農(nóng)田水利灌溉中有效節(jié)水策略的科學(xué)運(yùn)用與推廣研究

有效的節(jié)水策略不僅可以提高水資源利用效率，減少浪費(fèi)，還可以促進(jìn)農(nóng)田生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，緩解水資源短缺和環(huán)境污染問題。本文將對農(nóng)田水利灌溉中的有效節(jié)水策略進(jìn)行深入分析，旨在為促進(jìn)農(nóng)田水利灌溉的節(jié)水效益提升提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

一、我國農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀分析

1、節(jié)水灌溉面積發(fā)展情況

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年，我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展較為迅速，節(jié)水灌溉面積不斷增加，其中，2023年全年新建與改造提升高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積共574萬公頃，新增高效節(jié)水灌溉面積達(dá)到164萬公頃，節(jié)水灌溉面積比重逐年遞增，基本占據(jù)全國耕地總面積的30%，但從實(shí)際應(yīng)用情況來看，受制于技術(shù)因素以及推廣因素的影響，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用依然無法滿足高效節(jié)水的目標(biāo)要求，亟待對傳統(tǒng)的灌溉模式以及灌溉方案進(jìn)行進(jìn)一步改革與優(yōu)化。

2、節(jié)水灌溉設(shè)備分布

受到成本、環(huán)境因素的影響，不同地區(qū)適宜的節(jié)水灌溉方式也存在一定的差異，因此需要合理針對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方式進(jìn)行選擇?，F(xiàn)階段常見的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方式主要涵蓋噴灌、微灌、低壓管道灌溉等幾種方式，從近年來節(jié)水灌溉方式以及灌溉設(shè)備的分布推廣情況來看，各類節(jié)水灌溉技術(shù)的比重也在進(jìn)一步增大，截至2023年，各類節(jié)水灌溉設(shè)備以及灌溉方式占農(nóng)業(yè)灌溉的總比重超越60%，但依然存在一些耗能與耗水量較高的設(shè)備在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)行。

與此同時(shí)，在針對節(jié)水灌溉設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用的過程當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)，受到外部環(huán)境、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及材料工藝等因素影響，部分節(jié)水灌溉設(shè)備存在灌溉不均勻、淤積以及滲漏等情況，對農(nóng)田水利灌溉工作的開展造成了一定負(fù)面影響，亟待采取措施進(jìn)行優(yōu)化。

二、農(nóng)田水利灌溉中主要節(jié)水灌溉技術(shù)

1、步行式灌溉技術(shù)

步行式灌溉技術(shù)通過安裝在灌溉渠道上的移動(dòng)灌具，如旋耕噴灌機(jī)或移動(dòng)式噴灌設(shè)備，以步行方式進(jìn)行灌溉操作。在灌溉過程中，農(nóng)民可以手持噴灌設(shè)備，沿著田間逐步移動(dòng)，將水均勻噴灑在植物根部或作物間隙，以達(dá)到有效利用水資源的目的。步行式灌溉技術(shù)具有操作簡便、靈活性強(qiáng)、適用性廣泛等特點(diǎn)，能夠有效降低灌溉水量和減少水分流失，提高水資源利用效率，同時(shí)還能夠減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，是一種較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的節(jié)水灌溉技術(shù)。除此之外，農(nóng)民還可借助四輪拖拉機(jī)作為動(dòng)力，牽引水箱拖車與相關(guān)機(jī)具對種植現(xiàn)場進(jìn)行灌溉，實(shí)現(xiàn)對水資源的有效節(jié)約，與傳統(tǒng)的大規(guī)模漫灌方式相比，步行式灌溉技術(shù)的每公頃節(jié)水量能夠達(dá)到7.5t，增產(chǎn)量達(dá)到450kg。

2、噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是一種先進(jìn)的灌溉方式，通過噴灑水霧或水流，將水均勻地噴灑在植物的根部或作物的生長區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了水資源的有效利用。據(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，相比傳統(tǒng)的灌溉方式，噴灌技術(shù)的水分利用率可提高30%-70%。此外，噴灌技術(shù)具有噴水均勻、覆蓋面積廣等優(yōu)點(diǎn)，能夠減少水分流失和土壤侵蝕，進(jìn)而提高灌溉水的利用效率。據(jù)觀察數(shù)據(jù)顯示，噴灌技術(shù)下，土壤侵蝕減少50%-70%。

另外，噴灌技術(shù)能夠根據(jù)不同作物的需水量和生長階段進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供水，進(jìn)而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，噴灌技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量方面的效果顯著，有些作物的產(chǎn)量甚至可以提高20%-30%。

由于噴灌技術(shù)操作簡便、靈活性強(qiáng)、節(jié)水效果顯著等特點(diǎn)，在農(nóng)田水利灌溉中得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前全球已有超過2000萬公頃的農(nóng)田采用了噴灌技術(shù)。然而，需要注意的是，噴灌技術(shù)的節(jié)水效果受到當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況與土層狀況的影響，因此在應(yīng)用時(shí)需要綜合考慮，以確保噴灌技術(shù)的有效性和可靠性。

3、微灌技術(shù)

微灌技術(shù)是一種先進(jìn)的灌溉方式，通過將水以微量的方式滴、淋或噴灑到植物的根部，實(shí)現(xiàn)了對植物的精準(zhǔn)供水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，相比傳統(tǒng)的灌溉方式，微灌技術(shù)的水分利用效率也可提高40%-70%。此外，微灌技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)水分的均勻分配，從而減少了水分的浪費(fèi)，進(jìn)而提高了土壤水分利用率。據(jù)研究顯示，微灌技術(shù)下，水分利用率可提高15%-25%。

在土壤侵蝕方面，微灌技術(shù)也具有顯著的優(yōu)勢。由于水量精準(zhǔn)控制，土壤表面的水流速度較慢，減少了土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)觀察數(shù)據(jù)顯示，微灌技術(shù)可將土壤侵蝕減少50%-70%。此外，微灌技術(shù)還可以顯著提高肥料利用率。根據(jù)研究，微灌技術(shù)下的肥料利用率比傳統(tǒng)灌溉方式提高了20%-30%。在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，微灌技術(shù)也發(fā)揮著積極的作用。由于水量控制精準(zhǔn)，微灌技術(shù)可以減少水源的污染，并有效防止土地的沙化。據(jù)相關(guān)研究表明，微灌技術(shù)下的土地沙化速度比傳統(tǒng)灌溉方式緩慢了60%左右。

三、農(nóng)田水利灌溉節(jié)水中存在的問題

1、缺乏有效的監(jiān)督與激勵(lì)

節(jié)約用水對我國當(dāng)前的發(fā)展至關(guān)重要，尤其是在農(nóng)田灌溉領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)用水占據(jù)了我國水資源消耗的大部分，因此如果能夠有效地節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，將對國家整體發(fā)展產(chǎn)生積極影響。然而，在農(nóng)田水利灌溉方面，缺乏明確的節(jié)水制度和相應(yīng)的監(jiān)督措施，導(dǎo)致節(jié)水意識(shí)難以得到有效落實(shí)，出現(xiàn)了諸多問題。例如：由于缺乏明確的規(guī)章制度約束，一些灌溉設(shè)施未能得到及時(shí)維護(hù)，相關(guān)工作人員也缺乏對設(shè)施保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致部分水井、水泵因缺乏管理而失效，造成大量水資源浪費(fèi)。因此，節(jié)約用水理念需要更深入地貫徹到農(nóng)田水利灌溉工作中，必須建立健全的制度約束，才能真正將節(jié)水理念付諸實(shí)踐，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

2、缺乏積極性

近年來，我國為了鼓勵(lì)更多人參與農(nóng)業(yè)建設(shè)，增加了對農(nóng)民的部分補(bǔ)貼，然而這一舉措并未有效提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，農(nóng)民的收益依然較低。隨著物價(jià)的上漲，一些農(nóng)民選擇放棄務(wù)農(nóng)，轉(zhuǎn)而選擇外出打工。這種認(rèn)為農(nóng)業(yè)發(fā)展無法提高收益的想法普遍存在，導(dǎo)致許多農(nóng)民放棄了農(nóng)田建設(shè)。與此同時(shí)，由于缺乏優(yōu)秀的人才參與農(nóng)田水利建設(shè)，人們對節(jié)水灌溉的積極性逐漸降低，這成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大障礙。

3、技術(shù)與設(shè)備使用推廣緩慢

近年來，節(jié)水灌溉技術(shù)有了新的創(chuàng)新，涌現(xiàn)出了噴灌、滴灌等多種節(jié)水灌溉方式，并進(jìn)行了廣泛推廣。然而，這些節(jié)水灌溉技術(shù)在推廣過程中受到了經(jīng)濟(jì)成本的制約，導(dǎo)致其未能得到大規(guī)模應(yīng)用。一些地區(qū)由于局限于當(dāng)?shù)貤l件，仍然沿用傳統(tǒng)的灌溉方式，如水車灌溉等。這種情況下，水資源被進(jìn)一步浪費(fèi)，不僅灌溉效果不佳，而且無法得到有效利用。農(nóng)作物的生長受到限制，經(jīng)濟(jì)效益也難以提高。

四、農(nóng)田水利灌溉中有效節(jié)水策略

1、采用節(jié)水型灌溉技術(shù)

節(jié)水型灌溉技術(shù)是指在灌溉過程中能夠減少水資源浪費(fèi)、提高用水效率的一系列技術(shù)手段的綜合應(yīng)用。其中，噴灌、滴灌、微噴灌等是比較常見的節(jié)水型灌溉技術(shù)。

首先，噴灌技術(shù)是一種通過噴頭將水以霧狀或噴射狀均勻地噴灑在農(nóng)田上的灌溉方式。相比于傳統(tǒng)的洪灌和漫灌，噴灌技術(shù)能夠減少水流失，提高水的利用率。通過設(shè)置噴頭，可以根據(jù)農(nóng)田的需水情況和土壤特性，合理調(diào)節(jié)水量和噴灑范圍，從而達(dá)到節(jié)水的目的。同時(shí)，噴灌技術(shù)還可以減少土壤侵蝕和鹽漬化的發(fā)生，提高土壤的肥力和農(nóng)作物的產(chǎn)量。在針對噴灌技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程當(dāng)中，需要針對噴頭組合形式以及管路配置進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，常見的噴頭組合形式見表1所示。

在進(jìn)行管路配置的同時(shí)，應(yīng)考慮到主管與支管的長度調(diào)節(jié)，其中主管長度應(yīng)控制在75mm-100mm，支管長度應(yīng)控制在35mm-75mm，從而有效提升灌溉效率。

其次，滴灌技術(shù)是一種將水以滴水或細(xì)流方式直接滴注到農(nóng)作物根部的灌溉方式。滴灌技術(shù)具有水利用效率高、節(jié)水明顯、土壤保持能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過滴灌系統(tǒng)精準(zhǔn)控制水量和滴水速率，可以減少水分蒸發(fā)和地下滲漏，最大限度地減少水資源的浪費(fèi)。滴灌系統(tǒng)內(nèi)部，主要涉及到首部樞紐、管路以及滴頭等幾部分組件，其中首部樞紐能夠?qū)崿F(xiàn)抽水、施肥以及過濾等相關(guān)功能，并能夠?qū)⒁欢康乃畨喝牍艿喇?dāng)中。管路及調(diào)節(jié)設(shè)備能夠按照現(xiàn)場灌溉需求針對加壓水進(jìn)行輸送，滴頭則能夠控制水流速度，使其能夠以點(diǎn)滴的形式進(jìn)入土層內(nèi)部，減少水分散失，保障水資源利用率。

另外，微噴灌技術(shù)是介于噴灌和滴灌之間的一種灌溉方式，通過微型噴頭將水以微小的水滴噴灑到農(nóng)田上。微噴灌技術(shù)具有節(jié)水效果好、施水均勻、操作簡便等特點(diǎn)。通過微噴頭的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，可以使水滴均勻分布在農(nóng)田上，減少了水資源的浪費(fèi)，提高了用水效率。與傳統(tǒng)的噴灌方式相比，微噴灌技術(shù)不僅能夠節(jié)省用水，還能減少土壤侵蝕和水土流失的發(fā)生，保護(hù)土壤資源和生態(tài)環(huán)境。微噴灌技術(shù)主要以噴頭為核心，按照形態(tài)以及原理可分為旋轉(zhuǎn)式、折射式、離心式等幾種不同類別，其工作壓力一般在0.1-0.35MPa之間，噴徑一般在1.0-2.0mm之間，噴水量能夠達(dá)到40-240L/h，受風(fēng)力作用影響較大。

正因?yàn)槿绱?，采用?jié)水型灌溉技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水利灌溉有效節(jié)水的重要途徑。噴灌、滴灌、微噴灌等技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著減少水資源的浪費(fèi)，提高用水效率，保護(hù)土壤資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

2、建立健全的監(jiān)測體系

建立健全的監(jiān)測體系是農(nóng)田水利灌溉中有效節(jié)水的重要策略之一。這一體系包括對灌溉水量、土壤水分、氣象條件等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，以便及時(shí)調(diào)整灌溉方案和優(yōu)化水資源利用。

首先，監(jiān)測灌溉水量是建立健全監(jiān)測體系的核心之一。通過安裝流量計(jì)和水表等設(shè)備對灌溉水量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄，可以精確掌握每次灌溉的水量，避免過度灌溉和水資源的浪費(fèi)，從而幫助農(nóng)戶根據(jù)實(shí)際需要合理安排灌溉時(shí)間和水量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，提高用水效率。

其次，監(jiān)測土壤水分含量是保證灌溉精準(zhǔn)性和節(jié)水效果的關(guān)鍵。通過在農(nóng)田設(shè)置土壤水分傳感器等監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤水分含量的變化情況，可以及時(shí)判斷農(nóng)田的濕潤程度和作物的需水量?；谶@些數(shù)據(jù)，農(nóng)戶可以科學(xué)制定灌溉計(jì)劃，避免因?yàn)槊つ抗喔葘?dǎo)致水資源浪費(fèi)和土壤鹽堿化等問題的發(fā)生。

最后，監(jiān)測氣象條件也是建立健全監(jiān)測體系的重要內(nèi)容之一。氣象因素對農(nóng)田灌溉的影響很大，例如降雨量、氣溫、風(fēng)速等因素都會(huì)影響作物的生長和水分蒸發(fā)速率。通過建立氣象監(jiān)測站點(diǎn)，收集和分析氣象數(shù)據(jù)，可以更好地預(yù)測未來的氣候變化，有針對性地調(diào)整灌溉計(jì)劃，避免在降雨過程中進(jìn)行不必要的灌溉，從而節(jié)約水資源并提高灌溉效率。

3、改造農(nóng)田水利設(shè)施

改造農(nóng)田水利設(shè)施是農(nóng)田水利灌溉中有效節(jié)水的重要策略之一。這一策略主要包括對灌溉設(shè)施進(jìn)行更新改造，以提升灌溉效率和水資源利用效率。

首先，改造灌溉渠道是改善灌溉效率的關(guān)鍵一環(huán)。傳統(tǒng)的土質(zhì)渠道容易出現(xiàn)漏水和滲漏現(xiàn)象，造成水資源浪費(fèi)和土壤水分的過度消耗。通過將土渠改造為混凝土渠道或塑料渠道，可以有效減少漏水損失，提高水資源利用率。

其次，改造灌溉設(shè)備也是節(jié)水的關(guān)鍵措施之一。傳統(tǒng)的灌溉設(shè)備效率低下，如手搖水泵、閘門等，存在著用水不均勻、用水量難以控制等問題。通過更新改造灌溉設(shè)備，采用節(jié)水型灌溉技術(shù)，如噴灌、滴灌等，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，減少水分的浪費(fèi)。

最后，改造灌溉方式也是節(jié)水的重要手段之一。傳統(tǒng)的灌溉方式采用的是泛灌或漫灌方式，存在著用水不均勻、浪費(fèi)水資源等問題。通過采用節(jié)水灌溉方式，如滴灌、噴灌等，可以將水直接送到作物的根部，減少水分的蒸發(fā)和流失，提高水的利用效率。

4、實(shí)施水肥一體化管理

實(shí)施水肥一體化管理是農(nóng)田水利灌溉中的一項(xiàng)重要節(jié)水策略。該策略通過合理配置水肥資源，優(yōu)化灌溉和施肥方案，實(shí)現(xiàn)水肥互補(bǔ)、協(xié)同利用，從而降低水肥的浪費(fèi)，提高利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)。

首先，水肥一體化管理強(qiáng)調(diào)根據(jù)作物的生長需水需肥特點(diǎn)，合理制定灌溉和施肥方案。通過科學(xué)測定土壤含水量和養(yǎng)分水平，結(jié)合作物生長階段和氣候條件，精準(zhǔn)確定灌溉和施肥的時(shí)機(jī)和量，避免了過度灌溉和施肥導(dǎo)致的水肥浪費(fèi)現(xiàn)象，提高了資源利用效率。

其次，水肥一體化管理強(qiáng)調(diào)水肥的配套使用，實(shí)現(xiàn)相互促進(jìn)、協(xié)同作用。通過在灌溉水中添加適量的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，可以提高灌溉水的肥力，減少額外施肥量，從而達(dá)到節(jié)約肥料的目的，并且通過在施肥過程中控制灌溉水量和施肥量，可以避免因過量施肥而造成的養(yǎng)分流失和環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)水肥資源的高效利用。

另外，水肥一體化管理還注重提高施肥效率和肥料利用率。通過采用新型的肥料施用技術(shù)，如滴灌肥料、淋溶肥料等，可以將肥料直接送達(dá)作物根系周圍，減少了肥料在土壤中的損失和浪費(fèi)，提高了施肥效率。

5、應(yīng)用遙感監(jiān)測技術(shù)

通過遙感技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田水分和作物生長情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，精準(zhǔn)掌握土壤濕度、作物生長狀況等信息，從而實(shí)現(xiàn)灌溉水量的精準(zhǔn)調(diào)控，降低水資源的浪費(fèi)，提高灌溉效率。

首先，遙感監(jiān)測技術(shù)可以通過衛(wèi)星遙感和無人機(jī)等平臺(tái)獲取大范圍、高時(shí)空分辨率的農(nóng)田信息。通過分析遙感圖像，可以獲取土壤濕度分布、作物覆蓋度、蒸發(fā)蒸騰量等數(shù)據(jù)，為灌溉決策提供科學(xué)依據(jù)。例如：根據(jù)土壤濕度圖像，可以確定不同地塊的灌溉需求，避免過度灌溉或缺水灌溉，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)用水。

其次，遙感監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)灌溉水量的動(dòng)態(tài)調(diào)整和精準(zhǔn)施灌。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤濕度和作物水分蒸發(fā)量，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和作物生長模型，可以預(yù)測未來一段時(shí)間的作物水需求，從而制定灌溉計(jì)劃。在實(shí)施灌溉過程中，可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整灌溉水量和灌溉頻次，確保作物生長所需的水分得到充分滿足，同時(shí)避免水資源的浪費(fèi)。

此外，遙感監(jiān)測技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水利工程的管理和運(yùn)行監(jiān)控。通過監(jiān)測灌溉渠道的漏水情況、水泵的運(yùn)行狀態(tài)等信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理漏水、堵塞等問題，保障灌溉設(shè)施的正常運(yùn)行，提高水資源利用效率。

綜上所述，農(nóng)田水利灌溉中采取有效的節(jié)水策略對于提高水資源利用效率、促進(jìn)農(nóng)田生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過采用節(jié)水型灌溉技術(shù)、建立健全的監(jiān)測體系、改造農(nóng)田水利設(shè)施、實(shí)施水肥一體化管理和應(yīng)用遙感監(jiān)測技術(shù)等多種手段，可以在節(jié)約水資源的同時(shí)保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需水需求，提高農(nóng)田灌溉的效率和水平。