激光平地技術(shù)對秋澆灌溉效率的影響

王瑞萍，王 鵬，梁春霞

（1.巴彥淖爾市水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)河套水務(wù)集團有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

1 秋澆灌溉與激光平地技術(shù)

1.1 秋澆灌溉

河套灌區(qū)氣候干燥、少雨、蒸發(fā)強烈，再加上不良的灌溉、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的影響，致使排水不暢，土壤鹽堿化普遍存在。秋澆的目的主要是通過灌溉淋鹽儲墑，使春播時土壤水分及鹽分能滿足作物發(fā)芽、苗期正常生長的要求，但是如果灌水量過大，不僅浪費水量，而且會造成地下水位大幅上升、土壤次生鹽堿化和潮塌返漿等問題，這些問題的長期存在會嚴重影響秋澆的灌水效果和灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 激光平地技術(shù)

平整土地是農(nóng)田基本建設(shè)的重要組成部分，是改造中低產(chǎn)田的有效手段，一般分為常規(guī)平地和精細平地兩種。常規(guī)平地受機具設(shè)備缺陷和人工操作精度等因素制約，平整精度達到一定程度后將無法繼續(xù)提高。而激光平地技術(shù)，是高科技激光控制技術(shù)與常規(guī)機械平地技術(shù)相結(jié)合的土地平整新技術(shù)，能夠大幅度提高田間土地平整精度，是一項提高農(nóng)田土地利用率、增產(chǎn)增效、改進地面灌溉質(zhì)量的突破性技術(shù)。激光平地技術(shù)對改善土壤品質(zhì)、節(jié)省灌溉用水、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、減少測量成本、減少化肥流失具有顯著效果，值得積極倡導(dǎo)和大面積推廣應(yīng)用。

自20世紀70年代中期始，農(nóng)田土地激光平地技術(shù)在國外已得到廣泛應(yīng)用，但在我國僅剛步入應(yīng)用研究階段[2]。截至目前，大量研究表明，借助高新技術(shù)對農(nóng)田土地進行高精度平整，不僅可以提高灌溉效率和灌水均勻度25%以上，增產(chǎn) 20%以上[3、4]，還能適度擴大畦田規(guī)格、減少田（渠）埂占地面積1.5%～3%[5]，具有顯著的節(jié)水、增產(chǎn)、省工、提高土地利用率等效果，并為實現(xiàn)精量播種、精量施肥、精確收割等一系列農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)[6]。

農(nóng)田表面平整狀況對地面灌溉質(zhì)量和效率有著重要影響，應(yīng)用激光控制平地技術(shù)進行農(nóng)田土地平整，可以有效改善農(nóng)田表面狀況，提高農(nóng)田灌溉水的利用率，實現(xiàn)精細地面灌溉[7]。如，在秋澆前配合進行激光平地，可大幅度提高秋澆灌溉效率和減少秋澆灌溉用水量，有力保障秋澆灌溉的有效作用。

2 試驗設(shè)計與結(jié)果分析

2.1 試驗設(shè)計

試驗地塊位于河套灌區(qū)上游的磴口壩楞試驗區(qū)，在秋澆前對秋收后的部分試驗地塊進行激光平地，秋澆時隨機選取激光平整地塊和未平整地塊進行秋澆灌溉對比試驗。本試驗選取的激光平地平整地塊規(guī)格為 50 m×37 m，約 0.18 hm2，原狀未平整對比地塊規(guī)格為 50 m×21 m，約 0.11 hm2。 秋澆時，沿地塊畦長方向每隔5 m設(shè)置一個帶刻度的標尺，用以觀測計算水流推進時間、推進速度和儲水深度等參數(shù)。由于本試驗地塊后續(xù)將開展作物非充分灌溉試驗，為了利于農(nóng)作物生長、改善土壤條件、避免土壤鹽堿化，灌水量按照當(dāng)?shù)厍餄擦?xí)慣進行，并通過三角量水堰進行量水計算灌溉用水量。

2.2 試驗結(jié)果與分析

2.2.1 試驗結(jié)果

土地平整精度通常采用田塊內(nèi)所有測點處地面相對高程的標準偏差值（Sd）[4]予以定量描述。本試驗中，通過激光平地技術(shù)平整地塊標準偏差值（Sd）由平地前的4.13 cm下降到平地后的1.5 cm，絕對改善度為2.63 cm，相對改善度為63.7%。激光平地實現(xiàn)了常規(guī)土地平整無法達到的土地平整精度，其平地精度高，作業(yè)效率高。

秋澆灌溉過程中，通過觀測水流推進、消退耗時和田間儲水深度，計算水流推進速度、消退速度等參數(shù)（詳見表1-2），并繪制水流推進速度對比曲線圖和水流消退速度對比曲線圖（如圖1-2所示），在此基礎(chǔ)上，對激光平地技術(shù)平整地塊的秋澆灌溉效率進行評價。

表1 激光平地技術(shù)平整地塊灌溉過程觀測數(shù)據(jù)

圖1 水流推進速度對比曲線

圖2 水面消退速度對比曲線

地塊灌水期間，通過讀取三角量水堰標尺讀數(shù)，計算灌溉用水量，具體數(shù)據(jù)見表3-4。通過數(shù)據(jù)對比，評價激光平地技術(shù)平整地塊的秋澆節(jié)水效果。

表3 激光平地技術(shù)平整地塊灌水量

表4 未平整地塊灌水量

2.2.2 試驗結(jié)果分析

從灌溉水流的推進時間來看，由于未平整的地面高低不平，土壤的孔隙率大，下滲速度大，所以其推進到畦尾所需的時間較長，是激光平整地塊所需時間的2倍多；從推進速度來看，激光平整地塊的水流推進速度是未平整地塊的2倍。另外，從圖1可以看出，激光平整后的地塊地面平整，由于下滲速度小，保水能力大大提高，推進速度曲線變化幅度比較平緩；而未平整地塊，由于地面高低不平，儲水深度不均勻，推進速度曲線波動幅度較大。

從消退時間來看，激光平整地塊的水面消退時間是未平整地塊的1.5倍；從消退速度來看，未平整地塊的水面消退速度是激光平整地塊的1.2倍，數(shù)據(jù)之間的差距并不顯著，這是由于未平整地塊的表面較疏松，灌溉時的下滲速度比平整地塊的要高，直至灌溉結(jié)束后，未平整地塊的土壤深層含水率比激光平整地塊的含水率要高，各土層的含水率差值小，壓力差也相對小，所以在消退速度上未平整地塊雖然大于平整地塊但差值不明顯。從圖2可以看出，由于受到水面儲水深度不均勻的影響，未平整地塊水面消退速度曲線的變化幅度較大。

利用激光技術(shù)精密平地，可達到高低差較小的理想平面，只需適量的水進行淺水灌溉，即可達到目的，地面平整減少了土壤深層的滲透，灌水均勻，灌溉效率提高。按照地塊達到灌溉用水的要求，激光平地技術(shù)平整地塊灌水時間為344.44min/hm2，未平整地塊灌水時間為845.45min/hm2，前者較后者節(jié)省灌水時間501 min/hm2；平整地塊的灌溉量為1 764.17 m3/hm2，未平整地塊灌溉量為2 160 m3/hm2，可節(jié)水395.83 m3/hm2，節(jié)水效率為 18.3%，基本上達到了省時、省水，省費用的目的。

3 結(jié)論與建議

從本試驗可以看出，水流推進畦尾所需的時間越長，灌水質(zhì)量越差。激光平地技術(shù)平整的地塊灌溉用水量減少的原因在于通過應(yīng)用激光平地技術(shù)對田面進行精平，可以明顯地消除田面的無效蓄水坑及高差，改善畦田地面不平整狀況，從而可以確保水流平穩(wěn)、順暢地推進到畦尾，減少了田間深層滲漏損失。因此，激光平地技術(shù)作為秋澆灌溉前的土地平整技術(shù)是先進、節(jié)水、高效和可行的[8]。

[1]熊志平，孟春紅.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)秋澆定額研究[J].人民黃河，2002，24（7）：44-45.

[2]張輝.激光平地技術(shù)在土地平整工程中的應(yīng)用探討[J].甘肅水利水電技術(shù)，2009，45（8）：35-36.

[3]李益農(nóng)，許迪，李福祥.激光控制土地精平技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用效果評價[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2008， 24（5）：69-73.

[4]許迪，李益農(nóng).精細地面灌溉技術(shù)體系及其研究進展[J].水利學(xué)報，2007， 38（5）：529-537.

[5]李愈，姜鴻君，宋立文.激光平地技術(shù)在水稻格田中的應(yīng)用[J].新疆農(nóng)墾科技，2001（5）：30-31.

[6]任文濤，胡忠飛，崔紅光.激光平地乳芽直播節(jié)水效果的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2003， 19（3）：72-75.

[7]劉剛，林建涵，司永盛.激光控制平地系統(tǒng)設(shè)計與試驗分析[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2006，37（1）：71-74.

[8]許景城.應(yīng)大力開展激光平地技術(shù)推廣工作[J].農(nóng)業(yè)機械化與電氣化，2006（1）：29-30.