王 成

(乾安縣道字鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站,吉林 乾安 131408)

0 引言

我國(guó)屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó),農(nóng)業(yè)耕作面積廣闊,農(nóng)作物種類(lèi)繁多,但我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源相對(duì)不足,且時(shí)空分布不均衡,據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)年均水資源量在2.7萬(wàn)億～2.8萬(wàn)億m3范圍,耕地平均可用水量?jī)H接近世界水平的75%。根據(jù)2023年中央一號(hào)文件指示精神,在加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的同時(shí),應(yīng)“補(bǔ)上土壤改良、田間灌排設(shè)施等短板,統(tǒng)籌推進(jìn)高效節(jié)水、水肥一體化設(shè)施建設(shè)”。水資源作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈,水資源浪費(fèi)和農(nóng)田干旱成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵,面對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用率低的現(xiàn)狀,發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè),合理應(yīng)用水肥同施技術(shù)具有很大改善農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀的潛力,也將是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

1 節(jié)水調(diào)控灌溉特征

1.1 作用與現(xiàn)狀

現(xiàn)階段,我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)水資源的需求量持續(xù)增加,受到農(nóng)業(yè)用水資源短缺的制約,農(nóng)業(yè)灌溉需求的矛盾日益突顯,從農(nóng)業(yè)灌溉實(shí)施情況看,水資源的利用率明顯不足,水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象普遍存在。一是灌溉設(shè)施相對(duì)落后,水資源在輸送、存儲(chǔ)、灌溉的過(guò)程中存在嚴(yán)重?fù)p失;二是農(nóng)業(yè)管理人員節(jié)水意識(shí)不足,灌溉過(guò)程應(yīng)存在漫灌、過(guò)度灌溉等問(wèn)題;三是農(nóng)田周邊水資源存在污染問(wèn)題,主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程重施藥、施肥、油料泄漏等因素影響,導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)水源逐漸減少,使我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著嚴(yán)重的發(fā)展制約。近年來(lái),在國(guó)家政策的支持下,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐步加強(qiáng),但“重建輕管”的現(xiàn)象十分突出,很多節(jié)水設(shè)施在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不能發(fā)揮應(yīng)有潛力,導(dǎo)致我國(guó)大田平均灌溉效率僅達(dá)到47%左右。未來(lái)通過(guò)加強(qiáng)農(nóng)田水力資源建設(shè)和優(yōu)化管理,不僅能有效改善現(xiàn)階段粗放型灌溉的弊端,還能使農(nóng)民掌握更先進(jìn)優(yōu)良的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù),為推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)[1-2]。

1.2 政策實(shí)施與政策支持

我國(guó)實(shí)施農(nóng)田水利工程建設(shè)已接近25年,自20世紀(jì)80年代初期以來(lái),我國(guó)每年的中央一號(hào)文件均涉及到農(nóng)業(yè)水資源管理與相關(guān)設(shè)施建設(shè)。為加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè),20世紀(jì)90年代以前,我國(guó)開(kāi)始興建水利工程及小型水電設(shè)施,并逐漸落實(shí)了水面開(kāi)發(fā)與水資源治理工作,關(guān)注農(nóng)田周邊生態(tài)環(huán)境,并針對(duì)部分旱地農(nóng)田應(yīng)用新的宜地耕作技術(shù),改善灌溉條件。21世紀(jì)初,小型農(nóng)田水利建設(shè)實(shí)現(xiàn)普及,以節(jié)水灌溉設(shè)施為主的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及大型灌區(qū)設(shè)施配套實(shí)施推廣,應(yīng)用農(nóng)田排澇機(jī)械設(shè)備,有效改善農(nóng)田適應(yīng)自然條件的能力。2011年以后,水利建設(shè)逐漸從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向系統(tǒng)化發(fā)展,通過(guò)國(guó)家對(duì)地區(qū)政策制度指導(dǎo)農(nóng)田灌溉工作的實(shí)施,為高效灌溉、節(jié)水灌溉等農(nóng)田給予優(yōu)惠政策及相應(yīng)補(bǔ)貼。2023年我國(guó)中央一號(hào)文件進(jìn)一步要求分區(qū)域、分類(lèi)型明確農(nóng)田布局,持續(xù)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田,統(tǒng)籌推進(jìn)高效節(jié)水技術(shù)[3]。

2 節(jié)水調(diào)控灌溉關(guān)鍵技術(shù)

2.1 精量灌溉技術(shù)

精量灌溉技術(shù)是通過(guò)對(duì)農(nóng)田水分需求、水分消耗等特征分析,精確估算局部區(qū)域農(nóng)作物生長(zhǎng)所需灌溉用水量,并結(jié)合節(jié)水灌溉設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)精量灌溉。通過(guò)分析農(nóng)作物生長(zhǎng)階段不同的用水需求,如生長(zhǎng)各個(gè)階段之間的農(nóng)田水分蒸發(fā)、植株蒸騰、水分深層滲漏等進(jìn)行深入分析,準(zhǔn)確把握農(nóng)作物生育期和生長(zhǎng)期對(duì)灌溉水量的精確需求,形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓?jié)水灌溉技術(shù),包括作物在播種前、全生育期內(nèi)的總體灌水次數(shù)、不同時(shí)期單次灌水定額及適宜灌水的時(shí)間節(jié)點(diǎn),精確研判實(shí)施灌溉決策[4]。

2.2 常用節(jié)水灌溉方式

2.2.1 渠道防滲灌溉

渠道灌溉是農(nóng)田傳統(tǒng)灌溉的方式之一,在未經(jīng)硬化的地面渠道輸水,其過(guò)程會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水資源浪費(fèi),采用渠道防滲技術(shù)可通過(guò)渠道硬化、工程防滲等措施防止水資源浪費(fèi),增加水資源的利用率。常用的渠道防滲建設(shè)方式包括:三合土護(hù)面防滲、砌石防滲、塑料薄膜防滲、混凝土防滲以及綜合防滲技術(shù)等。與傳統(tǒng)土渠灌溉水資源利用率30%～50%相比,渠道防滲灌溉模式水資源利用率可達(dá)70%～85%,具有疏水效率高、建設(shè)簡(jiǎn)單和成本低等優(yōu)勢(shì),是我國(guó)近年來(lái)灌溉基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要的方式之一。

2.2.2 噴施灌溉

噴施灌溉簡(jiǎn)稱(chēng)噴灌,是利用管道噴頭等機(jī)械灌溉設(shè)施將帶有一定壓力的水噴射到空中,使其分散成均勻的小水滴降落到地面,是一種有效的灌溉方式,該灌溉方式適用于大部分的大田糧食作物、棉花、蔬菜及果樹(shù)等,具有節(jié)水、省時(shí)、省工等優(yōu)勢(shì),水資源利用率可達(dá)到80%～85%,與渠道灌溉方式相比,后期的維護(hù)、保養(yǎng)工作量明顯降低,且灌水均勻,不易出現(xiàn)土壤板結(jié)等問(wèn)題,并在一定程度改善空氣濕度,降低氣溫,沖洗植物葉面,改善農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境條件[5-6]。

2.2.3 微量灌溉

微量灌溉簡(jiǎn)稱(chēng)微灌,是利用最新的專(zhuān)用設(shè)備,在一定程度降低管道灌溉壓力,并結(jié)合特殊灌水器、電磁閥等設(shè)備實(shí)現(xiàn)精量灌溉控制,實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域灌溉水量的精確可控,將水分直接輸送到作物根部附近的土壤中,微灌平均水資源損失率小于10%,具有節(jié)能、增產(chǎn)、節(jié)水、適應(yīng)性強(qiáng)、省工省力等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)灌溉特征的不同,微灌主要包括滴灌、微噴灌、滲灌等[7]。

1)滴灌。氣管末端為滴頭或管帶小孔,能夠使水在特定區(qū)域以特定間隔均勻滴出,滴灌所需的壓力很小,能夠通過(guò)滴頭或管帶小孔的間隔距離設(shè)計(jì)使水精確滴落在作物的根系附近,實(shí)現(xiàn)局部灌溉,適用于干旱缺水地區(qū)應(yīng)用,水資源利用率可達(dá)90%～95%,缺點(diǎn)是滴頭或管帶小孔易堵塞,維護(hù)工作量大[8]。

2)微噴灌。它是一種新型的噴灌技術(shù),能利用微噴頭將灌溉水噴灑成微小的水滴,兼具噴灌與滴灌的技術(shù)優(yōu)勢(shì),有效避免滴頭或管帶小孔堵塞,可提高水資源利用率。微噴灌的管道壓力與滴灌近似,但其流速更快,堵塞率有效降低,并且能高效率覆蓋大面積灌溉,水資源利用率在90%左右,微噴灌能增加空氣濕度,優(yōu)化作物生長(zhǎng)環(huán)境,但其在潮濕地區(qū)和風(fēng)力較大的地區(qū)不適宜應(yīng)用。

3)滲灌。與上述兩種微灌方式不同,滲灌法也稱(chēng)為浸灌法或地下灌水法,其灌溉設(shè)施修筑于地下,主要設(shè)備為地下管路和滴頭,對(duì)于大部分農(nóng)作物而言,滲灌設(shè)備的埋覆深度在25～30 cm左右,其利用毛細(xì)管作用自下而上濕潤(rùn)土壤從而實(shí)施灌溉。滲灌模式水分蒸發(fā)損失較小,水資源利用率可達(dá)95%,但滲灌同樣面臨著長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用后的堵塞問(wèn)題,后期維護(hù)保養(yǎng)難度較大[9]。

2.2.4 覆膜灌溉

覆膜灌溉是一種特別的節(jié)水灌溉方式,其利用塑料膜的覆蓋作用減少土壤水分蒸發(fā),提高地溫,是良好的土壤灌溉模式。其主要實(shí)施方式包括以下3種:1)膜下滴灌。土壤表面覆膜后,滴灌帶設(shè)置在膜下,適用于干旱缺水地區(qū);2)膜畦灌。將塑料平鋪在畦面上,灌水時(shí)水在膜上方流淌,在適宜的孔洞處滲入土壤進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉;3)膜溝灌。與膜畦灌類(lèi)似,在溝底和溝坡或部分垅背上鋪設(shè)塑料薄膜,作物種在溝坡或垅背上,灌溉水在溝中流淌并在薄膜的孔洞處滲入土壤進(jìn)行灌溉。覆膜灌溉具有田面蒸發(fā)和深層滲漏減少以及不沖刷地表等多重優(yōu)勢(shì)。

3 水肥同施技術(shù)思路

3.1 水肥同施技術(shù)特征

水肥同施技術(shù)通常與噴灌、微灌等管道灌溉技術(shù)相配合應(yīng)用,其肥料選用可溶性固體或液體肥料,通過(guò)分析土壤中的養(yǎng)分含量和作物種類(lèi)等因素,合理選擇肥料種類(lèi)和用量,將其與灌溉水相混合,通過(guò)管道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步供水供肥,利用灌溉過(guò)程將肥料噴施到指定區(qū)域,實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量施肥灌溉,使土壤長(zhǎng)期維持在最佳的水肥平衡狀態(tài)。該技術(shù)的應(yīng)用能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)水省肥,提高肥料利用率,平均可減少化肥使用量40%～50%。同時(shí),降低用水量與施肥時(shí)間,提高作業(yè)效率[10]。

3.2 水肥同施系統(tǒng)建設(shè)

3.2.1 匹配優(yōu)質(zhì)水源

要實(shí)現(xiàn)水肥同施,首先需要將農(nóng)田灌溉管道連接至優(yōu)質(zhì)水源,積極利用周邊的江河、湖泊、水庫(kù)、地下水等渠道進(jìn)行便捷灌溉,部分水資源短缺的農(nóng)田需要預(yù)先修建引水、蓄水、疏水等基礎(chǔ)工程,為水肥同施系統(tǒng)提供基礎(chǔ)保障[11]。

3.2.2 建設(shè)樞紐系統(tǒng)

樞紐系統(tǒng)是實(shí)施水肥同施的執(zhí)行系統(tǒng),主要包括水泵、過(guò)濾裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置、流量監(jiān)控裝置、過(guò)壓保護(hù)裝置、水肥混合裝置、自動(dòng)施肥灌溉設(shè)備等,該系統(tǒng)承擔(dān)整個(gè)水肥同施系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、監(jiān)控、執(zhí)行等重要功能。做為灌溉與施肥的執(zhí)行核心,該系統(tǒng)利用水泵將水源中的灌溉水引入疏水管道,并通過(guò)沙石過(guò)濾器、碟片過(guò)濾器等多級(jí)過(guò)濾裝置進(jìn)行過(guò)濾,然后將潔凈的水輸送至水肥混合裝置,完成灌溉水與可溶性肥料的混合,再輸送至各個(gè)灌溉終端,實(shí)施自動(dòng)化灌溉。

3.2.3 建設(shè)智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是實(shí)施水肥同施的智能管理系統(tǒng),具有自動(dòng)化、智能化的特征,使用者通過(guò)該系統(tǒng)可隨時(shí)隨地查看各個(gè)硬件系統(tǒng)的狀態(tài)及灌溉施肥情況。該系統(tǒng)配有大量監(jiān)控類(lèi)電氣硬件,如壓力傳感器、流量傳感器、灌溉狀態(tài)監(jiān)控器等,能夠?qū)崟r(shí)對(duì)灌溉施肥過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控。通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)灌溉施肥方案的調(diào)整,該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)灌溉時(shí)間、肥水比例、灌溉流量等方面的精量控制,并能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警,用戶(hù)還可通過(guò)手機(jī)端隨時(shí)隨地調(diào)整施肥灌溉方案,或查看工作實(shí)施進(jìn)度,可有效提高農(nóng)田管理效率[12]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展須不斷改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉方式,減少水資源浪費(fèi)等問(wèn)題。結(jié)合新型節(jié)水灌溉設(shè)備實(shí)施水肥一體化技術(shù),能有效提高水肥利用率和灌溉、施肥的合理性。未來(lái),節(jié)水灌溉技術(shù)與水肥同施技術(shù)應(yīng)加強(qiáng)與自動(dòng)控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合,在全面考慮土壤、作物、天氣、溫度、蒸騰等因素,實(shí)施科學(xué)灌溉與施肥,逐漸與AI技術(shù)整合,加強(qiáng)灌溉施肥系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力,改善我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù),促進(jìn)農(nóng)業(yè)向綠色、生態(tài)、高質(zhì)量發(fā)展。