韩辉生

（民乐县苏油口水管所，甘肃民乐 734506）

0 引言

甘肃省是西北内陆地区，属于大陆性气候，气候干燥，强风热风较多，缺水干旱现象较为严重，人均水资源严重不足。在部分干旱荒漠地区降水量极低，比如河西走廊一些区域年平均降水量仅为45 mm左右，加之光照时间较长，昼夜温差大，地表水分蒸发严重，农业用水量需求极度增大，城镇生活用水和工业用水需求急速增长，加剧了水资源短缺问题。而当前，甘肃农业灌溉工程仍然存在比较严重的浪费现象，受到传统观念影响，水资源利用效率较低，农户本身节水意识不强，仍然习惯于采用大水漫灌方式，滴灌、渗灌技术应用的范围不广，用水矛盾较为尖锐。而以色列等发达国家经验已经证明，即使在极度干旱的沙漠地带，采用高效节水灌溉技术，能够实现农业产业的根本性变革，引入滴灌、喷灌及水肥一体化等先进和设备，能够大大减少水资源蒸发和浪费，将水分直接输送到农作物根部，对于解决甘肃地区的农业水资源短缺问题有着重大的意义。

1 几种典型高效节水灌溉技术的应用及其机理分析

1.1 管道输水技术及其机理

该技术采用管道压力输送的方式，降低了输水过程中的水分损失，能有效控制自然运送中的水资源流失问题，还可以对水流的速度进行控制，减少了地面灌溉造成的水资源浪费现象。低压管道灌溉技术符合甘肃省干旱地带的农业管代特点，具有较好的应用价值，该项技术是不仅替代了传统明渠运输，解决因为长期阳光照射造成的蒸发问题，而且注意管道的压力控制，实现低压运输达到节水的目的。还能够结合、亏水控制、涌泉灌溉等技术，提高单方供水的效益。管道技术结合现代物联网技术，还能够对作物需水规律进行探索，把握农作物对水分亏缺的不敏感时期，精确分析亏分控制灌溉的影响系数。比如实践研究表明，可以在玉米苗期控制和减少其输水量，这样其根冠比率就能够得到一定程度的提升，提高其根系活性，增强水分吸收能力。在小麦生长前期进行节水灌溉控制，同样能够实现水分胁迫和干旱锻炼的目的。此外，葡萄、棉花、番茄等作物也具有此类特性，前期适当的水量控制也不会对产量造成重大影响。美国粮食高产的重要原因就是大量应用管灌技术。

1.2 喷灌、滴灌技术及其机理

喷灌、滴灌是高效的灌溉技术，更加直接有效地将水资源疏导到农作物根系，有效提高灌溉效率。喷灌可采用内镶贴片式、长流道等新型设备，能够优化孔口参数，更好地适应地形地貌，形成像人工降雨一样的效果，实现清洗农作物表面，降低流量偏差系数，改善叶片孔隙状况，大大地改善田间小气候。滴灌方式一滴一滴将将水肥注入作物根系，灌水均匀，水滴打击强度较小，降低了对作物的机械损伤，而且不破坏作物结构，不产生地面径流。为解决喷头堵塞等问题，微喷灌技术在喷灌技术的基础上得以发展，其技术机理是利用折射、旋转、辐射式微型喷头，实现高效灌溉的目的。在实际的应用中，喷头的口径，压力的设置和喷灌、滴灌都有很大差别，它的雾化标准更高，能在提高水资源利用率的同时，实现调节田间局部气候的作用。喷灌技术和水肥一体化技术结合，更适合当前智慧农业和绿色农业的发展要求，可有效节省资源，并提高资源的利用效率，有助于农田精细化管理的实施。以色列高效农业就是建立在40%喷灌和60%滴管的基础之上。

1.3 控制性分根交替灌溉

受限于技术水平，滴管技术存在使用寿命短，需要重复投资的缺点。而管道输送技术投资大，比渠道灌溉操作复杂。因此充分利用作物自身的特性节水也是有效的方法。生物节水技术是近年来的重要研究方法，典型代表是控制性分根交替灌溉，在作物受到水分胁迫时，根系可自发生成化学调节剂，输送到叶片之后，可控制其气孔开闭，减少无效蒸腾。在高效节水灌溉工程中，可以对根系两部分进行轮流灌溉，让部分根系水分保持充足状态，部分保持胁迫状态，能够大幅提高水资源利用率。在节约建设成本的基础上，可有效提升灌溉效率。在地下水不足时，可采用行走时机械进行部分灌溉，充分利用小型农机操作简单、机动性强等特点，进行针对性灌溉，也实现节约地表水的目的。

1.4 地膜覆盖技术

生物节水技术依赖农作物的自身机理，如果长期推行有限灌溉，又不能把握水肥耦合关系及其量化调控，可能会造成产量大幅下降。因此，要注重农艺生产过程中的节水技术应用。比如采用地膜覆盖技术，实现蓄水保墒和减少蒸腾的目的。研究显示，水分蒸发是制约干旱地区农作物生长的首要问题，通过地膜技术大大地降低了水分蒸发量，也解决了土壤板结的问题。针对甘肃省河流来水量下降，地下水资源不足的问题，将滴管技术和覆膜技术相结合，采用高透光有机可降解地膜材料，实现膜下滴管。精确控制使用量和时间，配合蓄水池等新系统，在灌溉时打开机井，控制水量。此外，还应做好深耕征地，比如在玉米种植中，前茬收后浅耕茬30 cm左右，立冬前做好蓄水保墒工作。

2 高效节水灌溉技术的应用路径

2.1 实施高效灌溉节水工程改造

规划高效节水灌溉面积，根据各地自然条件和水资源存量的现状，制定低压管道、膜下滴管等工程量清单。做好内镶式滴灌带、PC管道、多功能出水栓、管理房、阀门井、排水井等基础设施的设计。确保滴管、低压管道灌溉水利用率超过90%和95%，均匀度都要大于0.8，达到国际先进水平。在井水水源中，含有沙子等杂质，因此需要过滤器进行处理。滴管工程采用水肥一体化技术提升生产效率，采用选择压差式施肥罐解决化肥残留问题。通过阀门井对分水和配水进行控制。除水表等监测装置外，有条件的地区可以配置物联网智能监测设备，探测不同灌溉条件下作物的生长规律。还可对气候气象、土壤水分、灌溉利用率、成本收益等方面进行全面监测，在实践中不断改进方案。滴管工程的流量可以设计为 3L/h左右，同时提升PVC管材的承压和抗腐蚀能力。加强对水利工程的监督与管理，严格验收水利工程，一旦发现不达标的情况，及时整改，严厉处罚。

2.2 加大高效节水灌溉技术推广

建立政府主导，部门主管，地区落实和企业机构积极参与的推广体系，通过节水补贴和补助等方式鼓励农民采用高效节水灌溉技术。适当给予相应的补贴政策，实施节水补助、先干后补、以奖代补等措施，提高节水技术推广的效果。节水工程投资当依靠政府财富和企业资金，构建二元化投资模式。重点解决维护技术人员和资金不足的问题，深入到基层农村，切实提高节水灌溉设施的运营率利用率。重点改造老化设备，确保公开透明的前提下，投入资金进行维修改造。盘活闲置设施利用，利用专业合作社等组织充分进行高效节水灌溉设施利用。强化节水灌溉的宣传教育，通过乡镇流动广播、网络渠道进行宣传，鼓励农民积极参与。完善产权和管理运行机制，确保故障设备的维修费用落实。比如某地采用农户专人管理的方式，其滴管设备运行率可达到87%，而某地采用村委会+农户的模式，没有专人管理，设备运行率仅为39%。而在公司加农户的专业管理模式下，维修费用和专业维修队都可以保证，设备运行率就高达100%。农户作为高效节水设备的受益人，他们就要自己承担维护费用。还要建立专业化的队伍进行推广，明确职责分工，创新管理方式，切实提高高效节水设施的效益。

2.3 不断改进和创新技术

不仅要改变作物的供水技术，还要将高效节水农业和农业机械化、园艺技术、农艺技术、先进管理相结合，实现作物的增产增效。比如棉花覆膜下滴管技术在套种方面就需要进一步研发，因此其灌溉定额为4 000 m3/hm2左右，小于红枣的6 000 m3/hm2。一些作物在采用灌溉之后，会影响到生产品质，以果树为例，大水漫灌下，根系半径和根深可达1.5～2 m，但是节水灌溉后，几年内容易减产。再比如，红枣在盛果期需要大量水分，如果水量跟不上，也容易造成品质和产量下降。因此可以对现有滴灌和覆膜技术进行改进，引入喷头智能调节等模式，使滴管水量能够满足套种、轮作等需求，同时对覆膜进行改进，比如采用滤光膜，遮住不需要的阳光，促进作物生长。由于甘肃地区日照强烈，因此本研究不建议采用渠道防渗技术，但是也可以通过渠道覆膜等方式防止蒸发。覆膜滴灌是适应甘肃干旱地区的高效节水灌溉技术，是需要重点研究的技术。比如可以根据地方气候特点，将集水技术和节水灌溉技术结合。具体来说可以，可以根据当地条件不同建设雨水花园，对雨水进行收集处理，然后接入到滴管管道，进一步发挥节能节水的作用。对于经济欠发达地区，也可以采用秸秆、地膜叠加蓄水空间，采用水窖、水窑、旱井集水，维持土壤水分平衡，抑制地表水分蒸发。此外，在灌溉中，还可以采用无人机精准灌溉提升灌溉精度，使用移动式管道喷灌降低维护成本，使用空中雨水收集容器或绿色植物雨水收集系统与滴灌技术相结合，弥补传统水网的不足。

2.4 完善相关保障措施

加强节水灌溉制度建设，推动经营主体市场化改革，建立标准化运行体系。如采用政府购买高效节水灌溉服务的方式，相关部门提供技术管理服务，建立利益缔结方式，划分责任田，对滴管系统实现网格化管理，确保系统高效运行。明确节水灌溉技术人员的责任和报酬，可以在本村中选拔优秀人员承担技术职责，以绩效方式灵活发放薪酬。比如产量超出10%，薪酬相应增加10%，如果减产，到期可以解除聘用。在水利工程投入使用后，要建立长效服务和运营管理机制，建立日常检查和维护制度。基础部分的水利工程构建完成，接下来就是在实际的农业生产中的用水了，用水时，需要结合节水措施的基础合理的对节水技术和节水措施进行利用，严格按照科学制度进行用水。强化生态治理，加强植树造林和防风防沙工程。甘肃河西走廊地区有大量的荒漠化地带，要重点对这些地区进行绿化建设，种植保水耐旱的植物，降低沙漠化的趋势。参考甘肃沙漠都江堰的生态工程的经验，让沙害与水害互治，清洪分离、多级疏流、渗滤净化，提升绿化水平，将洪水变成可利用的水资源。推动智慧农业的发展，加强水利信息化的建设，以网络基础建设来推动农田水利治理的水平提升。通过智能监测设备自动把握光、温、水、肥对作物生长的影响，将人工劳动力解放出来投入到生产技术的改进当中，而从更好地发挥生物胁迫等技术的应用。

3 结语

实践显示，应用高效节水灌溉技术适应甘肃地区干旱少雨的特点，不仅减少了灌溉运输和蒸腾过程中的损失，而且还满足作物不同生长期的水肥需要，提高了灌溉效率，实现了节本增效。在试验区的调查结果显示，管灌方式节水量每近90 m3/667m2，节省人工超过50元/667m2，滴灌方式节水量达260 m3/667m2，每亩节省人工超过60元，而作物产量也都不同程度有所增长。有限灌溉也可以让提高作用效率，提升农作物干物质积累量，更好地发挥其生长胁迫和次新代谢效用。在保土保肥、降低污染、稳定生态系统方面作用也尤为明显。因此未来要进一步予以推广，将覆膜滴管和低压管道等技术进一步发展和应用。