农田水利中节水灌溉技术应用及对农业灌溉效率的影响

摘要：在全球水资源紧缺的形势下，推广节水灌溉技术显得尤为重要，传统的灌溉方式不仅造成水资源的浪费，而且会增加农户的生产成本。节水灌溉是提高水资源利用效率和促进农业可持续发展的有效途径。近年来，随着科技水平的不断提高，节水灌溉技术在农田水利建设中的应用越来越受到重视。探究节水灌溉对农业用水效率的影响机制，对于指导农业生产、促进现代农业绿色发展具有重要意义。关键词：农田水利；节水灌溉；农业灌溉；效率影响农业用水已成为我国农业发展的“瓶颈”之一，以大水漫灌为代表的传统灌溉方式不仅会浪费水资源，而且易造成土壤盐碱化、次生盐渍化，严重影响作物生长与产量。随着科学技术的进步，农业现代化进程的加快，一些先进的节水灌溉技术正在逐步推广应用，而探究新型节水灌溉技术，可通过对灌溉水量、灌溉时段的精准控制，实现水资源的高效利用，提高农业灌溉效益。1农田水利中节水灌溉技术对农业灌溉效率的影响1.1提高水资源利用率传统灌溉模式下，水在流经地表时会大量蒸发或漏失，造成作物吸收的水比例偏低，而节水灌溉技术通过科学的设计、精确的控制来将这些损失降到最低。如采用滴灌技术，可将水分直接输送至植物根部，减少水分蒸发，提高水资源利用率[1]。另外，该技术能够根据作物的需水规律灵活调整灌溉量，避免“过灌”或“少灌”现象，使每一滴水都发挥到最佳效果。1.2改善作物生长环境合理的水分供给对作物的健康生长至关重要，过多过少都会对作物产生不良影响，节水灌溉是一种通过精确调控水分供给，可保证作物生长各阶段均能得到适宜的水分供给，使其根系吸收营养物质，促进其健康生长。同时，节水灌溉还可以防止土壤过湿或干旱，可保持土壤湿度，减少病虫害，增强作物抗逆性，提高产量，可见合理的水分管理可以改善土壤结构，提高土壤通气能力，促进根系呼吸与生长，进而提高作物产量与品质。1.3减少农业生产成本传统的灌溉方式不仅可以造成水资源浪费，而且还可以造成化肥、农药等资源浪费，而节水灌溉技术则是通过对水资源进行科学、合理的管理，减少水资源浪费，达到节约灌溉费用的目的。同时，节水灌溉能够显著降低农药和化肥的用量，从而减轻对环境的污染并节约资源。此外，它还能有效减少人工成本和机械设备的使用频率，进一步降低农业的综合成本。因此，节水灌溉技术不仅有助于降低农业生产的成本，同时也提升了农民的经济收益。1.4促进可持续农业发展在全球变暖、人口增加的背景下，水资源短缺问题日趋严峻，发展可持续农业是农业发展的必由之路，而节水灌溉是解决我国水资源短缺的重要途径之一。同时，采用节水灌溉技术可以降低农业生产带来的不利影响，保护土壤、水环境，促进生态环境良性循环。科学、合理地进行水分管理，是提高农业生产效率的有效途径，也是实现农业可持续发展的重要保证。2农田水利中节水灌溉技术应用2.1滴灌技术滴灌技术由于具有节水、增产等优点，在现代农业中已得到广泛应用，滴灌系统的设计与安装要因地制宜，要根据不同的作物类型、土壤状况、水源质量、气候环境等因素来决定。将滴灌技术应用于农作物栽培中，是一种较为普遍的农作物栽培方式，农作物根系普遍较深，传统的灌水方式难以将水分均匀地输送至各层面。如在农作物下，可配置4-6个滴头，每小时流量约4L，通过控制浇水时间，每天可供应20-30L水，这样既能保证农作物对水的需要，又能减少过多的水分浪费，提高水分利用率[2]。此外，滴灌技术在蔬菜生产也可得到广泛应用，如番茄种植，这一植物对水的需求很大，不同生长阶段对水的需求也不同。采用滴灌技术，可实现对番茄生育期的精准调控。这种精准的水分管理，可以有效地防止土壤水分过多或过干，从而促进番茄的健康生长，提高番茄的产量与品质。温室农作物对水灌溉要求更高，如黄瓜种植，因大棚种植密度大，传统的灌水方式易导致土壤水分分布不均匀，影响作物生长。所以安装滴灌系统后，可将灌水器设置在每一株黄瓜根部，每个灌水器的流量是每小时1-2L，可根据黄瓜各生育阶段的需要，对灌水时间、次数进行精确调节。在日光温室中，黄瓜能获得均匀而适当的水分供给，避免因缺水而引起的病害，提高产量与品质。除上述几种作物外，滴灌技术也可在葡萄、柑橘和草莓等多种经济作物上进行广泛应用。2.2喷灌技术喷灌技术是一种模拟自然降雨的灌注技术，其利用喷头向作物表面喷洒水，适用于大面积农田、草地覆盖应用，对不规则地形具有较好的覆盖效果。此外，喷灌系统还能按需调整喷洒距离、喷洒水量，达到节水的目的，特别是在水资源匮乏的地区有显著效果。喷灌技术的核心是合理地配置喷头与水泵系统，喷淋头的选择要根据作物种类、地形、气候等因素来选择。如旋转喷头适合大面积使用，覆盖面积大、液滴细小，可有效降低水资源浪费，普通的旋转式喷淋头，如雨鸟5000+系列，具有7.6-15.2m的喷洒半径，以及0.34-2.19m3的流速。合理配置洒水装置，就能保证每一寸土地都能得到充分的灌溉。此外，选用与安装泵系统也是十分重要，根据喷头数及各喷头所需流量，可计算水泵功率及流量。如20台雨鸟5000型喷洒机，需要的总流量是每小时30m3左右，选择水泵时，要保证它能稳定地输出这样的流量，并留有一定的余量以应对突发事件，普通泵如格兰福士CR系列，其流量范围为每小时1-180m3，可满足不同规模的喷灌需要。例如，在我国北方干旱地区，传统的灌溉方式耗水量巨大，水资源匮乏，引进喷灌技术后，通过合理配置喷头、水泵、土壤湿度传感器及气象资料，实现精确灌溉。据统计，在灌区实施喷灌技术后，节水效果明显，该项目的实施，将极大地缓解区域水资源压力，并产生良好的经济效益。2.3地下渗灌技术地下渗灌是把水分直接输送到植物根系附近的一种地下灌溉方式，水通过埋于地下的管道或渗灌带缓慢地渗入土壤，该技术能有效地降低地表蒸发，可降低水分散失，尤其适合于干旱、半干旱地区。地下渗灌技术在农业生产中得到了广泛的应用，特别是在农作物、蔬菜及经济作物上具有明显的优越性，地下渗灌技术关键在于设计与施工，确保水能均匀高效地渗入植物根系区域，提高作物水分利用率，提高作物产量[3]。在实际应用中，要根据作物品种、土壤条件及气候特征来确定渗灌系统设计参数；如农作物栽植，一般选用埋深30-40cm的渗灌管道，使水分能直接输送到农作物主要分布区域，滴灌管间距一般在50-100cm之间，能有效地覆盖农作物根区，提高水分利用率。如地下渗灌技术在10公顷农作物中的应用，可设计选用直径16mm、埋深35cm、管间距75cm，每个渗灌管道上的灌水器间距是30cm，每个灌水器的流速每小时2L，在此设计条件下，整个渗灌系统流量可达每小时200m3，完全可以满足农作物对水的需要。另外，地下渗灌系统的安装，必须经过周密的规划与施工，在埋设渗灌管道前，必须先进行深松处理，以保证土壤疏松，利于渗水，然后，根据设计的管网布置，采用开沟器或人工开挖的方式，在规定的深度埋设渗灌管道。2.4覆膜灌溉技术覆膜灌溉技术的核心原理是在作物间铺设地膜，利用滴灌等技术将水分精准输送至作物根系，从而达到节水增效和作物增产的目的。覆膜技术在减少土壤蒸发的同时，还能有效地保持地温，抑制杂草生长，提高灌水效率。覆膜滴灌技术的应用，应遵循一定的科学程序与技术规程，在作物行间铺设塑料薄膜时，要保证薄膜质量及铺设规范。聚乙烯薄膜一般选用0.01-0.02mm、透光性好、耐久材质，可在生长季保持其物理性能稳定，覆膜时应尽量贴地，不能有褶皱或空隙，这样才能保证它与土壤的紧密接触，使水分蒸发降到最低。铺设地膜后，接着就是铺设滴灌系统，滴灌管一般选用直径16mm的聚乙烯管材，其敷设间距及灌水器间距需根据不同作物品种及种植密度而适当调整。灌水器的间距一般在30-50cm之间，滴灌管的间距在60-100cm之间，设计的滴灌流量应保证每株植物每小时能获得适当的水量，一般为每小时2-4L，以保证植株根系能得到均匀的水分供应。覆膜灌溉技术的灌水次数和灌水次数要随土壤水分、气象条件及作物需水量而动态调整，在此基础上，应结合气象观测数据，实现对土壤水分及气象参数的实时监测，实现对灌溉时机和水量的精确控制，避免因缺水而造成的过量灌溉，一般来说，大部分作物适宜的土壤含水量应保持在田间持水量的60%-80%。另外，为防止杂草滋生，应尽量将整行作物覆盖，并将薄膜边缘埋入土中5cm以上，以防风吹起薄膜边缘，采用覆膜灌溉技术，既能减少杂草萌发，又能减少除草剂用量，减少对环境的污染。覆膜灌溉技术的应用也需要注意土壤中盐分的积累，塑料薄膜在长期使用过程中，会造成土壤表面的盐分累积，从而减少雨水的自然渗入，因此，定期监测土壤盐分状态，采取适当的洗盐措施（如休闲期淋洗）对保持土壤健康至关重要。2.5低压管道灌溉技术低压管道灌溉是利用低压管路把水送到田间，再经阀门或出水口把水分散到作物根部，该技术可减少水浪费，适合在平坦的田地种植，而低压管道灌溉具有施工方便、维护费用低等优点，是一种既经济又实用的节水灌溉方式。低压管灌技术在具体实施时，要做好田间布局规划，如某平坦农作物种植区域，可以把农作物按等距排列，每行间隔4m，农作物间间隔4m。根据农作物种植区，确定主管道与支管道的位置，主管道一般沿区域边缘布置，支管道沿农作物行间布置，主要干道的管径一般是100mm，分支管50mm，以确保水的均匀分布。为确保埋地后管线不受地面活动的影响，必须先开挖主要管线及分支管线管沟，深度一般为0.5m，主要管道及分支管道应在管沟内铺设，并用接头牢固地连接，安装完毕后，要对管路进行试压，确认无渗漏[4]。下一步，在农作物根部设置排水口，出水口距地面10cm左右，既可减少水分蒸发，又可将水分直接送至作物根部。低压管灌系统在运行时，为保证系统正常运行，需对管道及出水口的运行情况进行定期检查。如一个10公顷的种植区域，每天需要150m3的水来灌溉。在实际操作中，可采用定时器及自动控制系统，实现对灌溉过程的自动管理，如果采取早、晚两个时段进行灌溉，每一次灌溉时间为1小时，系统工作压强维持在0.2-0.3百万Pa之间，既能保证作物获得足够的用水，又能避免过度灌溉造成的水资源浪费。如类似的布局和安装方法可用于小麦种植地，以20m2的小麦田为例，主要干道直径150mm，分支管75mm，出水口设置在行间，出水口间距1m。根据小麦生育期的需水情况，一天大约300m3，可采取早晚各1次2小时的灌水方式，使系统工作压力维持在0.25～0.35Mpa之间。3节水灌溉技术的未来发展未来节水灌溉技术需要在新技术上有所突破，目前，滴灌和喷灌技术已在很多地区推广应用，但是新型灌溉技术还需要进一步研究，如以纳米技术为基础的微灌系统，可实现对水分的精确控制，进而降低水资源浪费。在此基础上，可将土壤湿度传感器与智能控制系统相结合，实现对土壤水分状态的实时监测，实现对灌溉水量的自动调节，提高水资源利用率。同时，在未来还将探索利用再生水灌溉，以降低对淡水资源的依赖程度，这些新技术的不断涌现，必将成为我国节水灌溉技术发展的新动力。3.1农业智能化与节水灌溉技术的开发密切相关，智慧农业是一种集物联网、大数据和人工智能为一体的智慧农业，在节水灌溉领域，智慧农业能够通过数据分析与智能决策，实现精确灌溉。如通过卫星遥感、无人机监测等手段，可实时获取农田土壤水分、作物长势等信息，进而制定更为科学的灌溉方案。3.2该系统还能结合农业气象预报，及时调整灌溉计划，避免不必要的水资源浪费，所以在农业生产中引入智能农业，可以实现节水灌溉的智能化和精细化，从而提高农业灌溉的整体效益。3.3应将节水灌溉技术与环境保护、可持续发展有机地结合起来，现代农业既要追求高产，又要兼顾环境问题，节水灌溉技术既能提高水资源利用率，又能减少过度开采地下水，避免水资源耗竭。3.4合理的节水灌溉方式还能减少农药、化肥的使用，减轻土壤、水体污染，保护生态环境。所以今后在生态农业、有