我国节水灌溉的现状与分析

2014-10-21张新星杨振杰彭云胡红超油瑞菊余杨

安徽农业科学 2014年33期

张新星杨振杰彭云胡红超油瑞菊余杨

摘要分析了从传统漫灌到喷灌以及微灌等国内农业灌溉各种方式的主要特点，并结合我国各个地区的实际情况，找到适合于我国各个地区的一种灌溉方式，做到某一种灌溉方式能与该地区环境相协调、相适应，从而发挥某种灌溉方式的优势特点，达到更好的生产效益和节水灌溉的目的。

关键词节水灌溉;灌溉方式;实际情况;优势特点

中图分类号 S274 文献标识码 A 文章编号 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

基金项目 “十二五”农村领域国家科技支撑计划专题“干热河谷和山间盆地土地整理技术集成研究”（2011BAD04B01/4）。

作者简介张新星（1991-），男，湖北武穴人，硕士研究生，研究方向：农业节水灌溉设施装备。*通讯作者，教授，从事农业工程、植物保护工程等方面的研究。

收稿日期 2014-10-08

目前我国节水灌溉的基本现状是我国耕地面积为1.3亿hm2，其中有效灌溉面积6 034.8万hm2，占耕地面积的47%[1]。根据《中国水利年鉴2011》的统计数据，截至2011年底，我国农业节水灌溉面积为2 731.4万hm2，占有效灌溉面积的50%;其中喷灌和微灌面积 579.6 hm2，占节水灌溉面积的21%，占有效灌溉面积的9.6%[2]。由此可见，我国有一半的耕地面积没有得到有效灌溉;1/2的有效灌溉面积还在沿用传统落后的灌溉方法;在节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉方式的微乎其微。因此，我国的节水灌溉面积尤其是高效节水灌溉面积存在着巨大的发展空间和潜力。

1 节水灌溉的几种方式

1.1 喷灌

喷灌就是利用专门设备，在一定压力下把水喷射到空中分散成细小水滴，如下雨一样灌溉农作物，是一种较先进的灌溉技术。喷灌系统由水源、水泵机组、管道系统及喷头等机构组成。一般将喷灌系统按照灌水方式分为固定式、半固定式和移动式3种。

1.1.1

国外喷灌技术发展历程。 19世纪末喷灌技术开始被应用。美国和俄罗斯首先出现简单的喷灌设备，主要用于灌溉草地、菜园、苗圃和果园等。20世纪20年代自动旋转喷头和远射程喷灌设备在前苏联问世;30年代出现了双悬臂式喷灌机;40年代，研制出了摇臂式喷头，快速接头和铝合金管等。这些喷灌设备都是固定的喷灌系统，即除喷头外，各组成部分在灌溉或非灌溉时长期固定不动，故称为固定式喷灌系统。20世纪40年代美国开始应用由拖拉机或绞车牵引的喷灌机和滚移式喷灌机;50年代美国又研制出了中心轴式喷灌机，早期以液压和水力驱动为主;60年代研制成电力驱动型中心軸式喷灌机，此后中心轴式喷灌机在全世界得到了广泛应用。20世纪60年代欧洲人发明了绞盘式喷灌机，分为聚乙烯半软管牵引和钢索牵引喷灌机两类，当前应用的主要是软管牵引绞盘式喷灌机，其主要为水涡轮驱动;70年代出现了平移式喷灌机，因为中心轴式喷灌机喷灌面积是圆形，而传统地形以矩形为主，所以20%的土地得不到有效灌溉，平移式喷灌机弥补了中心轴式喷灌机的这一缺点，实现了对矩形地块的有效灌溉。20世纪70年代末美国林赛（Lindsay）公司生产了电力驱动的全自动化平移式喷灌机，并大力发展耗能少的低压喷灌机。水泵和干管固定，支管和喷头可移动，这是平移式喷灌机的共同点，为半固定式喷灌系统。20世纪80、90年代后期，在绞盘式的发展基础上，出现了自带水泵和柴油机的喷灌机，其工作原理与普通的绞盘式喷灌机相同，但它的动力机、水泵、干管、支管和喷头等都是可以移动的喷灌形式，适用于灌溉次数较少的大田作物和小块地段，为移动式喷灌系统[3]。

1.1.2

国内喷灌技术发展历程。我国是从20世纪70年代初开始发展喷灌技术装备。1976年，中国科学院将喷灌列为全国科技十年规划重点项目;1978年原水电部将喷灌作为重点推广新技术项目。30多年来，我国喷灌技术的发展经历了引进、消化、研发、提高等几个阶段，对我国节约资源和提高科学技术方面起到了显著作用。据20世纪80年代未完成的《中国喷灌区划》分析，我国适合发展喷灌的灌溉面积约有4 000万hm2;据90年代中期完成的《中国灌溉农业节水规划》预测，2020年将达到666.7万hm2;随着我国农业水资源的日趋紧缺，节水灌溉势在必行。喷灌作为一种现代化的节水高效灌溉技术，也作为现在一种比较成熟的技术，一定会对我国农业的发展起到巨大的推进作用[4]。

1.1.3

喷灌技术的优缺点。

（1）优点。

①节水。因为喷灌可控制水量，灌地均匀，在2级风时美国中心轴式喷灌机均匀度可达90%以上，水的利用率一般可达90%以上，比地面灌溉省水高于30%～50%，在透水性强的砂质土可省水高于70%。

②省工。可节约劳动力和减轻劳动强度，管理方便。

③节地。减少了地面的沟渠，增加了种植面积。

④增产。据统计，一般能增产20%以上，也有利于改善农产品的质量。

⑤防止土壤流失。能够合理控制喷灌强度，使地面不产生径流，不冲刷土壤，有效地控制了水土流失。

⑥范围广。适合喷灌的地方广，不管是丘陵还是山地，都能适应。

（2）缺点。①受风力限制。3～4级风时，喷灌均匀系数达到65%～75%。水滴飘移和蒸发损失增大到10%以上，因此在风大的地方不适宜喷灌。

②深层湿润不理想。喷灌一般能湿润土壤深度为20～30 cm，但对深层湿润就比较困难。③不适合小型农户。喷灌设备投资大、折旧大修费用高，利用率低，管理要求高，不适应我国种植规模较小农户的需要[5]。

1.2 微灌

微灌是指利用管道末端的灌水器和连接的管道系统，通过管道系统将水和作物生长所需的养分均匀、精确地输送到作物根部附近土壤的一种灌水方法。与地面漫灌和喷灌相比，微灌用少量的水去湿润作物根区小面积的土壤，因此，又被称为局部灌溉技术。

1.2.1

滴灌。滴灌是微灌中的一种，分为地表滴灌和地下滴灌。滴灌是滴水灌溉的简称。通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器，将水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式[6]。

（1）滴灌技术在国外的发展历程。 1920年美国加利福尼亚州的Charles Lee申请了一个多孔灌溉瓦罐的技术专利，被认为是世界上最早出现的地下滴灌技术[7]。经过第2次世界大战之后，塑料工业迅速发展，塑料管在灌溉行业中被广泛采用。在20世纪40年代的后期，德国出现了用塑料管進行地下灌溉的研究;在50年代后期，美国的加州和夏威夷也陆续进行了地下滴灌的研究和应用;60年代，开始出现了用PE和PC制造的管道以及滴头也被广泛应用于地下滴灌;70年代后期，由于科技技术飞速发展，地表滴灌的设备在支管类型和滴头方面都得到较大完善，却依然存在许多仍需解决的问题[8]。20世纪80年代，由于各行业科学技术突飞猛进，各方面设备和材料费用大大降低，系统可多年持续运行，使得地下灌溉再一次引起了大家的重视和关注[9]。90年代至今，人们对滴灌技术的研究主要集中在地下滴灌的防堵塞和灌水的均匀性问题以及地下滴灌设备的深入研究和滴灌毛管深度与间距的布设等方面[10-11]。

（2）滴灌技术在国内的发展历程。我国的滴灌技术大致经历了3个阶段。第一阶段是20世纪80年代以前。这个阶段主要是引进，消化和研制，墨西哥的滴灌产品在这个阶段被引进，然后自行开发了滴灌毛管的一些新产品;第2阶段为20世纪80～90年代。属于缓慢发展阶段，由于滴灌产品种类少，设备配套不齐全，质量不优等问题，由此便出现了对已有的产品进行缓慢改良，如研制新的滴头、补偿滴头和旋转微喷头等。这对我国节水灌溉设备的研制和开发起到了极大地推动作用;第3阶段为20世纪90年代，我国很多地区连续多年发生干旱，尤其是北方很多地区常年无雨，水资源极度缺乏，因此国家对节水灌溉节约用水给予高度重视，增加了大量的科研资金和技术支持，主要引进了以色列、美国等国的高技术和设备，如脉冲式滴灌设备、补偿式滴灌管、压力调节器、过滤器、施肥器等。这个时期我国干旱地区对发展节水灌溉进行了系统的研究[12]。

（3）滴灌技术的优缺点。

优点：

①节水。滴灌主要是集中使用水，减少了蒸发与流失，目的明确，效果显著。

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保持良好的土壤环境。被滴灌部分的土壤比较疏松，地表面积板结，土壤团粒结构没被破坏，有利于根系发育，为作物生长创造了良好的环境。

④减少病虫害。滴灌水量小，土壤水分蒸发少，霉菌类及病虫害发生率大大下降，从而减少病虫的危害。

⑤节能、省工、省地。能够节约水能源，减少劳动力，提高土地利用率。

⑥增加效益。能够有效地供水，使种子萌发快，生长快，营养充足，发育好，达到增产增收。

⑦科学投资与管理。一次投资多年受益，符合现代农业发展趋势，管理也比较方便。

缺点：

①堵塞问题。容易被灌溉水中的微小颗粒或水质等引起的物理、化学反应而导致堵塞。地下滴灌还存在另外两个诱因，一是生物堵塞，植物的向水性生长容易堵塞滴口;二是管道停止供水时产生的负压，自吸导致堵塞。

②难控制灌水均匀度。由于管网分布的原因，每个滴头的工作压力可能不一样，还有温度差和滴头制造的原因，再加上滴头堵塞的原因，因此对系统运行的灌水均匀度很难测定。

③种子发芽和苗期生长受限制。由于种子的萌发和出苗需要大量的水分，滴灌会出现供水不足，尤其是地下滴灌对表层土壤的供水不充分，将严重影响种子的萌发与出苗。

④运行和管理不易。由于滴灌系统遍布田间，尤其是地下滴灌系统埋入地下，系统发生故障后，检查、维修时间长，费用高[13]。

1.2.2

渗灌。

渗灌也是微灌中的一种，加大管网水压力可变渗灌为涌泉灌。渗灌是灌溉水压力通过埋在地下土层中的渗灌管渗出，凭借土壤毛细毛管作用给作物根系供水的一种先进的灌水方法[14]。

（1）渗灌在国外的研究动向。

19世纪70年代，渗灌技术在国外才开始出现，一般是將地面滴灌中使用的灌水器直接埋入地下，并在灌溉系统中通过安装真空阀防止系统内产生负压引起的灌水器堵塞问题。20世纪80年代中期，美国GAIA技术公司发明了利用70%汽车废旧橡胶轮胎为原料，添加少量普通塑料，采用先进的加工工艺制成多孔优质的渗水灌溉管，通过管壁上的透水微孔直接向作物供水供肥的灌溉方式。此后，法国、日本等国也先后研制成功了以聚乙烯，废橡胶轮胎为原料的渗灌管。目前，渗灌已在美国、法国、日本以及中东地区的部分国家被广泛应用于温室、大田、果园及绿化等灌溉[15]。

（2）渗灌在国内的研究动向。

20世纪70年代后期，我国出现了利用黏土烧制的瓦管来进行地下渗灌，取得了一定的效益，但同时存在许多问题，如管材易破碎，管壁孔易堵塞等。后来，又采用了人工扎孔的塑料管埋入地下来进行地下渗灌，主要用于果树等大田作物进行灌溉。20世纪80年代中期我国开始建设渗灌工程试点，这一期间，中国水利院、清华大学等单位开展了大量试验研究，但遗憾的是未能得到推广和应用。之后在引进国外设备的基础上进行了聚乙烯材料来作为渗灌系统的开发和研制，在1989年虽然通过了成果技术鉴定，但还是没有得到推广和应用。就目前我国渗灌技术状况来看，仍属于起步阶段，从渗灌器、管道系统到渗灌技术参数等方面都存在着一系列仍需解决的问题，应引起人们的高度重视[16]。

（3）渗灌技术的优缺点。

优点：

①节水，节能。由于渗灌是一种地下灌溉方式，株间蒸发减少，能有效控制灌水量，节约灌水;渗灌除了节约水能源还属于低压灌溉，灌水压力一般为5.88～29.4 kPa。

②降湿显著。当用于棚室灌溉时，由于渗灌只湿润作物，表土干燥，从而减少了地表土壤的蒸发，降低了棚室内空气的相对湿度。

③减轻病虫害。由于很多病虫害都是在高温条件下产生的，渗灌能有效降低空气的相对湿度，从而减少病虫害的发生。

④抑制杂草。由于渗灌是在地下灌水，所以表层土壤干燥，因此能抑制杂草的生长。

⑤提品增产增收。由于渗灌的供水效果好，供水稳定，有利于作物对水分和肥料的吸收，从而能够提高作物品质和增产增收。

缺点：

①易堵塞。与滴灌存在相同的问题，直接影响渗灌系统的使用寿命。

②灌水均匀度不易控制。由于工作压力和易堵塞的原因，致使渗灌的灌水均匀度难以控制，严重影响渗灌的灌水质量。

③种子的发芽和苗期生长受限。渗灌同滴灌一样，都是土壤表层供水不足影响种子生长发育。

④埋深。耕作和深层渗漏之间存在矛盾，耕作要求渗灌管有一定的埋深，而埋深太大又会出现深层渗漏。

⑤渗灌技术还不是很成熟，从理论到设备都还很不完善。

2 发展节水灌溉的几点建议

2.1 因地制宜[17]，坚持科学发展节水灌溉

纵观我国的农田灌溉史，从沿袭了几千年的大水漫灌，到如今的科学节水灌溉。漫灌已经慢慢淡出人们的视野，喷灌、微灌等节水灌溉方式逐渐被人们发现、

接受和利用。喷灌技术经过漫长的发展和不断进步，现已较为成熟，在我国各地区已广泛应用。微灌中滴灌、渗灌技术虽然还不是很成熟，但节水效果显著，已广受青睐，目前在我国很多地区已被采用。因为节水灌溉方式和技术是历代科研人员的成果结晶，又因为各种灌溉方式的不同，特点也不同，所以必须坚持因地适宜的原则[18]，选择某种灌溉方式科学、合理地融入当地农业耕作制度中。

2.2 因地制宜，坚持以经济为中心发展节水灌溉

我国幅员辽阔，各地自然地理条件，经济条件，农业生产发展水平，农业作物布局和管理水平差别都较大。应在充分考虑各地发展的实际情况的基础上，量力而行来发展某种灌溉方式。任何先进的技术是否有旺盛的生命力，能否大面积推广，关键在于是否有更高的经济效益。喷灌与微灌相比，滴灌、渗灌工程投资相对较大，必须要有高产出、高效益来支撑，选择这种灌溉方式之前必须做好投资分析和经济评价，以其显著的经济效益来吸引农民的投资。滴灌、渗灌作为最先进的节水灌溉方式，具有明显的节水效果，与其他先进技术相结合，增产增收，能推动生产力的发展，创造出更显著的经济效益[19]。

2.3 因地制宜，坚持与环境相适应原则发展节水灌溉

我国幅员辽阔，各地地理环境，地形、水源、气候分布也大不一样，因此耕地的环境也大不相同。例如：受气候影响，在北方大田滴灌与渗灌的应用受到限制;受季风性影响，喷灌在这些地区难以发挥其优势;受地形影响，在某些高山丘陵地区影响喷灌机组的运行，采用固定式又达不到微灌的效益;受水源的影响，与水源的距离也决定了选择何种灌溉方式。因此，坚持与环境相适应的原则，从当地的实际出发，结合各种灌溉方式的特点优点，与当地环境相协调、合理科学地发展节水灌溉。

3 结语

通过分析我国节水灌溉的现状，指出我国急需发展节水灌溉的趋势。通过分析各种灌溉方式的特点（优点和缺点）以及各种灌溉方式在国内外的发展状况，使大家进一步了解什么是节水灌溉。最后是对发展节水灌溉的一点建议，因地制宜，合理科学地选择灌溉方式，才可达到生产效益与节水目的双赢的结果。

参考文献

[1]逢焕成.我国节水灌溉技术现状与发展趋势分析[J].中国土壤与肥料，2006（5）：1-6.

[2] 李训喜.中国水利年鉴2011[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[3] 李佳娥.浅析我国喷灌技术的发展对策[J].山西农业大学学报：社会科学版，2005（4）：415-417.

[4] 彭世彰，丁加丽.国内外节水灌溉技术比较与认识[J].水利水电科技进展，2004，24（4）：49-52.

[5] 路振广，黃贯章，李世月.关于喷灌发展问题的再认识[J].节水灌溉，2003（3）：17-18.

[6] 胡笑涛，康绍忠，马孝义.地下滴灌灌水均匀度研究现状及展望[J].干旱地区农业研究，2000，18（2）：113-117.

[7] CAMP C R.Subsurface Drip Irrigation：A Review[J].Transactions of the ASAE，1998，41（5）：1353-1367.

[8] 程先军，许迪，张昊.地下滴灌技术发展及应用现状综述[J].节水灌溉，1999（4）：13-15.

[9] 李道西，罗金耀.地下灌溉技术的研究及其进展[J].中国农村水利水电，2003（7）：15-17.