節(jié)水灌溉有講究 因地制宜效果優(yōu)

出品：科普中國

制作：劉浩（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所）

監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

一提起灌溉，大多人立刻會想到是澆地。

的確，通俗地講，灌溉就是澆地。但不同的灌溉方式產(chǎn)生的效果不一樣，好的灌溉方式不僅能節(jié)約用水，還能在確保作物產(chǎn)量的同時，提升農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。而結(jié)合不同農(nóng)田生態(tài)區(qū)特點和植物本身的需水特性，來確定節(jié)水灌溉方式，才能充分發(fā)揮各種節(jié)水灌溉方式的優(yōu)勢和作物的節(jié)水潛力，為我國水土資源可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)民增收致富提供技術(shù)支撐。

大型平移式噴灌機（圖片來源：Veer圖庫）

作物“喝水”兩步走，輸水灌水有講究

水從水源地到被作物利用，要經(jīng)歷一個過程，這個過程包括兩個層面，一是輸水，是指將水從河流、水庫、水井等水源輸送到田邊，二是灌水，是指把水灌進(jìn)農(nóng)田。這兩個方面都大有文章可做。

拿輸水來說，渠道輸水是目前我國農(nóng)田灌溉的主要輸水形式，傳統(tǒng)的輸水往往采用土渠，不僅水流速度慢，還會出現(xiàn)土渠滲漏，造成水資源的浪費。怎么辦呢？我們可以把土渠內(nèi)部進(jìn)行硬化，這樣既可以讓水流增速，又能降低滲漏損失，這就是常會被采用的“渠道防滲技術(shù)”。當(dāng)然，還可以把土渠改成管道埋入地下，再施加壓力，水就能快速運送到每塊農(nóng)田中，不僅能避免滲漏，還能減少蒸發(fā)量，同時，還可以節(jié)省修渠的土地，這便是“低壓管道輸水技術(shù)”。

渠道混凝土襯砌（圖片來源：作者提供）

再說灌水，之前農(nóng)民澆地大多都是在地頭土埂上“豁”開個口子，讓渠道里的水順勢流入農(nóng)田，叫大水漫灌。但這種方式水流速度慢，用水量大，費時費力費水，畦灌、溝灌等改造措施雖然在一定程度上加快了水流的推進(jìn)速度，但仍對土地平整程度要求高，且灌水時易形成地面積水，灌水后地表長時間處于泥濘狀態(tài)，土壤水分蒸發(fā)損失大，地面容易形成板結(jié)龜裂，土壤透氣性差，植物根系呼吸受阻。

棉花畦灌積水和灌水后地面板結(jié)龜裂（圖片來源：作者提供）

要想真正做到高效用水，還應(yīng)在灌水時采取更節(jié)水的田間灌溉方式。田間節(jié)水灌溉的方式種類較多，最具代表性的是噴灌和滴灌，其他如微噴灌、微噴帶灌溉、膜下滴灌等均是在這兩者基礎(chǔ)上演變來的。

噴灌滴灌好幫手，因地制宜是王道

噴灌是利用管道將灌溉水通過壓力輸送到田間地頭，通過噴頭將灌溉水分散成細(xì)小的水滴，均勻地噴灑到土壤表面，為植物提供必要的水分，是一種先進(jìn)的機械化或半機械化的節(jié)水灌溉方式。

噴灌（圖片來源：Veer圖庫）

與傳統(tǒng)地面灌相比，噴灌具有明顯的“三省一增”的優(yōu)點。

一是省水，大田作物噴灌一般可省水20%~30%；二是省地，節(jié)省了田間修建各級溝渠的土地，可增加作物播種面積10%左右；三是省工，噴灌機械化程度高，可實現(xiàn)自動化操作，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動力。

而“一增”指的是增產(chǎn)，噴灌可采用少澆勤灌，便于控制土壤水分，使土壤水分保持在作物生長最適宜的范圍，且灌水后土壤疏松，通氣性好，有利于增產(chǎn)。

在耕地多、水資源緊缺的北方地區(qū)，農(nóng)作物田間耕作、播種、施肥、施藥、收割等機械化作業(yè)要求高，且農(nóng)作物在灌溉期間風(fēng)力相對較小，就很適合推廣噴灌節(jié)水灌溉技術(shù)。隨著北方居民城鎮(zhèn)化和種植規(guī)模化的發(fā)展，自動化程度更高的大型指針式噴灌機必將成為未來發(fā)展趨勢。

因此，在水資源剛性約束背景下，北方地區(qū)發(fā)展以噴灌為主的節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，可以較好地服務(wù)糧食作物。

田間冬小麥噴灌（圖片來源：作者提供）

噴灌所用的噴頭（圖片來源：Veer圖庫）

噴灌當(dāng)然也有一定缺點和局限性，首先是投資較高，每畝根據(jù)情況可達(dá)500～1000元；噴灌還受風(fēng)速影響，四級以上的風(fēng)能把噴出來的水吹散，不僅降低灌溉均勻度，還加大了增發(fā)損失；噴灌耗能也大，為了使噴頭運轉(zhuǎn)達(dá)到灌水均勻，得給水加壓力，也會消耗能源。

滴灌是利用安裝在末級管道（稱為毛管）上的滴頭（出水口），或與毛管制成一體的滴灌帶將有壓水以水滴狀濕潤土壤。

滴灌（圖片來源：Veer圖庫）

通常將毛管和灌水器放在地面，也可以將毛管和灌水器埋入地面以下30~40cm。前者稱為地表滴灌，后者稱為地下滴灌。滴灌除與噴灌具有類似的省工省地優(yōu)勢外，還比噴灌更能達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)減肥的效果。

因為滴灌是把灌溉水一滴一滴地、均勻而又緩慢地滴入作物根系附近土壤，而根系以外的土壤仍保持相對干燥，可以最大限度地減少蒸發(fā)損失，與噴灌相比，可節(jié)約灌溉用水30%~50%。

在灌水的同時，滴灌可以將肥料溶入灌溉水，按照作物的需肥特性隨水施肥，大幅提高了肥料利用效率，且灌水后不破壞土壤結(jié)構(gòu)，作物根區(qū)土壤水、肥、氣、熱經(jīng)常保持在適宜于作物生長的良好狀態(tài)，更利于作物增產(chǎn)。

我國西南地區(qū)地形地貌以丘陵山地為主，地形起伏大，土壤蓄水保肥能力弱，水土流失相當(dāng)嚴(yán)重，迫切需要發(fā)展以滴灌為主的水肥一體化技術(shù)，達(dá)到節(jié)水省肥節(jié)約勞動成本和提質(zhì)增效的目的。

坡地葡萄滴灌水肥一體化技術(shù)（圖片來源：作者提供）

在我國的西北干旱半干旱地區(qū)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民普遍將農(nóng)藝節(jié)水（地膜覆蓋）與工程節(jié)水（滴灌）結(jié)合，形成了獨具特色的膜下滴灌技術(shù)。上世紀(jì)90年代至今，近30年實踐證明，膜下滴灌以少量多次灌溉的特點，避免了灌溉水深層滲漏，大幅降低了田間土壤蒸發(fā)損失，提高了水資源利用效率，實現(xiàn)了水肥同步施用，改善了土壤結(jié)構(gòu)和微生態(tài)環(huán)境，具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)、提質(zhì)增效的作用。

目前，膜下滴灌技術(shù)已在新疆棉花種植中得到普及，且由單一棉花種植發(fā)展到目前幾乎覆蓋到所有大田作物灌溉，逐漸形成了棉花、玉米、加工番茄、小麥、辣椒、棗樹、葡萄等多種作物膜下滴灌灌溉技術(shù)規(guī)范，成為新疆高效節(jié)水灌溉的主要模式，以點帶面輻射帶動了周邊省區(qū)膜下滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用。

新疆膜下滴灌棉花（圖片來源：作者提供）

滴灌不僅可以實現(xiàn)水肥一體化精準(zhǔn)灌溉施肥，還能降低病蟲害和農(nóng)藥的噴施量，使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)大幅提升，尤其在溫室大棚蔬菜生產(chǎn)中效果更加明顯；與噴灌相比，滴灌對地形的適應(yīng)能力更強，不論平原還是山區(qū)均可使用，且受風(fēng)速的影響??；滴灌系統(tǒng)的工作壓力小，5~10米的水頭即可正常工作，與噴灌相比更加節(jié)能。

但滴灌也有缺點，為控制水量，出水口就小，水中的泥沙、有機污染物、化學(xué)沉淀物以及微生物等均會引起滴頭堵塞，堵塞嚴(yán)重，滴灌系統(tǒng)就用不了。

因此，滴灌系統(tǒng)對水質(zhì)要求高，需安裝過濾設(shè)備，與噴灌相比，增加了灌溉系統(tǒng)的投資成本；而且由于滴灌土壤濕潤范圍小，作物根系生長主要集中在土壤濕潤區(qū)，根系對濕潤區(qū)以外的養(yǎng)分吸收利用差；在含鹽量較高的地區(qū)，土壤鹽分積累在濕潤區(qū)邊緣，如果再遇到小雨，這些鹽分可能會淋洗到作物根區(qū)而危害作物。

滴頭被泥沙阻塞（圖片來源：作者提供）

城市景觀也需節(jié)水灌溉

節(jié)水灌溉不僅可以用在大田農(nóng)作物生產(chǎn)中，還可以應(yīng)用于城市中的景觀園林綠化，荒漠里綠化林的種植等。

維護(hù)城市景觀園林綠地正常生長的灌溉用水多為自來水為主，在水資源越來越匱乏的今天，城市景觀園林綠化要得到持續(xù)發(fā)展，就必須大力推行和發(fā)展節(jié)水灌溉。同時，城市園林綠地的植株種類雜，多為喬、灌、花、草等多種植物復(fù)合搭配，適宜以地埋伸縮式噴灌為主，結(jié)合微噴、滴灌等先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)，節(jié)水省工的同時美化環(huán)境。

城市景觀園林綠化噴灌（圖片來源：作者提供）

荒漠地綠化林主要起防風(fēng)固沙、保護(hù)環(huán)境的作用，而荒漠地帶一般溫差大、風(fēng)沙多、干旱少雨、蒸發(fā)強烈，水資源極度缺乏，土壤含沙量大，滲透性能力強。氣候、土壤等環(huán)境條件惡劣，給荒漠地防護(hù)林的養(yǎng)護(hù)造成很大難度，迫切需要發(fā)展以高頻少灌為特點的滴灌節(jié)水灌溉技術(shù)，而且適宜將滴灌帶淺埋地表以下10cm左右以降低表層土壤的蒸發(fā)損失。

無論南方還是北方農(nóng)業(yè)區(qū)，亦或其他生態(tài)領(lǐng)域，應(yīng)因地制宜，依據(jù)當(dāng)?shù)厮临Y源和氣候狀況，從節(jié)水穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)能省工、提質(zhì)增效多角度綜合考慮，提出適宜于當(dāng)?shù)厮临Y源可持續(xù)發(fā)展的節(jié)水灌溉技術(shù)，讓先進(jìn)灌溉技術(shù)更好地服務(wù)各生態(tài)領(lǐng)域。

所以，得結(jié)合不同農(nóng)田生態(tài)區(qū)特點和植物本身的需水特性去確定節(jié)水灌溉方式，因地制宜、對癥下藥，才能充分發(fā)揮各種節(jié)水灌溉方式的優(yōu)勢和作物的節(jié)水潛力，為我國水土資源可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)民增收致富提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

1.黃秀路，武宵旭，葛鵬飛，等. 中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)水灌溉: 區(qū)域差異與方式選擇. 中國科技論壇，2016（8）：143-148