劉俊萍，朱興業(yè)，袁壽其，李紅，湯躍

(江蘇大學(xué)國家水泵及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

近年來全球氣候異常，旱災(zāi)和洪澇頻發(fā)，中國水資源嚴重短缺，時空分布不均.習近平總書記提出“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”十六字治水方針和農(nóng)業(yè)要節(jié)水化的新思想[1].《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出堅持節(jié)水優(yōu)先，完善水資源配置體系，國家水網(wǎng)骨干工程主要包括重大引調(diào)水、供水灌溉和防洪減災(zāi)[2].農(nóng)業(yè)是用水大戶，占全國用水總量的62.1%[3].截至2020年底，中國耕地面積約1.35億hm2，農(nóng)田有效灌溉面積0.68億hm2，節(jié)水灌溉面積0.38億hm2，高效節(jié)水灌溉面積僅0.23億hm2，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.565[3].可見，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大，迫切需要研發(fā)和推廣適用的高效農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉裝備與技術(shù).因此，發(fā)展節(jié)水灌溉是國家一項戰(zhàn)略任務(wù)，而研發(fā)節(jié)能節(jié)水灌溉裝備則是重要保障.

《國家節(jié)水行動方案》提出要推廣噴灌、微灌、滴灌、低壓管道輸水灌溉、集雨補灌、水肥一體化、覆蓋保墑等技術(shù)，加強農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測，實現(xiàn)測墑灌溉[4].《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加快發(fā)展農(nóng)業(yè)社會化服務(wù)指導(dǎo)意見》提出中國不可能在短期內(nèi)通過流轉(zhuǎn)土地搞大規(guī)模集中經(jīng)營，要將先進適用的技術(shù)、裝備和組織形式等有效導(dǎo)入小農(nóng)戶生產(chǎn)[5].指出了中國大國小農(nóng)的基本國情農(nóng)情.因此，如何適應(yīng)中國的國情農(nóng)情，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉裝備迎來挑戰(zhàn)與機遇.

噴微灌是主要農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及抗旱減災(zāi)中發(fā)揮著重要作用.中國各省(區(qū)、市)“十三五”期間高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)任務(wù)中噴灌面積占全國高效節(jié)水灌溉面積20.74%，其中，在中國東北地區(qū)占49.7%，華北地區(qū)占22.5%[6].中國微灌面積占全國高效節(jié)水灌溉面積39%左右，西北、西南、華北等地占比較大[7].發(fā)展噴微灌是實現(xiàn)高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要途徑.

1 噴微灌裝備現(xiàn)狀

噴灌設(shè)備中，大型噴灌機包括平移式和中心支軸式，中小型噴灌機包括滾移式、卷盤式和輕小型噴灌機.主要的類型及特點如表1所示.

表1 主要噴灌機類型及特點Tab.1 Types and characteristics of main sprink-ler irrigation machine

國外大型噴灌機應(yīng)用較為廣泛，主要廠家有美國的Valley、奧地利的Bauer等.中國大型噴灌機經(jīng)歷了從無到有，從有到產(chǎn)業(yè)化的歷程，主要廠家有中國農(nóng)機院現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司、滄州華雨灌溉設(shè)備有限公司等[8].大型噴灌機的機械化程度高，作業(yè)效率高，適合大規(guī)模集中連片地塊.但當控制面積較小，例如中國東北地塊間設(shè)有防風林時，大型噴灌機無法施展或?qū)嵤┏杀靖?同時，中國水資源分布復(fù)雜，在一些干旱缺水地區(qū)地下水源不豐富，一臺噴灌機需要多臺機井供水，多井匯合、多泵并聯(lián)，容易超采地下水[9-10].國外卷盤式噴灌機的應(yīng)用在歐洲較多，生產(chǎn)主要集中在意大利、法國和奧地利等國，如意大利的CASELLA公司等[11].國內(nèi)銷量較大的企業(yè)主要在江蘇，如江蘇華源節(jié)水集團股份有限公司等.中小型噴灌機適合了中國大國小農(nóng)的基本國情，適應(yīng)大中小不同地塊、市場占有率最大[12-14].而面廣量大的卷盤式噴灌機及輕小型噴灌機還存在智能化程度不高、整機效率低、工況適應(yīng)性較差、系列化程度不足、缺少綠色動力、組合模式單一等問題[15].

微灌設(shè)備包括灌水器、過濾設(shè)備、水肥一體化設(shè)備及精量控制系統(tǒng)等，其中灌水器是關(guān)鍵部件，經(jīng)歷了孔口式、渦流式、微管長流道式、透水毛管、螺紋長流道式、迷宮流道式、壓力補償灌水器等發(fā)展過程，形式越來越多[7].對灌水器抗堵性能的提升研究也有了明顯的效果.但在中國西北等地區(qū)受水資源約束的限制，為了發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，直接引用高含沙黃河水進行灌溉，黃河水泥沙濃度高達3.7～26.5 kg/m3，灌水器不同水質(zhì)下的抗堵性能還需進一步加強，選型配置尚需優(yōu)化[16].高性能的壓力補償式滴頭還主要依賴進口，硅膠類PC滴頭難以回收利用[17].微灌水肥一體化系統(tǒng)的智能決策的精準算法還需進一步研究，系統(tǒng)的實用性和可靠性有待提高[18-19].

針對上述問題，“十三五”以來，中國農(nóng)業(yè)節(jié)水噴微灌裝備方面研發(fā)了一些新技術(shù)與新裝備，文中主要對“十三五”以來取得的部分新進展進行分析.

2 研究進展

2.1 大型噴灌機

大型噴灌機的智能化程度較高，開展大型噴灌機相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的主要單位包括中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院、江蘇大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國農(nóng)科院農(nóng)田灌溉研究所等.中國大型噴灌機裝備方面的研究主要有變量技術(shù)、自主控制技術(shù)、噴頭配置等方面.

趙偉霞等[9]對大型噴灌機的變量灌溉系統(tǒng)建立方法、變量灌溉管理分區(qū)方法、決策支持系統(tǒng)等方面對變量技術(shù)進展進行了較為全面的分析，近年來對變量技術(shù)的研究取得了較多顯著的成果.在大型噴灌機的噴頭配置方面，采用國外的低壓噴頭較多，例如Nelson公司的D3000，R3000和Senninger公司的LDN，i-Wob等.趙偉霞等[20]對圓形噴灌機噴頭安裝高度對灌水質(zhì)量的影響進行研究，提出了保證噴灌均勻性和灌水深度情況下根據(jù)作物高度調(diào)整噴頭安裝高度的建議.LIU等[21]對大型平移式噴灌機通過不同的噴頭配置實現(xiàn)區(qū)域變量灌溉進行了研究.針對單井水量不足的問題，張云龍等[22]在圓形噴灌機入機處設(shè)計安裝了兩井泵匯流裝置，用來調(diào)節(jié)大型噴灌機的流量和穩(wěn)定水壓.在大型噴灌機的自主控制方面，嚴海軍等[23]開發(fā)了一套基于北斗技術(shù)的圓形噴灌機尾槍定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用北斗衛(wèi)星定位技術(shù)和RTK實時動態(tài)定位技術(shù)實現(xiàn)尾槍的高精度定位.孟令剛等[24]對大型平移式噴灌機分布式級聯(lián)協(xié)同導(dǎo)航控制方法進行研究，減小噴灌機以不同速度協(xié)同導(dǎo)航行走時的航向偏差.大型噴灌機采用的低壓噴頭大部分依賴進口，中國對大型噴灌機低壓噴頭的研究主要以引進、消化、吸收、改進為主.例如，張以升[25]針對大型噴灌機的非旋轉(zhuǎn)折射式噴頭進行優(yōu)化，改進噴頭低壓下噴灑的水力性能.

總體上，中國大型噴灌機的研發(fā)在技術(shù)上取得了顯著進步，在自主導(dǎo)航控制技術(shù)、變量技術(shù)等方面與國外的差距越來越小，在高性能低壓噴頭方面還需加大研究力度，實現(xiàn)大型噴灌機高性能低壓噴頭的國產(chǎn)化.

2.2 卷盤式噴灌機

卷盤式噴灌機符合中國的國情農(nóng)情，因此，國內(nèi)卷盤式噴灌機在實現(xiàn)智能化軟件開發(fā)、水渦輪優(yōu)化、機理研究等方面進行了較為系統(tǒng)全面的研究.開展卷盤式噴灌機相關(guān)研發(fā)工作的主要單位包括江蘇大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)等.卷盤式噴灌機驅(qū)動及傳動機構(gòu)是提升機組效率及降低能耗的主要部件，也是技術(shù)核心.黎耀軍等[26]對JP75卷盤式噴灌機水渦輪進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化.李丹等[27]對卷盤式噴灌機牽引裝置油光互補供電系統(tǒng)進行了優(yōu)化配置研究.湯玲迪[28]分別對卷盤式噴灌機水渦輪結(jié)構(gòu)、模型建立、產(chǎn)品研發(fā)等方面進行了系統(tǒng)研究，揭示了驅(qū)動水渦輪內(nèi)流損失機理，掌握了影響效率的關(guān)鍵因素，優(yōu)化了水渦輪結(jié)構(gòu)等，提高了整機效率，與江蘇華源節(jié)水集團股份有限公司合作聯(lián)合開發(fā)了新型水渦輪、永磁電動機和液壓馬達3種動力的系列產(chǎn)品，如圖1所示，已在中國黑龍江、河南、河北等多省得到廣泛應(yīng)用，并大量出口至國外.在卷盤式噴灌機實現(xiàn)精準智能化方面，GU等[29]針對卷盤式噴灌機智能化程度低問題，構(gòu)建了以氣象因子感知、根區(qū)水質(zhì)實時決策的物聯(lián)網(wǎng)卷盤式噴灌機智能精準灌溉系統(tǒng)，建立了以根系土壤含水率為綜合因子的灌溉決策方法及云平臺軟件系統(tǒng).

圖1 智能化卷盤式噴灌機系列

同時在“十三五”期間，針對中國西北黃土高原農(nóng)區(qū)耕地面積少、田塊小、不連片、多種作物交叉種植、風大、水資源匱乏特點，研發(fā)了自動折疊桁架卷盤噴灌機[30]，如圖2所示，解決了折疊桁架伸縮運動難預(yù)測問題，提高了折疊桁架運動穩(wěn)定性.

圖2 自動折疊桁架卷盤噴灌機Fig.2 Automatic folding truss reel sprinkling irriga-tion machine

卷盤式噴灌機根據(jù)中國的區(qū)域特性，基本實現(xiàn)了智能及精準化，但高端卷盤式噴灌機的核心部件如液壓驅(qū)動部件等還處于起步階段，在智能決策模型的精度方面還有待進一步的提高.

畬族民歌除上面提到的敘事歌、小說歌、傳統(tǒng)山歌和現(xiàn)代山歌以外，還有大量的謎歌、字歌、兒歌等一類用于教育子女增進知識的題材，如《畬族童歌》、《牧羊姑娘》等。這些豐富的童謠歌曲可以適當在我校學(xué)前教育專業(yè)推廣，成為我校的特色課程。

2.3 輕小型噴灌機組

輕小型噴灌機組是中國1種比較有代表性的機組，適應(yīng)中國農(nóng)村發(fā)展的需要，受到農(nóng)戶歡迎.在輕小型噴灌機組新能源利用及多功能性的研究新進展主要有以下幾個方面：

針對中國的電力不充沛地區(qū)，太陽能光伏噴灌系統(tǒng)具有一定的市場前景.談明高等[31]研發(fā)了全光照無蓄電池光伏水泵灌溉系統(tǒng)，提出了光伏水泵多工況優(yōu)化設(shè)計方法，實現(xiàn)了太陽輻射強度復(fù)雜變化條件下出水量的準確預(yù)測.劉俊萍等[32]研究了太陽能噴灌系統(tǒng)的光照強度對系統(tǒng)水力性能的影響，對太陽能噴灌系統(tǒng)在中國不同地區(qū)的噴頭進行了優(yōu)化配置.吳普特[33]研發(fā)了太陽能驅(qū)動的卷盤式和平移式噴灌機組，以及對光伏驅(qū)動的輕小型噴灌機組的轉(zhuǎn)向機構(gòu)控制系統(tǒng)進行設(shè)計等.上述的研究是光伏技術(shù)與噴灌技術(shù)的有機結(jié)合，符合中國綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，取得了初步成效，但在成熟應(yīng)用上還有較長的一段路要走，其核心問題為光伏轉(zhuǎn)換效率較低、組件價格相對較高、光伏噴灌系統(tǒng)的穩(wěn)定性不夠，設(shè)備的多工況設(shè)計理論及科學(xué)的系統(tǒng)配置尚需完善.

在輕小型噴灌機組的多功能性方面，江蘇大學(xué)做了較多的開發(fā)，例如：為解決圓形域組合噴灌存在的超噴、漏噴和能耗高的問題，采用變頻調(diào)速技術(shù)，創(chuàng)建了方形域組合節(jié)能噴灌模式，建立了一種方形域變頻機組，針對方形域變頻機組噴頭噴灑起落點不一致的問題，構(gòu)建了精確開環(huán)控制方法及控制器，發(fā)明了噴頭精確定位裝置.該機組在園林及庭院等場合具有一定的應(yīng)用前景.同時，為了滿足輪作、倒茬等同一地塊多種作物的灌溉需求，針對噴灌、滴灌不同運行工況，采用多工況水力設(shè)計方法，發(fā)明了噴滴灌兩用泵，實現(xiàn)了在噴灌、滴灌2種工況下高效運行，研發(fā)了噴滴灌兩用機組，如圖3所示，提出了噴滴灌兩用機組優(yōu)化方法，單位能耗降低9.4%.

圖3 噴滴灌兩用機組Fig.3 Dual purpose sprinkler and drip irrigation

朱興業(yè)等[34]研發(fā)了1種新型輕小型平移式噴灌機組，對桁架結(jié)構(gòu)、灑水車、控制系統(tǒng)等部件進行設(shè)計，該機組輕便靈活、連接拆卸迅速、跨數(shù)可調(diào)整，如圖4所示.在上述研究基礎(chǔ)上，對輕小型平移式噴灌機組進行智能化開發(fā)，提出了基于農(nóng)田作物的需水規(guī)律控制噴灌車行走速度的決策方法，實現(xiàn)智能化精準灌溉.

圖4 新型輕小型平移式噴灌機組Fig.4 New light and small translational sprinkler irrigation unit

中國輕小型噴灌機組由于形式上實現(xiàn)機械化存在弱點，但在固定式噴灑的精準智能決策方面進行了技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)了基于氣象感知的智能化控制.在產(chǎn)品的多功能性開發(fā)方面研制了多款適應(yīng)于中國不同灌溉需求的多功能輕小型噴灌機組.中國土地及作物多種多樣，綠色能源的高效利用、節(jié)能減排技術(shù)方面還有待進一步的加強.同時，研發(fā)更多的適應(yīng)于不同作物及地形地貌的多功能噴灌機組形式是發(fā)展趨勢.

2.4 低壓噴頭

低壓噴灌是降低噴灌系統(tǒng)能耗的重要途徑，研發(fā)低壓噴頭是發(fā)展低壓噴灌的關(guān)鍵技術(shù)之一.近幾年在低壓噴頭的研發(fā)方面，取得了初步成果.

中國的大中型噴槍還主要以進口及仿制國外產(chǎn)品為主.低壓噴灑技術(shù)還沒有在長射程噴頭上進行驗證.在中長射程噴頭方面，為解決普通噴頭低壓下射程短和均勻性不高的問題，江蘇大學(xué)分別以反作用式、射流式及搖臂式噴頭為基礎(chǔ)，設(shè)計了3種低壓噴頭.一種為低壓散水齒噴頭[35]，如圖5所示，設(shè)計了新型間斷式散水齒、空間流道、異形噴嘴等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，與國外NelsonR33噴頭相比，低壓下組合均勻性平均提高了27%.一種為中國獨創(chuàng)的外取水射流噴頭[36]，如圖6所示，設(shè)計的外取水結(jié)構(gòu)使低壓工況下組合均勻性明顯提高.另一種為摻氣搖臂式噴頭[37]，采用摻氣的方法降低了搖臂式噴頭的工作壓力，擴寬了搖臂式噴頭的工作壓力范圍.

圖5 低壓散水齒噴頭

圖6 外取水射流噴頭

低壓噴頭目的為擴寬噴頭的工作壓力范圍，使噴頭在變工況下運行均保持良好的水力性能.中遠射程噴頭的低壓噴灑技術(shù)理論體系還不夠完善，在遠射程噴槍實現(xiàn)低壓均勻噴灑方面還有待進一步的研究.

2.5 多功能噴頭

在噴頭多功能性實現(xiàn)方面，針對中國新疆紅棗作物高溫、干燥噴霧加濕與降溫的需求，朱興業(yè)等[38]設(shè)計了可調(diào)縫隙式噴嘴結(jié)構(gòu)，研發(fā)了1種新型縫隙式低壓霧化噴頭，解決了低壓、小流量、霧化噴灑的技術(shù)難題，改善小氣候.

針對中國棚架作物的種植特點以及灌水、噴藥要求，張晴[39]發(fā)明了1種水藥兩用噴頭，實現(xiàn)了低壓工況灌水、中高壓工況噴藥的雙重功能.

針對果樹的灌水需求，朱德蘭等[40]建立了微噴灌與陶瓷滲灌互補的灌溉模式，研發(fā)了伸縮式微噴頭.

這些多功能噴頭的研發(fā)，實現(xiàn)低壓霧化、水藥一體化、滲灌微噴互補等功能，豐富了噴微灌等噴灑模式.中國針對具體作物及地域特點開發(fā)新型灌溉模式及適用裝備還不夠，種類還不夠豐富，系統(tǒng)性研究還有待進一步加強.

2.6 滴灌裝備

針對滴灌易堵塞問題，中國學(xué)者長期以來進行了諸多研究，對現(xiàn)有灌水器進行了結(jié)構(gòu)改進，并研發(fā)了一些新裝備.例如，王新坤等[41]應(yīng)用射流附壁與換向產(chǎn)生的脈沖技術(shù)，開發(fā)了同向毛管射流三通、雙向毛管射流三通，形成了脈沖滴灌技術(shù)，提高了抗堵性能，當同向毛管射流三通和雙向毛管射流三通同時使用時抗堵效果更佳.劉露等[42]對適應(yīng)于黃河水滴灌的灌水器進行篩選研究，建立了面向不同灌溉作物的滴灌帶產(chǎn)品選擇方法.侯鵬等[43]研究了內(nèi)鑲貼片式灌水器結(jié)構(gòu)-淤積泥沙特性-堵塞特性參數(shù)間的關(guān)系，為灌水器的抗堵性能結(jié)構(gòu)改進提供支撐.針對滴灌帶重復(fù)回收利用的市場需求，牛文全等[44]研制1種經(jīng)濟環(huán)保、成型工藝簡單、水力性能及抗堵塞性能優(yōu)良的一體化壓力補償式滴頭，利用TPE代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅橡膠彈性片，實現(xiàn)降低回收利用成本的目的.采用PE材料復(fù)合技術(shù)，研制出具有壓力補償功能的微孔薄壁滴灌帶，解決了負壓吸泥和作物根系入侵堵塞問題，成本下降25%以上.李云開[45]研發(fā)了小型自清洗灌水器、低壓滲透過濾器等產(chǎn)品，建立了低碳環(huán)保型滴灌綜合技術(shù)體系.開發(fā)了微納米氣泡發(fā)生器、移動式水肥氣一體機及一體化調(diào)控滴灌系統(tǒng).

這些滴灌灌水器、滴灌帶等產(chǎn)品一定程度上提高了抗堵塞性能，但產(chǎn)品的制造上還存在一定的問題，如工藝性、加工精度、灌水器的膜片材料等方面還需進一步的改進.

過濾器是滴灌系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備之一，砂石過濾器、離心過濾器和網(wǎng)式、疊片過濾器品種規(guī)格已相對較多，在過濾不同水質(zhì)時常常采用不同類型過濾器相組合的方式.目前較多的為對過濾器針對不同工況下的具體需求展開研究，例如，針對復(fù)雜灌溉水質(zhì)對大流量過濾器的需求，李盛寶[46]創(chuàng)建三層濾網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)，研發(fā)了大流量復(fù)合網(wǎng)式過濾器，過濾周期較長，過濾精度較高，解決產(chǎn)品能耗高、過濾效率低的問題.

針對微灌系統(tǒng)水流精量調(diào)配需求，張曉斌等[47]設(shè)計出閥門體+感應(yīng)體的閥體結(jié)構(gòu)，研制出精量調(diào)配設(shè)備，流量調(diào)節(jié)精準度高達81.5%～99.5%.雷宏軍[48]設(shè)計出循環(huán)曝氣的水氣高效耦合系統(tǒng)，研制了水氣耦合灌溉裝備及其自動控制系統(tǒng)，解決摻氣比率低、出氣不均勻的難題，曝氣比例由12%增加至30%.

微灌系統(tǒng)的過濾器、控制調(diào)節(jié)裝置、自動控制設(shè)備等配套設(shè)備還存在系列化程度低等問題.針對不同區(qū)域及作物下的灌溉模式，進行合理配套，是今后微灌技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展趨勢.

2.7 水肥一體化裝備

目前常用的水肥一體化施肥設(shè)備有文丘里施肥器、比例施肥泵、壓差施肥罐、智能施肥機及柱塞泵等，國內(nèi)對上述設(shè)備進行了較多研究，基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化.例如：汪小珊等[49]對泵注式施肥裝置柱塞泵、射流器等進行了系統(tǒng)研究，完成了方便用戶使用的產(chǎn)業(yè)化開發(fā).智能施肥機國內(nèi)發(fā)展較為迅速，用戶需求量較大，缺點是控制系統(tǒng)的精度不夠，決策模型不夠?qū)嵱?高性能的比例施肥泵目前還主要依賴進口，如法國Dosatron、以色列Mixrite公司等.在國內(nèi)，湯攀等[50]掌握了比例施肥泵吸肥腔單向閥等參數(shù)對水力性能的影響規(guī)律，降低了閥芯后端旋渦強度，相比國內(nèi)同類產(chǎn)品，施肥精度有所提高.除了上述設(shè)備以外，針對固體肥料的水肥一體化施用，張志洋等[51]研發(fā)了2種基于溶解混施功能的水肥一體化裝置，如圖7所示.泵入式精準混施裝置應(yīng)用于灌溉系統(tǒng)首部，自流式精準混施裝置應(yīng)用于灌溉系統(tǒng)末端.精準水肥混施裝置可同步進行固體肥添加、肥料溶解和注肥，且實現(xiàn)了施肥濃度的自動調(diào)節(jié).劉俊萍等[52]研發(fā)了1種蠕動泵注肥配肥裝置，構(gòu)建了蠕動泵配肥注肥的智能系統(tǒng).同時針對蠕動泵回流問題進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了蠕動泵回流程度，提高了注肥配肥精度.

圖7 精準水肥混施裝置

3 發(fā)展趨勢及思考

2021年陸續(xù)發(fā)布的《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加快推進農(nóng)業(yè)機械化轉(zhuǎn)型升級的通知》[53]等文件指出：十四五期間，推進農(nóng)業(yè)機械化、智能化，由耕、種、收環(huán)節(jié)向全過程發(fā)展，由平原地區(qū)向丘陵山區(qū)擴展.推進農(nóng)機農(nóng)藝融合、機械化信息化融合、機械化生產(chǎn)與農(nóng)田建設(shè)融合、補齊短板.推進中國排灌裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級.“十三五”期間農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化化肥農(nóng)藥使用量零增長行動取得明顯成效[54]，“十四五”時期，將深入推進化肥農(nóng)藥減量行動：集成組裝一批化肥農(nóng)藥減量增效技術(shù)模式，重點推廣水肥一體化等技術(shù)；推進統(tǒng)防統(tǒng)治與綠色防控融合，積極推廣先進施肥施藥機械，加快替代落后機械.“十四五”規(guī)劃綱要[2]提出：力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，支持節(jié)水、節(jié)能、減排等先進技術(shù).

灌溉裝備發(fā)展趨勢為節(jié)能節(jié)水化、智能化、區(qū)域模式化及標準化.灌溉裝備需優(yōu)先發(fā)展方向，攻克關(guān)鍵共性技術(shù)，研制重點產(chǎn)品，主要有以下幾個方面：

1) 灌溉裝備節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)研究.開展大型灌區(qū)排灌泵站的節(jié)能改造，提高系統(tǒng)效率，降低能耗水平.開發(fā)低壓噴灌、低壓滴灌及低壓管灌技術(shù)及裝備，降低系統(tǒng)能耗.研制生態(tài)友好型軸流泵、高效大流量高揚程大型離心泵等.

2) 丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉裝備與技術(shù)模式.研發(fā)丘陵山區(qū)集水、供水、水資源優(yōu)化調(diào)度等裝備，建立多種丘陵山區(qū)抗旱補灌灌溉模式，開發(fā)微灌、噴灌系統(tǒng)壓力調(diào)控裝備.研制低能耗多工況高揚程提水泵、應(yīng)急管網(wǎng)系統(tǒng)等新型灌溉排水移動泵站，滿足丘陵山區(qū)應(yīng)急搶險環(huán)境下的供排水需求.

3) 鹽堿地灌排控鹽技術(shù)與裝備.針對中國土壤鹽化問題，集成水鹽測墑技術(shù)，提升灌溉裝備智能化水平，實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)節(jié)水抑鹽智能調(diào)控、水肥協(xié)同調(diào)控，開發(fā)鹽堿地節(jié)水抑鹽灌排裝備，提高中國中低產(chǎn)田的生產(chǎn)能力.

4) 水肥藥一體化及綠色防控技術(shù)與裝備.集成水肥信息、病蟲害防控監(jiān)測技術(shù)，研究在線精量配肥、配藥和灌溉、施肥、施藥方法，優(yōu)化田間灌溉管網(wǎng)布置，開發(fā)不同作物滴灌、噴灌水肥藥精準管控決策模型及裝備.

5) 智能化精確灌溉裝備.提高灌溉裝備的智能化水平，進一步降低大中型噴灌機和噴頭運行壓力與能耗，提高微灌系統(tǒng)的抗堵塞性和可靠性.

6) 綠色多源互補模式和非常規(guī)水資源節(jié)水灌溉裝備.開發(fā)低水頭、生態(tài)型、微型抽水蓄能裝備、大功率低成本太陽能光伏系統(tǒng)等能源互補的能源微網(wǎng)節(jié)水灌溉裝備系統(tǒng)，形成綜合配套的清潔能源節(jié)水灌溉技術(shù)模式.開展養(yǎng)殖污水等非常規(guī)水資源灌溉利用技術(shù)及裝備.