現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

趙英，郭旭新，霍海霞，閆小紅，杜璇

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程分院，陜西 楊凌 712100）

1 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水新技術(shù)的應(yīng)用

水是農(nóng)業(yè)的命脈，要保證在耕地面積上獲得足夠的糧食產(chǎn)量，首先就要保證農(nóng)業(yè)用水，要從開(kāi)源和節(jié)流兩方面入手。

1.1 水源增量節(jié)水新技術(shù)

灌溉水源對(duì)水質(zhì)有一定的要求，一般多采用地表水和地下水等淡水資源灌溉。目前中國(guó)已經(jīng)擁有了相關(guān)技術(shù)，可以收集利用雨水，開(kāi)發(fā)利用微咸水、海水、中水等非常規(guī)水資源用于農(nóng)業(yè)灌溉，大大緩解了農(nóng)業(yè)與工業(yè)及生活用水之間的競(jìng)爭(zhēng)。

1.1.1 雨水集蓄利用技術(shù)

雨水集蓄利用技術(shù)主要用來(lái)解決人畜飲用水困難、發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)和小片土地的節(jié)水灌溉，以及為畜牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供所需的水源。雨水農(nóng)業(yè)利用的形式主要有三種，分別是自然利用、疊加利用與聚集利用。

自然利用是對(duì)雨水的就地直接利用。例如對(duì)收割后的麥田、玉米田進(jìn)行秸稈還田覆蓋，當(dāng)遇到降雨時(shí)，秸稈可以吸收更多的水分，同時(shí)阻止地表徑流，減少水分蒸發(fā)，增加土壤儲(chǔ)水量和水分入滲效率，抗旱保墑效果顯著。目前，秸稈覆蓋保護(hù)性耕作技術(shù)在遼寧、吉林等地得到了大面積推廣應(yīng)用，有效保護(hù)了黑土地這個(gè)“耕地中的大熊貓”。

疊加利用是在農(nóng)田就地聚集雨水。采用小區(qū)集水種植技術(shù)、魚(yú)鱗坑、隔坡（集流）梯田、平地起壟地膜覆蓋保墑等技術(shù)，將非耕地上的雨水引到耕地中，以實(shí)現(xiàn)“雨量疊加增值”。魚(yú)鱗坑在黃土高原丘陵坡地具有良好的蓄水保墑效果。

聚集利用是利用一系列工程措施，將天然降水聚集并儲(chǔ)存起來(lái)用于農(nóng)田灌溉，使自然降水變成時(shí)空均可調(diào)節(jié)的現(xiàn)實(shí)水資源。雨水集蓄利用系統(tǒng)通常包括集水工程、蓄水工程和灌溉工程。由于雨水集蓄難度大，集蓄水量相對(duì)有限，通常都采用最為節(jié)水的灌溉方式，目前主要采用滴灌、微噴灌等灌溉方式。

1.1.2 微咸水灌溉技術(shù)

用于灌溉的微咸水是指礦化度在2～5 g/L 的含鹽水。華北、西北及沿海地區(qū)具有豐富的微咸水資源，主要以淺層地下水形式存在，易于開(kāi)采，具有巨大的開(kāi)發(fā)利用潛力。使用微咸水代替淡水進(jìn)行農(nóng)田灌溉可以有效緩解農(nóng)業(yè)用水緊張問(wèn)題。不同作物、不同生育階段對(duì)于微咸水的耐受能力不同，用微咸水直接灌溉對(duì)作物及土壤的安全影響較大，目前多采用咸淡水混灌和咸淡水交替灌溉的方式，預(yù)計(jì)到2030年，農(nóng)業(yè)微咸水灌溉量將增長(zhǎng)10億m3左右。

1.1.3 海水淡化利用灌溉技術(shù)

海水淡化是重要的增量水源，已在全球范圍內(nèi)得到大規(guī)模利用?！笆奈濉币詠?lái)，出臺(tái)政策大力推動(dòng)海水淡化的規(guī)?；?，以緩解沿海地區(qū)和海島水源短缺問(wèn)題。海水淡化后，若水質(zhì)滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)灌溉用水要求即可采用滴灌、微噴灌、噴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)用于灌溉。

1.1.4 中水利用灌溉技術(shù)

采用中水進(jìn)行灌溉即為中水回用農(nóng)業(yè)。在以色列、美國(guó)、日本等國(guó)，農(nóng)田灌溉中大量使用中水，尤其是以色列有46%的中水直接回用于灌溉。許多城市也將中水用于公園、綠地等領(lǐng)域，在農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的應(yīng)用將逐漸加大。

1.2 輸水過(guò)程節(jié)水新技術(shù)

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在渠道輸水、管道輸水過(guò)程中出現(xiàn)了許多新技術(shù)、新材料和新工藝，使得輸水損失更少，灌溉水利用系數(shù)提高，達(dá)到了節(jié)水增效目的。

1.2.1 渠道輸水節(jié)水新技術(shù)

渠道輸水節(jié)水技術(shù)主要是對(duì)渠道進(jìn)行防滲襯砌，防滲渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防滲材料的選擇和襯砌施工質(zhì)量對(duì)防滲效果都有影響。近年來(lái)，各灌區(qū)在續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，涌現(xiàn)出了很多的防滲新材料、施工新工藝、管理新方法。

防滲材料體現(xiàn)了渠道防滲由單一材料向復(fù)合材料轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，主要有土壤固化劑、固化土、復(fù)合土壤膠結(jié)料、新型復(fù)合防滲膜料、復(fù)合土工合成材料GCL 等。聚苯乙烯泡沫板被作為新型渠道保溫防滲材料使用。在西北寒旱區(qū)，還創(chuàng)新使用了自保溫混凝土預(yù)制板（混凝土+保溫板組成）、防凍防滲復(fù)合層（用土工布將整個(gè)保溫板六面環(huán)包）、精準(zhǔn)加熱型防凍防滲復(fù)合層（在自保溫型防滲防凍復(fù)合層中鋪設(shè)電熱絲）等襯砌材料，且在加熱保溫區(qū)采用“混凝土預(yù)制板+砂漿墊層+加熱型防凍防滲復(fù)合層+水泥細(xì)沙墊層”、在非加熱保溫區(qū)采用“混凝土預(yù)制板+砂漿墊層+防凍防滲復(fù)合層+水泥細(xì)沙墊層”的襯砌結(jié)構(gòu)。聚氨酯密封膠、聚氨酯砂漿作為伸縮縫填縫材料被廣泛應(yīng)用。

在灌溉渠道升級(jí)改造過(guò)程中，舊防滲體與新防滲體連接常采用熱熔焊接，在新疆高寒區(qū)渠道新舊防滲體連接材料適宜使用KS熱熔膠粘劑。

在陜西寶雞峽灌區(qū)全面推廣實(shí)行了滑膜襯砌澆筑渠道混凝土先進(jìn)工藝，工效提高了50%以上；伸縮縫處理時(shí)，先將雙組分聚氨酯密封膠放入灌縫機(jī)內(nèi)加熱融化并攪拌均勻，之后加壓使填縫材料順管路注入縫內(nèi)，人工壓實(shí)整平后，外留2 cm待初凝后用水泥砂漿磨平。甘肅省景電二期工程針對(duì)干渠沿線(xiàn)土質(zhì)主要為強(qiáng)凍脹性土，極易發(fā)生嚴(yán)重的襯砌結(jié)構(gòu)凍脹破壞以及邊坡土體消融滑塌現(xiàn)象，2017 年以來(lái)采用了渠道凍脹自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)土壤溫度等監(jiān)測(cè)傳感器、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)、前端監(jiān)測(cè)電源系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)設(shè)備機(jī)箱等設(shè)備，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地掌握渠道的基土與襯砌體溫度、水分、凍脹量等凍脹參量的變化情況，分析規(guī)律，做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，應(yīng)用效果良好。

1.2.2 管道輸水節(jié)水新技術(shù)

管道輸水具有水頭損失小的節(jié)水優(yōu)勢(shì)，目前常用的輸水管材有鋼管、玻璃鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管、PVC-U管和HDPE管等，需根據(jù)管道沿線(xiàn)地形、地質(zhì)條件、最大使用壓力及工程造價(jià)等綜合選擇。在接口滲漏處理中，也涌現(xiàn)出了一些新興材料，如聚硫密封膠和SK 手刮聚脲等材料廣泛用于PCCP管道的接口滲漏處理。

1.3 田間灌溉節(jié)水新技術(shù)

田間灌溉節(jié)水新技術(shù)主要為水平畦灌、波涌灌等節(jié)水型地面灌溉技術(shù)和噴灌、微灌、低壓管灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)。①水平畦灌。該項(xiàng)技術(shù)是利用激光控制平地技術(shù)或北斗等衛(wèi)星平地技術(shù)進(jìn)行土地平整，使田塊縱向和橫向兩個(gè)方向的田面坡度均為零時(shí)，將灌溉水以大流量進(jìn)入畦田，水層快速覆蓋整個(gè)田面，之后在重力的作用下逐漸滲入作物根系土壤中。該項(xiàng)技術(shù)灌水均勻度高，節(jié)水高效，在東北水稻生產(chǎn)區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。②波涌灌。該項(xiàng)技術(shù)采用管道輸水，并通過(guò)波涌閥、控制器等設(shè)備對(duì)田塊進(jìn)行間歇灌溉，可以實(shí)現(xiàn)小定額灌溉和自動(dòng)控制，且具有投資少、技術(shù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，特別適合旱作物灌區(qū)農(nóng)田地面灌溉推廣應(yīng)用。③噴灌。隨著國(guó)家土地集約化經(jīng)營(yíng)的發(fā)展，中心支軸式、平移式噴灌機(jī)在大面積種植區(qū)的應(yīng)用和卷盤(pán)式噴灌機(jī)、輕小型噴灌機(jī)在鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用都逐年增加。管道式噴灌系統(tǒng)在園林綠化、高附加值作物的生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。④微灌。即微量灌溉，包括滴灌、微噴灌、滲灌、霧灌、涌泉灌、痕量灌溉等類(lèi)型，與智慧控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、智能灌溉、智慧灌溉，各類(lèi)水肥一體機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生。⑤低壓管灌。是通過(guò)低壓管道將水輸送到田間地頭或附近，之后進(jìn)行傳統(tǒng)的地面灌溉或節(jié)水型地面灌溉。該項(xiàng)技術(shù)一般為國(guó)家投資建設(shè)，種植戶(hù)直接使用即可，操作簡(jiǎn)單，非常適合中國(guó)國(guó)情，應(yīng)用最為廣泛。

2 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水新技術(shù)的發(fā)展前景

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)將朝著更加高效、低耗、智慧的方向發(fā)展。不斷加大海水、微咸水、生活污水等各種劣質(zhì)水的開(kāi)發(fā)利用規(guī)模并廣泛用于農(nóng)業(yè)灌溉。輸水渠道和管道工程中不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新發(fā)展新的防滲材料和施工工藝、加強(qiáng)信息化管理。將現(xiàn)代高新信息技術(shù)，如中國(guó)北斗系統(tǒng)等應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，精確開(kāi)展旋耕、插秧、播種、水肥管理等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。深入研究推廣秸稈覆蓋和噴灌、微灌等節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合的節(jié)水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保、節(jié)水效益共提升。