李謙 張鋒 籍俊杰 王俊野

1、河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所 2、華雨灌溉設(shè)備制造有限公司

1 節(jié)水灌溉現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1.1 國外現(xiàn)狀

在歐美等發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、自動化程度較高，美國、法國、意大利等國家的農(nóng)業(yè)灌溉大都采用了不同形式的噴灌機(jī)進(jìn)行作業(yè)，例如美國以圓形和平移式噴灌機(jī)為主，德國、意大利等絞盤式噴灌機(jī)應(yīng)用面積較大，這些大中型噴灌機(jī)的應(yīng)用大大減輕了灌溉勞動強(qiáng)度，提高了水肥利用效率，增加了作物產(chǎn)量。以色列的節(jié)水灌溉在國際上處于領(lǐng)先地位，其滴灌技術(shù)最高水利用率可達(dá)95%，此外，部分農(nóng)田使用處理后的廢水灌溉，不僅節(jié)約了水資源，同時(shí)有利于生態(tài)環(huán)境。以色列研發(fā)的多通道智能水肥一體機(jī)、自動反沖洗系統(tǒng)等，在水肥一體化方面已實(shí)現(xiàn)高度自動化。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

我國淡水資源分布不均，人均占有量少，尤其是在北方地區(qū)，水資源匱乏嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境平衡。近年來，中央和地方政府出臺了一系列節(jié)水壓采政策措施，節(jié)水灌溉實(shí)施面積呈逐年穩(wěn)步增長的趨勢，灌溉水有效利用系數(shù)不斷提高，全國節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了質(zhì)量、規(guī)模、效益并重的良性發(fā)展階段，節(jié)水灌溉產(chǎn)品逐漸完善，如滴灌、微噴、卷盤式噴灌機(jī)、中心支軸式噴灌機(jī)等，以及配套的過濾器和水肥一體化設(shè)施都實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)及創(chuàng)新。在推廣應(yīng)用中，由于土地經(jīng)營產(chǎn)權(quán)、資金投入、農(nóng)民收益等因素影響，大多耕地仍然以水渠防滲大水漫灌為主，勞動強(qiáng)度大，農(nóng)藝節(jié)水制度難以實(shí)施；土地類型多樣、地貌復(fù)雜，大型的灌溉設(shè)備難以適應(yīng)，滴灌微噴等由于田間管路較多，影響機(jī)械化作業(yè)，推廣應(yīng)用受到限制。

1.3 發(fā)展趨勢

節(jié)水灌溉技術(shù)經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，正在向生態(tài)、智能、精確化方向發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、空間信息技術(shù)和智能裝備等新一代信息技術(shù)為支撐和引領(lǐng)的智能化灌溉技術(shù)成為國際新趨勢。

2 節(jié)水灌溉技術(shù)模式及特點(diǎn)

2.1 節(jié)水灌溉類型

我國常用的灌溉系統(tǒng)可分為固定式灌溉和移動式灌溉。

（1）固定式灌溉系統(tǒng)是指在田間布置一定規(guī)格的輸水管（明管或暗管），每隔一定距離設(shè)置灌水器，壓力水經(jīng)管網(wǎng)到達(dá)灌水器處，對農(nóng)作物進(jìn)行灌溉。如微噴、滴灌、固定式噴灌等。

（2）移動式噴灌系統(tǒng)是指水源經(jīng)供水管連接灌溉設(shè)備，通過可以在田間行走的桁架或噴灌車，完成噴（淋）灌作業(yè)。如滾移式噴灌、中心支軸式噴灌、平移式噴灌機(jī)、卷盤式噴灌機(jī)等。

2.2 選擇灌溉類型時(shí)的考慮因素

在具體規(guī)劃設(shè)計(jì)中，選擇何種灌溉類型，首先要考慮各自灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)和適宜條件，不同的類型有其不同的適用條件，系統(tǒng)選型應(yīng)因地制宜，綜合以下因素選擇：水源類型及位置、地形地貌，地塊形狀大小、土壤質(zhì)地、作物生長期降水量、灌溉期風(fēng)力風(fēng)向、種植作物、社會經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)管理體制、勞動力狀況等。

2.3 節(jié)水灌溉技術(shù)模式分析

2.3.1 固定式噴灌

根據(jù)管道是否可以移動，可分為固定式、半固定式和移動管道式。

（1）固定式噴灌系統(tǒng)泵站、各級輸水管道常年固定不動，噴頭安裝于支管的豎管上。此模式用工少、勞動強(qiáng)度低且便于維護(hù)。缺點(diǎn)是一次性投資較高，影響機(jī)械化作業(yè)。

（2）半固定式噴灌系統(tǒng)。泵站與干管固定不動，支管和噴頭可轉(zhuǎn)移地塊使用。與固定式相比，由于支管可以移動并重復(fù)使用，減少了用量，降低了投資。缺點(diǎn)是挪動支管噴頭勞動強(qiáng)度較大。

（3）移動管道式噴灌系統(tǒng)。水泵、管道、噴頭全部可以拆卸移動。一般適用于地表水作為水源的地方，灌溉完成后可將整個(gè)灌溉系統(tǒng)轉(zhuǎn)移。缺點(diǎn)是勞動強(qiáng)度大，用工多。

2.3.2 地埋自動伸縮式噴灌

地埋自動伸縮式噴灌是固定式噴灌的一種形式，其輸水管道（干管、支管）和噴頭均埋設(shè)于地下，灌溉時(shí)在水壓作用下噴頭自動升起到地面上，灌溉結(jié)束后噴頭縮回地面耕作層以下。其特點(diǎn)是不影響農(nóng)機(jī)作業(yè)，適合于規(guī)?；N植全程機(jī)械化作業(yè)，具有省工、省力、易于實(shí)現(xiàn)自動化管理的優(yōu)點(diǎn)。該模式一次性投資高。

2.3.3 絞盤式噴（淋）灌

絞盤式噴（淋）灌機(jī)是由驅(qū)動裝置驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動，通過纏繞在絞盤上的PE 軟管牽引噴頭車，邊行走邊噴灑的噴灌機(jī)械。其工作原理是脫檔后由拖拉機(jī)將絞盤上的PE 管拽出至需要的工作位置，回收時(shí)利用水流驅(qū)動水渦輪旋轉(zhuǎn)，經(jīng)變速箱、鏈輪鏈條降速后驅(qū)動絞盤回轉(zhuǎn)，使得噴頭車回收從而完成噴灑作業(yè)。具有機(jī)械化自動化程度高、灌溉均勻度高、勞動強(qiáng)度低、轉(zhuǎn)移地塊方便等優(yōu)點(diǎn)，但操作者需具有一定的機(jī)械基礎(chǔ)知識。

2.3.4 中心支軸式及平移式噴灌機(jī)

中心支軸式噴灌機(jī)及平移式噴灌機(jī)，是通過在田間行走的桁架（安裝有噴頭）在作物上方完成噴灌作業(yè)的一種灌溉機(jī)械。其機(jī)械化和自動化程度高，生產(chǎn)效率高，灌水均勻度高，用工量少，適用于耕地面積遼闊的農(nóng)田使用。該噴灌機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)性較強(qiáng)，要求操作管理人員具備相應(yīng)的專業(yè)知識。

2.3.5 小型智能平移式淋灌機(jī)

小型智能平移式淋灌機(jī)是在大型平移式噴灌機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型灌溉設(shè)備，具有灌溉均勻度高、入機(jī)壓力小、便于轉(zhuǎn)移地塊、智能化程度高等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)玉米等寬行種植對行淋灌作業(yè)，達(dá)到精準(zhǔn)灌溉的效果，提高水肥利用效率，降低勞動強(qiáng)度和農(nóng)業(yè)種植者經(jīng)營成本。該設(shè)備有效灌溉幅寬30～40 米，行走控制系統(tǒng)采用PLC 變頻控制，可按照定時(shí)定量任務(wù)實(shí)現(xiàn)水肥一體化作業(yè)以及遠(yuǎn)程控制。為了提高桁架利用率，降低農(nóng)戶設(shè)備投入，在桁架下方設(shè)置噴藥機(jī)構(gòu)，可進(jìn)行病蟲害防治、噴施葉面肥等作業(yè)。

2.3.6 微噴帶

微噴帶又稱噴灌帶，是在薄壁軟管上采用機(jī)械或激光按照一定的排列規(guī)則加工出水小孔，通水后在一定的壓力下，水從小孔噴出，進(jìn)行微噴灌的節(jié)水灌溉方法。

其特點(diǎn)是，系統(tǒng)壓力低，投資低、便于操作，一般人員經(jīng)過培訓(xùn)都可使用。噴帶的鋪設(shè)結(jié)合農(nóng)作物種植行距、農(nóng)藝措施、農(nóng)機(jī)作業(yè)幅寬等進(jìn)行布置，達(dá)到使用便捷、灌溉均勻、節(jié)本增效的效果。缺點(diǎn)是田間管路較多，影響機(jī)械化作業(yè)，收鋪管用工量較大，不適用于大規(guī)劃種植使用。

新型編織噴帶是近幾年新推出的一種微噴帶，具有重量輕、強(qiáng)度高、鋪設(shè)長度大、噴射距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，相比普通噴灌帶可減少田間材料用量。

2.3.7 滴灌

滴灌屬于低壓灌溉，是目前干旱缺水地區(qū)最有效的一種節(jié)水灌溉方式，水的利用率可達(dá)95%。滴灌較噴灌具有更高的節(jié)水增產(chǎn)效果，同時(shí)可以結(jié)合施肥，提高水肥利用率。其不足之處是滴頭易結(jié)垢和堵塞，引起堵塞的原因可以是物理因素、生物因素或化學(xué)因素，如水中的泥沙、有機(jī)物質(zhì)或是微生物以及化學(xué)沉凝物等，故滴灌對灌溉水質(zhì)要求較嚴(yán)，一般需要經(jīng)多級過濾處理。滴灌鋪設(shè)間距應(yīng)考慮作物種植行距，鋪設(shè)長度不宜過長。大田應(yīng)用中為防止滴灌帶被風(fēng)刮亂或被鳥獸破壞，一般淺埋于地下。針對小麥玉米一年兩熟區(qū)，可采用帶有北斗導(dǎo)航的拖拉機(jī)進(jìn)行播種、鋪管、潛埋、覆土作業(yè)，減少后期農(nóng)機(jī)作業(yè)損壞滴灌帶。

2.3.8 水肥一體化

農(nóng)作物養(yǎng)分的吸收主要依靠水為載體，因此，要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，水、肥應(yīng)按時(shí)按需供給，實(shí)現(xiàn)水肥一體化十分重要。

水肥一體化是借助壓力系統(tǒng)，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養(yǎng)分含量和作物的需肥規(guī)律，與灌溉水一起，通過輸水管、灌水器浸潤作物根系附近。

施肥裝置主要有施肥罐、文丘里、比例施肥泵、注肥泵、多通道智能施肥機(jī)等，特點(diǎn)如下：

（1）文丘里施肥法結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，造價(jià)低廉，無需外接動力就能實(shí)現(xiàn)吸肥作業(yè)，一般用于系統(tǒng)壓力較低的灌溉模式，如滴灌、微噴帶等。其缺點(diǎn)是主管道壓力損失。

（2）注肥泵法是利用壓力泵將肥液加壓注入灌溉主管路，肥液隨灌溉水輸送至田間的一種水肥一體化方法。注肥泵的壓力必須大于供水管道系統(tǒng)壓力，且具有防腐蝕的特性。該方法適用范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制。

（3）多通道智能施肥機(jī)有兩個(gè)以上施肥通道，可以實(shí)現(xiàn)多元素肥精準(zhǔn)按比例施入系統(tǒng)，一般用于蔬菜、藥材、花卉等經(jīng)濟(jì)作物。

噴灌技術(shù)作為最重要的農(nóng)田管理措施之一，具有顯著的節(jié)本增效效果，各種節(jié)水灌溉模式具備不同的特點(diǎn)和環(huán)境適應(yīng)能力，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要針對作物、土壤類型、地形地貌、水源、水質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)能力、人員素質(zhì)等多因素進(jìn)行選擇。技術(shù)層面，在引進(jìn)、吸收、消化國外技術(shù)基礎(chǔ)上，自主開發(fā)創(chuàng)新，逐步形成擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的灌溉設(shè)備與關(guān)鍵技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉的精準(zhǔn)化、智能化。