農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)分析

摘要：隨著全球水資源日益緊張，農(nóng)業(yè)用水的效率和可持續(xù)性成為亟待解決的問(wèn)題，農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的研究與應(yīng)用變得尤為重要。為促進(jìn)農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，本文首先深入分析了農(nóng)田水利技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，并分析了農(nóng)田水利技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題；針對(duì)具體存在的問(wèn)題，結(jié)合農(nóng)田水利實(shí)際應(yīng)用，提出了一系列針對(duì)性措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)問(wèn)題的有效解決；這不僅有利于提高灌溉效率和作物產(chǎn)量，也確保了水資源的可持續(xù)利用，以此為相關(guān)人員提供實(shí)踐參考，并有助于推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向更加節(jié)水化、高效化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利；節(jié)水技術(shù)；灌溉

隨著全球氣候變化的加劇以及人口的持續(xù)增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)水資源的穩(wěn)定供應(yīng)面臨前所未有的挑戰(zhàn)，而農(nóng)田水利作為保障糧食安全和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，其節(jié)水技術(shù)的研究與應(yīng)用成為當(dāng)前的重要研究課題。在這一背景下，探討高效節(jié)水技術(shù)不僅是響應(yīng)環(huán)境變化的需要，也是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的必由之路。傳統(tǒng)的灌溉方法如地面渠道灌溉、噴灌等雖然在歷史上發(fā)揮了重要作用，但由于水分利用率低下、蒸發(fā)量大等缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)，迫切需要更加高效、節(jié)約的灌溉技術(shù)來(lái)替代。微灌、滴灌等現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)因其較高的水分利用效率和適應(yīng)性而成為研究焦點(diǎn)，通過(guò)對(duì)此類技術(shù)應(yīng)用中存在問(wèn)題的深入分析，可促進(jìn)農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)其節(jié)水效果，提高農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益。

1 農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的價(jià)值

1.1 促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展

隨著我國(guó)的人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)食物的需求也日益增加，農(nóng)業(yè)水利是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而農(nóng)業(yè)用水量占全球淡水抽取量的大部分，因此優(yōu)化水資源的使用并實(shí)施節(jié)水技術(shù)成為節(jié)約自然資源的關(guān)鍵；利用節(jié)水技術(shù)，可減少水分損失，提高灌溉效率，確保有限的水資源可以滿足更廣泛的農(nóng)田需求；其中滴灌和微灌等節(jié)水灌溉技術(shù)能顯著提高用水的準(zhǔn)確性和效率，減少水的浪費(fèi)和地下水的過(guò)度開(kāi)采，使得農(nóng)業(yè)發(fā)展更為可持續(xù)。農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用也有助于提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，減少水的浪費(fèi)意味著可以將有限的水資源用于生產(chǎn)更多的農(nóng)作物，從而提高單位面積的產(chǎn)出效率，而且采用適當(dāng)?shù)墓?jié)水技術(shù)還能保持土壤的適宜濕度和結(jié)構(gòu)，避免了因灌溉不當(dāng)造成的土壤板結(jié)和鹽堿化，有利于作物的健康成長(zhǎng)[1]。

1.2 保護(hù)生態(tài)環(huán)境

在傳統(tǒng)的農(nóng)田灌溉中，因灌溉效率低，大量的肥藥隨著農(nóng)田徑流流入湖泊、河流，不但造成了水資源的浪費(fèi)，還會(huì)引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化等一系列環(huán)境問(wèn)題，而利用精確灌溉和合理施肥技術(shù)，可將水和肥直接輸送到作物根部，大幅度減少了化肥和農(nóng)藥流失量，進(jìn)而減輕了對(duì)地表水和地下水的污染，不僅有利于維護(hù)地方生態(tài)平衡，而且減緩了面廣水量大的水體污染和地下水位下降的趨勢(shì)。在大自然的水循環(huán)中，水分的蒸發(fā)和轉(zhuǎn)換在一定程度上依賴于地表水體的存在，當(dāng)節(jié)水技術(shù)被廣泛應(yīng)用后，地表水和地下水的水位可以被保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這有利于維護(hù)自然界中水的循環(huán)和平衡，比如節(jié)水灌溉可以減少農(nóng)作物蒸發(fā)量，提高水的循環(huán)利用率[2]。

1.3 增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，節(jié)水技術(shù)的實(shí)施可直接減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，而且在節(jié)約水資源的同時(shí)還節(jié)約了能源和其他農(nóng)業(yè)投入品。對(duì)于農(nóng)民而言，可在保證甚至提高產(chǎn)量的前提下，顯著降低生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，而且還帶來(lái)了附加效應(yīng)，比如增加就業(yè)機(jī)會(huì)、提升農(nóng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展等。從市場(chǎng)需求的角度出發(fā)，農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可靠性，還促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的提升，隨著灌溉效率的提高，農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)更趨穩(wěn)定，有助于保障食品供應(yīng)安全，平抑市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，使人們可獲取到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的農(nóng)產(chǎn)品[3]。

2 農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.1 灌溉非均勻性

盡管噴灌、滴灌等現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)在提高水資源利用效率方面取得了顯著成果，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于多種原因，仍然存在灌溉非均勻性問(wèn)題，不僅降低了灌溉效率，也影響了農(nóng)田的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于噴灌系統(tǒng)而言，如果噴頭的布局設(shè)計(jì)不合理，比如噴頭間距太遠(yuǎn)或者排列方式不適宜，將無(wú)法保證田間每個(gè)區(qū)域得到均勻的水分供給。在滴灌系統(tǒng)中，滴頭的出水量如果不能精確控制或因安裝位置偏差導(dǎo)致出水不均，則同樣會(huì)引起灌區(qū)內(nèi)部分地塊水分過(guò)多或過(guò)少，從而影響作物的正常生長(zhǎng)[4]。

2.2 灌溉設(shè)備堵塞

農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，盡管大幅提高了灌溉效率和水資源的合理利用，但在實(shí)際操作過(guò)程中，灌溉設(shè)備堵塞問(wèn)題頻發(fā)，嚴(yán)重影響了灌溉系統(tǒng)的正常運(yùn)行和灌溉效果。多數(shù)灌溉設(shè)備的堵塞主要是由于水質(zhì)問(wèn)題引起，農(nóng)田灌溉水源可能含有各種懸浮物、沉淀物以及生物藻類等雜質(zhì)，此類物質(zhì)隨著灌溉水進(jìn)入灌溉系統(tǒng)，容易在管道、濾網(wǎng)、噴頭等部件上積累，最終造成堵塞，尤其微灌系統(tǒng)如滴灌和噴霧灌，其出水口徑小，更容易被微小顆?；蛘呱沉６氯?。而且水中溶解的礦物質(zhì)，在一定條件下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成不溶解的沉淀。例如，高濃度的鈣、鎂離子遇到碳酸根會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣和碳酸鎂沉淀，鐵離子在氧化作用下形成的鐵銹也可引起堵塞，此類化學(xué)沉積物逐漸在設(shè)備內(nèi)壁或出口處累積，減少了水流通道面積，增加了系統(tǒng)工作壓力。

2.3 土壤水分監(jiān)測(cè)困難

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于土壤類型、土壤結(jié)構(gòu)以及含水量的空間變異性極大，導(dǎo)致實(shí)際的土壤水分狀況很難被準(zhǔn)確捕捉，此種空間異質(zhì)性意味著即便在相對(duì)較小的農(nóng)田內(nèi)，不同位置的土壤水分狀況也可能差異巨大，所以監(jiān)測(cè)結(jié)果可能無(wú)法真實(shí)反映整個(gè)田塊中作物根部的實(shí)際水分條件，影響灌溉決策的準(zhǔn)確性。同時(shí)，溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)會(huì)影響傳感器的性能和測(cè)量結(jié)果，在極端氣候條件下，高溫或低溫都可能干擾傳感器正常工作，造成數(shù)據(jù)失真，而且強(qiáng)風(fēng)和雨后土壤快速干燥或積水情況也會(huì)使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。最后，由于土壤水分監(jiān)測(cè)設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間暴露于戶外環(huán)境中易受到損壞或老化，需要農(nóng)戶定期進(jìn)行檢查、維護(hù)或更換；但在實(shí)際操作過(guò)程中，由于資源或知識(shí)限制，維護(hù)工作可能無(wú)法得到充分執(zhí)行，導(dǎo)致設(shè)備故障增多、壽命縮短，并最終影響整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.4 灌溉水源不穩(wěn)定

在農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，氣候變化帶來(lái)的降水量波動(dòng)是導(dǎo)致灌溉水源不穩(wěn)定的主要原因之一。隨著全球氣候變暖，許多地區(qū)出現(xiàn)了降雨模式的顯著變化，包括降水量的減少、降水季節(jié)的改變以及極端天氣事件的增加，此類變化使得依賴天然降水作為主要灌溉水源的農(nóng)田面臨供水不足或供水時(shí)間不匹配的風(fēng)險(xiǎn)，從而影響作物正常生長(zhǎng)周期和產(chǎn)量。而且在很多農(nóng)業(yè)發(fā)展較快的地區(qū)，為了滿足日益增長(zhǎng)的灌溉需求，過(guò)度抽取地下水和地表水已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象，此種無(wú)節(jié)制的資源開(kāi)發(fā)導(dǎo)致了水資源枯竭，水位下降，乃至于河流干涸，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題如土地沉降、濕地消失等，進(jìn)一步惡化了灌溉水源的穩(wěn)定性。

3 農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)應(yīng)用的有效措施

3.1 精密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)，提升灌溉均勻性

為提升農(nóng)田水利技術(shù)應(yīng)用中的均勻性，應(yīng)進(jìn)行精密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)，保證水分均勻地分配到作物的每一部分，從而提高水資源的利用效率，減少水資源的浪費(fèi)。實(shí)際應(yīng)用中，可精確測(cè)量農(nóng)田的面積、形狀以及地形，了解土壤類型、作物種類及其水分需求，結(jié)合上述數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出最適合特定農(nóng)田條件的灌溉系統(tǒng)；使用地形匹配的灌溉系統(tǒng)在地勢(shì)不平的地區(qū)能夠保證水流的均勻性，避免在低洼處水分過(guò)多而在高地不足。在系統(tǒng)安裝后，必須進(jìn)行嚴(yán)格的流量和壓力測(cè)試，確保每個(gè)噴頭或滴管釋放的水量一致。在測(cè)試流量時(shí)，應(yīng)在灌溉系統(tǒng)的不同點(diǎn)使用流量計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)水閥或是更改噴頭來(lái)確保整個(gè)系統(tǒng)的出水量相同，同時(shí)考慮到水壓的變化對(duì)灌溉均勻性的影響，可以安裝壓力調(diào)節(jié)器來(lái)保持穩(wěn)定的壓力水平，從而確保水分的均勻分配。

3.2 加強(qiáng)水質(zhì)管理設(shè)計(jì)過(guò)濾系統(tǒng)，避免管道堵塞

農(nóng)田水利技術(shù)應(yīng)用中，由于多種原因如水源中的懸浮物質(zhì)、沉積物或生物膜等可能導(dǎo)致灌溉設(shè)備的管道和噴頭發(fā)生堵塞，為避免管道堵塞，影響灌溉效果，應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)管理和設(shè)計(jì)有效的過(guò)濾系統(tǒng)，保障灌溉系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。為此，可對(duì)灌溉用水進(jìn)行全面的水質(zhì)分析，識(shí)別主要污染物及其濃度水平，可以為選擇合適的過(guò)濾技術(shù)提供依據(jù)，如果水源中含有較高濃度的懸浮固體，則需要使用能有效去除這些顆粒的過(guò)濾器。再根據(jù)不同的污染類型選擇合適的過(guò)濾系統(tǒng)，對(duì)于大顆粒物質(zhì)，可以首選網(wǎng)格過(guò)濾器或者砂濾池作為初級(jí)處理；而對(duì)于細(xì)微顆粒和其他較小物質(zhì)，碟片過(guò)濾器或膜技術(shù)可能更加適用；對(duì)于特殊污染物如鐵和錳等金屬離子，采用專門的化學(xué)處理設(shè)施進(jìn)行預(yù)處理以防止它們?cè)诠喔认到y(tǒng)內(nèi)沉積?？紤]到即使是最高效的過(guò)濾系統(tǒng)也會(huì)隨著時(shí)間積累污垢和雜質(zhì)而效率降低，所以應(yīng)建立定期檢查、清洗和更換過(guò)濾元件的維護(hù)計(jì)劃，在每個(gè)灌溉季節(jié)開(kāi)始前后徹底清理過(guò)濾器，并根據(jù)壓力差異監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及安排額外的清潔周期。

3.3 采用智能土壤水分傳感技術(shù)，加強(qiáng)土壤水分監(jiān)測(cè)

考慮到受多種因素影響使得土壤水分監(jiān)測(cè)不足，影響了灌溉準(zhǔn)確性，為此可在農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用中，采用智能土壤水分傳感技術(shù)加強(qiáng)土壤水分監(jiān)測(cè)，為農(nóng)業(yè)灌溉提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，幫助農(nóng)戶制定更為科學(xué)和精準(zhǔn)的灌溉計(jì)劃，提高水資源的使用效率。當(dāng)前市場(chǎng)上有多種類型的土壤水分傳感器，包括張力傳感器、電容式傳感器和時(shí)間域反射（TDR）傳感器等。其中張力傳感器適用于監(jiān)測(cè)土壤中水分的吸附力；電容式傳感器通過(guò)測(cè)量土壤介電常數(shù)變化來(lái)估算水分含量，適合多種土壤類型；時(shí)間域反射（TDR）傳感器則通過(guò)測(cè)量電磁波在土壤中行進(jìn)時(shí)間來(lái)確定土壤水分，精度較高但成本相對(duì)也較高；農(nóng)戶可根據(jù)農(nóng)田的具體土壤類型和財(cái)務(wù)預(yù)算選擇最適合的傳感器類型。確定傳感器類型后，將傳感器安裝在代表性區(qū)域并考慮到作物根系深度，可在不同深度安裝多個(gè)傳感器以捕獲垂直方向上的水分剖面；同時(shí)，在同一田塊內(nèi)按照一定間距布置多個(gè)傳感器，獲取更廣泛且準(zhǔn)確的水分分布數(shù)據(jù)。再利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳與遠(yuǎn)程監(jiān)控，將土壤水分傳感器與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊相連，構(gòu)建無(wú)線傳感網(wǎng)（WSN），實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。結(jié)合智能土壤水分傳感技術(shù)收集到的數(shù)據(jù)，智能灌溉系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整灌溉計(jì)劃和灌溉量，農(nóng)戶可設(shè)置預(yù)先定義好的土壤濕度閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的土壤水分低于下限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)灌溉，當(dāng)水分達(dá)到或超過(guò)上限時(shí)，則停止灌溉。

3.4 運(yùn)用雨水收集與蓄水技術(shù)，提升水源穩(wěn)定性

針對(duì)灌溉水源不穩(wěn)定的問(wèn)題，可選擇適當(dāng)?shù)氖占瘏^(qū)域，比如屋頂、道路、農(nóng)田防護(hù)林帶以及其他合適的集水面，并采用坡度適中的屋頂或者硬化地面增加雨水的收集率，減少蒸發(fā)損失。以屋頂收集系統(tǒng)為例，可設(shè)置集水漏斗、排水管、初期雨水分流裝置和過(guò)濾裝置，將集水漏斗安裝在屋頂邊緣，以最大化接收降水，排水管則負(fù)責(zé)將收集到的雨水輸送到儲(chǔ)存設(shè)施。初期雨水分流裝置可以排除首次降雨中可能帶有的雜質(zhì)，確保儲(chǔ)存的水質(zhì)量，過(guò)濾裝置則用來(lái)去除收集過(guò)程中的顆粒物質(zhì)，以防堵塞系統(tǒng)?；谏鲜鍪占O(shè)施，再構(gòu)建合理的雨水儲(chǔ)存設(shè)施，比如地下蓄水池、水塘或蓄水井；并根據(jù)地形、土地使用情況及需求量進(jìn)行規(guī)劃，其中地下蓄水池可以減少蒸發(fā)并節(jié)約地面空間，而開(kāi)放水塘則可用于灌溉或養(yǎng)殖，蓄水井則適用于地下水位較低的區(qū)域；具體設(shè)計(jì)時(shí)必須保證蓄水設(shè)施的防水性、抗?jié)B透能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)后，應(yīng)定期清洗儲(chǔ)存設(shè)施，去除沉積物，檢查并修復(fù)防水層，確保儲(chǔ)水設(shè)施的良好運(yùn)行狀態(tài)，并配備充足的過(guò)濾與消毒設(shè)備，保證雨水的適用性和安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著全球資源壓力的增大與環(huán)境問(wèn)題的日益突出，農(nóng)田水利節(jié)水技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用顯得尤為重要，本文對(duì)現(xiàn)有節(jié)水技術(shù)進(jìn)行了綜合分析，指出了微灌、滴灌等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用在提高水資源利用效率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，分析了此類節(jié)水技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中存在的灌溉非均勻性、設(shè)備堵塞、水分監(jiān)測(cè)困難等問(wèn)題，并就此指出對(duì)于此類問(wèn)題，可通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)水質(zhì)管理、應(yīng)用傳感器與雨水收集技術(shù)，以確保節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用效果。未來(lái)，技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步探索更具成本效益和環(huán)境友好型的節(jié)水新技術(shù)，并結(jié)合精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能化管理系統(tǒng)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，形成系統(tǒng)完整的節(jié)水灌溉解決方案。

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