西北干旱地區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用分析

潘菊梅

（甘肅省武威市水利信息中心，甘肅 武威 733000）

水資源短缺是影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的主要因素之一，我國水資源短缺問題極為突出，尤其是西北地區(qū)氣候干燥、降水量少、蒸發(fā)量大（1 000～2 800 mm）[1]，不僅不能滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，甚至部分地方人畜用水得不到保障，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高。西北地區(qū)農(nóng)田灌溉用水占總用水量的80%左右，因此大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉，因地制宜地采用新型高效節(jié)水灌溉技術(shù)，提高灌溉水利用率是緩解水資源短缺問題的有效途徑。

1 西北干旱地區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在水資源嚴(yán)重短缺的情況下，應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)對(duì)保障西北干旱地區(qū)糧食生產(chǎn)安全及促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。當(dāng)前，我國農(nóng)田灌溉用水總量約占全國總用水量的55%，但西北干旱地區(qū)由于耕地質(zhì)量差、水分下滲率高，灌溉用水的利用系數(shù)很低，灌溉用水的利用率只有中南部地區(qū)的 25%～35%[2]。從 20 世紀(jì) 70—80 年代開始，西北地區(qū)先后推廣應(yīng)用了噴灌技術(shù)和膜下滴灌技術(shù)，效果良好[3]。2015 年以來，國家專門出臺(tái)了相關(guān)政策重點(diǎn)解決西北地區(qū)水資源短缺問題，大力推廣噴灌、滴灌、管灌等高效節(jié)水技術(shù)。

1.1 噴灌技術(shù)及應(yīng)用情況

噴灌技術(shù)把有壓水通過壓力管道送到田間，經(jīng)噴頭噴射到空中形成細(xì)小水滴后均勻地灑落在農(nóng)田，達(dá)到灌溉的目的。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省人力、少占耕地面積、灌水均勻等，主要缺點(diǎn)是受風(fēng)影響大、設(shè)備投資高[4-6]。噴灌技術(shù)可根據(jù)土壤狀況和作物需水情況適量灌溉，不會(huì)導(dǎo)致大量水分滲漏或流失，可保持土壤肥力，水分利用率高，較大水漫灌可節(jié)水30%～50%[7]。每一種噴灌系統(tǒng)都有其獨(dú)特之處，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件因地制宜地選擇噴灌系統(tǒng)、噴灌形式。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，噴灌面積逐年擴(kuò)大，其中陜西、甘肅、寧夏、新疆等地的噴灌面積分別達(dá)6 萬hm2、3.2 萬 hm2、3.5 萬 hm2、5 萬 hm2。

1.2 滴灌技術(shù)及應(yīng)用情況

滴灌屬于微灌技術(shù)的一種，將水通過小孔或滴頭送到作物根部附近進(jìn)行局部灌溉，是干旱缺水地區(qū)最有效的節(jié)水灌溉方式，水的利用率可達(dá)95%。滴灌的節(jié)水增產(chǎn)效果明顯，可結(jié)合施肥進(jìn)行灌溉，但滴頭易結(jié)垢、堵塞，須對(duì)水資源進(jìn)行嚴(yán)格的過濾處理。目前西北地區(qū)應(yīng)用最廣泛的膜下滴灌技術(shù)，在節(jié)水、增產(chǎn)、降低用水成本等方面均具有比其他灌溉技術(shù)更明顯的優(yōu)勢。膜下滴灌的用水量僅為大水漫灌的12.5%，是噴灌用水量的50%[8]，極大地提高了水分利用率。

1.3 低壓管灌技術(shù)及應(yīng)用情況

低壓管道輸水灌溉簡稱管道輸水灌溉，屬于地面灌溉的一種。通常管道壓力在0.2 MPa 以內(nèi)，灌溉水源以井水、湖泊水為主，操作方法簡單，便于管理[9]。低壓管灌技術(shù)應(yīng)用過程中，要配套適宜的壓力管道及設(shè)施，以低壓方式把水傳送到農(nóng)田中。低壓環(huán)境可降低水資源運(yùn)輸成本。同時(shí)，該技術(shù)能降低水資源的蒸發(fā)及流失，從而提升農(nóng)田灌溉效率[10-13]。管灌的載體屬于密封管道，若無破損輸水過程中不會(huì)出現(xiàn)水分損失，較襯砌渠道至少可減少15%的水分損失。低壓管灌技術(shù)具有設(shè)備簡單、易操作、省時(shí)、省力、省工、一次性投資少等優(yōu)點(diǎn)。

2 節(jié)水灌溉存在的問題

2.1 噴灌技術(shù)應(yīng)用存在的問題

目前我國噴灌技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但西北地區(qū)受地域條件、資金、灌溉面積等多種因素的影響，現(xiàn)有的噴灌形式比較單一，噴灌得不到大面積推廣，噴灌設(shè)備性能不穩(wěn)定、質(zhì)量不可靠、易老化、使用周期短。西北地區(qū)的水利信息化水平急需提高，智能化控制技術(shù)十分欠缺，急需加強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用、遙感控制、人工智能等新一代信息技術(shù)與節(jié)水技術(shù)、節(jié)水管理及節(jié)水產(chǎn)品應(yīng)用的深度融合。

2.2 膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用存在的問題

首先，長期使用膜下滴灌會(huì)導(dǎo)致灌溉水中的鹽分集聚在作物根系周圍，鹽分不能從土體中排出，影響作物生長發(fā)育。其次，水肥耦合效應(yīng)研究較少，大多滴灌設(shè)備只用于灌水，用于施肥的很少。再次，膜下滴灌是在地膜下方滴灌，農(nóng)作物收獲后會(huì)有大量地膜殘留于土壤中，逐年累計(jì)會(huì)造成“白色污染”，引發(fā)環(huán)境問題，同時(shí)殘膜對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、土壤微生物、土壤酶活性、水肥運(yùn)輸?shù)扔胁煌潭鹊挠绊?。西北地區(qū)殘膜量較大，其中新疆維吾爾自治區(qū)殘膜量達(dá)128.12 kg/hm2[14］，是我國殘膜量最大的地區(qū)。

2.3 低壓管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)用存在的問題

西北地區(qū)地形復(fù)雜多樣，農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)程度低，配套設(shè)備不齊全，設(shè)施落后，管理制度缺乏，導(dǎo)致低壓管道輸水灌溉效率低下，部分地區(qū)甚至存在灌溉管道與灌溉系統(tǒng)不配套的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響灌溉工作的開展。此外，低壓管道輸水系統(tǒng)建設(shè)過程中，依然存在不重視設(shè)施管理的現(xiàn)象，農(nóng)戶缺乏管理維護(hù)灌溉設(shè)施的意識(shí)，相應(yīng)的管理制度不健全，部分設(shè)備老化、滲漏嚴(yán)重，無法達(dá)到預(yù)期的節(jié)水效果。

3 解決對(duì)策

3.1 加快噴灌新技術(shù)應(yīng)用研究

噴灌技術(shù)主要借助水泵等動(dòng)力設(shè)備對(duì)水體施加壓力，再通過相關(guān)設(shè)備灌溉農(nóng)作物。針對(duì)目前西北地區(qū)噴灌設(shè)施落后、部分設(shè)備笨重、單機(jī)噴灌面積小、信息化和自動(dòng)化水平低等問題，應(yīng)加大資金支撐力度，加快新技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)多樣化發(fā)展?？芍攸c(diǎn)研發(fā)小型輕便、單機(jī)噴灌覆蓋面大的設(shè)備，根據(jù)作物特性、氣候條件、土壤狀況、經(jīng)濟(jì)條件等因素，研發(fā)適用于大田作物、蔬菜、草坪及果樹等高大植物的噴灌設(shè)備。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，噴灌技術(shù)應(yīng)用也要融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過智能化控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、精細(xì)化管理。

3.2 推進(jìn)膜下滴灌技術(shù)與生態(tài)治理聯(lián)合發(fā)展

滴灌技術(shù)的顯著特征是灌溉用水量小、灌溉周期短、對(duì)灌水量的把控更加科學(xué)合理，雖然具有明顯的節(jié)水增效優(yōu)勢，但應(yīng)用過程中存在一些問題，需深入研究。如研究滴灌模式下作物的增產(chǎn)機(jī)理，推廣水肥一體化生產(chǎn)模式；研究膜下滴灌后水、鹽、熱、肥之間的相互影響與運(yùn)移規(guī)律，解決膜下滴灌產(chǎn)生的鹽分積累問題[15]。針對(duì)膜下滴灌導(dǎo)致的大量農(nóng)膜殘留污染，在加大農(nóng)膜回收利用的同時(shí)，要加大研究力度，開發(fā)可降解膜，或利用生物覆蓋技術(shù)替代地膜，從而達(dá)到保水、減少污染、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的目的。

3.3 提高灌溉水利用率

提高節(jié)水工程輸水效率，對(duì)解決西北干旱地區(qū)缺水問題有重要意義。首先，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和要求，全面做好建設(shè)管理工作，提高輸水工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提升田間工程及設(shè)施的配套程度。要完善灌區(qū)計(jì)量設(shè)施，實(shí)現(xiàn)灌溉用水精細(xì)化管理，根據(jù)水資源分布情況調(diào)度和配置灌溉用水，做到科學(xué)布局、合理分配?？砂l(fā)展生物節(jié)水技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，不斷提高有限水資源的利用價(jià)值。其次，加強(qiáng)宣傳力度，增強(qiáng)節(jié)水意識(shí)[16]。農(nóng)民節(jié)約保護(hù)水資源的意識(shí)薄弱，應(yīng)充分利用“世界水日”“中國水周”等開展宣傳教育，提升全民節(jié)水意識(shí)，改變“水資源取之不盡用之不竭”的傳統(tǒng)思維，從根本上解決水資源短缺的問題。再次，加快建立健全節(jié)水制度。通過水價(jià)變革和水權(quán)認(rèn)定建立水市場，對(duì)農(nóng)戶進(jìn)行正面引導(dǎo)，鼓勵(lì)他們自覺應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)，大幅度提高水資源利用率。

4 結(jié)論

節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展成效顯著，但各種灌溉技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中存在的問題也逐漸顯現(xiàn)，同時(shí)調(diào)虧灌溉、微潤灌、水肥一體化技術(shù)等還未普及。為了提高水資源利用率，解決西北地區(qū)干旱缺水的問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效，須因地制宜地選擇不同的灌溉技術(shù)。如噴灌主要使用于密植型農(nóng)作物，滴灌適用于大田作物（寬行）、大棚蔬菜等，微噴適用于果樹作物等。在發(fā)展現(xiàn)有節(jié)水灌溉技術(shù)的前提下，加強(qiáng)應(yīng)用生物節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)和信息技術(shù)等，為西北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)的水利技術(shù)保障。