張新星 楊振杰 彭云 胡紅超 油瑞菊 余楊

摘要 分析了從傳統(tǒng)漫灌到噴灌以及微灌等國內農(nóng)業(yè)灌溉各種方式的主要特點，并結合我國各個地區(qū)的實際情況，找到適合于我國各個地區(qū)的一種灌溉方式，做到某一種灌溉方式能與該地區(qū)環(huán)境相協(xié)調、相適應，從而發(fā)揮某種灌溉方式的優(yōu)勢特點，達到更好的生產(chǎn)效益和節(jié)水灌溉的目的。

關鍵詞 節(jié)水灌溉;灌溉方式;實際情況;優(yōu)勢特點

中圖分類號 S274 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）32-11972-03

Status and Analysis of Water-saving Irrigation in China

ZHANG Xin-xing， YANG Zhen-jie， PENG Yun， YU Yang* et al

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201）

Abstract The main characteristics of various irrigation methods in China， such as traditional flood irrigation， sprinkler irrigation， micro-irrigation， were analyzed. Combined with the actual situation in various regions of China， the aim was to find a way suitable for irrigation of various regions， so that a certain kind of irrigation method can be coordinated with the local environment， and thus take advantage of the characteristics of some irrigation methods as well as to achieve better production efficiency and water-saving irrigation purposes.

Key words Water-saving irrigation; Irrigation methods; Actual situation; Advantage of features

基金項目 “十二五”農(nóng)村領域國家科技支撐計劃專題“干熱河谷和山間盆地土地整理技術集成研究”（2011BAD04B01/4）。

作者簡介 張新星（1991-），男，湖北武穴人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉設施裝備。*通訊作者，教授，從事農(nóng)業(yè)工程、植物保護工程等方面的研究。

收稿日期 2014-10-08

目前我國節(jié)水灌溉的基本現(xiàn)狀是我國耕地面積為1.3億hm2，其中有效灌溉面積6 034.8萬hm2，占耕地面積的47%[1]。根據(jù)《中國水利年鑒2011》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2011年底，我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉面積為2 731.4萬hm2，占有效灌溉面積的50%;其中噴灌和微灌面積 579.6 hm2，占節(jié)水灌溉面積的21%，占有效灌溉面積的9.6%[2]。由此可見，我國有一半的耕地面積沒有得到有效灌溉;1/2的有效灌溉面積還在沿用傳統(tǒng)落后的灌溉方法;在節(jié)水灌溉面積中，采用現(xiàn)代先進節(jié)水灌溉方式的微乎其微。因此，我國的節(jié)水灌溉面積尤其是高效節(jié)水灌溉面積存在著巨大的發(fā)展空間和潛力。

1 節(jié)水灌溉的幾種方式

1.1 噴灌

噴灌就是利用專門設備，在一定壓力下把水噴射到空中分散成細小水滴，如下雨一樣灌溉農(nóng)作物，是一種較先進的灌溉技術。噴灌系統(tǒng)由水源、水泵機組、管道系統(tǒng)及噴頭等機構組成。一般將噴灌系統(tǒng)按照灌水方式分為固定式、半固定式和移動式3種。

1.1.1

國外噴灌技術發(fā)展歷程。 19世紀末噴灌技術開始被應用。美國和俄羅斯首先出現(xiàn)簡單的噴灌設備，主要用于灌溉草地、菜園、苗圃和果園等。20世紀20年代自動旋轉噴頭和遠射程噴灌設備在前蘇聯(lián)問世;30年代出現(xiàn)了雙懸臂式噴灌機;40年代，研制出了搖臂式噴頭，快速接頭和鋁合金管等。這些噴灌設備都是固定的噴灌系統(tǒng)，即除噴頭外，各組成部分在灌溉或非灌溉時長期固定不動，故稱為固定式噴灌系統(tǒng)。20世紀40年代美國開始應用由拖拉機或絞車牽引的噴灌機和滾移式噴灌機;50年代美國又研制出了中心軸式噴灌機，早期以液壓和水力驅動為主;60年代研制成電力驅動型中心軸式噴灌機，此后中心軸式噴灌機在全世界得到了廣泛應用。20世紀60年代歐洲人發(fā)明了絞盤式噴灌機，分為聚乙烯半軟管牽引和鋼索牽引噴灌機兩類，當前應用的主要是軟管牽引絞盤式噴灌機，其主要為水渦輪驅動;70年代出現(xiàn)了平移式噴灌機，因為中心軸式噴灌機噴灌面積是圓形，而傳統(tǒng)地形以矩形為主，所以20%的土地得不到有效灌溉，平移式噴灌機彌補了中心軸式噴灌機的這一缺點，實現(xiàn)了對矩形地塊的有效灌溉。20世紀70年代末美國林賽（Lindsay）公司生產(chǎn)了電力驅動的全自動化平移式噴灌機，并大力發(fā)展耗能少的低壓噴灌機。水泵和干管固定，支管和噴頭可移動，這是平移式噴灌機的共同點，為半固定式噴灌系統(tǒng)。20世紀80、90年代后期，在絞盤式的發(fā)展基礎上，出現(xiàn)了自帶水泵和柴油機的噴灌機，其工作原理與普通的絞盤式噴灌機相同，但它的動力機、水泵、干管、支管和噴頭等都是可以移動的噴灌形式，適用于灌溉次數(shù)較少的大田作物和小塊地段，為移動式噴灌系統(tǒng)[3]。

1.1.2

國內噴灌技術發(fā)展歷程。 我國是從20世紀70年代初開始發(fā)展噴灌技術裝備。1976年，中國科學院將噴灌列為全國科技十年規(guī)劃重點項目;1978年原水電部將噴灌作為重點推廣新技術項目。30多年來，我國噴灌技術的發(fā)展經(jīng)歷了引進、消化、研發(fā)、提高等幾個階段，對我國節(jié)約資源和提高科學技術方面起到了顯著作用。據(jù)20世紀80年代未完成的《中國噴灌區(qū)劃》分析，我國適合發(fā)展噴灌的灌溉面積約有4 000萬hm2;據(jù)90年代中期完成的《中國灌溉農(nóng)業(yè)節(jié)水規(guī)劃》預測，2020年將達到666.7萬hm2;隨著我國農(nóng)業(yè)水資源的日趨緊缺，節(jié)水灌溉勢在必行。噴灌作為一種現(xiàn)代化的節(jié)水高效灌溉技術，也作為現(xiàn)在一種比較成熟的技術，一定會對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到巨大的推進作用[4]。

1.1.3

噴灌技術的優(yōu)缺點。

（1） 優(yōu)點。

①節(jié)水。因為噴灌可控制水量，灌地均勻，在2級風時美國中心軸式噴灌機均勻度可達90%以上，水的利用率一般可達90%以上，比地面灌溉省水高于30%～50%，在透水性強的砂質土可省水高于70%。

②省工?？晒?jié)約勞動力和減輕勞動強度，管理方便。

③節(jié)地。減少了地面的溝渠，增加了種植面積。

④增產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，一般能增產(chǎn)20%以上，也有利于改善農(nóng)產(chǎn)品的質量。

⑤防止土壤流失。能夠合理控制噴灌強度，使地面不產(chǎn)生徑流，不沖刷土壤，有效地控制了水土流失。

⑥范圍廣。適合噴灌的地方廣，不管是丘陵還是山地，都能適應。

（2） 缺點。①受風力限制。3～4級風時，噴灌均勻系數(shù)達到65%～75%。水滴飄移和蒸發(fā)損失增大到10%以上，因此在風大的地方不適宜噴灌。

②深層濕潤不理想。噴灌一般能濕潤土壤深度為20～30 cm，但對深層濕潤就比較困難。③不適合小型農(nóng)戶。噴灌設備投資大、折舊大修費用高，利用率低，管理要求高，不適應我國種植規(guī)模較小農(nóng)戶的需要[5]。

1.2 微灌

微灌是指利用管道末端的灌水器和連接的管道系統(tǒng)，通過管道系統(tǒng)將水和作物生長所需的養(yǎng)分均勻、精確地輸送到作物根部附近土壤的一種灌水方法。與地面漫灌和噴灌相比，微灌用少量的水去濕潤作物根區(qū)小面積的土壤，因此，又被稱為局部灌溉技術。

1.2.1

滴灌。 滴灌是微灌中的一種，分為地表滴灌和地下滴灌。滴灌是滴水灌溉的簡稱。通過安裝在毛管上的滴頭、孔口或滴灌帶等灌水器，將水一滴一滴地、均勻而又緩慢地滴入作物根區(qū)附近土壤中的灌水形式[6]。

（1）滴灌技術在國外的發(fā)展歷程。 1920年美國加利福尼亞州的Charles Lee申請了一個多孔灌溉瓦罐的技術專利，被認為是世界上最早出現(xiàn)的地下滴灌技術[7]。經(jīng)過第2次世界大戰(zhàn)之后，塑料工業(yè)迅速發(fā)展，塑料管在灌溉行業(yè)中被廣泛采用。在20世紀40年代的后期，德國出現(xiàn)了用塑料管進行地下灌溉的研究;在50年代后期，美國的加州和夏威夷也陸續(xù)進行了地下滴灌的研究和應用;60年代，開始出現(xiàn)了用PE和PC制造的管道以及滴頭也被廣泛應用于地下滴灌;70年代后期，由于科技技術飛速發(fā)展，地表滴灌的設備在支管類型和滴頭方面都得到較大完善，卻依然存在許多仍需解決的問題[8]。20世紀80年代，由于各行業(yè)科學技術突飛猛進，各方面設備和材料費用大大降低，系統(tǒng)可多年持續(xù)運行，使得地下灌溉再一次引起了大家的重視和關注[9]。90年代至今，人們對滴灌技術的研究主要集中在地下滴灌的防堵塞和灌水的均勻性問題以及地下滴灌設備的深入研究和滴灌毛管深度與間距的布設等方面[10-11]。

（2）滴灌技術在國內的發(fā)展歷程。 我國的滴灌技術大致經(jīng)歷了3個階段。第一階段是20世紀80年代以前。這個階段主要是引進，消化和研制，墨西哥的滴灌產(chǎn)品在這個階段被引進，然后自行開發(fā)了滴灌毛管的一些新產(chǎn)品;第2階段為20世紀80～90年代。屬于緩慢發(fā)展階段，由于滴灌產(chǎn)品種類少，設備配套不齊全，質量不優(yōu)等問題，由此便出現(xiàn)了對已有的產(chǎn)品進行緩慢改良，如研制新的滴頭、補償?shù)晤^和旋轉微噴頭等。這對我國節(jié)水灌溉設備的研制和開發(fā)起到了極大地推動作用;第3階段為20世紀90年代，我國很多地區(qū)連續(xù)多年發(fā)生干旱，尤其是北方很多地區(qū)常年無雨，水資源極度缺乏，因此國家對節(jié)水灌溉節(jié)約用水給予高度重視，增加了大量的科研資金和技術支持，主要引進了以色列、美國等國的高技術和設備，如脈沖式滴灌設備、補償式滴灌管、壓力調節(jié)器、過濾器、施肥器等。這個時期我國干旱地區(qū)對發(fā)展節(jié)水灌溉進行了系統(tǒng)的研究[12]。

（3）滴灌技術的優(yōu)缺點。

優(yōu)點：

①節(jié)水。滴灌主要是集中使用水，減少了蒸發(fā)與流失，目的明確，效果顯著。

②提高肥效。主要集中在作物根部施肥，易被吸收，大大提高了使用效率和肥效。

③保持良好的土壤環(huán)境。被滴灌部分的土壤比較疏松，地表面積板結，土壤團粒結構沒被破壞，有利于根系發(fā)育，為作物生長創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

④減少病蟲害。滴灌水量小，土壤水分蒸發(fā)少，霉菌類及病蟲害發(fā)生率大大下降，從而減少病蟲的危害。

⑤節(jié)能、省工、省地。能夠節(jié)約水能源，減少勞動力，提高土地利用率。

⑥增加效益。能夠有效地供水，使種子萌發(fā)快，生長快，營養(yǎng)充足，發(fā)育好，達到增產(chǎn)增收。

⑦科學投資與管理。一次投資多年受益，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，管理也比較方便。

缺點：

①堵塞問題。容易被灌溉水中的微小顆?；蛩|等引起的物理、化學反應而導致堵塞。地下滴灌還存在另外兩個誘因，一是生物堵塞，植物的向水性生長容易堵塞滴口;二是管道停止供水時產(chǎn)生的負壓，自吸導致堵塞。

②難控制灌水均勻度。由于管網(wǎng)分布的原因，每個滴頭的工作壓力可能不一樣，還有溫度差和滴頭制造的原因，再加上滴頭堵塞的原因，因此對系統(tǒng)運行的灌水均勻度很難測定。

③種子發(fā)芽和苗期生長受限制。由于種子的萌發(fā)和出苗需要大量的水分，滴灌會出現(xiàn)供水不足，尤其是地下滴灌對表層土壤的供水不充分，將嚴重影響種子的萌發(fā)與出苗。

④運行和管理不易。由于滴灌系統(tǒng)遍布田間，尤其是地下滴灌系統(tǒng)埋入地下，系統(tǒng)發(fā)生故障后，檢查、維修時間長，費用高[13]。

1.2.2

滲灌。

滲灌也是微灌中的一種，加大管網(wǎng)水壓力可變滲灌為涌泉灌。滲灌是灌溉水壓力通過埋在地下土層中的滲灌管滲出，憑借土壤毛細毛管作用給作物根系供水的一種先進的灌水方法[14]。

（1）滲灌在國外的研究動向。

19世紀70年代，滲灌技術在國外才開始出現(xiàn)，一般是將地面滴灌中使用的灌水器直接埋入地下，并在灌溉系統(tǒng)中通過安裝真空閥防止系統(tǒng)內產(chǎn)生負壓引起的灌水器堵塞問題。20世紀80年代中期，美國GAIA技術公司發(fā)明了利用70%汽車廢舊橡膠輪胎為原料，添加少量普通塑料，采用先進的加工工藝制成多孔優(yōu)質的滲水灌溉管，通過管壁上的透水微孔直接向作物供水供肥的灌溉方式。此后，法國、日本等國也先后研制成功了以聚乙烯，廢橡膠輪胎為原料的滲灌管。目前，滲灌已在美國、法國、日本以及中東地區(qū)的部分國家被廣泛應用于溫室、大田、果園及綠化等灌溉[15]。

（2）滲灌在國內的研究動向。

20世紀70年代后期，我國出現(xiàn)了利用黏土燒制的瓦管來進行地下滲灌，取得了一定的效益，但同時存在許多問題，如管材易破碎，管壁孔易堵塞等。后來，又采用了人工扎孔的塑料管埋入地下來進行地下滲灌，主要用于果樹等大田作物進行灌溉。20世紀80年代中期我國開始建設滲灌工程試點，這一期間，中國水利院、清華大學等單位開展了大量試驗研究，但遺憾的是未能得到推廣和應用。之后在引進國外設備的基礎上進行了聚乙烯材料來作為滲灌系統(tǒng)的開發(fā)和研制，在1989年雖然通過了成果技術鑒定，但還是沒有得到推廣和應用。就目前我國滲灌技術狀況來看，仍屬于起步階段，從滲灌器、管道系統(tǒng)到滲灌技術參數(shù)等方面都存在著一系列仍需解決的問題，應引起人們的高度重視[16]。

（3）滲灌技術的優(yōu)缺點。

優(yōu)點：

①節(jié)水，節(jié)能。由于滲灌是一種地下灌溉方式，株間蒸發(fā)減少，能有效控制灌水量，節(jié)約灌水;滲灌除了節(jié)約水能源還屬于低壓灌溉，灌水壓力一般為5.88～29.4 kPa。

②降濕顯著。當用于棚室灌溉時，由于滲灌只濕潤作物，表土干燥，從而減少了地表土壤的蒸發(fā)，降低了棚室內空氣的相對濕度。

③減輕病蟲害。由于很多病蟲害都是在高溫條件下產(chǎn)生的，滲灌能有效降低空氣的相對濕度，從而減少病蟲害的發(fā)生。

④抑制雜草。由于滲灌是在地下灌水，所以表層土壤干燥，因此能抑制雜草的生長。

⑤提品增產(chǎn)增收。由于滲灌的供水效果好，供水穩(wěn)定，有利于作物對水分和肥料的吸收，從而能夠提高作物品質和增產(chǎn)增收。

缺點：

①易堵塞。與滴灌存在相同的問題，直接影響滲灌系統(tǒng)的使用壽命。

②灌水均勻度不易控制。由于工作壓力和易堵塞的原因，致使?jié)B灌的灌水均勻度難以控制，嚴重影響滲灌的灌水質量。

③種子的發(fā)芽和苗期生長受限。滲灌同滴灌一樣，都是土壤表層供水不足影響種子生長發(fā)育。

④埋深。耕作和深層滲漏之間存在矛盾，耕作要求滲灌管有一定的埋深，而埋深太大又會出現(xiàn)深層滲漏。

⑤滲灌技術還不是很成熟，從理論到設備都還很不完善。

2 發(fā)展節(jié)水灌溉的幾點建議

2.1 因地制宜[17]，堅持科學發(fā)展節(jié)水灌溉

縱觀我國的農(nóng)田灌溉史，從沿襲了幾千年的大水漫灌，到如今的科學節(jié)水灌溉。漫灌已經(jīng)慢慢淡出人們的視野，噴灌、微灌等節(jié)水灌溉方式逐漸被人們發(fā)現(xiàn)、

接受和利用。噴灌技術經(jīng)過漫長的發(fā)展和不斷進步，現(xiàn)已較為成熟，在我國各地區(qū)已廣泛應用。微灌中滴灌、滲灌技術雖然還不是很成熟，但節(jié)水效果顯著，已廣受青睞，目前在我國很多地區(qū)已被采用。因為節(jié)水灌溉方式和技術是歷代科研人員的成果結晶，又因為各種灌溉方式的不同，特點也不同，所以必須堅持因地適宜的原則[18]，選擇某種灌溉方式科學、合理地融入當?shù)剞r(nóng)業(yè)耕作制度中。

2.2 因地制宜，堅持以經(jīng)濟為中心發(fā)展節(jié)水灌溉

我國幅員遼闊，各地自然地理條件，經(jīng)濟條件，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展水平，農(nóng)業(yè)作物布局和管理水平差別都較大。應在充分考慮各地發(fā)展的實際情況的基礎上，量力而行來發(fā)展某種灌溉方式。任何先進的技術是否有旺盛的生命力，能否大面積推廣，關鍵在于是否有更高的經(jīng)濟效益。噴灌與微灌相比，滴灌、滲灌工程投資相對較大，必須要有高產(chǎn)出、高效益來支撐，選擇這種灌溉方式之前必須做好投資分析和經(jīng)濟評價，以其顯著的經(jīng)濟效益來吸引農(nóng)民的投資。滴灌、滲灌作為最先進的節(jié)水灌溉方式，具有明顯的節(jié)水效果，與其他先進技術相結合，增產(chǎn)增收，能推動生產(chǎn)力的發(fā)展，創(chuàng)造出更顯著的經(jīng)濟效益[19]。

2.3 因地制宜，堅持與環(huán)境相適應原則發(fā)展節(jié)水灌溉

我國幅員遼闊，各地地理環(huán)境，地形、水源、氣候分布也大不一樣，因此耕地的環(huán)境也大不相同。例如：受氣候影響，在北方大田滴灌與滲灌的應用受到限制;受季風性影響，噴灌在這些地區(qū)難以發(fā)揮其優(yōu)勢;受地形影響，在某些高山丘陵地區(qū)影響噴灌機組的運行，采用固定式又達不到微灌的效益;受水源的影響，與水源的距離也決定了選擇何種灌溉方式。因此，堅持與環(huán)境相適應的原則，從當?shù)氐膶嶋H出發(fā)，結合各種灌溉方式的特點優(yōu)點，與當?shù)丨h(huán)境相協(xié)調、合理科學地發(fā)展節(jié)水灌溉。

3 結語

通過分析我國節(jié)水灌溉的現(xiàn)狀，指出我國急需發(fā)展節(jié)水灌溉的趨勢。通過分析各種灌溉方式的特點（優(yōu)點和缺點）以及各種灌溉方式在國內外的發(fā)展狀況，使大家進一步了解什么是節(jié)水灌溉。最后是對發(fā)展節(jié)水灌溉的一點建議，因地制宜，合理科學地選擇灌溉方式，才可達到生產(chǎn)效益與節(jié)水目的雙贏的結果。

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