浅析我国农业节水灌溉技术研究及进展
我国是农业大国，但水资源时空分布不均严重制约了 我国农业的发展。节水灌溉技术在提高农业灌溉用水效率、促进生态绿色发展和增产增收等方面发挥着重要作用。据 国家水利部《2019年中国水资源公报》公布数据显示，当年全国水资源总量为 29 041.0亿 m
3 ，全国用水总量为 6 021.2 亿 m3 ，占当年水资源总量的 2 0. 7%，其中，农业用水量 3 682.3亿 m3 ，占用水总量的 61.2%，耕地实际灌溉亩均 用水量 368m3 ，农田灌溉水有效利用系数 0.559。灌溉是第 一耗水大户，我国农田灌溉水利用系数远低于发达国家的 0.7～0.8，由此可见，我国节水灌溉技术水平还远远满足不了当前国家农业的发展需求，所以发展节水灌溉技术是缓 解水资源短缺、提高农业经济效益的国家重要战略举措。
1 国内外节水灌溉技术现状
1.1 国外现状
世界发达国家节水灌溉技术均呈现高技术、高投入和管理现代化的特点，美国、日本、荷兰等国家对节水灌溉技术研究起步较早，农业现代化和精细化水平较高，灌溉控制体系已经相当成熟。
其中最具代表性的国家为以色列，创造了由“沙漠之 国”打造成农业强国的“沙漠奇迹”，科学管理、充分整合水资源，以色列先进的咸水淡化技术和废水循环利用技术，实现 55%的国内用水来自海水淡化，废水处理率高达 75%，位居世界第一；大力研发高新、精准、智能灌溉设备，以色列 生产的 80%灌溉设备用以出口，农业科技贡献率在 90%以 上，其水肥一体化技术能将灌溉水利用率提高到 95%以上、 肥料利用率提高到 80% 以上，微灌面积占总灌溉面积的 80%以上，全国基本上实现灌溉管理节约化、精准化和智能化的以色列现代农业。
美国是世界上农业生产现代化程度最高的国家，据 FAO（联合国粮食及农业组织）统计，美国的喷灌面积占总灌溉面积的 4 8%（ 2 0 1 0 年），微喷面积占全美微灌面积 的 52.8%。近年来，美国的微灌面积发展很快，到 2010年已 发展到 1.53×106 hm2 ，其中滴灌面积占微灌面积的 45.86%， 利用衬砌渠道灌溉面积占地面灌溉的 4 6 . 3 %，利用管道输水灌、闸管灌、波涌灌的灌溉面积占地面灌溉面积 的 37.33%。
美国、以色列、加拿大和日本等国率先采用计算机、物联 网、航测、卫星遥感控制等技术不同程度实现了农业节水灌溉管理自动化、精准化、智能化。
1.2 国内现状
21世纪以来，连续 11个“中央一号文件”和中央水利 作会议，都把节水灌溉作为重大战略，我国节水灌溉产业进入高速发展快车道。根据《第三次全国农业普查》结果显示， 截至 2016年末，我国节水灌溉的基本现状是，耕地总面积为 134 921khm2 ，其中灌溉耕地面积 61 890khm2 ，占耕地面积的 45.9％，其中节水灌溉面积 34 319khm2 ，占灌溉耕地面积的 55.4%，有喷灌、滴灌、渗灌设施的耕地面积 1 0 018khm2 ，占 灌溉耕地面积的 16.2%。2019年全年我国新增耕地灌溉面 积 27万 hm2 ，新增高效节水灌溉面积 146万 hm2 ，全国农田 灌溉水有效利用系数为 0.559。如今我国节水灌溉技术发展 水平与世界发达国家相比依然存在较大差距，高效农业节水灌溉技术依然存在巨大发展空间和潜力。
袁其涛通过对比国外喷头装备、喷灌机、可再生能源 节水灌溉技术及微灌技术，提出我国节水灌溉装备应加大 丘陵山区节水灌溉综合配套技术研究，智能化精确喷灌机 组研究，低成本高效喷、微灌和水肥药协同精准控制技术与 装备研究，清洁能源节水灌溉装备与技术研究。金宏智综合分析国外节水灌溉工程技术与设备及其应用，认为我国 应该在节水灌溉设备选型和技术推广方面需结合当地条件 选择因地制宜的农业灌溉模式。高雪梅分析国内外节水 灌溉现状和发展趋势，目前我国节水灌溉存在的主要问题： 1）节水管理体制和政策不够完善，水价偏低；2）节水灌溉 技术水平偏低；3）资金投入不足，节水灌溉设备不够完善； 4）盲目引进，国家、各级政府对节水灌溉支持力度不够。
2 农业节水灌溉技术
2.1 渠道防渗技术
渠道防渗是减少渠道输水水量渗漏损失的工程技术措施。在渠道防渗工程中 ,主要防渗技术有：
1）为护面层，具有抗冲、抗冻、抗磨和耐久性好，施工简便 的特点，适用于石料来源充足、有抗冲、抗冻、耐磨要求的 渠道工程，但防渗效果不易保证。
2）混凝土防渗技术，浇筑或砌筑混凝土作为护面层， 具有防渗效果、抗冲击性和耐久性好，适用范围广的优势， 是目前最为常见的一种渠道防渗措施，通过现浇、预制和喷 射的施工方式进行施工。
3）沥青混凝土防渗技术，铺筑或砌筑沥青混凝土作为 护面层，该技术防渗效果好，适应地基变形能力强，造价与混凝土防渗技术相近，在有冻害地区优势明显，但需保证沥青料来源。
4）膜料防渗技术，铺设土工膜、塑料薄膜，油毡、膨润 土防水毯等以减少渠道水量渗漏损失的措施，其优势在于 防渗效果好，重量轻，运输量小。当采用土料保护层时，造价较低，但占地多，允许流速小；当采用刚性保护层时，造价较高，适用于中小型渠道衬砌。
渠道防渗技术的应用，可有效提高输水利用率，提高渠道稳定性，增强水流流速和输水能力，利于调控地下水 位，可有效防止土壤次生盐碱化和沼泽化，降低施工、管理和维护成本。工程实践证明，该技术可减少渗漏损失达70%～90%，减少管理养护费用 70%，可使渠系灌溉水利用 系数提高到 0.6～0.85。近年来，我国在渠道防渗技术的研究中，不断强化防渗材料性能且趋于复合型材料，渠道结构型式不断丰富，施工方式向机械化、半机械化发展。
2.2 低压管道输水技术
低压管道输水技术是指用管道代替传统明渠的一 种输水工程措施，它通过一定的压力（一般只有 0. 0 0 2 MPa～0.005MPa，最大压力一般不超过 0.2MPa）将灌溉水由分水设施输送到田间进行灌溉，管道一般都采用地埋式，属 于地面灌溉方式。主要由首部取水枢纽、各级输配水压力 管道系统和田间出水口三大部分构成。
低压管道输水技术的主要特点：1）节约用水，由于 低压管道输水一般采用地埋式，因此基本可以消除水在输送过程中的渗漏和蒸发，灌溉水的利用系数可提高到 0.95～0.97，比混凝土板衬砌渠道、砌石渠道、土渠分别多 节水约 7%、15%、30%；2）适时适量灌溉，输水迅速，缩短 了轮灌周期，有利于增产增收；3）成本低，效益高，灌溉水 的利用率提高，抽水量减少，相比于渠道灌溉可减少能耗约 30%，还可适应各种地形，扩大灌溉面积；4）占用耕地少， 便于机械耕作，输水管道埋于地下，可减少 2%～3%的渠道 占地；5）设备简单，操作方便，对于不同水源、作物、土壤 及流量的适应性强，便于推广。
2.3 喷灌技术
喷灌是利用专门的设备 (水源工程、水泵机组、管道系统、喷头等 )将压力水喷射到空中分散成细小水滴，并均匀 地洒落到田间的灌溉方法。喷灌按灌水方式可分为固定式、 半固定式和移动式喷灌三种类型，在我国用得较多的有固定管道式喷灌、半移动式管道喷灌、滚移式喷灌、圆形式喷 灌、平移式喷灌、绞盘式喷灌等[7]。喷灌几乎适用于灌溉所 有的旱作物，如蔬菜、果树等，而且平原和山丘区均适用； 并且可用于喷洒肥料、农药、预防霜冻和热风，而且不产生地表径流和深层渗漏[8]。喷灌技术的主要特点：
1）优点：①节水效果显著，喷灌水量可控，灌溉均匀， 一般情况下均匀度可达 0.8～0.9，灌溉水有效利用系数可达 0.8以上，比地面灌溉节水 30％～50％以上，在透水性强的 砂质土可省水高于 70％；②适用范围广，适用于各种地形 和作物；③能适时适量均匀灌溉，可避免过量灌溉导致土壤次生盐碱化，还可防止地表径流和深层渗漏，不易产生 水土流失和土壤板结；④省工，可减少渠系建设和维护管理 以及土地平整工作；⑤提高土地利用率，减少了地面的沟渠 建设，能增加 15%～20%播种面积；⑥增产，粮食作物增产 10%～20%，经济作物增产 20%～30%，蔬菜增产 1～2倍， 果树增产 15%～20%。
2）缺点：①受风力影响大，3～4 级风时，喷灌均匀系 数达到 65％～75％，水滴飘移和蒸发损失增大到 10％ 以 上，因此在风大的地方不适宜采用喷灌；②深层土壤湿润不 理想，喷灌一般能湿润土壤深度为 20cm～30cm，但对深层 湿润就比较困难；③不适合小型农户，喷灌设备一次性投资 大，技术含量高，管理难度大。
2.4 微灌
微灌系统主要由水源、首部枢纽、输配水管网、尾部设 备等构成，通过管道末端的灌水器和连接的微灌系统将水和作物生长所需的养分均匀、精确地输送到作物根部附近 的土壤。微灌仅用少量的水去湿润作物根区小面积的土壤， 因而也被称为局部灌溉技术 。微灌是一种最为节水的精 细灌溉技术，灌溉水有效利用系数高达 0.9以上，其灌水自 动化程度高、田间管理工作量少，而且对于农田污染、沙漠 化治理、水土保持等方面发挥巨大作用。微灌包括微灌 微喷灌、滴灌和渗灌等。合理规划微灌系统以及提高灌水器的质量和优化设计是今后发挥微灌技术优势、提升灌溉 质量的关键问题。
2.5 滴灌
滴灌是微灌中的一种，滴水灌溉的简称，分为地表滴灌和地下滴灌。安装在毛管上的滴头或管网和滴灌带等灌 水器将具有一定压力的水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入作物根部附近土壤中，水分在毛细管作用和重力作用下扩散到整个根层供作物吸收利用的一种灌水方式。滴灌 技术诞生于以色列，目前美国的滴灌面积约占总灌溉面积 的 4.2%，以色列则高达 60%。滴灌技术比喷灌更节水，节 水量可达 30%～50%，而且能有效防止土壤盐碱化和土壤板 结，减少病虫害，提高肥效，增产增收，节能省工，挺高土 地利用率，但也存在滴口易堵塞，灌水均匀度控制难度大， 作物需水期容易供水不足，操作运行和管理难度大等缺点。 韩启彪、冯绍元等认为未来中国滴灌技术的发展需要在理 论技术上加强管网优化、多水源滴灌系统、低能耗滴灌等方面研究，针对大流量过滤器、新型灌水器、精准施灌设 备、智能化硬件和软件、滴灌铺设回收装置等滴灌新产品 的研发需进一步强化，同时需加强和完善滴灌基层服务队伍建设。
2.6 渗灌
渗灌是地下微灌的一种形式，在低压条件下，埋于作物根系活动层的微孔渗灌管将灌溉水呈发汗状渗出，凭借 土壤毛细管作用给作物根系供水的一种先进的灌水方式， 加大管网水压力可变渗灌为涌泉灌。渗灌是目前灌溉水利 用效率最高的一种节水灌溉技术，国内有低压渗灌和重力 渗灌两种方式。渗灌具有节水节能、减轻病虫害、抑制杂 草、增产增收、改善土壤结构等优点，也存在易堵塞、灌水 均匀度不易控制、作物需水期易供水不足、渗灌管埋深与耕 作存在矛盾等不足之处。美国、法国、日本等发达国家的渗灌技术已进入推广应用阶段，李典认为渗灌技术研究最 主要问题依旧是渗灌管堵塞问题，渗灌管堵塞不仅直接影响灌水均匀度，而且最终决定灌溉系统使用年限。
3 结语
农业节水灌溉技术是我国乡村振兴中农业发展的一项 重要工程举措，我国农业灌溉需更合理、多样化规划水源 开发利用，自主研发更多高新化、自动化、精准化、智能化 高性能灌溉设备，不断完善农业节水灌溉管理体制和政策。 未来我国智慧农业发展需要更多高标准的节水灌溉装备作 为支撑，加强节水灌溉技术研究势在必行，积极推动我国节 水灌溉事业持续发展，取得更好的节水效果、经济效益、社 会效益和生态效益。
作者：廖佐毅 ， 张庐陵 ， 廖章一 ， 邓勇杰
来源：农机与农艺
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灌溉咋能更节水 专家给你来支招儿
来源：河南日报网
河南日报客户端记者 李虎成 高长岭
黄河水资源量就这么多，不能把水当作无限供给的资源，要大力发展节水产业和技术，大力推进农业节水。60多年来，位于河南新乡的中国农业科学院农田灌溉研究所，把论文写在中国大地上，成为黄河流域发展节水农业的“最强大脑”。如何节约黄河水灌溉农田，来听听他们有哪些高招儿。
节水理念引领时代
“这是我们发明的节水喷头、喷灌机，曾经在国内风靡一时。”1月19日，中国农业科学院农田灌溉研究所所长助理王景雷介绍，1986年，该所首次提出了节水农业的概念，全力研究节水农业，引领了我国农业节水新方向。
这样一个权威研究机构怎么会来到我省的黄河岸边？王景雷介绍，建国初，人民胜利渠建成投用，结束了黄河下游“百害而无一利”的局面，由于缺乏排水系统，导致地下水位升高，造成农田盐碱化，在治理农田盐碱化的会战中，农田灌溉研究所1963年奉命从北京搬迁至河南新乡。
从上世纪80年代中期起，农田灌溉研究所的主要“使命”从治理盐碱变为节水灌溉，陆续创制了一批重大关键装备，促进了我国灌溉产业发展。“中原系列节水喷头，有金属摇臂式、仰角可调式等，填补了国内多项空白。”王景雷说，获得国家科技奖励3项，由于各种系列喷头可以控制流量，节水效果明显，引起众多企业模仿，如今已十分普及，成为农田节水的利器。
农田灌溉研究所在职162人中123人是科技人员，其中51人拥有博士学位，57人拥有硕士学位，两个国家级科研平台和10个省部级科研平台，强大的科研队伍，制定了国家灌排行业标准，推动了我国节水灌溉产品的系列化、标准化和通用化，促进了我国农田灌溉事业健康发展。
智慧灌溉更加精准
“只要土壤干旱，就会形成土壤负压，利用这种负压，就会启动喷灌系统。”在该所的现代智慧灌溉科技展示园，农田灌溉研究所研究员冯俊杰指着一座刚获得专利设施介绍。
智慧灌溉科技展示园占地10亩，浓缩了该所近年来的研究成果，现展现了从“源头”到“龙头”的智慧灌溉系统。农田多源信息采集技术，结合了土壤水动力学和热传导理论，对气象信息、土壤墒情、温度分布信息等交叉校核，实现了对区域内土壤湿润层含水量的精准预测；农田信息发送至“云端”，根据历史上积累的大量参数，系统可自动对农田进行灌溉。
“插入式滴灌技术和设备，这也是我们的最新发明。”冯俊杰说，这种设备把细细的水管直接插入农作物根部，直接把水、肥滴灌到作物根部，既能高效供给作物水分，减少水分蒸发，又能有效降低作物周边的湿度，降低病虫害发生。
“2016年以来，我们大力发展智慧灌溉技术，采用云计算、物联网、现代通信、纳米材料等诸多新技术，让灌溉更加精准，用水也更节约。”王景雷说，截至2020年年底，该所共获得国家专利426项，获得科研成果奖励171项，其中12项获得国家科技进步奖。
科研助推节水农业
天气干旱，需要浇灌，这些模糊的传统概念，在新乡县七里营镇中国农业科学院新乡综合试验基地内，科研人员正在把这些概念变成一组组数据。
在基地里的农业农村部作物需水与调控重点实验室中，科研人员正在测量土壤中的营养成分，以掌握作物水、肥供应。“根据我们长期研究，在保障高产稳产前提下，华北地区一亩小麦全生长周期内需要用水287立方米，玉米需水270立方米，现在是越冬期，小麦需水量最少，每亩供水13.3立方米就可以。”实验室主任高阳说，供水太多就会浪费，供水太少，就会影响产量，如何更加节水的情况下保障高产，还有很多问题需要研究。
农田灌溉研究所所长黄修桥介绍，近些年，通过开展大中型灌区节水改造和推进田间灌溉节水，2019年度黄河流域大型灌区灌溉水有效利用系数达到0.498，粮食作物水分生产效率达1.8千克/立方米左右，均高于全国平均水平，但与发达国家的差距明显，引黄灌区农业节水潜力巨大。
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