農(nóng)田水利建設(shè)中的節(jié)水灌溉技術(shù)種類(lèi)及發(fā)展趨勢(shì)

丁慧穎

農(nóng)田水利建設(shè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而節(jié)水灌溉技術(shù)則是提高農(nóng)田水利效益的重要手段。本文主要介紹了農(nóng)田水利建設(shè)中的節(jié)水灌溉技術(shù)，包括噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)、地下滴灌技術(shù)以及雨水收集利用等技術(shù)，并分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。同時(shí)，還探討了未來(lái)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，如智能灌溉系統(tǒng)、新型灌溉設(shè)備、水資源循環(huán)利用技術(shù)等。

隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源的短缺問(wèn)題日益突出，農(nóng)田水利建設(shè)中的節(jié)水灌溉技術(shù)成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。節(jié)水灌溉技術(shù)不僅可以節(jié)約水資源，提高水資源利用效率，還可以改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，研究和發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)具有重要的理論和實(shí)踐意義。

一、節(jié)水灌溉技術(shù)的原理

農(nóng)田水利建設(shè)節(jié)水灌溉技術(shù)是一種以科學(xué)管理和高效利用水資源為目標(biāo)，通過(guò)采用先進(jìn)的灌溉方法和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水分的精確控制和合理利用的技術(shù)，節(jié)水灌溉技術(shù)主要包括滴灌、噴灌、微灌等多種形式，每種形式都有其特定的適用條件和優(yōu)勢(shì)。節(jié)水灌溉技術(shù)不僅可以緩解水資源緊缺的問(wèn)題，還能提高水資源的利用率，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展也有重要作用。

二、傳統(tǒng)灌溉技術(shù)存在的問(wèn)題

1、水資源浪費(fèi)

傳統(tǒng)灌溉技術(shù)存在著不合理的大水量供給，這導(dǎo)致了水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。首先，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)通常采用大面積灌溉方式，即將大量的灌水均勻地分布在整個(gè)農(nóng)田表面。由于土壤的不均勻吸水性和作物根系分布的離散性，大面積灌溉造成了大量的水分蒸發(fā)、淋洗和流失。其次，由于缺乏精確的監(jiān)測(cè)和控制手段，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)作物的水需求，導(dǎo)致水量過(guò)大或過(guò)小，浪費(fèi)了大量的水資源。再次，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)還存在著滲漏和破壞性排水等問(wèn)題。由于傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)的管道老化或構(gòu)造不完善，會(huì)出現(xiàn)大量的滲漏現(xiàn)象，使得灌溉水無(wú)法完全到達(dá)作物根系區(qū)域。最后，傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理，使得排水效果不佳，導(dǎo)致灌溉水在農(nóng)田中滯留過(guò)長(zhǎng)，增加了水分蒸發(fā)和土壤中鹽分積累的可能性。

2、土壤鹽堿化

首先，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)中的泛濫灌溉方式會(huì)導(dǎo)致土壤表層因過(guò)度濕潤(rùn)而蒸發(fā)水分，使鹽分逐漸累積在土壤表面。這種過(guò)量的水分蒸發(fā)會(huì)使土壤滲透層深度不足，鹽分難以下滲，從而加劇土壤鹽堿化問(wèn)題。其次，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)中常使用地表灌溉方式，如開(kāi)溝、引水灌溉等，這些方法無(wú)法準(zhǔn)確控制灌溉水量和灌溉時(shí)間，導(dǎo)致土壤內(nèi)的鹽分淋洗不徹底，造成土壤鹽堿濃度持續(xù)升高。再次，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)對(duì)于土壤的鹽堿分布狀況了解較少，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估土壤的鹽堿化程度和影響范圍。缺乏對(duì)土壤鹽堿情況的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，難以采取相應(yīng)的措施來(lái)避免和修復(fù)土壤鹽堿化。最后，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)中常使用大量地表水源灌溉，如河流、湖泊等。隨著人口增加和氣候變化等因素的影響，這些水源面臨供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)。因此，依賴(lài)傳統(tǒng)灌溉技術(shù)可能加劇水資源緊缺問(wèn)題，并對(duì)土地的鹽堿化狀況產(chǎn)生不利影響。

3、農(nóng)田排水困難

傳統(tǒng)開(kāi)溝灌溉一般采用開(kāi)溝或挖溝的方式，將水源引入農(nóng)田進(jìn)行灌溉，由于溝渠通常不具備良好的排水能力，當(dāng)降雨較多或灌溉過(guò)度時(shí)，很容易導(dǎo)致農(nóng)田內(nèi)積水過(guò)深，影響作物生長(zhǎng)，且對(duì)排水系統(tǒng)的建設(shè)和管理不夠重視，排水設(shè)施缺乏規(guī)劃和維護(hù)，導(dǎo)致農(nóng)田排水效果不佳。傳統(tǒng)排水系統(tǒng)通常是簡(jiǎn)單的溝渠和渠道，沒(méi)有完善的設(shè)計(jì)和構(gòu)造，難以有效地排除農(nóng)田內(nèi)的積水。同時(shí)，由于長(zhǎng)期缺乏維護(hù)和清理，堵塞和破損的情況較為常見(jiàn)，進(jìn)一步加劇了農(nóng)田排水困難的問(wèn)題。此外，傳統(tǒng)灌溉技術(shù)容易導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，影響了土壤的排水性能。傳統(tǒng)灌溉方式中常常使用大量的水進(jìn)行澆灌，缺乏合理的水分調(diào)控和管理，導(dǎo)致土壤過(guò)度濕潤(rùn)，長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)田內(nèi)的土壤往往變得結(jié)實(shí)、板結(jié)，排水能力下降。

三、現(xiàn)有農(nóng)田水利建設(shè)中的節(jié)水灌溉技術(shù)

1、噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)通過(guò)將水以細(xì)小的顆粒狀噴射或噴霧方式供給作物根系，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物的準(zhǔn)確供水。該技術(shù)在農(nóng)田水利建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，具有許多優(yōu)勢(shì)，如高效節(jié)水、均勻灌溉、適應(yīng)性強(qiáng)等。首先，噴灌技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水。相比于傳統(tǒng)的灌溉方式（如溝渠灌溉、引水灌溉等），噴灌技術(shù)能夠精確控制水量和水流速度，將水直接送到作物根系附近，減少了水分的流失和蒸發(fā)，從而節(jié)約了用水量。通過(guò)合理調(diào)整噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如噴頭數(shù)量、布置方式、噴頭壓力等，可以進(jìn)一步提高噴灌技術(shù)的節(jié)水效果。其次，噴灌技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)均勻灌溉。噴灌系統(tǒng)中的噴頭可以進(jìn)行定向調(diào)節(jié)，根據(jù)農(nóng)田地勢(shì)和作物的需水特點(diǎn)，合理布置和調(diào)整噴頭位置，使水流能夠均勻地覆蓋整個(gè)農(nóng)田。這樣可以避免出現(xiàn)某些區(qū)域過(guò)濕、某些區(qū)域過(guò)干的情況，提高作物生長(zhǎng)的一致性和穩(wěn)定性。此外，噴灌技術(shù)具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。噴灌系統(tǒng)可以根據(jù)不同作物的生長(zhǎng)需求進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，靈活適應(yīng)不同作物的需水特點(diǎn)和栽培方式。同時(shí)，噴灌技術(shù)在農(nóng)田水利建設(shè)中還可以結(jié)合其他輔助設(shè)施，如土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)水量的精確控制和智能管理，提高整體的農(nóng)田水利效益。

2、滴灌技術(shù)

滴灌是將水通過(guò)管道輸送到農(nóng)作物根部，通過(guò)微型噴孔或滴孔逐滴滴入土壤，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)澆灌。滴灌技術(shù)可以最大限度地減少水分蒸發(fā)和流失，提高水分利用效率。首先，滴灌技術(shù)采用了特殊的滴灌管道系統(tǒng)。該系統(tǒng)由主管道、支線(xiàn)管道和滴頭組成，主管道與水源相連，通過(guò)支線(xiàn)管道將水分配到滴頭上。滴頭由微小的孔隙組成，水通過(guò)這些孔隙以滴水的方式滴入作物的根系區(qū)域。這種設(shè)計(jì)使得滴灌技術(shù)能夠?qū)⑺_地供應(yīng)給作物根系，并最大限度地減少水的蒸發(fā)和滲漏。其次，滴灌技術(shù)可以根據(jù)作物的需水量和生長(zhǎng)階段進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。滴頭的數(shù)量和間距可以根據(jù)作物的需水量和土壤的濕度狀況進(jìn)行調(diào)整，從而保證作物根系得到適量的水分供應(yīng)，在不同的生長(zhǎng)階段，滴頭的流量和時(shí)間也可以進(jìn)行調(diào)控，以滿(mǎn)足作物的不同需水量，避免水分的過(guò)量或不足。最后，滴灌技術(shù)具有高效用水的特點(diǎn)。相比傳統(tǒng)的沖灌和噴灌技術(shù)，滴灌技術(shù)能夠?qū)⑺种苯庸?yīng)給作物根系，減少了水分的損失。同時(shí)，由于滴頭向作物根系供應(yīng)水分的方式是滲透式的，減少了土壤表層的濕度，降低了蒸發(fā)速率，進(jìn)一步提高了水的利用效率。因此，滴灌技術(shù)可以在相同的灌溉面積下，實(shí)現(xiàn)更高效地用水和更好的作物生長(zhǎng)效果。

3、地下滴灌技術(shù)

地下滴灌是一種將滴灌技術(shù)應(yīng)用于地下灌溉系統(tǒng)的方法。通過(guò)在土壤中埋設(shè)滴灌管道，將水滴直接輸送到植物根區(qū)，減少水分蒸發(fā)和流失。地下滴灌技術(shù)有助于提高水分利用效率及作物的生長(zhǎng)。地下滴灌系統(tǒng)由滴灌管道、滴灌器、接頭和管道配件組成，滴灌系統(tǒng)中的主要組件是滴灌管道，由聚乙烯材料制成，這種管道具有抗老化、耐腐蝕和抗壓等特性，滴灌器位于滴灌管道上，負(fù)責(zé)控制水分的滴出速度和流量，常見(jiàn)的滴灌器有壓力補(bǔ)償型和非壓力補(bǔ)償型滴灌器，前者能夠保持恒定的滴出速度，后者則隨水壓變化而改變滴出速度，接頭和管道配件用于連接滴灌管道和水源的接頭，以及連接滴灌管道之間的管道配件。地下滴灌技術(shù)可以減少水分蒸發(fā)和地表徑流，并減少因?yàn)轱L(fēng)吹和蒸發(fā)導(dǎo)致的水分損失。相比傳統(tǒng)的噴灌技術(shù)，地下滴灌技術(shù)的節(jié)水效果更為明顯，地下滴灌技術(shù)還可以精準(zhǔn)地將水分直接送到作物根系區(qū)域，避免了浪費(fèi)在非生長(zhǎng)部位的水分。這樣可以提高作物根系的含水量，增加生長(zhǎng)潛力，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，且地下滴灌的管道埋設(shè)在土壤中，不會(huì)占用耕地表面空間，對(duì)于小型農(nóng)田和不同形狀的土地都具有較好的適應(yīng)性。使用過(guò)程中，相關(guān)人員需要根據(jù)作物類(lèi)型、土壤條件和坡度等因素進(jìn)行滴灌管道的合理布局，確保水分均勻分布，定期檢查和清洗滴灌管道，防止滴孔堵塞和滲漏等問(wèn)題，根據(jù)作物需水量和生長(zhǎng)階段，合理安排灌溉頻率和時(shí)機(jī)，避免水分過(guò)多或不足。

4、雨水收集利用技術(shù)

雨水收集利用技術(shù)是滴灌技術(shù)在農(nóng)田水利建設(shè)中的一種節(jié)水灌溉技術(shù)，它通過(guò)收集和儲(chǔ)存降水，將其有效地利用于農(nóng)田灌溉，以減少對(duì)地下水和地表水的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)水的目的。首先，雨水收集利用技術(shù)需要建設(shè)雨水收集系統(tǒng)，這包括雨水收集器、濾清器和儲(chǔ)水設(shè)施等組成部分。雨水收集器用于收集雨水并將其導(dǎo)入濾清器，濾清器可以去除雨水中的雜質(zhì)和污染物，收集的雨水經(jīng)過(guò)濾清器后，會(huì)被儲(chǔ)存于儲(chǔ)水設(shè)施中，如地下水庫(kù)、水塔或水箱等。其次，雨水收集利用技術(shù)需要進(jìn)行雨水儲(chǔ)存管理，這包括對(duì)儲(chǔ)水設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，確保其正常運(yùn)行和儲(chǔ)水量充足。同時(shí)，還需要進(jìn)行雨水的調(diào)度和分配，根據(jù)農(nóng)田的需水情況合理利用儲(chǔ)存的雨水進(jìn)行灌溉。另外，為了提高雨水的利用效率，雨水收集利用技術(shù)通常與其他節(jié)水灌溉技術(shù)結(jié)合使用。例如，可以將收集的雨水與滴灌系統(tǒng)結(jié)合，通過(guò)滴灌方式將雨水準(zhǔn)確地輸送到作物根系附近，提高灌溉水的利用效率和作物生長(zhǎng)的水分利用效率。為了保證雨水的質(zhì)量和安全性，雨水收集利用技術(shù)還需要進(jìn)行預(yù)處理和后處理。預(yù)處理包括對(duì)雨水進(jìn)行除雜、殺菌等處理，以減少雨水中的懸浮物和病菌。后處理則包括對(duì)儲(chǔ)存的雨水進(jìn)行消毒和過(guò)濾等處理，確保供灌溉的雨水符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

四、節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、智能灌溉系統(tǒng)

智能灌溉系統(tǒng)是農(nóng)田水利建設(shè)中節(jié)水灌溉技術(shù)的重要發(fā)展方向，隨著科技的進(jìn)步和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的灌溉方式存在浪費(fèi)水資源、不適應(yīng)作物需水變化等問(wèn)題。因此，研發(fā)智能灌溉系統(tǒng)成為解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵。智能灌溉系統(tǒng)基于先進(jìn)的傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、控制算法等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和感知農(nóng)田的環(huán)境參數(shù)以及作物的需水情況，通過(guò)智能分析和決策，精確調(diào)控灌溉水量和灌溉時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水灌溉。下面討論智能灌溉系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：

①傳感器技術(shù)：智能灌溉系統(tǒng)依靠各類(lèi)傳感器對(duì)土壤水分、氣象條件、作物生長(zhǎng)狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳感器技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確和高效，可以提供準(zhǔn)確的環(huán)境信息，為灌溉決策提供依據(jù)。

②數(shù)據(jù)處理與算法：智能灌溉系統(tǒng)通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的分析和處理，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和決策模型，對(duì)土壤水分、作物需水等進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和優(yōu)化調(diào)控。這些算法可以根據(jù)不同作物的需求和生長(zhǎng)周期，合理安排灌溉量和灌溉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。

③通信技術(shù)：智能灌溉系統(tǒng)需要將傳感器獲取的數(shù)據(jù)、決策結(jié)果等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和交互，因此需要依靠先進(jìn)的通信技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)等。這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部件的聯(lián)動(dòng)和協(xié)作，保證實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

④智能控制器：智能控制器是智能灌溉系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)接收傳感器數(shù)據(jù)并執(zhí)行灌溉策略。智能控制器一般具備自主學(xué)習(xí)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，可以根據(jù)環(huán)境變化和作物需求進(jìn)行智能決策并控制灌溉設(shè)備的運(yùn)行。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破，智能灌溉系統(tǒng)將更加智能化、自動(dòng)化，并能與其他農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、科學(xué)化的農(nóng)田水利建設(shè)。

2、新型灌溉設(shè)備

隨著農(nóng)業(yè)水資源的日益稀缺和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，農(nóng)田水利建設(shè)中的節(jié)水灌溉技術(shù)正不斷發(fā)展。新型灌溉設(shè)備在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生，并且呈現(xiàn)出以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：首先，新型灌溉設(shè)備將更加注重精確測(cè)量和控制。傳統(tǒng)的灌溉設(shè)備通常無(wú)法精確測(cè)量土壤水分含量和作物需水量，導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)效率的低下。而新型灌溉設(shè)備則使用先進(jìn)的傳感器和自動(dòng)控制技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分狀況和作物生長(zhǎng)情況，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行精確的水量供給，實(shí)現(xiàn)灌溉的精細(xì)化管理。其次，新型灌溉設(shè)備將更加注重節(jié)水效果的提升。節(jié)水是當(dāng)前農(nóng)田水利建設(shè)的重要目標(biāo)之一。新型灌溉設(shè)備將采用更高效的灌溉方式，如滴灌、微噴灌、噴霧灌等，以減少水分的流失和蒸發(fā)。同時(shí)，新型灌溉設(shè)備還會(huì)結(jié)合水肥一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水肥配合的最優(yōu)化，進(jìn)一步降低用水量，提高灌溉效率。最后，新型灌溉設(shè)備還將注重節(jié)能和環(huán)保。在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，新型灌溉設(shè)備將大力推廣采用節(jié)能材料和技術(shù)，降低能源消耗。同時(shí)，新型灌溉設(shè)備還將采用環(huán)保材料和工藝，減少對(duì)環(huán)境的污染。例如，使用可降解材料制造灌溉管道，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生；引入清潔能源供電，減少排放。

3、水資源循環(huán)利用技術(shù)

首先，農(nóng)田排水回用是水資源循環(huán)利用的一種重要技術(shù)。通常情況下，農(nóng)田灌溉會(huì)產(chǎn)生大量的農(nóng)田排水，這些排水含有一定的養(yǎng)分和溶解質(zhì)，如果能夠?qū)ε潘M(jìn)行有效地處理和回用，既可以減少對(duì)地下水的開(kāi)采，又能夠充分利用排水中的養(yǎng)分。目前，常用的農(nóng)田排水回用技術(shù)包括土地排水系統(tǒng)、人工濕地處理系統(tǒng)和生物反應(yīng)器等，這些技術(shù)可以將農(nóng)田排水進(jìn)行處理，使其達(dá)到灌溉要求，同時(shí)減少對(duì)清潔水資源的需求。另外，農(nóng)田水利建設(shè)中還存在一些新型的水資源循環(huán)利用技術(shù)。例如，灌溉用水和飲用水的聯(lián)合供水技術(shù)，可以將市政用水和農(nóng)田灌溉用水進(jìn)行集成供應(yīng)，通過(guò)科學(xué)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)和水質(zhì)處理，將飲用水的剩余部分用于農(nóng)田灌溉，實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用。此外，還有基于土壤水分傳感器和遙感技術(shù)的智能化灌溉系統(tǒng)，可以根據(jù)土壤濕度和氣象條件等數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制灌溉水量和灌溉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，降低水分的浪費(fèi)。

總而言之，農(nóng)田水利建設(shè)中的節(jié)水灌溉技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)乎農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，更關(guān)乎我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，節(jié)水灌溉技術(shù)也在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新，為我國(guó)的農(nóng)田水利建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。在未來(lái)，節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將更加明顯，通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田水分的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能控制，大大提高了灌溉的效率和精度。我們期待著節(jié)水灌溉技術(shù)在未來(lái)能夠更好地服務(wù)于我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。