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节水灌溉技术在农田水利工程中的应用

来源/作者: 《当代农机》席尚明
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我国是一个农业大国,农业经济对整体国民经济的发展发挥着重要的作用。农业发展离不开水资源的支持。随着社会经济的快速发展和人口的不断增长,水资源短缺问题日益严重。因此,我们必须将节水理念有效贯彻到农业生产中,加强节水灌溉管理,发展节水灌溉技术,强化节水灌溉技术在农业生产中的应用,提高农业灌溉水利用效率,促进农业生产呈现可持续健康发展的态势。

1. 农田水利工程中应用节水灌溉技术的意义

节水灌溉就是依靠现代科学技术,充分利用天然降水资源,进行农业灌溉,满足农作物的生长需要,减少农田灌溉过程中出现的损失及浪费,提高水资源利用率,从而以较少的灌溉水量取得较大的生产效益和经济效益,即最大限度地提高单位灌溉水量的农作物产量和产值的灌溉措施。

1)应用节水灌溉技术能够提高用水效率。目前,农业用水浪费问题较为严重,农业生产大多采取传统灌溉方式,现有的水资源未能得到有效合理的利用,农民的节水意识较差,不仅浪费了水资源,而且农业生产经济效益也难以提高。此外,由于农业灌溉基础设施不完善,使自然降水未能得到有效利用。加大对农业节水灌溉水利设施建设的重视程度,大力兴建水利节水灌溉工程,能够有效提升水资源利用效率。

2)应用节水灌溉技术能够提高农田灌溉水利用率。目前,农业生产存在农田用水量严重不足、灌溉水利用率低等问题,发展节水灌溉工程,可以有效地提高灌溉水利用率,达到增产增量的效果。

3)应用节水灌溉技术能够维护生态平衡。水利节水灌溉工程在满足农业生产灌溉的前提下,缓解了水资源不足的问题,并减少了农村用水量,有效解决了下游地区用水紧张和地下水恶性开采等问题,避免农村地质灾害发生,保护农村地区自然环境。因此,推进节水灌溉,选用先进的灌溉技术,是维护生态平衡的重要措施。

2. 节水灌溉的主要技术

当前,世界各国农田节水灌溉的主要措施有渠道防渗、低压管灌、喷灌、微灌、灌溉管理制度等。归纳起来,目前在我国推广应用的节水灌溉型式主要有以下11类。

1)渠道防渗。渠道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。渠道防渗是节水灌溉的重要措施之一。应用渠道防渗技术后,一般可使渠系水利用系数提高到0.60.85,比原来的土渠提高50%70%。渠道防渗还具有输水快、有利于农业生产抢季节、节省土地等优点,是当前我国节水灌溉的主要措施之一。随着渠道防渗技术手段的应用,灌溉用水得到了有效节约,且土壤次生盐碱化、渠道坍塌、渠道冲淤等事故的发生频率也得到了适当抑制。在保证渠道内输水能力不断提升的基础上,缩小渠道自身的断面面积,并以迎合建筑物尺寸作为首要目标,通过这种方式不仅能够有效控制地下水位的上涨趋势,也能有效节约渠道占地面积,减少由维修、管理产生的渠道防渗工程费用。渠道防渗技术既能以较低的用水量获得较大的产出收益,也能在维持高水平单位灌溉水量的同时完成作物的物理灌溉。根据所使用的材料,渠道防渗可分为三合土护面防渗、砌石(卵石、块石、片石)防渗、混凝土防渗、塑料薄膜防渗(内衬薄膜后再用土料、混凝土或石料护面)等。

2)管道输水。管道输水是通过输水管道(塑料管道或低压输水管道)取缔传统明渠,把水直接输送至田间灌溉,从而减少水在明渠输送过程中的渗漏和蒸发损失。发达国家的灌溉输水已大量采用管道。目前,我国北方井灌区的管道输水推广应用较快。常用的管材有混凝土管、塑料硬(软)管、金属管等。管道输水与渠道输水相比,具有输水迅速、节水、省地、增产等优点。应用管道输水技术,可以使水的利用系数提高到0.95,节电20%30%,省地2%3%,增产幅度10%。在有条件的地方应结合实际积极发展管道输水。但是,管道输水仅仅减少了输水过程中的水量损失,而要真正做到高效用水,还应配套喷灌、滴灌等田间节水措施。

3)喷灌。喷灌是借助水泵和管道系统或利用自然水源的落差,把具有一定压力的水喷到空中,散成小水滴或形成弥雾降落到植物上和地面上的灌溉方式。常用的喷灌分管道式、平移式、中心支轴式、绞盘式、轻小型机组式。管道式喷灌分移动管道式喷灌、固定管道式喷灌。移动管道式喷灌通常将输水干管固定埋设在地下,田间支管和喷头可拆装搬移、周转使用,因而降低了投资。固定管道式喷灌是将管道、喷头安装在田间固定不动。其灌溉效率高,管理简便,适用于蔬菜、果树、经济作物灌溉,但是投资较高,不利于机械化耕作。中心支轴式大型喷灌机与平移式大型喷灌机只能在预定范围内行走,行走区域内不能有高大障碍物,土地要求较平整。其机械化和自动化程度高,适用于大型农场或规模经营程度较高的农田。绞盘式喷灌机(也称卷盘式喷灌机)分喷枪式、折架式2种,其中折架式具有雾化好、耗能低的优点。轻小型机组式喷灌机具可以手抬,或装在手推车、拖拉机上,具有机动灵活、适应性强、价格较低等优点,通常用于较小地块的抗旱喷灌。其具有机动灵活、适应大小田块、亩设备投资低等优点,是一种适合中国国情、有发展前景的喷灌形式,可适用于大田作物、蔬菜等。喷灌作为一种先进的机械化、半机械化灌溉方式,在很多发达国家已广泛采用。喷灌具有以下优点:①节水效果显著(水的利用率可达90%)。②作物增产幅度大(一般可达20%~40%)。③大大减少了田间渠系建设及管理维护和平整土地等的工作量。④减少了农民用于灌水的费用和投入的劳动力,增加了农民收入。⑤加快实现农业机械化、产业化、现代化。⑥避免由于过量灌溉造成的土壤次生盐碱化。

4)微喷。微喷(微水灌溉的简称,又称雾滴喷灌)是利用微灌系统设备按照作物需水要求,通过低压管道系统与安装在尾部(末级管道上)的特制灌水器(滴头、微喷头等),将作物生长所需的水和养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中,使作物根部的土壤经常保持在最佳水、肥、气状态,以满足作物生长发育之需要的灌水方法。微灌的特点是灌水流量小,一次灌水延续时间长,周期短,需要的工作压力较低,能够较精确地控制灌水量。微喷是利用折射式、旋转式或辐射式微型喷头将水喷洒到作物枝叶等区域的灌水形式。微喷的工作压力低,流量小,既可以增加土壤水分,又能提高空气湿度,起到调节局部小气候的功效,应用十分广泛。另外,还可以借助部分微喷头的超强雾化功能,用于扦插育苗、饲养场降温等场所。微喷是新发展起来的一种喷灌形式,微喷又分为吊挂微喷、地插微喷。特别适合农业温室大棚内投入使用,它比一般喷灌更省水,能够更均匀地将水喷洒于作物上。微喷是通过PE塑料管道输水,通过微喷头喷洒进行局部灌溉的。更可以扩充成自动控制系统,同时结合施用化肥,提高肥效。

5)滴灌。滴灌是利用塑料管道将水通过直径约16 mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。滴灌是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式,其水的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果,同时可以结合施肥,提高肥效1倍以上。可运用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉,在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其不足之处是滴头易结垢和堵塞。因此,应对水源进行严格的过滤处理。按管道的固定程度来划分,滴灌系统可分为固定式滴灌系统(分地面固定滴灌、地下固定滴灌)、半固定式滴灌系统、移动式滴灌系统3种类型。固定式滴灌系统是指全部管网安装好后是固定的,优点是操作简便、省工、省时,灌水效果好,适用于果树、葡萄、瓜果、蔬菜等作物。半固定式滴灌系统的干管、支管是固定的,只有田间的毛管是移动的,一条毛管可控制数行作物,灌水时,灌完一行后再移至另一行进行灌溉,依次移动可灌数行,适用于宽行蔬菜与瓜果等作物。移动式滴灌系统的干管、支管、毛管均由人工移动,设备简单,较半固定式滴灌节省投资,但用工较多。从控制方式来看,滴灌分手动控制、全自动控制、半自动控制。结合中国劳动力多、资金缺乏的具体情况而研究开发的半固定式滴灌系统、移动式滴灌系统,大大降低了工程造价,为滴灌在大田作物和经济欠发达地区推广应用创造了条件。

6)膜上灌溉。膜上灌溉是指用地膜覆盖田间的垄沟底部,引入的灌溉水从地膜上面流过,并通过膜上小孔渗入作物根部附近的土壤中进行灌溉的方法。采用膜上灌溉,深层渗漏和蒸发损失少,节水显著,在地膜栽培的基础上不需再增加材料费用,并能起到对土壤增温和保墒作用。

7)膜下滴灌。膜下滴灌是指将滴灌管放在膜下,或利用毛管通过膜上小孔进行灌溉。膜下滴灌既具有滴灌的优点(提高水的利用率),又具有地膜覆盖的优点(提高积温),尤其适合在北方干旱地区应用,节水增产效果更好。

8)控制灌溉。控制灌溉(又称调亏灌溉)是指在水稻秧苗本田移栽后的各个生育期,田间基本不再长时间建立灌溉水层,不以水层深度为灌溉指标,而是以根层土壤含水量及土壤表相,确立灌水时间、灌水次数、灌水定额的一种灌溉新技术。根据水稻不同生育期对水分的不同需求进行“薄(薄水插秧)、浅(浅水育秧)、湿(分蘖前期湿润)、晒(分蘖后期晒田)”的控制灌溉,既节约用水,又有利于农作物生长,改变了以往水稻大水漫灌、串灌的旧习惯。

9)坐水种。坐水种(又称抗旱点种)是指在一些水源短缺的地方,为了解决春播时由于春旱的影响而导致出不了苗或出苗不齐的问题,采用机械或畜力拉水,在埯中(播种的土坑)先注水后播种,使作物种子恰好坐落在灌溉水湿润过的土上,然后覆土的耕作栽培模式。

10)土地平整改造。土地平整改造是指在作物播种或移栽前,通过平整土地,改进灌水沟畦规格(大畦改小畦、长沟改短沟等),以使表土保持符合农业要求状态,达到灌水均匀、节水的目的。

11)科学灌溉。根据作物需水要求,适时适量地灌水,用先进的科学技术手段对土壤墒情和灌区输配水系统的水情进行监测、数据采集和计算机处理,可以科学有效地控制土壤水分含量,进行合理调度,做到计划用水、优化配水,以达到既节水又增产的目的。同时,要重视和加强节水管理,改变目前农业用水水价过低、不利于节水的状况,实行按成本收费、超计划用水加价等政策。要建立健全节水管理组织和技术推广服务体系,完善节水管理规章制度。

发布时间:2019-10-31 提交人:山西省农业机械发展中心 李舒婷 责任编辑:总站信息处 刘玉
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