高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

赤城縣水務(wù)局 賈玉山

前言

農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)對(duì)水資源的依賴性比較強(qiáng)，為保障農(nóng)業(yè)種植水資源充分，會(huì)采取節(jié)水灌溉技術(shù)提高水資源的利用效率，尤其是部分干旱和半干旱地區(qū)，水資源數(shù)量較少，高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)效率。比較高效的節(jié)水灌溉技術(shù)中包括膜覆蓋技術(shù)、滴灌技術(shù)、噴灌技術(shù)、渠道防滲技術(shù)等，技術(shù)使用方法不同，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也存在差別，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行推廣應(yīng)用。

1 微灌技術(shù)在農(nóng)田水利中的應(yīng)用

1.1 技術(shù)概述

微灌技術(shù)是通過(guò)滴灌、脈沖灌溉的方式，通過(guò)減少灌溉量、提高灌溉時(shí)間的方式達(dá)到節(jié)水的目標(biāo)。該技術(shù)是所有灌溉技術(shù)中最高效、最節(jié)水的技術(shù)，可以應(yīng)用到大棚種植、果樹(shù)種植之中。由于其成本比較高，僅僅在經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較高的農(nóng)作物種植中應(yīng)用具有適應(yīng)性，其通過(guò)設(shè)置經(jīng)管網(wǎng)和滴灌帶的方式，將壓力水以水滴的方式滴入農(nóng)田植物的根部位置，可以起到減少土壤水分蒸發(fā)，防止雜草生長(zhǎng)的作用，且在灌溉過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生地表徑流。該技術(shù)在灌溉期間可與肥料同時(shí)使用，在灌溉水中添加相應(yīng)的肥料，使得土壤中的養(yǎng)分更加充足，節(jié)省水量最高可以達(dá)到70%以上。滴灌技術(shù)結(jié)構(gòu)主要包括水源、樞紐、配水管、滴灌器、測(cè)量裝置等，共同協(xié)調(diào)完成節(jié)水灌溉的目標(biāo)[1]。

滴灌技術(shù)通過(guò)滴管配置的方式進(jìn)行灌溉，具有靈活性，按照滴灌方式可以將其分為地表滴灌、固定滴灌、移動(dòng)滴灌、間歇性滴灌等。地表滴灌主要在條形農(nóng)作物分布狀態(tài)下進(jìn)行應(yīng)用，固定滴灌則將毛管和滴灌安裝在地下進(jìn)行滴灌。移動(dòng)滴灌則在保持滴灌設(shè)備靈活性的基礎(chǔ)上進(jìn)行灌溉。間歇滴灌則是采用周期性的滴灌方法。

1.2 應(yīng)用案例

赤城縣龍關(guān)鎮(zhèn)一街村農(nóng)田土質(zhì)條件為砂壤土，典型地塊蔬菜種植面積363畝。種植人員應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)進(jìn)行灌溉，并在膜下滴灌設(shè)計(jì)中推廣水肥一體化技術(shù)，根據(jù)種植作物的需肥規(guī)律、地塊的肥力水平、目標(biāo)產(chǎn)量確定總施肥量。于5月中旬開(kāi)始種植，采用雙行膜進(jìn)行覆蓋（間歇滴灌方式），膜寬度達(dá)到0.9m，種植行距75cm，株距控制在30cm左右。結(jié)合蔬菜種植情況，設(shè)計(jì)膜滴灌灌溉制度，采用水量平衡法對(duì)滴水?dāng)?shù)量、滴水時(shí)間等進(jìn)行明確，設(shè)置滴水周期為5天，生育期共計(jì)滴水次數(shù)10次，每次滴水時(shí)間為2.5h，滴水水量為15m3。具體灌溉指標(biāo)內(nèi)容如表1所示。

表1 膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用參數(shù)表

1.3 效益分析

對(duì)龍關(guān)鎮(zhèn)一街村蔬菜種植滴灌技術(shù)的應(yīng)用效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)，并從節(jié)水率、經(jīng)濟(jì)效益角度對(duì)蔬菜種植效益進(jìn)行分析。蔬菜種植生育期共計(jì)節(jié)水達(dá)到169m3/畝，節(jié)水率達(dá)到53%。采用此節(jié)水灌溉技術(shù)，每畝增收1000元，為農(nóng)業(yè)種植帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 噴灌技術(shù)在農(nóng)田水利中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)概述

噴灌技術(shù)是利用水泵加壓進(jìn)行滴灌的技術(shù)，通過(guò)自然落差的方式供給農(nóng)田植物所需的水分。水流經(jīng)過(guò)管道由噴頭噴射到空中，形成水滴后自然落下，均勻覆蓋到農(nóng)田中。該技術(shù)應(yīng)用對(duì)不同地形具有適用性，且灌溉面積更加均勻，可以減少灌溉過(guò)程中的人力投入，但受環(huán)境因素影響比較大，如果農(nóng)田風(fēng)量較大，會(huì)對(duì)灌溉控制產(chǎn)生影響。噴灌技術(shù)節(jié)水率最高可以達(dá)到50%左右，適用于大型農(nóng)田、蔬菜、果蔬等農(nóng)田的灌溉，可增加農(nóng)作物產(chǎn)量20%左右，屬于半機(jī)械化作業(yè)。按照噴灌技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用方式，可以將其分為固定管道式、中心支軸式、滾移式、噴灌機(jī)組式等多種。固定管道式噴灌技術(shù)應(yīng)用將干支管埋設(shè)到地下，使用塑料管道進(jìn)行水源的運(yùn)輸，但投入價(jià)格比較高，每公頃造價(jià)在15000元左右。半移動(dòng)式采用干管固定、支管移動(dòng)的方式進(jìn)行灌溉。中心軸式噴灌技術(shù)則將支管立于3m高架之上，可控制支架進(jìn)行移動(dòng)，具有自動(dòng)化水平。滾移式噴灌則通過(guò)金屬管法蘭連接方式，安裝動(dòng)力機(jī)進(jìn)行推動(dòng)，在地勢(shì)平坦的地區(qū)應(yīng)用具有適應(yīng)性。噴灌機(jī)組是我國(guó)應(yīng)用最早的噴灌技術(shù)，通過(guò)多個(gè)噴頭配置，將水龍帶與水泵機(jī)連接，應(yīng)用電動(dòng)機(jī)或者柴油機(jī)進(jìn)行抽水，投資較低，但對(duì)管理的要求比較高。

2.2 效益分析

對(duì)噴灌技術(shù)在蔬菜種植中的應(yīng)用效益進(jìn)行分析，從節(jié)水效益和增產(chǎn)效益兩個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。噴灌技術(shù)對(duì)比以往的人工灌溉技術(shù)而言，可以節(jié)約水量30%左右，每畝可以節(jié)水80m3/畝。使用噴灌技術(shù)后，每畝增收1000元。

3 渠道防滲技術(shù)在農(nóng)田水利中的應(yīng)用

3.1 技術(shù)概述

渠道防滲技術(shù)是通過(guò)在農(nóng)田內(nèi)部設(shè)置渠道的方式，降低灌溉水滲漏情況的產(chǎn)生，避免水資源的浪費(fèi)。渠道防滲技術(shù)在小型農(nóng)田中應(yīng)用普遍，種植人員利用物理手段改變土壤的縫隙數(shù)值，使得土壤更加緊密，避免水分下滲，供給農(nóng)作物生長(zhǎng)充足的水分。該技術(shù)應(yīng)用可以提高農(nóng)田植物種植水資源利用效率，最高可以達(dá)到60%，且可以通過(guò)渠道控制的方式，對(duì)灌溉的輸水流量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，符合高效節(jié)水灌溉技術(shù)降本增效的應(yīng)用目標(biāo)。

渠道防滲技術(shù)應(yīng)用按照類型可以將其分為混凝土渠道防滲技術(shù)、砂漿渠道防滲技術(shù)、砌塊渠道防滲技術(shù)、膜渠道防滲技術(shù)等幾種。渠道防滲技術(shù)類型選擇應(yīng)結(jié)合種植農(nóng)作物和土壤的實(shí)際情況?；炷燎婪罎B技術(shù)應(yīng)用在土渠開(kāi)挖完成后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑，或使用預(yù)制混凝土進(jìn)行砌筑。漿砌塊砌筑在山區(qū)地帶的農(nóng)田種植應(yīng)用廣泛，應(yīng)用防滲材料和砌體結(jié)合，利用砌石砌體供給農(nóng)田灌溉水。水泥砂漿防滲技術(shù)進(jìn)行砌塊的水泥抹面處理，凝固后可進(jìn)行渠道防滲灌溉。膜料防滲技術(shù)應(yīng)用塑料薄膜，將其作為防滲層，并通過(guò)安裝保護(hù)層的方式，提高膜料的防滲能力[2]。

3.2 應(yīng)用案例

赤城縣后城鎮(zhèn)種植大量的蔬菜作物。其中包括白菜、綠花菜等青菜類作物。種植面積為300畝，未使用渠道防滲技術(shù)前畝產(chǎn)量達(dá)到2400kg，應(yīng)用混凝土渠道防滲技術(shù)進(jìn)行灌溉。輸水灌溉渠道長(zhǎng)度為1km，設(shè)置U型防滲槽，渠道流量為8m3/h，采用混凝土預(yù)制塊的方式進(jìn)行砌筑，厚度控制在5cm左右，用于灌溉渠道的防滲。每間隔6天就進(jìn)行一次灌溉澆水，蔬菜出苗期降低灌溉水量，提高灌溉頻率，每間隔3d進(jìn)行20m3/m左右的灌溉。當(dāng)蔬菜處于蓮座期，采用間歇性澆灌方法，適當(dāng)進(jìn)行煉苗，灌溉周期延長(zhǎng)至5d左右，同樣進(jìn)行20m3的水源灌溉。當(dāng)蔬菜生長(zhǎng)至結(jié)球期時(shí)，適當(dāng)提高水源灌溉量，灌溉周期在5d左右，具體參數(shù)如表2內(nèi)容所示。

表2 渠道防滲灌溉技術(shù)應(yīng)用參數(shù)表

3.3 效益分析

對(duì)渠道灌溉技術(shù)的節(jié)水效益和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。種植期間的渠道節(jié)水量達(dá)到1200m3，節(jié)水效率達(dá)到40%左右。渠道防滲技術(shù)應(yīng)用輸水損失量約為15%左右，滲漏量在10%左右，比較傳統(tǒng)灌溉技術(shù)而言具有良好的節(jié)水效益。對(duì)渠道防滲灌溉技術(shù)下農(nóng)田農(nóng)作物種植經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，增產(chǎn)量達(dá)到15%，每畝平均產(chǎn)出菜量在2700kg左右，去掉渠道防滲工程項(xiàng)目建設(shè)所投入的成本，經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)10%左右。

4 低壓管灌技術(shù)在農(nóng)田水利中的應(yīng)用

4.1 技術(shù)概述

低壓管灌技術(shù)是通過(guò)低壓管道進(jìn)行輸水灌溉的技術(shù)，采用地面灌溉的方式，利用管道代替以往灌溉中的明渠。通過(guò)壓力管道系統(tǒng)，可以將灌溉水輸送到農(nóng)田中的溝、畦之中。管道系統(tǒng)的壓力一般在0.2MPa左右，通過(guò)降低管道輸水壓力的方式進(jìn)行灌溉。其結(jié)構(gòu)包括機(jī)井、管道、給配裝置、保護(hù)裝置、灌溉裝置等。低壓管灌技術(shù)的應(yīng)用可以減少以往灌溉過(guò)程中的滲漏情況以及蒸發(fā)情況，比較土渠灌溉方式最高可以節(jié)約水量達(dá)到30%左右，并可以減少土渠的占地面積。此外，該技術(shù)應(yīng)用可以提高土地利用效率3%左右，輸水的速度比較快，適合在機(jī)耕的農(nóng)田中進(jìn)行農(nóng)作物灌溉。

低壓管灌技術(shù)的應(yīng)用通過(guò)出水量和輸水距離控制壓力，根據(jù)農(nóng)田農(nóng)作物對(duì)灌溉水源的要求，控制管材質(zhì)量以及管材的長(zhǎng)度等。在地勢(shì)平坦地區(qū)應(yīng)用效果良好，可沿著田間道路進(jìn)行鋪設(shè)。按照低壓管灌技術(shù)的使用方式，可以將其分為地下硬塑管道和地下軟管管道兩種。硬塑管道應(yīng)用需要降低輸水管道的彎曲范圍，軟管管道則在田間的布設(shè)具有靈活性[3]。

4.2 應(yīng)用案例

赤城縣雕鶚鎮(zhèn)屯軍堡村，種植糧食作物玉米363畝，采用低壓管灌技術(shù)進(jìn)行灌溉。在春季播種前進(jìn)行播前灌溉，將水積蓄到農(nóng)田耕土層中，保障作物在播種時(shí)土壤墑度良好。拔節(jié)期則需要進(jìn)行灌溉，但需要降低灌溉量，每15d左右進(jìn)行10m3/畝左右的灌溉即可。當(dāng)玉米處于抽穗期，則需要適當(dāng)提高灌溉水量，降低灌溉周期，每間隔14d進(jìn)行一次灌溉，共計(jì)灌溉4次左右即可。灌漿期則需要進(jìn)行2次左右的灌溉，結(jié)合農(nóng)田水分實(shí)際情況進(jìn)行灌溉，提高顆粒飽滿度。

采用低壓管灌的方式進(jìn)行灌溉，使用硬塑管道進(jìn)行輸水，輸水管管徑為110mm，管道為100m，每小時(shí)出水量達(dá)到40m3。如對(duì)灌溉需求比較高，可適當(dāng)提高管徑參數(shù)，增加出水量，具體管徑與灌溉出水量之間的關(guān)系如表3內(nèi)容所示。

表3 玉米農(nóng)田硬塑低壓管道技術(shù)參數(shù)表

4.3 效益分析

對(duì)玉米種植采用低壓管灌技術(shù)的節(jié)水效益和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。田間水資源的利用效率可以達(dá)到95%左右，節(jié)約灌溉水量在30%左右，節(jié)約用地量3%左右，增產(chǎn)幅度達(dá)到10%。比較傳統(tǒng)的地面明渠灌溉技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用有效提高了玉米種植的生產(chǎn)效益，管道投資每畝增加100元左右，額外提升經(jīng)濟(jì)效益150元左右。

5 步行式灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利中的應(yīng)用

5.1 技術(shù)概述

步行式灌溉技術(shù)應(yīng)用機(jī)械設(shè)備、電力設(shè)備等，配置相應(yīng)的灌溉設(shè)備，滿足移動(dòng)灌溉的客觀需要。步行式灌溉技術(shù)又被稱之為行走式動(dòng)力機(jī)械技術(shù)，在農(nóng)村農(nóng)田種植中應(yīng)用較為廣泛，在拖拉機(jī)、運(yùn)輸車(chē)上配置相應(yīng)的節(jié)水灌溉設(shè)備，供給田間農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的水分。該技術(shù)按照技術(shù)形式可以將其分為坐水播種技術(shù)和苗期灌溉技術(shù)兩種，坐水播種技術(shù)通過(guò)在種子周?chē)寥乐泄喔认鄳?yīng)水分，達(dá)到增墑保苗的目的。在苗期則在苗根位置進(jìn)行局部灌溉，減少灌溉用水量。比較漫灌的方式而言，該技術(shù)應(yīng)用可以節(jié)約水量80%左右，比較人工刨埯坐水灌溉技術(shù)，可節(jié)省50%的水量。步行式灌溉技術(shù)具有動(dòng)態(tài)化、靈活性等特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整車(chē)輛位置的方式進(jìn)行灌溉，成本投入比較低，且可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量[4]。

5.2 應(yīng)用案例

內(nèi)蒙古喀喇沁旗應(yīng)用坐水播種技術(shù)進(jìn)行灌溉，在玉米播種期間在土壤局部進(jìn)行灌溉增墑，提高玉米的發(fā)芽率。根據(jù)實(shí)際的需求將水量播撒到種子周?chē)??？刂仆寥乐械暮吭?5%左右，在田間玉米處于生苗期，進(jìn)行側(cè)苗灌溉，有效提高了玉米顆粒的飽滿程度。

5.3 效益分析

步行式灌溉技術(shù)應(yīng)用具有良好的增產(chǎn)效益、節(jié)水效益。比較以往的地面漫灌而言，節(jié)水率可以達(dá)到70%以上，且生產(chǎn)效率在人工生產(chǎn)的5倍以上，具有良好的抗旱保苗作用。使用該技術(shù)進(jìn)行灌溉后，玉米畝產(chǎn)量增加50kg左右，出苗率大大增加。

6 高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

對(duì)高效節(jié)水技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，其需要堅(jiān)持兩點(diǎn)原則。一是因地制宜的基本原則，二是結(jié)合農(nóng)作物的特點(diǎn)選擇高效節(jié)水灌溉技術(shù)，以保障節(jié)水效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

在使用高效節(jié)水灌溉技術(shù)之前，應(yīng)對(duì)農(nóng)田的情況進(jìn)行分析，部分高效節(jié)水灌溉技術(shù)適當(dāng)增加土壤的墑值，部分技術(shù)則用于提高農(nóng)田苗木的生長(zhǎng)效率。結(jié)合農(nóng)作物的種類以及地區(qū)的水文條件、氣候條件等，并充分考慮成本與效益之間的關(guān)系。例如，滴灌技術(shù)應(yīng)用成本投入比較高，適合應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)作物的灌溉中。噴灌技術(shù)則受環(huán)境因素影響比較大，在風(fēng)量較大、風(fēng)期較長(zhǎng)的地區(qū)無(wú)法普及應(yīng)用。步行式灌溉技術(shù)則在干旱地區(qū)的增墑保苗中應(yīng)用效果良好。因此，高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用要切實(shí)結(jié)合地域環(huán)境。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，不同高效節(jié)水灌溉技術(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益存在明顯的差別，結(jié)合農(nóng)作物的特點(diǎn)應(yīng)用不同類型的節(jié)水灌溉技術(shù)，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提出的要求。我國(guó)積極推廣新型的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，針對(duì)土壤性質(zhì)、水資源分布情況，切實(shí)保障灌溉技術(shù)應(yīng)用的適宜性、科學(xué)性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，保障農(nóng)業(yè)種植的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益。