3.3 灌溉技術

　　我國是一個水資源嚴重缺乏的國家，人均水資源只有世界的28%，其中農業用水占據了水資源利用的60%以上。水分對生態農田產量維持具有極其重要的作用，尤其在熱量適合的時候（中國灌溉排水發展中心，2015）。水分過多與過少都會影響植物生長發育，因此合理的土壤墑情可保證作物的水分供應。即使不使用任何石化物質如化肥和農藥，熱帶雨林的生態系統生產力也是最大的，這是因為水分與熱量資源都充足，且搭配合理。在現代科學技術條件下，人類可以創造條件，滿足作物不同生產時期的水分需求，這在干旱半干旱區尤為重要。在暖溫帶和部分亞熱帶地區，春旱問題也較為突出。在自然條件下，往往因降水量不足或分布不均勻，不能滿足作物對水分的要求，必須人為地進行補水，以彌補天然降雨的不足。

　　人工補水常見的做法是灌溉，因此通俗地理解灌溉，就是放水或打水澆地。每次灌溉所需用水量為灌溉量；灌溉次數和時間長短須根據作物需水特性、生育階段、氣候、土壤條件而定；適時、適量、合理灌溉，既可滿足作物生長需求，又能節約用水。灌溉期主要有播種前灌水、催苗灌水、生長期灌水及冬季灌水等，視天氣和作物需水狀態而定。一般作物根系深 60 厘米，每畝地一次可有效灌水 10～15 立方米，具體水量須根據具體作物和作物種植情況來定。對于任何一種作物的某次灌水，須供水到田間的灌水量（稱為凈灌溉用水量）W 凈的計算公式為

　　W 凈＝mA（立方米/畝）                  （3-1）

　　式中，m 為該作物某次灌水的灌水定額，（立方米/畝）；A 為該作物的灌溉面積。上面介紹的是理論上的灌溉量，如何有效灌溉，還有很多具體的技術。下面介紹幾種常見的灌溉方式。

　　3.3.1 漫灌

　　漫灌，也稱大水漫灌，是常見的灌溉方式。進行漫灌之前需要挖溝，以前挖溝用人工，費時費力，后來改用牲畜、拖拉機，現在使用先進的機械，如用激光測距，用推土機和挖掘機開渠。開渠挖溝技術在鹽堿地中使用效果最佳。進行漫灌時，植物在畦和壟溝中排成行或在苗床上生長，水沿著壟溝或苗床邊沿流入農田；也可以在田中用硬塑料管或鋁管引水，在管上間隔距離開孔灌溉，用虹吸管連接渠道。除了明渠，目前漫灌也應用水泵動力與管網技術，可以控制水流量。由于溫度、風速、土壤、滲透能力等不同，漫灌容易造成有的地方水多，有的地方水不足的現象，噴頭和支管可以移動，因此可以避免灌溉不均現象。如果采用自動閥門更可以增加效率。漫灌的優點是成本低，不易造成環境污染，容易推廣；缺點是水分浪費嚴重，在干旱半干旱區不宜推廣。另外，漫灌需要較多的勞動力，還容易造成地下水位抬高，因此易使土壤鹽堿化。隨著科技和經濟的發展，漫灌已經逐漸被淘汰，但部分地區由于資金和技術限制，漫灌仍然廣泛存在。

　　3.3.2 噴灌

　　噴灌是指由管道將水輸送到農田，由噴頭中噴出，有模擬降雨的功能。噴灌有高壓和低壓之分，也可分為固定式和移動式。噴頭壓力一般不能超過 200 帕，過高會產生水霧，影響灌溉效率。噴頭大部分可以轉動，可 360°回轉，也可只轉動一定角度。也有噴槍式噴灌，可在 275～900 帕的壓力下工作，噴射較遠，流量達到 0.003～0.076 立方米/秒。如果將噴頭和水源用管子連接，使噴頭可以移動，稱為移動式噴灌，將塑料管卷到一個卷筒上，可以隨著噴頭移動放出，也可以人工移動噴頭。噴灌與漫灌相比，可以節水30%～50%；減少占地，能擴大播種面積 10%～20%；糧食作物增產10%～20%，經濟作物增產20%～30%，蔬菜增產 100%～200%（孫景生和康紹忠，2000；趙東彬等，2011）。噴灌的優點是相對節水，且節省人力；缺點是蒸發會損失一些水分，尤其在有風的天氣時，而且不容易均勻地灌溉整個灌溉面積；水存留在葉面上容易造成霉菌繁殖，如果灌溉水中有化肥，在炎熱陽光等強烈的天氣下會造成葉面灼傷。總之，噴灌技術雖然適應性很廣，但存在一次性投入大、運行管理要求較高等制約噴灌技術發展的問題。因此，研發符合地方實情的特色噴灌系列產品要結合我國國情，因地制宜，遵循自然和經濟規律。

　　3.3.3 微噴灌

　　微噴灌技術是一種介于噴灌和滴灌之間的一種新型局部灌水技術，其節水效果非常強，非常適合水資源緊缺地區的農業灌溉。其顯著的特點是利用高壓管道系統進行噴灌，充分結合了傳統滴灌和噴灌技術的優勢。由水源、管網和微噴頭3 部分組成微噴灌系統，利用專門的噴灌設備，將有壓水送到地塊后，以較大的流速由微噴頭噴出進行噴灑灌溉（王鳳民和張麗媛，2009）。由于噴頭的噴水孔直徑極其微小，雖然噴流的流速很大，但受到空氣阻力影響，會立即形成霧狀，落到農作物表面時已經是細小的水滴。由于微噴灌的水流速度較快，且水壓較高，因此可以有效避免傳統滴灌的噴頭堵塞現象（海生，2004）。微噴灌還可以直接向農作物的根系周圍噴灑可溶性肥料，提高肥效的同時能避免水資源浪費。該種噴灌技術非常適合灌溉地面植物，且由于噴灑的水成霧狀，因此具有一定的調溫和調濕效果，能夠有效調整大棚環境的溫度和濕度。目前微噴灌技術廣泛應用于蔬菜、花卉、果園、藥材種植場所及扦插育苗、飼養場所等區域的加濕降溫（楊麗，2018a）。

　　3.3.4 滴灌

　　滴灌，也稱滴水灌溉，是一種低壓出水灌溉的技術。滴灌的原理是利用安裝在毛管上的滴頭、孔口或者滴灌帶等灌水器裝置使灌溉水呈水滴狀緩慢、均勻地滴入作物根區附近浸潤根系最發達區域的灌溉方法（邊金鳳，2009）。通俗地講，滴灌就是在水輸送到田地之前，先通過過濾裝置將帶有壓力的水進行過濾，然后利用已經鋪設在田地里面的各種類型的管道，如干管、支管及毛管上的滴頭將已經被過濾的水或者肥料滴入植物根部的土壤中，水或肥料在重力作用下能充分浸入土壤并且不產生水分和營養的流失（楊麗，2018b）。

　　滴灌時間太長，根系下面可能會發生浸透現象，因此滴灌一般是由計算機程序操縱完成的，也有由人工操作的。滴灌水壓低，節水，可用于生長不同植物的地區，對每棵植物分別灌溉，但對坡地需要有壓力補償，用計算機可以依靠調節不同地段的閥門來控制，關鍵是控制調節壓力和從水中去除顆粒物，以防堵塞滴灌孔。水的輸送一般用塑料管，一般是黑色的，或覆蓋在膜下面，防止生長藻類，也防止管道由于紫外線的照射而老化。滴灌也可以用埋在地下的多孔陶瓷管完成，但費用較高，有時用于庭院草坪和高爾夫球場。

　　3.3.5 滲灌

　　滲灌是繼噴灌、滴灌之后的又一節水灌溉技術，又稱地下滴灌。它起源于地下浸潤灌溉，是當今世界較先進的農業節水灌溉技術。早在1 000 多年前，山西臨汾地區就出現了以泉水為水源，在耕層下鋪設0.4～0.6 米厚的鵝卵石作為蓄水通道進行灌溉的地下灌溉工程，這是我國地下灌溉的起源。在隨后的幾百年里，河南省濟源市也出現了在地面以下埋設由透水瓦片扣合而成的“透水道”進行灌溉的合瓦地。20 世紀50 年代以來，河南、山西、陜西、江蘇等地開展了地下灌溉的研究。1974 年，我國開始進行滲灌工程試點（王淑紅等，2005）。滲灌是一種地下微灌形式，其原理是以低壓管道輸水，再通過埋于作物根系活動層的灌水器（微孔滲灌管），根據作物的生長需水量定時定量地向土壤中滲水供給作物（王彥軍等，1997）。滲灌技術節水不僅能大幅增產，還能改善根區土壤物理條件，保持耕層土壤結構，降低室內空氣濕度，并能有效減少病蟲害，抑制雜草生長，便于田間管理。滲灌比漫灌節水70%，比滴灌節水20%，在肥藥管理方面與常規施用方法相比一般可節省農藥和化肥 30%。滲灌是目前各種節水灌溉方法中水利用系數較高的一種灌水技術，但是存在以下問題，如滲灌管較易堵塞；地下維修不便；易受水頭壓力影響，滲水均勻性不穩定；灌溉管理深受作物根深及機械化作業的限制而不易確定（錢曉輝等，2000；張書函 等，2002；葉全寶等，2004）。

　　3.3.6 調虧灌溉

　　調虧灌溉是建立在作物與水分關系基礎上的一種節水高產灌溉技術。調虧灌溉于 20世紀70年代中期，被澳大利亞持續灌溉農業研究所（Institute For Sustainable Irrigated Agriculture, ISIA）首次提出，其原理是在特種程度的水分脅迫條件下，不同類型作物的生理和生化過程產生變動，其日后的抗旱潛力得到進一步強化，通過植物本身的機理變化實現水分高效利用（史文娟 等，1998；）。在實際調查中發現，沿用這類方式不僅可以促進作物營養器官的生長、提升根冠比，還可以透過營養、生殖器官內部光合產物的協調性分配，來改善作物品質，獲得更高的作物產量。目前這種灌溉方式在大豆、小麥、玉米等糧食作物生產及一些蔬果生產中得到廣泛應用。調虧灌溉既有經濟效益，又有生態效益，特別是在水資源短缺或用水成本較高的地區（胡亞洲，2018）。

　　3.3.7 控制性分根交替灌溉

　　控制性分根交替灌溉是利用作物水分脅迫時產生的根信號功能，人為保持根系活動層的土壤在水平或垂直剖面的某個區域干燥，使作物根系始終有一部分生長在干燥或較為干燥的土壤區域中，限制該部分的根系吸水；同時通過人工控制使根系在水平或垂直剖面的區域交替出現，即干燥區和濕潤區交替灌溉，使干燥區的根系產生水分脅迫信號傳遞到葉氣孔，從而有效地調節氣孔關閉，而處于濕潤區的根系從土壤中吸收水分以滿足作物的最小生命之需，使其對作物的傷害保持在臨界限度以內（康紹忠等，1997）。應用該技術，一方面使部分根系處于土壤干燥區域（干燥區）中，作物受到水分脅迫，根部形成大量脫落酸，傳送到葉片，氣孔開度減少，降低蒸騰耗水量；另一方面，使部分根系處于灌水的區域（濕潤區）中，作物從土壤中吸收水分，滿足正常的生理活動的需要。控制性分根交替灌溉既可減少作物間一直濕潤時的無效蒸發損失和總的灌溉用水量，又可改善土壤通透性、降低土壤機械強度，促進根系的補償生長，提高根系對水分、養分的利用率。該技術在實際應用中改為隔溝交替灌溉系統、交替灌溉系統等。甘肅省推行大田玉米隔溝交替灌水技術，在保持高產下節水33.3%，效果顯著，且投入不增加，因此在幾年前被列為當地節水技術推廣計劃。除漫灌外，其余措施均為節水灌溉，即以最低限度的用水量獲得最大的產量或收益，也就是最大限度地提高單位灌溉水量的農作物產量和產值的灌溉措施。

　　實行節水灌溉工程后，可以減少灌溉過程中的勞動力配置，滴灌通過局部濕潤灌溉，田間土壤疏松，通透氣性良好，易溶性肥料、植物生長調節劑、內吸殺蟲劑等可隨水滴入，可減少中耕、施肥、噴藥、鋤草等的作業次數和勞動力投入，節省了大量的人力和物力。通過節水灌溉，農作物得到及時的灌溉，提高了灌溉保證率，能有效促進糧食增產增收，這也是節水灌溉工程的主要效益。此外，節水灌溉還能實現節水、節地、節電等效益，其措施優點突出，但成本高。另外，不可降解的塑料管網對環境并不友好。

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