。建议国家和地方有关部门，组织有关领域的科研院校、技术推广部门，针对节水灌溉工程与农艺技术问题进行联合攻关，将工程和农艺节

水灌溉措施很好地结合起来，快速、大幅度地扩大节水灌溉技术的应用面积与范围，使我国的节水灌溉事业可持续发展，取得更好的节水效果、更大的经济效益、社会效益和环境效益。

5参考文献

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