摘 要:我國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨用水緊張與灌溉效率低下的雙重挑戰(zhàn)。基于此,分析探討了新型節(jié)水灌溉技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢,對比噴灌、微灌、渠道防滲、低壓管道輸水等技術(shù)的特點(diǎn),并提出了一系列節(jié)水措施,包括推廣高效灌溉技術(shù)、實(shí)行分區(qū)定額管理、建立監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和增強(qiáng)農(nóng)民節(jié)水意識等。采用這些措施能顯著提高水資源利用效率,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,有助于保障國家糧食安全和生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)水利灌溉;噴灌技術(shù);微灌技術(shù);渠道防滲技術(shù);低壓管道輸水技術(shù);節(jié)水措施
中圖分類號:S274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1674-7909(2024)3-154-4
DOI:10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.03.037
0 引言
在全球范圍內(nèi),水資源的緊張已成為限制社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸,尤其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,這一問題較為顯著。農(nóng)業(yè)用水占全球淡水使用量的很大一部分,農(nóng)業(yè)對水資源的高依賴性與水資源的有限性形成了尖銳對立。隨著氣候變化和人口增長的雙重壓力,高效管理和節(jié)約使用水資源成為一個(gè)迫在眉睫的議題。當(dāng)前,我國的農(nóng)業(yè)灌溉用水現(xiàn)狀并不理想。一直以來,我國的農(nóng)業(yè)灌溉以漫灌方式為主,這導(dǎo)致了灌溉水的實(shí)際利用率遠(yuǎn)低于理想狀態(tài)。在輸送過程中,由于渠道破舊、漏洞百出,大量水資源未能到達(dá)農(nóng)田即流失。同時(shí),在灌溉后,土壤和作物的有限吸收能力導(dǎo)致大量水分通過地表徑流和深層滲透形式丟失,這造成大量水資源流失和浪費(fèi),還可能導(dǎo)致土壤鹽堿化等次生災(zāi)害。針對這些問題,新型農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。技術(shù)創(chuàng)新為解決傳統(tǒng)灌溉中的水資源浪費(fèi)提供了可行方案。例如,噴灌技術(shù)通過高效的水泵和管網(wǎng)系統(tǒng),將水以霧的形式均勻?yàn)⒌阶魑锷希@著提高了水的利用效率,并減少了途中的滲漏。微灌技術(shù),包括滴灌和微噴灌,能夠?qū)⑺苯虞斔偷阶魑锔?,極大地減少了水分蒸發(fā)和無效透水。此外,渠道防滲技術(shù)及低壓管道輸水技術(shù)的應(yīng)用,也能有效減少灌溉系統(tǒng)中的水損。采用這些現(xiàn)代灌溉手段,不僅提高了灌溉水的利用率,也為水資源的合理配置開辟了新途徑。
雖然技術(shù)進(jìn)步為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供了可能,但技術(shù)的推廣和應(yīng)用還面臨著多方面的挑戰(zhàn):農(nóng)民的節(jié)水意識仍需加強(qiáng),現(xiàn)有的管理體系需要進(jìn)一步完善。因此,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用這些新型灌溉技術(shù),通過政策引導(dǎo)和教育培訓(xùn)提升農(nóng)民的節(jié)水意識和技術(shù)運(yùn)用能力,將是提高我國農(nóng)業(yè)灌溉水資源利用效率,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵路徑。
1 新型農(nóng)業(yè)水利灌溉技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢分析
1.1 噴灌技術(shù)
噴灌技術(shù)通過水泵、管網(wǎng)系統(tǒng)和噴頭等設(shè)備,將水以噴霧形式均勻地灑在作物上進(jìn)行灌溉,可以有效減少渠道和地表的滲漏損失,從而提高水資源利用效率[1]。噴灌系統(tǒng)主要由水源、水泵站、主管網(wǎng)、支管網(wǎng)、噴頭等部分組成。水源可以是河流、水庫等,水流經(jīng)水泵站增壓后進(jìn)入主管網(wǎng),再從支管網(wǎng)分配到各個(gè)噴頭,噴頭將水霧化后對作物進(jìn)行澆灌。根據(jù)工作方式的不同,噴灌可分為固定噴灌、移動(dòng)噴灌和微噴灌等類型。固定噴灌是應(yīng)用最廣泛的噴灌形式,噴頭位置固定,按設(shè)計(jì)要求對作物進(jìn)行定期灌溉(如圖1所示)。一般管徑為20~40 mm,噴頭間距為3~5 m,噴頭高度為0.5~1.0 m,運(yùn)行壓力為0.2~0.4 MPa。研究表明,與渠道灌溉相比,固定噴灌可以節(jié)水30%~60%。移動(dòng)噴灌通過改變噴頭位置進(jìn)行灌溉,靈活性較高,可針對不同作物和地塊進(jìn)行調(diào)整,節(jié)水效果較好[2]。微噴灌利用直徑5~15 mm的微型噴頭,以較小的水量進(jìn)行精準(zhǔn)澆灌,是較為先進(jìn)的噴灌技術(shù),可根據(jù)作物需水特點(diǎn)精確控制每個(gè)噴頭的水量,從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水。
1.2 滴灌技術(shù)
滴灌技術(shù)通過在管道中布置滴頭,可以對作物根部進(jìn)行定點(diǎn)澆灌,大大減少了蒸發(fā)損失,是目前應(yīng)用最廣的微灌技術(shù)[3]。典型的滴灌系統(tǒng)包括水源、過濾系統(tǒng)、肥料注入裝置、控制器、主管道、滴頭等部分。滴頭一般選用2~8 L/h的流量,間距在0.3~0.6 m之間,具體根據(jù)作物類型、行距等具體情況確定。采用滴灌技術(shù)可以精確控制每株作物的用水量,一般可將灌溉用水量降低30%~70%。但其設(shè)備投入較高,維護(hù)費(fèi)用也較高,適用于經(jīng)濟(jì)作物種植。與滴灌技術(shù)相比,噴灌技術(shù)設(shè)備投入較低,推廣難度小,可廣泛應(yīng)用于各類作物。表1對兩種微灌技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了對比。
1.3 渠道防滲技術(shù)
渠道防滲技術(shù)是目前農(nóng)田灌溉系統(tǒng)中使用最廣泛的一種節(jié)水技術(shù)手段。灌溉渠道漏損是導(dǎo)致水資源浪費(fèi)的主要原因之一。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,我國現(xiàn)有灌溉渠道的漏損率在50%以上。為實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用,采取有效的渠道防滲措施勢在必行。常見的渠道防滲技術(shù)主要包括水泥涂抹、磚塊襯砌、三合土護(hù)面、塑料薄膜防滲、預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌等,這些防滲技術(shù)能夠有效降低渠道的滲漏率。例如,采用水泥涂抹技術(shù)可以將土質(zhì)渠道的滲漏率降低60%以上;使用合理的塑料薄膜防滲,渠道滲漏率可降低80%。防滲材料的選用還要考慮耐久性、施工簡便性等因素。采用防滲技術(shù)不僅可以節(jié)約水資源,還可以提高渠道輸水效率,保證農(nóng)作物獲得充足水分。
1.4 低壓管道輸水技術(shù)
低壓管道輸水技術(shù)利用埋設(shè)在地下1~2 m的塑料或鋼制管道,取代傳統(tǒng)的地表水渠進(jìn)行水源輸送。根據(jù)管道材質(zhì)不同,其輸水壓力一般控制在0.2~0.6 MPa。與地表水渠相比,地下管道系統(tǒng)的漏損率可以降低約60%,大大提高了水資源利用效率。采用直徑為160 mm的PE管道,當(dāng)輸水壓力為0.3 MPa時(shí),其漏水率僅為0.121 L/(km·h),而相應(yīng)規(guī)格水渠的漏水率為10~30 L/(km·h)。管道輸水系統(tǒng)通常設(shè)置在田間地頭,根據(jù)作物種植情況采用網(wǎng)狀或樹狀布局。管道兩端及拐點(diǎn)設(shè)置閥門,可根據(jù)需要開啟或關(guān)閉部分管道。同時(shí),在管網(wǎng)末端增設(shè)水表,便于監(jiān)測系統(tǒng)漏損和用水量。相比渠系,采用該技術(shù)可以精確輸水到需灌溉區(qū)域,并實(shí)時(shí)掌握水量變化。但其施工及管材成本較高,維護(hù)復(fù)雜,主要適用于經(jīng)濟(jì)效益較好的大型農(nóng)場。
2 加快推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的有效措施
2.1 推廣節(jié)水灌溉技術(shù),提高灌溉水資源利用效率
推廣節(jié)水灌溉技術(shù),是提高灌溉水資源利用效率的關(guān)鍵。首先,要普及滴灌、噴灌等現(xiàn)代灌溉技術(shù)。采用這些技術(shù)能夠?qū)⑺趾宛B(yǎng)分直接輸送到作物根部,大幅度減少蒸發(fā)和滲漏,從而極大提高用水效率。其次,要引入土壤濕度監(jiān)測設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng),以實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤的水分狀況,并據(jù)此調(diào)整灌溉量,避免灌溉過量或不足[4]。再次,要推廣使用智能灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)天氣預(yù)報(bào)、植物生長階段及土壤濕度等數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整灌溉策略,確保水資源的最大化利用,減少資源浪費(fèi)。最后,要加強(qiáng)對農(nóng)民的技術(shù)培訓(xùn),提升他們對節(jié)水灌溉技術(shù)的認(rèn)知和操作能力,確保這些技術(shù)能夠被正確地推廣使用。采取以上措施,可以有效提高灌溉水資源的利用效率,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
2.2 實(shí)行分區(qū)分級定額用水管理,強(qiáng)化水資源節(jié)約意識
實(shí)行分區(qū)分級定額用水管理是提升農(nóng)業(yè)水資源利用效率、增強(qiáng)水資源節(jié)約意識的有效途徑。一方面,要根據(jù)不同地區(qū)的降水量、地形地貌、作物種植結(jié)構(gòu)等因素,將農(nóng)業(yè)用水區(qū)域劃分為若干水管理區(qū)。每個(gè)區(qū)域根據(jù)其獨(dú)特的水資源狀況和農(nóng)業(yè)需求,設(shè)定合理的用水定額,確保用水量與區(qū)域水資源承載能力相匹配。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步細(xì)化到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村落,甚至單個(gè)農(nóng)田,按照作物生長周期和不同生長階段的需水特點(diǎn),制定更為精確的用水指標(biāo)。這種分級管理有助于合理調(diào)度水資源,也可以促使農(nóng)民注重水量控制,培養(yǎng)其節(jié)水意識。另一方面,要通過建立健全的監(jiān)測制度和考核機(jī)制,對超額用水的個(gè)體或單位實(shí)行經(jīng)濟(jì)處罰,以此強(qiáng)化節(jié)水規(guī)定的執(zhí)行力。政府及相關(guān)部門應(yīng)積極開展宣傳教育活動(dòng),提高農(nóng)民的節(jié)水認(rèn)識,讓他們了解節(jié)水的重要性,掌握節(jié)水方法,形成全社會(huì)共同節(jié)約用水的良好氛圍。
2.3 建立完善的水資源監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)控
建立完善的水資源監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)控的關(guān)鍵。這一系統(tǒng)需要以先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)為基礎(chǔ),利用衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)測站點(diǎn)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等設(shè)備,對監(jiān)測范圍內(nèi)的水文氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和分析[5]。對降水量、河流流量、水庫蓄水量、地下水位等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控,可以實(shí)時(shí)掌握水資源的動(dòng)態(tài)變化情況。監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)與農(nóng)業(yè)用水需求相結(jié)合,建立科學(xué)的數(shù)據(jù)模型,預(yù)測不同季節(jié)、不同區(qū)域的灌溉需求和水資源供應(yīng)狀況。一旦監(jiān)測到水資源供需出現(xiàn)不平衡的風(fēng)險(xiǎn),系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息,引導(dǎo)農(nóng)戶和管理部門及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。例如,在水資源短缺預(yù)警時(shí),能夠調(diào)整灌溉計(jì)劃,減少非優(yōu)先區(qū)域的灌水量,或者推遲非關(guān)鍵生長期的灌溉時(shí)間,以保證關(guān)鍵時(shí)期和區(qū)域的水資源供應(yīng)。
2.4 加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入力度,完善水利基礎(chǔ)設(shè)施
要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的目標(biāo),必須加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度,全面完善水利基礎(chǔ)設(shè)施。這應(yīng)包括更新和維護(hù)灌溉渠道,減少輸水過程中的漏損,以及建設(shè)現(xiàn)代化的節(jié)水灌溉系統(tǒng),如滴灌、噴灌設(shè)施。同時(shí),應(yīng)興建蓄水設(shè)施,如小型蓄水池和地下水庫,以增強(qiáng)抗旱能力。此外,政府應(yīng)支持新型節(jié)水材料與技術(shù)的研發(fā),提升灌溉系統(tǒng)的智能化水平,確保灌溉效率最大化,減少水資源的浪費(fèi)。采取這些措施可以有效提高農(nóng)業(yè)用水的利用率,為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支撐。
2.5 增強(qiáng)農(nóng)民節(jié)水意識,開展技術(shù)培訓(xùn)和財(cái)政補(bǔ)貼
加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),是推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的重要支撐。一方面,需要對現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級改造,減少水在輸送過程中的漏損,提高水的利用效率。例如,改造開放式渠道,采用管道輸水、覆蓋膜等現(xiàn)代技術(shù)減少水分蒸發(fā)和滲漏。另一方面,要建設(shè)多功能的蓄水設(shè)施,增強(qiáng)調(diào)蓄水能力,特別是在干旱和豐水期能夠有效調(diào)節(jié)水資源。此外,應(yīng)建設(shè)智能化的水資源管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對水使用的實(shí)時(shí)監(jiān)控和精準(zhǔn)控制,以適應(yīng)不同作物和不同生長階段的需水量。同時(shí),政府應(yīng)加大對這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的財(cái)政投入和政策支持,鼓勵(lì)采用PPP等模式吸引社會(huì)資本參與,形成政府和市場的合力,加快水利設(shè)施的現(xiàn)代化進(jìn)程。
2.6 研發(fā)和應(yīng)用適宜的作物品種,選育抗旱作物品種
研發(fā)和應(yīng)用適宜的作物品種,選育抗旱作物品種,是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水和提高作物抗旱能力的重要途徑。第一,要加強(qiáng)對不同作物抗旱機(jī)制和抗旱基因的研究,利用分子標(biāo)記輔助選擇等現(xiàn)代生物技術(shù)手段,篩選和培育出具有卓越抗旱性能的新品種。這些新品種在相同的水分條件下,能夠獲得更高的產(chǎn)量,從遺傳層面降低對灌溉的依賴性。第二,要開發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)的多抗品種。這類作物不僅抗旱,還能抵御病蟲害、鹽堿等多種脅迫,能穩(wěn)定生產(chǎn)并保持較高產(chǎn)量。第三,研發(fā)兼具高產(chǎn)和抗旱性能的作物新品種。將傳統(tǒng)雜交與分子設(shè)計(jì)結(jié)合,培育產(chǎn)量不降低或者達(dá)到一定產(chǎn)量增幅的抗旱品種,實(shí)現(xiàn)抗旱性和高產(chǎn)性的有機(jī)結(jié)合。第四,開展抗旱作物區(qū)域試驗(yàn),篩選出不同地區(qū)環(huán)境條件下效果最好的抗旱品種。根據(jù)各地氣候、土壤差異,選育具備環(huán)境適應(yīng)性和區(qū)域特色的抗旱品種。第五,加強(qiáng)抗旱作物推廣應(yīng)用,通過技術(shù)培訓(xùn)、示范推廣、政府補(bǔ)貼等方式,促進(jìn)抗旱品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛使用,從而保障其在糧食安全中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
3 結(jié)束語
綜上所述,當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)水利灌溉面臨諸多挑戰(zhàn)。為此,必須推廣應(yīng)用各類高效節(jié)水灌溉技術(shù),實(shí)施科學(xué)的用水管理,加大水資源監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè),增加基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入力度,并增強(qiáng)農(nóng)民節(jié)水意識。如果能持續(xù)采取這些措施,不僅可以有效提高我國農(nóng)業(yè)用水效率,實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用,還將促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展,保證國家糧食安全,并對維護(hù)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生積極影響。
參考文獻(xiàn):
[1]錢萬馳.淺談節(jié)水措施在農(nóng)業(yè)水利灌溉中的有效運(yùn)用[J].河南農(nóng)業(yè),2022(29):47-49.
[2]楊青明.農(nóng)業(yè)水利灌溉中節(jié)水的有效措施研究[J].新農(nóng)業(yè),2022(17):104.
[3]張克錠.農(nóng)業(yè)水利工程灌溉中的節(jié)水措施分析[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技,2019(12):51.
[4]張純成.農(nóng)業(yè)水利工程灌溉中的節(jié)水措施分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2018(18):111-112.
[5]趙凌彩.節(jié)水措施在農(nóng)業(yè)水利灌溉中的有效應(yīng)用[J].江西建材,2017(17):107-108.