馬建華

（永昌縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，737200，甘肅金昌）

根據(jù)2021 年《中國水資源公報》，我國水資源總量為29 638.2 億m3，全國用水總量為5 920.2 億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為3 644.3 億m3，占比達(dá)61.5%?？梢?，農(nóng)業(yè)在發(fā)展過程中對水資源的需求比較大，為了解決水資源時空分布不均勻的問題，建設(shè)農(nóng)田水利工程是有效方法[1]。在水資源緊缺地區(qū)，采用工程和技術(shù)措施發(fā)展高效節(jié)水灌溉項目，以提高水資源的利用效率，目前高效節(jié)水灌溉技術(shù)得到了大力推廣。甘肅地區(qū)缺水干旱現(xiàn)象較為嚴(yán)重，人均水資源占有量嚴(yán)重不足，干旱荒漠區(qū)光照時間長，地表水蒸發(fā)量大，再加上工業(yè)用水和生活用水量增加，這些因素疊加在一起，進(jìn)一步加劇了水資源短缺問題。在此背景下，引入高效節(jié)水灌溉技術(shù)勢在必行，以下結(jié)合實踐進(jìn)行探討。

1 甘肅地區(qū)的環(huán)境氣候特點和節(jié)水農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀

1.1 地理環(huán)境特點

甘肅位于我國西北地區(qū)，總面積42.58 萬km2，下轄12 個地級市、2 個自治州。甘肅地形狹長，地貌復(fù)雜多樣，包括隴南山地、祁連山地、隴東中黃土高原、甘南高原、河西走廊等，山脈縱橫交錯，海拔相差懸殊。在氣候方面，甘肅氣候類型多樣，包括亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性干旱氣候、高原高寒氣候四種類型，年平均氣溫0～15 ℃，年均降水量在36.6～734.9 mm。在水資源上，2021 年甘肅水資源總量為277.3 億m3，人均水資源量1 114 m3，比2020 年下降32.2%。綜合來看，在特殊的地理環(huán)境和氣候條件下，甘肅地區(qū)水資源缺乏，這對于農(nóng)業(yè)發(fā)展而言是一個挑戰(zhàn)。

1.2 節(jié)水農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家的實踐證實，即使在干旱的沙漠地區(qū)，采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，也能解決農(nóng)作物的用水問題，從而推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的變革[2]。甘肅省經(jīng)過多年探索，提出“3J”農(nóng)田節(jié)水技術(shù)，包括灌區(qū)節(jié)水、旱區(qū)集水、高寒陰濕區(qū)截水。具體來看，灌區(qū)節(jié)水是采用壟膜溝灌、壟作溝灌、膜下滴灌、水肥一體化等技術(shù)，提高水資源利用率，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。旱區(qū)集水是采用全膜雙壟集雨溝播、集雨補(bǔ)灌等技術(shù)，解決降雨少、時空分布不均問題。高寒陰濕區(qū)截水是采用注水補(bǔ)灌、移動滴灌、軟體水窖等技術(shù)，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益?！?J”農(nóng)田節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了節(jié)地、節(jié)藥、節(jié)肥、節(jié)水、省工的目標(biāo)，推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。

2 甘肅地區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用情況及存在問題

2015 年國家出臺《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃》，重點解決水資源緊缺問題，提出在西北地區(qū)積極推進(jìn)噴灌、管灌、微灌、滴灌等節(jié)水工程。結(jié)合甘肅地區(qū)實際情況，對噴灌、微灌、低壓管灌等技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并且提出存在的問題。

2.1 噴灌技術(shù)

噴灌是使用專業(yè)設(shè)備，將壓力水輸送至目標(biāo)地點，經(jīng)噴射形成水滴滋潤農(nóng)作物。與地面灌溉相比，噴灌技術(shù)的優(yōu)勢包括：第一，灌溉均勻，保土保肥，不會造成徑流和滲漏，節(jié)水率達(dá)到30%～50%；第二，適用范圍廣，包括糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、苗圃、蔬菜、果樹等，占地面積小，可節(jié)省土地7%～13%，用工量也有一定程度減少；第三，具有良好的增產(chǎn)效果，其中糧食作物增產(chǎn)率達(dá)到10%～20%，經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)率達(dá)到20%～30%；第四，對于鹽堿化土壤，采用噴灌技術(shù)是土壤改良的一種有效方式，不僅脫鹽效果好，而且能縮短治理周期。

依據(jù)《2020 甘肅水利發(fā)展統(tǒng)計公報》（以下簡稱《公報》），2020 年全省噴灌面積4.05 萬hm2，占比3.74%，其中本年新增噴灌面積370 hm2，占比0.85%。甘肅省噴灌技術(shù)的應(yīng)用，受到地域、資金、設(shè)備等因素的制約，存在的問題有：第一，現(xiàn)有的噴灌形式單一，噴灌面積較?。坏诙?，用于噴灌的設(shè)備性能有待提升，隨著使用年限增長老化較快，故障發(fā)生率提高，維修成本提高；第三，自動化管理程度低，尤其是計算機(jī)、智能化、3S 等技術(shù)的應(yīng)用不到位，尚不滿足精準(zhǔn)灌溉的要求。

2.2 微灌技術(shù)

微灌是結(jié)合作物的生長需求，利用管道系統(tǒng)和灌水器，將水和養(yǎng)分以小流量的方式均勻、準(zhǔn)確輸送到作物根部，是水肥耦合的一項重要措施。其中，膜下滴灌是目前主推的一種微灌技術(shù)，它將局部浸潤滴灌、作物覆膜栽培兩種技術(shù)的優(yōu)點結(jié)合起來。一方面能節(jié)水增產(chǎn)，減少地表水滲漏；另一方面能增墑保溫，避免水分無效蒸發(fā)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，與地面灌溉、噴灌、普通滴灌技術(shù)相比，膜下滴灌分別節(jié)水80%、50%和30%[3]。而且，采用膜下滴灌技術(shù)，田間局部小氣候得以改善，能發(fā)揮出水、肥、氣、熱的協(xié)同作用；降低作物根部土壤的鹽分濃度，防止土壤發(fā)生次生鹽堿化。

《公報》 數(shù)據(jù)顯示，2020 年甘肅全省微灌面積30.05 萬hm2，占比27.75%，其中本年新增微灌面積28 550 hm2，占比65.72%。甘肅省微灌技術(shù)應(yīng)用存在的問題主要有：第一，水肥耦合效應(yīng)的研究不足，雖然可防止土壤次生鹽堿化，但鹽分并沒有排出土體，沒有從根本上消除鹽分積累問題；第二，作物種植需要覆膜，生產(chǎn)過程中有不少地膜殘留在土壤中，會破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤中微生物的活性，甚至引發(fā)環(huán)境污染。

2.3 低壓管灌技術(shù)

低壓管灌是在田間鋪設(shè)低壓管道，來代替明渠輸水，顯著減少了輸水過程中的滲漏和蒸發(fā)量，輸水效率提高至95%以上。相較于土渠、石渠、混凝土襯砌渠輸水，低壓管灌技術(shù)分別節(jié)水30%、15%和7%[4]?？偨Y(jié)低壓管灌技術(shù)優(yōu)點，包括：第一，以管代渠，減小了輸水渠道占地面積，土地利用率相應(yīng)提高；第二，在低壓管道內(nèi)部輸水，省時省工，輸水速度快，且方便現(xiàn)場維護(hù)管理；第三，與噴灌、微灌技術(shù)相比，低壓管灌工程的一次性投資成本低，尤其適用于新建的井灌區(qū)，具有較高的推廣價值。

《公報》數(shù)據(jù)顯示，2020 年甘肅全省低壓管灌面積24.79 萬hm2，占比22.89%，其中本年新增低壓管灌面積12 530 hm2，占比28.84%。該技術(shù)在實際運(yùn)用中，存在的問題主要有：第一，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，尤其是配套設(shè)施不完善，低壓管灌系統(tǒng)的設(shè)計、施工和運(yùn)維管理缺少完善的、嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，尤其存在盲目施工現(xiàn)象，導(dǎo)致低壓管道與電力、管井、水泵等系統(tǒng)不協(xié)調(diào)，沒有完全發(fā)揮出節(jié)水效益；第二，由于管理制度缺乏，存在重建設(shè)、輕管理的問題，農(nóng)戶的節(jié)水意識不強(qiáng)，并沒有參與到低壓管灌的設(shè)計與運(yùn)行管理中，導(dǎo)致后續(xù)使用中容易出現(xiàn)人為破壞等問題；第三，部分地區(qū)依然采用溝灌、畦灌方法，低壓管道的使用不足，雖然具有一定節(jié)水效果，但節(jié)水效益比較低。

2.4 其他技術(shù)

除了噴灌、微灌、低壓管灌等節(jié)水技術(shù)，其他常見的節(jié)水灌溉技術(shù)還有微潤灌、痕灌、分根交替灌溉等技術(shù)。以分根交替灌溉為例，它是利用作物自身的生長特性，通過氣孔調(diào)節(jié)來適應(yīng)水分盈缺。分根交替灌溉時，作物的一部分根系得到充分灌溉，保證作物生長需水量；另一部分根系則處于缺水情況，產(chǎn)生水分脅迫的根源信號，調(diào)節(jié)植物氣孔開合度，在不影響光合作用下，減小水分蒸騰損耗。有學(xué)者在棉花田間進(jìn)行試驗，結(jié)果顯示：采用隔壟交替灌溉的方法，灌水量減小30%的情況下，棉花產(chǎn)量僅僅降低了3%～5%；且棉花枝葉生長受到一定抑制，導(dǎo)致雙纖花增加，棉花品格提高，總體來看產(chǎn)值幾乎沒有變化[5]。

《公報》數(shù)據(jù)顯示，2020 年甘肅全省節(jié)水灌溉其他工程面積49.40 萬hm2，占比45.61%，其中本年新增面積1 990 hm2，占比4.58%。這些技術(shù)在推廣應(yīng)用中，也存在一些問題。其中，微潤灌、痕灌技術(shù)屬于新型節(jié)水技術(shù)，尚未開展大面積田間實踐，技術(shù)本身還有一些問題需要解決，例如灌水量小能否滿足作物的實際需要，灌水器是否容易堵塞等。而分根交替灌溉技術(shù)，則需要解決以下問題：第一，針對不同土壤類型，所采取的分根交替灌溉方法也不同；第二，分根交替灌溉時，如何明確作物用氣孔調(diào)節(jié)水分的最優(yōu)需水值。第三，分根交替灌溉與肥料使用、鹽分控制等技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步改善土壤性能。

3 節(jié)水農(nóng)業(yè)中滴灌技術(shù)的實施要點

以甘肅省某地為例，該地區(qū)水資源較為豐富，但是分布不均勻。灌溉水源主要是河流湖泊，因水體周圍有豐富的植被，水中的含沙量很低，水質(zhì)良好。然而，該地缺少大型水利工程，導(dǎo)致蓄水、調(diào)水功能不足，限制了高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用。對此，通過分析當(dāng)?shù)貙嶋H情況，農(nóng)作物以茶葉、甘蔗等經(jīng)濟(jì)作物為主，對作物的品質(zhì)要求高，對比不同節(jié)水灌溉技術(shù)的優(yōu)缺點，最終選擇滴灌技術(shù)方案，實施要點介紹如下。

3.1 首部樞紐工程

滴灌技術(shù)的應(yīng)用，首先要解決水源問題。本工程中采用提水泵站作為輸水動力，保證滴灌用水的穩(wěn)定性。提水泵站選址于附近的一處水庫，水庫容積為580 萬m3，經(jīng)測算能滿足實際滴灌用水需求。在泵站內(nèi)，配置3 臺單級單吸立式離心泵，水泵流量為300 m3/h，最大揚(yáng)程為55 m。泵房抗洪標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇，主要建筑物包括前處理池、進(jìn)水池、主泵房、過濾器、施肥罐等。

3.2 滴灌系統(tǒng)設(shè)計

提水泵站建設(shè)完成后，下一步關(guān)鍵是滴灌系統(tǒng)設(shè)計。第一，確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，以滿足作物滴灌用水需求。結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置見表1。第二，灌水器選用單翼迷宮式滴灌帶，管道內(nèi)徑為15 mm，滴頭流量為2.6 L/h，滴頭間隔30 cm 設(shè)置。在田間布置時，寬行種植的作物設(shè)置2 條滴灌帶，窄行種植的作物則設(shè)置1 條。第三，在運(yùn)行制度上，因整片灌區(qū)面積較大，采用分組輪灌方式，單條滴灌帶的一次灌水時間為4 h，每天輪灌5 組，最大運(yùn)行時間20 h，可滿足作物的灌溉用水需求。

表1 滴灌系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置表

3.3 施工技術(shù)要點

滴灌系統(tǒng)的施工建設(shè)工藝流程：測量放線→土方開挖→鋪設(shè)管網(wǎng)→管道測試。每一個環(huán)節(jié)的施工技術(shù)要點如下。

第一，測量放線。本工程中的測量放線作業(yè)，聯(lián)合使用GPS、全站儀和水準(zhǔn)儀等設(shè)備，先確定每個灌區(qū)的邊界，根據(jù)圖紙確定主干管與分干管的位置、開挖深度與寬度，然后確定閥門等設(shè)備的位置，最后確定支管、毛管的位置。

第二，土方開挖。開挖作業(yè)以設(shè)計圖紙和測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，按照主干管、分干管、支管、毛管的順序進(jìn)行開挖。開挖時采用機(jī)械加人工的方式，現(xiàn)場設(shè)置專人指揮監(jiān)督；開挖完成后及時驗收，確保開挖位置、深度、寬度等指標(biāo)滿足設(shè)計和規(guī)范要求[6]。

第三，鋪設(shè)管網(wǎng)。主干管和分干管的流量大、管徑大，選用PVC 材質(zhì)；支管和毛管的流量小、管徑小，選用PE 材質(zhì)。結(jié)合本工程實際，主干管總長約3.5 km，共計1條，設(shè)置在提水泵站到農(nóng)田，控制11 條分干管。分干管總長約4.8 km，雙向布設(shè)在坡地上側(cè)。支管總長約120 m，直徑為90 mm，管壁厚度為3 mm，間隔1.1 m 設(shè)置1 個分流孔。毛管總長約75 m，設(shè)計流量為6.5 L/h。

第四，管道測試。所有管道鋪設(shè)完成后進(jìn)行試壓運(yùn)行，因地形起伏大，采用分段試壓方法。按照管道壓力設(shè)計的上限值，保壓時間為1 h，對出現(xiàn)漏水的部位進(jìn)行處理，必要時重新安裝，直至符合壓力要求為止。

3.4 管道保護(hù)措施

管道保護(hù)主要包括兩個方面的內(nèi)容。一是水錘保護(hù)。水錘現(xiàn)象的出現(xiàn)，會對閥門和管道造成損害，甚至威脅操作人員的安全。對此，采取的保護(hù)措施是：在管網(wǎng)重要節(jié)點處，安裝超壓泄壓閥或調(diào)壓塔；同時操作人員在開啟閥門時，要緩慢開啟。二是管網(wǎng)壓力保護(hù)。該地區(qū)因地形高差較大，加之水泵流量和揚(yáng)程的影響，不同支管的進(jìn)水壓力存在差異，影響灌溉均勻性。對此，采取的保護(hù)措施是：在支管或毛管的進(jìn)水口處，安裝減壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)水口的壓力，保持壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。本工程中，最終選用定比式減壓閥，一方面能調(diào)節(jié)靜壓和動壓，不會影響水流量；另一方面密封性良好，不易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

4 結(jié)語

高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，是發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的必然趨勢，也是解決干旱缺水地區(qū)農(nóng)作物需水問題的有效途徑。文章結(jié)合甘肅地區(qū)的實際情況，詳細(xì)介紹了噴灌、微灌、低壓管灌等技術(shù)的應(yīng)用情況和存在的問題，結(jié)合實際案例總結(jié)了滴灌工程的施工技術(shù)要點。希望為類似工程項目的建設(shè)提供參考，提高水資源利用率，加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展步伐。