北方半干旱地区农业节水灌溉常用技术及应用研究进展

矫丽娜 叶建全 战海云 芦雪 李雪峰 姚影 庄健楠 李莹莹

摘 要：该文介绍了北方半干旱地区农业节水灌溉常用技术，综述了农业节水灌溉常用技术应用研究进展，以期为更大范围的应用推广提供参考。

关键词：农业节水灌溉;灌溉水利用效率;浅埋滴灌

中图分类号 S275文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）09-0124-02

2003—2015年，我国粮食产量不断实现突破，取得了历史性的“十二连增”，用仅占世界9.85%的耕地养活了占世界19.84%的人口。我国粮食产量的提高和农业灌溉密不可分，但我国水资源存在总量不足，且存在时空分布不均衡，水资源年内、年际变化大，水资源和耕地资源错配、农业水资源的综合利用效率较低等问题[1]。2019年全国用水总量为6021.2亿m3，农业用水量3682.3亿m3，农业用水量占全国用水总量的61.2%，耕地实际灌溉平均用水量5520m3/hm2，农田灌溉水有效利用系数0.559，与发达国家（0.7～0.8）相比差距较大。因此，发展农业节水，提高农田灌溉水分利用效率对于保障我国水资源的高效利用和农业可持续发展，具有重要的战略意义。

1 北方半干旱地区农业节水灌溉常用技术

1.1 低压管灌 低压管道输水灌溉简称管灌，在田间灌水技术上仍属于地面灌溉类，它是以管道代替明渠输水灌溉的一种工程形式。灌水时使用较低的压力，通过压力管道系统，把水输送到田间沟、畦，灌溉农田。其主要优点是可有效减少水资源输流过程中的损失，低压管灌所需设备相对简单，成本较低。

1.2 喷灌 喷灌技术是指借助水泵加压或自然落差形成的压力将水输送到田间，再经喷头喷射到空中，均匀地喷洒在田间灌溉的方法[2]。喷灌技术具有节水、省工、保土、适应性强、增产等优点，但也具有投资高、受风影响大和能耗大的缺点。

1.3 滴灌 滴灌是将种植技术与滴灌技术相结合的一种高效节水灌溉技术，滴灌利用管道系统供水，使灌溉水成滴状、缓慢、均匀、定时、定量地浸润作物根系发育区域，使作物主要根系区的土壤始终保持在最优含水状态。其主要优点是每次灌溉用水量少;干、支管道埋在地下，可节省沟渠占地;随水滴施肥，可减少肥料流失，提高肥效;灌水效果好，能适时适量地为作物供水供肥，不致引起土壤板结或水土流失，且能充分利用细小水源。

1.3.1 膜下滴灌 膜下滴灌是将地膜覆盖与滴灌技术相结合的一种灌水施肥技术，滴灌带上方铺设地膜，以减少水量蒸发，起到保水保墒，增加土壤积温和微生物活性的作用，但地膜使用完降解困难，造成土壤、环境污染，且增加生产成本和回收人工投入。

1.3.2 浅埋滴灌 浅埋滴灌水肥一体化模式是在传统的膜下滴灌技术基础上创新改进而来，玉米宽窄行种植的前提下，将滴灌带浅埋于窄行行间地表土壤中2～4cm处，实现水肥一体化的高效节水灌溉模式[3]。其诸多优势可以概括为“五省四减三增三提两促进”，“五省”即省水、省电、省时、省地、省工;“四减”即减肥、减药、减膜、减成本;“三增”即增产、增效、增加农牧民收入;“三提”即一是提高玉米标准化生产水，二是提高现代化农业生产效率，三是提高生态效益;“两促进”即一是促进了生产方式的转变，由一家一户分散种植向规模化种植转变，二是促进了经营方式的转变，由數量型向质量型发展。

2 农业节水灌溉常用技术应用研究进展

2.1 节水灌溉常用技术对土壤水和地温的影响 灌溉水利用系数是衡量灌区从水源引水到田间作用吸收利用水的过程中水利用程度的一个重要指标。张卓通过分析通辽市西辽河井灌区2013—2015年灌溉水利用系数，结果表明，管道输水灌溉的灌溉水利用系数为0.783，喷灌为0.851，滴灌为0.866，而传统地面灌为0.635[4]。水分利用效率是植物每消耗单位含水量生产干物质的量，灌溉水利用效率是植物生育期内消耗单位灌水定额生产干物质的量。在大田滴灌条件下，降解地膜与普通地膜分别比不覆膜水分利用效率分别提高20.6%、20.9%，苗期至拔节期5～10cm土壤的平均温度提高1.81℃、2.80℃[5]，覆膜可有效提高土壤耕层温度，促进作物生长[6]。与不覆膜滴灌比，覆膜通过改变冠层辐射能量分配降低了玉米田蒸发蒸腾总量，水分利用效率提高12.0%～13.1%[7]。王建东等研究表明，在常规地表滴灌基础上，结合覆膜和浅埋措施，能有效降低作物垄间棵间蒸发量，浅埋滴灌处理玉米的水分利用效率最高，比地表滴灌和膜下滴灌分别高16%、5.9%，覆膜和浅埋滴灌能明显延长气温对地温的影响作物，提高了土壤积温;与膜下滴灌比，浅埋滴灌有效地降低了滴灌带附近温度，平均降低0.89℃[8]。

从工艺节水角度看，滴灌技术灌溉水利用系数高于其他灌溉方式;从农艺节水角度看，滴灌技术水分利用效率和灌溉水利用效率均高于喷灌，喷灌高于低压管灌。近几年浅埋滴灌技术才开始示范推广，不同灌溉模式下水分利用效率与灌水利用效率的研究较少。根据目前已有的研究结果表明，与膜下滴灌比，浅埋滴灌节水效果最优，充分说明工艺节水措施与农艺节水措施相结合的重要性。

2.2 节水灌溉常用技术对作物产量的影响 低压管灌、膜下滴灌和喷灌3种节水灌溉方式，灌水定额相同时，在整个生长期内，玉米生物量膜下滴灌高于喷灌，喷灌高于低压管灌，膜下滴灌实际产量大于喷灌2.85%，大于低压管灌7.83%，喷灌大于低压管灌4.84%[9]。李金琴等[10]开展了不同节水种植模式对玉米产量影响的研究，结果表明，灌水量相同时，膜下滴灌玉米产量高于无膜浅埋滴灌。大量研究表明，干物质积累和运转决定着作物籽粒产量的高低，玉米籽粒产量在很大程度上取决于玉米生育后期的光合作用，生育后期的光合生产干物质对籽粒的贡献率在78.0%～84.0%[11-13]。杨恒山等[14]研究了灌溉方式对西辽河平原玉米产量及水分利用效率影响，连续2年试验结果表明，干物质转运率及干物质转运量对籽粒的贡献率均表现为浅埋滴灌>传统畦灌>膜下滴灌，玉米籽粒产量浅埋滴灌均高于膜下滴灌和传统畦灌。

从前人的研究可以看出，作物籽粒产量滴灌>喷灌>低压管灌，膜下滴灌和浅埋滴灌对作物籽粒产量的影响研究结果不一。研究可能受耕地地力条件，农机播种出苗率等因素的影响，因而需要进一步研究探讨。

3 结语

农业节水对我国农业可持续发展意义重大，农业生产中仅凭农业工艺节水灌溉技术很难达到灌溉水资源高效利用，必须工艺节水、农艺节水和管理节水技术结合发展;同时我国幅员辽阔，气候复杂多样，降水地区差异大，因此，农业节水应针对本地区气候、降水、土壤、种植作物等因素，因地制宜，研究和探索适宜当地的节水技术模式。

参考文献

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[14]杨恒山，薛新伟，张瑞富，等.灌溉方式对西辽河平原玉米产量及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2019，35（21）：69-76.

（责编：张宏民）