农田水利灌溉中有效节水策略的科学运用与推广研究

作者: 李惠一

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有效的节水策略不仅可以提高水资源利用效率,减少浪费,还可以促进农田生产的可持续发展,缓解水资源短缺和环境污染问题。本文将对农田水利灌溉中的有效节水策略进行深入分析,旨在为促进农田水利灌溉的节水效益提升提供理论支持和实践指导。

一、我国农业用水现状分析

1、节水灌溉面积发展情况

据相关统计数据显示,截至2023年,我国农业节水灌溉技术的发展较为迅速,节水灌溉面积不断增加,其中,2023年全年新建与改造提升高标准农田面积共574万公顷,新增高效节水灌溉面积达到164万公顷,节水灌溉面积比重逐年递增,基本占据全国耕地总面积的30%,但从实际应用情况来看,受制于技术因素以及推广因素的影响,导致农业节水灌溉技术的应用依然无法满足高效节水的目标要求,亟待对传统的灌溉模式以及灌溉方案进行进一步改革与优化。

2、节水灌溉设备分布

受到成本、环境因素的影响,不同地区适宜的节水灌溉方式也存在一定的差异,因此需要合理针对农业节水灌溉方式进行选择。现阶段常见的农业节水灌溉方式主要涵盖喷灌、微灌、低压管道灌溉等几种方式,从近年来节水灌溉方式以及灌溉设备的分布推广情况来看,各类节水灌溉技术的比重也在进一步增大,截至2023年,各类节水灌溉设备以及灌溉方式占农业灌溉的总比重超越60%,但依然存在一些耗能与耗水量较高的设备在农业灌溉系统当中运行。

与此同时,在针对节水灌溉设备进行应用的过程当中也发现,受到外部环境、生产标准以及材料工艺等因素影响,部分节水灌溉设备存在灌溉不均匀、淤积以及渗漏等情况,对农田水利灌溉工作的开展造成了一定负面影响,亟待采取措施进行优化。

二、农田水利灌溉中主要节水灌溉技术

1、步行式灌溉技术

步行式灌溉技术通过安装在灌溉渠道上的移动灌具,如旋耕喷灌机或移动式喷灌设备,以步行方式进行灌溉操作。在灌溉过程中,农民可以手持喷灌设备,沿着田间逐步移动,将水均匀喷洒在植物根部或作物间隙,以达到有效利用水资源的目的。步行式灌溉技术具有操作简便、灵活性强、适用性广泛等特点,能够有效降低灌溉水量和减少水分流失,提高水资源利用效率,同时还能够减轻农民的劳动强度,是一种较为经济实用的节水灌溉技术。除此之外,农民还可借助四轮拖拉机作为动力,牵引水箱拖车与相关机具对种植现场进行灌溉,实现对水资源的有效节约,与传统的大规模漫灌方式相比,步行式灌溉技术的每公顷节水量能够达到7.5t,增产量达到450kg。

2、喷灌技术

喷灌技术是一种先进的灌溉方式,通过喷洒水雾或水流,将水均匀地喷洒在植物的根部或作物的生长区域,实现了水资源的有效利用。据研究数据显示,相比传统的灌溉方式,喷灌技术的水分利用率可提高30%-70%。此外,喷灌技术具有喷水均匀、覆盖面积广等优点,能够减少水分流失和土壤侵蚀,进而提高灌溉水的利用效率。据观察数据显示,喷灌技术下,土壤侵蚀减少50%-70%。

另外,喷灌技术能够根据不同作物的需水量和生长阶段进行灵活调节,实现精准供水,进而提高农作物的产量和品质。根据调查数据显示,喷灌技术在提高农作物产量方面的效果显著,有些作物的产量甚至可以提高20%-30%。

由于喷灌技术操作简便、灵活性强、节水效果显著等特点,在农田水利灌溉中得到了广泛应用。据统计数据显示,目前全球已有超过2000万公顷的农田采用了喷灌技术。然而,需要注意的是,喷灌技术的节水效果受到当地地质状况与土层状况的影响,因此在应用时需要综合考虑,以确保喷灌技术的有效性和可靠性。

3、微灌技术

微灌技术是一种先进的灌溉方式,通过将水以微量的方式滴、淋或喷洒到植物的根部,实现了对植物的精准供水。据统计,相比传统的灌溉方式,微灌技术的水分利用效率也可提高40%-70%。此外,微灌技术还能够实现水分的均匀分配,从而减少了水分的浪费,进而提高了土壤水分利用率。据研究显示,微灌技术下,水分利用率可提高15%-25%。

在土壤侵蚀方面,微灌技术也具有显著的优势。由于水量精准控制,土壤表面的水流速度较慢,减少了土壤侵蚀的风险。据观察数据显示,微灌技术可将土壤侵蚀减少50%-70%。此外,微灌技术还可以显著提高肥料利用率。根据研究,微灌技术下的肥料利用率比传统灌溉方式提高了20%-30%。在生态环境保护方面,微灌技术也发挥着积极的作用。由于水量控制精准,微灌技术可以减少水源的污染,并有效防止土地的沙化。据相关研究表明,微灌技术下的土地沙化速度比传统灌溉方式缓慢了60%左右。

三、农田水利灌溉节水中存在的问题

1、缺乏有效的监督与激励

节约用水对我国当前的发展至关重要,尤其是在农田灌溉领域。农业用水占据了我国水资源消耗的大部分,因此如果能够有效地节约农业用水,将对国家整体发展产生积极影响。然而,在农田水利灌溉方面,缺乏明确的节水制度和相应的监督措施,导致节水意识难以得到有效落实,出现了诸多问题。例如:由于缺乏明确的规章制度约束,一些灌溉设施未能得到及时维护,相关工作人员也缺乏对设施保护重要性的认识,导致部分水井、水泵因缺乏管理而失效,造成大量水资源浪费。因此,节约用水理念需要更深入地贯彻到农田水利灌溉工作中,必须建立健全的制度约束,才能真正将节水理念付诸实践,促进我国农业生产的可持续发展。

2、缺乏积极性

近年来,我国为了鼓励更多人参与农业建设,增加了对农民的部分补贴,然而这一举措并未有效提高农业产值,农民的收益依然较低。随着物价的上涨,一些农民选择放弃务农,转而选择外出打工。这种认为农业发展无法提高收益的想法普遍存在,导致许多农民放弃了农田建设。与此同时,由于缺乏优秀的人才参与农田水利建设,人们对节水灌溉的积极性逐渐降低,这成为我国农业发展的一大障碍。

3、技术与设备使用推广缓慢

近年来,节水灌溉技术有了新的创新,涌现出了喷灌、滴灌等多种节水灌溉方式,并进行了广泛推广。然而,这些节水灌溉技术在推广过程中受到了经济成本的制约,导致其未能得到大规模应用。一些地区由于局限于当地条件,仍然沿用传统的灌溉方式,如水车灌溉等。这种情况下,水资源被进一步浪费,不仅灌溉效果不佳,而且无法得到有效利用。农作物的生长受到限制,经济效益也难以提高。

四、农田水利灌溉中有效节水策略

1、采用节水型灌溉技术

节水型灌溉技术是指在灌溉过程中能够减少水资源浪费、提高用水效率的一系列技术手段的综合应用。其中,喷灌、滴灌、微喷灌等是比较常见的节水型灌溉技术。

首先,喷灌技术是一种通过喷头将水以雾状或喷射状均匀地喷洒在农田上的灌溉方式。相比于传统的洪灌和漫灌,喷灌技术能够减少水流失,提高水的利用率。通过设置喷头,可以根据农田的需水情况和土壤特性,合理调节水量和喷洒范围,从而达到节水的目的。同时,喷灌技术还可以减少土壤侵蚀和盐渍化的发生,提高土壤的肥力和农作物的产量。在针对喷灌技术进行应用的过程当中,需要针对喷头组合形式以及管路配置进行合理调节,常见的喷头组合形式见表1所示。

在进行管路配置的同时,应考虑到主管与支管的长度调节,其中主管长度应控制在75mm-100mm,支管长度应控制在35mm-75mm,从而有效提升灌溉效率。

其次,滴灌技术是一种将水以滴水或细流方式直接滴注到农作物根部的灌溉方式。滴灌技术具有水利用效率高、节水明显、土壤保持能力强等优点。通过滴灌系统精准控制水量和滴水速率,可以减少水分蒸发和地下渗漏,最大限度地减少水资源的浪费。滴灌系统内部,主要涉及到首部枢纽、管路以及滴头等几部分组件,其中首部枢纽能够实现抽水、施肥以及过滤等相关功能,并能够将一定量的水压入管道当中。管路及调节设备能够按照现场灌溉需求针对加压水进行输送,滴头则能够控制水流速度,使其能够以点滴的形式进入土层内部,减少水分散失,保障水资源利用率。

另外,微喷灌技术是介于喷灌和滴灌之间的一种灌溉方式,通过微型喷头将水以微小的水滴喷洒到农田上。微喷灌技术具有节水效果好、施水均匀、操作简便等特点。通过微喷头的精准调节,可以使水滴均匀分布在农田上,减少了水资源的浪费,提高了用水效率。与传统的喷灌方式相比,微喷灌技术不仅能够节省用水,还能减少土壤侵蚀和水土流失的发生,保护土壤资源和生态环境。微喷灌技术主要以喷头为核心,按照形态以及原理可分为旋转式、折射式、离心式等几种不同类别,其工作压力一般在0.1-0.35MPa之间,喷径一般在1.0-2.0mm之间,喷水量能够达到40-240L/h,受风力作用影响较大。

正因为如此,采用节水型灌溉技术是实现农田水利灌溉有效节水的重要途径。喷灌、滴灌、微喷灌等技术的应用能够显著减少水资源的浪费,提高用水效率,保护土壤资源,促进农业生产的可持续发展。

2、建立健全的监测体系

建立健全的监测体系是农田水利灌溉中有效节水的重要策略之一。这一体系包括对灌溉水量、土壤水分、气象条件等关键指标进行实时监测和数据采集,以便及时调整灌溉方案和优化水资源利用。

首先,监测灌溉水量是建立健全监测体系的核心之一。通过安装流量计和水表等设备对灌溉水量进行实时监测和记录,可以精确掌握每次灌溉的水量,避免过度灌溉和水资源的浪费,从而帮助农户根据实际需要合理安排灌溉时间和水量,实现精准灌溉,提高用水效率。

其次,监测土壤水分含量是保证灌溉精准性和节水效果的关键。通过在农田设置土壤水分传感器等监测设备,实时监测土壤水分含量的变化情况,可以及时判断农田的湿润程度和作物的需水量。基于这些数据,农户可以科学制定灌溉计划,避免因为盲目灌溉导致水资源浪费和土壤盐碱化等问题的发生。

最后,监测气象条件也是建立健全监测体系的重要内容之一。气象因素对农田灌溉的影响很大,例如降雨量、气温、风速等因素都会影响作物的生长和水分蒸发速率。通过建立气象监测站点,收集和分析气象数据,可以更好地预测未来的气候变化,有针对性地调整灌溉计划,避免在降雨过程中进行不必要的灌溉,从而节约水资源并提高灌溉效率。

3、改造农田水利设施

改造农田水利设施是农田水利灌溉中有效节水的重要策略之一。这一策略主要包括对灌溉设施进行更新改造,以提升灌溉效率和水资源利用效率。

首先,改造灌溉渠道是改善灌溉效率的关键一环。传统的土质渠道容易出现漏水和渗漏现象,造成水资源浪费和土壤水分的过度消耗。通过将土渠改造为混凝土渠道或塑料渠道,可以有效减少漏水损失,提高水资源利用率。

其次,改造灌溉设备也是节水的关键措施之一。传统的灌溉设备效率低下,如手摇水泵、闸门等,存在着用水不均匀、用水量难以控制等问题。通过更新改造灌溉设备,采用节水型灌溉技术,如喷灌、滴灌等,可以实现精准灌溉,减少水分的浪费。

最后,改造灌溉方式也是节水的重要手段之一。传统的灌溉方式采用的是泛灌或漫灌方式,存在着用水不均匀、浪费水资源等问题。通过采用节水灌溉方式,如滴灌、喷灌等,可以将水直接送到作物的根部,减少水分的蒸发和流失,提高水的利用效率。

4、实施水肥一体化管理

实施水肥一体化管理是农田水利灌溉中的一项重要节水策略。该策略通过合理配置水肥资源,优化灌溉和施肥方案,实现水肥互补、协同利用,从而降低水肥的浪费,提高利用效率,实现节水目标。

首先,水肥一体化管理强调根据作物的生长需水需肥特点,合理制定灌溉和施肥方案。通过科学测定土壤含水量和养分水平,结合作物生长阶段和气候条件,精准确定灌溉和施肥的时机和量,避免了过度灌溉和施肥导致的水肥浪费现象,提高了资源利用效率。

其次,水肥一体化管理强调水肥的配套使用,实现相互促进、协同作用。通过在灌溉水中添加适量的氮、磷、钾等营养元素,可以提高灌溉水的肥力,减少额外施肥量,从而达到节约肥料的目的,并且通过在施肥过程中控制灌溉水量和施肥量,可以避免因过量施肥而造成的养分流失和环境污染,实现水肥资源的高效利用。

另外,水肥一体化管理还注重提高施肥效率和肥料利用率。通过采用新型的肥料施用技术,如滴灌肥料、淋溶肥料等,可以将肥料直接送达作物根系周围,减少了肥料在土壤中的损失和浪费,提高了施肥效率。

5、应用遥感监测技术

通过遥感技术,可以实现对农田水分和作物生长情况的实时监测,精准掌握土壤湿度、作物生长状况等信息,从而实现灌溉水量的精准调控,降低水资源的浪费,提高灌溉效率。

首先,遥感监测技术可以通过卫星遥感和无人机等平台获取大范围、高时空分辨率的农田信息。通过分析遥感图像,可以获取土壤湿度分布、作物覆盖度、蒸发蒸腾量等数据,为灌溉决策提供科学依据。例如:根据土壤湿度图像,可以确定不同地块的灌溉需求,避免过度灌溉或缺水灌溉,实现精准用水。

其次,遥感监测技术可以实现灌溉水量的动态调整和精准施灌。通过实时监测土壤湿度和作物水分蒸发量,结合气象数据和作物生长模型,可以预测未来一段时间的作物水需求,从而制定灌溉计划。在实施灌溉过程中,可以根据实时监测数据调整灌溉水量和灌溉频次,确保作物生长所需的水分得到充分满足,同时避免水资源的浪费。

此外,遥感监测技术还可以实现农田水利工程的管理和运行监控。通过监测灌溉渠道的漏水情况、水泵的运行状态等信息,及时发现和处理漏水、堵塞等问题,保障灌溉设施的正常运行,提高水资源利用效率。

综上所述,农田水利灌溉中采取有效的节水策略对于提高水资源利用效率、促进农田生产的可持续发展具有重要意义。通过采用节水型灌溉技术、建立健全的监测体系、改造农田水利设施、实施水肥一体化管理和应用遥感监测技术等多种手段,可以在节约水资源的同时保障农业生产的需水需求,提高农田灌溉的效率和水平。

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