韓輝生

（民樂縣蘇油口水管所，甘肅民樂 734506）

0 引言

甘肅省是西北內陸地區(qū)，屬于大陸性氣候，氣候干燥，強風熱風較多，缺水干旱現象較為嚴重，人均水資源嚴重不足。在部分干旱荒漠地區(qū)降水量極低，比如河西走廊一些區(qū)域年平均降水量僅為45 mm左右，加之光照時間較長，晝夜溫差大，地表水分蒸發(fā)嚴重，農業(yè)用水量需求極度增大，城鎮(zhèn)生活用水和工業(yè)用水需求急速增長，加劇了水資源短缺問題。而當前，甘肅農業(yè)灌溉工程仍然存在比較嚴重的浪費現象，受到傳統(tǒng)觀念影響，水資源利用效率較低，農戶本身節(jié)水意識不強，仍然習慣于采用大水漫灌方式，滴灌、滲灌技術應用的范圍不廣，用水矛盾較為尖銳。而以色列等發(fā)達國家經驗已經證明，即使在極度干旱的沙漠地帶，采用高效節(jié)水灌溉技術，能夠實現農業(yè)產業(yè)的根本性變革，引入滴灌、噴灌及水肥一體化等先進和設備，能夠大大減少水資源蒸發(fā)和浪費，將水分直接輸送到農作物根部，對于解決甘肅地區(qū)的農業(yè)水資源短缺問題有著重大的意義。

1 幾種典型高效節(jié)水灌溉技術的應用及其機理分析

1.1 管道輸水技術及其機理

該技術采用管道壓力輸送的方式，降低了輸水過程中的水分損失，能有效控制自然運送中的水資源流失問題，還可以對水流的速度進行控制，減少了地面灌溉造成的水資源浪費現象。低壓管道灌溉技術符合甘肅省干旱地帶的農業(yè)管代特點，具有較好的應用價值，該項技術是不僅替代了傳統(tǒng)明渠運輸，解決因為長期陽光照射造成的蒸發(fā)問題，而且注意管道的壓力控制，實現低壓運輸達到節(jié)水的目的。還能夠結合、虧水控制、涌泉灌溉等技術，提高單方供水的效益。管道技術結合現代物聯(lián)網技術，還能夠對作物需水規(guī)律進行探索，把握農作物對水分虧缺的不敏感時期，精確分析虧分控制灌溉的影響系數。比如實踐研究表明，可以在玉米苗期控制和減少其輸水量，這樣其根冠比率就能夠得到一定程度的提升，提高其根系活性，增強水分吸收能力。在小麥生長前期進行節(jié)水灌溉控制，同樣能夠實現水分脅迫和干旱鍛煉的目的。此外，葡萄、棉花、番茄等作物也具有此類特性，前期適當的水量控制也不會對產量造成重大影響。美國糧食高產的重要原因就是大量應用管灌技術。

1.2 噴灌、滴灌技術及其機理

噴灌、滴灌是高效的灌溉技術，更加直接有效地將水資源疏導到農作物根系，有效提高灌溉效率。噴灌可采用內鑲貼片式、長流道等新型設備，能夠優(yōu)化孔口參數，更好地適應地形地貌，形成像人工降雨一樣的效果，實現清洗農作物表面，降低流量偏差系數，改善葉片孔隙狀況，大大地改善田間小氣候。滴灌方式一滴一滴將將水肥注入作物根系，灌水均勻，水滴打擊強度較小，降低了對作物的機械損傷，而且不破壞作物結構，不產生地面徑流。為解決噴頭堵塞等問題，微噴灌技術在噴灌技術的基礎上得以發(fā)展，其技術機理是利用折射、旋轉、輻射式微型噴頭，實現高效灌溉的目的。在實際的應用中，噴頭的口徑，壓力的設置和噴灌、滴灌都有很大差別，它的霧化標準更高，能在提高水資源利用率的同時，實現調節(jié)田間局部氣候的作用。噴灌技術和水肥一體化技術結合，更適合當前智慧農業(yè)和綠色農業(yè)的發(fā)展要求，可有效節(jié)省資源，并提高資源的利用效率，有助于農田精細化管理的實施。以色列高效農業(yè)就是建立在40%噴灌和60%滴管的基礎之上。

1.3 控制性分根交替灌溉

受限于技術水平，滴管技術存在使用壽命短，需要重復投資的缺點。而管道輸送技術投資大，比渠道灌溉操作復雜。因此充分利用作物自身的特性節(jié)水也是有效的方法。生物節(jié)水技術是近年來的重要研究方法，典型代表是控制性分根交替灌溉，在作物受到水分脅迫時，根系可自發(fā)生成化學調節(jié)劑，輸送到葉片之后，可控制其氣孔開閉，減少無效蒸騰。在高效節(jié)水灌溉工程中，可以對根系兩部分進行輪流灌溉，讓部分根系水分保持充足狀態(tài)，部分保持脅迫狀態(tài)，能夠大幅提高水資源利用率。在節(jié)約建設成本的基礎上，可有效提升灌溉效率。在地下水不足時，可采用行走時機械進行部分灌溉，充分利用小型農機操作簡單、機動性強等特點，進行針對性灌溉，也實現節(jié)約地表水的目的。

1.4 地膜覆蓋技術

生物節(jié)水技術依賴農作物的自身機理，如果長期推行有限灌溉，又不能把握水肥耦合關系及其量化調控，可能會造成產量大幅下降。因此，要注重農藝生產過程中的節(jié)水技術應用。比如采用地膜覆蓋技術，實現蓄水保墑和減少蒸騰的目的。研究顯示，水分蒸發(fā)是制約干旱地區(qū)農作物生長的首要問題，通過地膜技術大大地降低了水分蒸發(fā)量，也解決了土壤板結的問題。針對甘肅省河流來水量下降，地下水資源不足的問題，將滴管技術和覆膜技術相結合，采用高透光有機可降解地膜材料，實現膜下滴管。精確控制使用量和時間，配合蓄水池等新系統(tǒng)，在灌溉時打開機井，控制水量。此外，還應做好深耕征地，比如在玉米種植中，前茬收后淺耕茬30 cm左右，立冬前做好蓄水保墑工作。

2 高效節(jié)水灌溉技術的應用路徑

2.1 實施高效灌溉節(jié)水工程改造

規(guī)劃高效節(jié)水灌溉面積，根據各地自然條件和水資源存量的現狀，制定低壓管道、膜下滴管等工程量清單。做好內鑲式滴灌帶、PC管道、多功能出水栓、管理房、閥門井、排水井等基礎設施的設計。確保滴管、低壓管道灌溉水利用率超過90%和95%，均勻度都要大于0.8，達到國際先進水平。在井水水源中，含有沙子等雜質，因此需要過濾器進行處理。滴管工程采用水肥一體化技術提升生產效率，采用選擇壓差式施肥罐解決化肥殘留問題。通過閥門井對分水和配水進行控制。除水表等監(jiān)測裝置外，有條件的地區(qū)可以配置物聯(lián)網智能監(jiān)測設備，探測不同灌溉條件下作物的生長規(guī)律。還可對氣候氣象、土壤水分、灌溉利用率、成本收益等方面進行全面監(jiān)測，在實踐中不斷改進方案。滴管工程的流量可以設計為 3L/h左右，同時提升PVC管材的承壓和抗腐蝕能力。加強對水利工程的監(jiān)督與管理，嚴格驗收水利工程，一旦發(fā)現不達標的情況，及時整改，嚴厲處罰。

2.2 加大高效節(jié)水灌溉技術推廣

建立政府主導，部門主管，地區(qū)落實和企業(yè)機構積極參與的推廣體系，通過節(jié)水補貼和補助等方式鼓勵農民采用高效節(jié)水灌溉技術。適當給予相應的補貼政策，實施節(jié)水補助、先干后補、以獎代補等措施，提高節(jié)水技術推廣的效果。節(jié)水工程投資當依靠政府財富和企業(yè)資金，構建二元化投資模式。重點解決維護技術人員和資金不足的問題，深入到基層農村，切實提高節(jié)水灌溉設施的運營率利用率。重點改造老化設備，確保公開透明的前提下，投入資金進行維修改造。盤活閑置設施利用，利用專業(yè)合作社等組織充分進行高效節(jié)水灌溉設施利用。強化節(jié)水灌溉的宣傳教育，通過鄉(xiāng)鎮(zhèn)流動廣播、網絡渠道進行宣傳，鼓勵農民積極參與。完善產權和管理運行機制，確保故障設備的維修費用落實。比如某地采用農戶專人管理的方式，其滴管設備運行率可達到87%，而某地采用村委會+農戶的模式，沒有專人管理，設備運行率僅為39%。而在公司加農戶的專業(yè)管理模式下，維修費用和專業(yè)維修隊都可以保證，設備運行率就高達100%。農戶作為高效節(jié)水設備的受益人，他們就要自己承擔維護費用。還要建立專業(yè)化的隊伍進行推廣，明確職責分工，創(chuàng)新管理方式，切實提高高效節(jié)水設施的效益。

2.3 不斷改進和創(chuàng)新技術

不僅要改變作物的供水技術，還要將高效節(jié)水農業(yè)和農業(yè)機械化、園藝技術、農藝技術、先進管理相結合，實現作物的增產增效。比如棉花覆膜下滴管技術在套種方面就需要進一步研發(fā)，因此其灌溉定額為4 000 m3/hm2左右，小于紅棗的6 000 m3/hm2。一些作物在采用灌溉之后，會影響到生產品質，以果樹為例，大水漫灌下，根系半徑和根深可達1.5～2 m，但是節(jié)水灌溉后，幾年內容易減產。再比如，紅棗在盛果期需要大量水分，如果水量跟不上，也容易造成品質和產量下降。因此可以對現有滴灌和覆膜技術進行改進，引入噴頭智能調節(jié)等模式，使滴管水量能夠滿足套種、輪作等需求，同時對覆膜進行改進，比如采用濾光膜，遮住不需要的陽光，促進作物生長。由于甘肅地區(qū)日照強烈，因此本研究不建議采用渠道防滲技術，但是也可以通過渠道覆膜等方式防止蒸發(fā)。覆膜滴灌是適應甘肅干旱地區(qū)的高效節(jié)水灌溉技術，是需要重點研究的技術。比如可以根據地方氣候特點，將集水技術和節(jié)水灌溉技術結合。具體來說可以，可以根據當地條件不同建設雨水花園，對雨水進行收集處理，然后接入到滴管管道，進一步發(fā)揮節(jié)能節(jié)水的作用。對于經濟欠發(fā)達地區(qū)，也可以采用秸稈、地膜疊加蓄水空間，采用水窖、水窯、旱井集水，維持土壤水分平衡，抑制地表水分蒸發(fā)。此外，在灌溉中，還可以采用無人機精準灌溉提升灌溉精度，使用移動式管道噴灌降低維護成本，使用空中雨水收集容器或綠色植物雨水收集系統(tǒng)與滴灌技術相結合，彌補傳統(tǒng)水網的不足。

2.4 完善相關保障措施

加強節(jié)水灌溉制度建設，推動經營主體市場化改革，建立標準化運行體系。如采用政府購買高效節(jié)水灌溉服務的方式，相關部門提供技術管理服務，建立利益締結方式，劃分責任田，對滴管系統(tǒng)實現網格化管理，確保系統(tǒng)高效運行。明確節(jié)水灌溉技術人員的責任和報酬，可以在本村中選拔優(yōu)秀人員承擔技術職責，以績效方式靈活發(fā)放薪酬。比如產量超出10%，薪酬相應增加10%，如果減產，到期可以解除聘用。在水利工程投入使用后，要建立長效服務和運營管理機制，建立日常檢查和維護制度?；A部分的水利工程構建完成，接下來就是在實際的農業(yè)生產中的用水了，用水時，需要結合節(jié)水措施的基礎合理的對節(jié)水技術和節(jié)水措施進行利用，嚴格按照科學制度進行用水。強化生態(tài)治理，加強植樹造林和防風防沙工程。甘肅河西走廊地區(qū)有大量的荒漠化地帶，要重點對這些地區(qū)進行綠化建設，種植保水耐旱的植物，降低沙漠化的趨勢。參考甘肅沙漠都江堰的生態(tài)工程的經驗，讓沙害與水害互治，清洪分離、多級疏流、滲濾凈化，提升綠化水平，將洪水變成可利用的水資源。推動智慧農業(yè)的發(fā)展，加強水利信息化的建設，以網絡基礎建設來推動農田水利治理的水平提升。通過智能監(jiān)測設備自動把握光、溫、水、肥對作物生長的影響，將人工勞動力解放出來投入到生產技術的改進當中，而從更好地發(fā)揮生物脅迫等技術的應用。

3 結語

實踐顯示，應用高效節(jié)水灌溉技術適應甘肅地區(qū)干旱少雨的特點，不僅減少了灌溉運輸和蒸騰過程中的損失，而且還滿足作物不同生長期的水肥需要，提高了灌溉效率，實現了節(jié)本增效。在試驗區(qū)的調查結果顯示，管灌方式節(jié)水量每近90 m3/667m2，節(jié)省人工超過50元/667m2，滴灌方式節(jié)水量達260 m3/667m2，每畝節(jié)省人工超過60元，而作物產量也都不同程度有所增長。有限灌溉也可以讓提高作用效率，提升農作物干物質積累量，更好地發(fā)揮其生長脅迫和次新代謝效用。在保土保肥、降低污染、穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)方面作用也尤為明顯。因此未來要進一步予以推廣，將覆膜滴管和低壓管道等技術進一步發(fā)展和應用。