农田水利建设中的节水灌溉技术种类及发展趋势

丁慧颖

农田水利建设是农业生产的基础，而节水灌溉技术则是提高农田水利效益的重要手段。本文主要介绍了农田水利建设中的节水灌溉技术，包括喷灌技术、滴灌技术、地下滴灌技术以及雨水收集利用等技术，并分析了各种技术的优缺点和适用范围。同时，还探讨了未来节水灌溉技术的发展趋势，如智能灌溉系统、新型灌溉设备、水资源循环利用技术等。

随着人口的增长和经济的发展，水资源的短缺问题日益突出，农田水利建设中的节水灌溉技术成为解决这一问题的关键。节水灌溉技术不仅可以节约水资源，提高水资源利用效率，还可以改善农田生态环境，提高农作物产量和质量。因此，研究和发展节水灌溉技术具有重要的理论和实践意义。

一、节水灌溉技术的原理

农田水利建设节水灌溉技术是一种以科学管理和高效利用水资源为目标，通过采用先进的灌溉方法和设备，实现农田水分的精確控制和合理利用的技术，节水灌溉技术主要包括滴灌、喷灌、微灌等多种形式，每种形式都有其特定的适用条件和优势。节水灌溉技术不仅可以缓解水资源紧缺的问题，还能提高水资源的利用率，对促进农业的长远发展也有重要作用。

二、传统灌溉技术存在的问题

1、水资源浪费

传统灌溉技术存在着不合理的大水量供给，这导致了水资源的严重浪费。首先，传统灌溉技术通常采用大面积灌溉方式，即将大量的灌水均匀地分布在整个农田表面。由于土壤的不均匀吸水性和作物根系分布的离散性，大面积灌溉造成了大量的水分蒸发、淋洗和流失。其次，由于缺乏精确的监测和控制手段，传统灌溉技术无法准确预测作物的水需求，导致水量过大或过小，浪费了大量的水资源。再次，传统灌溉技术还存在着渗漏和破坏性排水等问题。由于传统灌溉系统的管道老化或构造不完善，会出现大量的渗漏现象，使得灌溉水无法完全到达作物根系区域。最后，传统排水系统的设计不合理，使得排水效果不佳，导致灌溉水在农田中滞留过长，增加了水分蒸发和土壤中盐分积累的可能性。

2、土壤盐碱化

首先，传统灌溉技术中的泛滥灌溉方式会导致土壤表层因过度湿润而蒸发水分，使盐分逐渐累积在土壤表面。这种过量的水分蒸发会使土壤渗透层深度不足，盐分难以下渗，从而加剧土壤盐碱化问题。其次，传统灌溉技术中常使用地表灌溉方式，如开沟、引水灌溉等，这些方法无法准确控制灌溉水量和灌溉时间，导致土壤内的盐分淋洗不彻底，造成土壤盐碱浓度持续升高。再次，传统灌溉技术对于土壤的盐碱分布状况了解较少，无法准确评估土壤的盐碱化程度和影响范围。缺乏对土壤盐碱情况的精准监测和预测，难以采取相应的措施来避免和修复土壤盐碱化。最后，传统灌溉技术中常使用大量地表水源灌溉，如河流、湖泊等。随着人口增加和气候变化等因素的影响，这些水源面临供应不足的风险。因此，依赖传统灌溉技术可能加剧水资源紧缺问题，并对土地的盐碱化状况产生不利影响。

3、农田排水困难

传统开沟灌溉一般采用开沟或挖沟的方式，将水源引入农田进行灌溉，由于沟渠通常不具备良好的排水能力，当降雨较多或灌溉过度时，很容易导致农田内积水过深，影响作物生长，且对排水系统的建设和管理不够重视，排水设施缺乏规划和维护，导致农田排水效果不佳。传统排水系统通常是简单的沟渠和渠道，没有完善的设计和构造，难以有效地排除农田内的积水。同时，由于长期缺乏维护和清理，堵塞和破损的情况较为常见，进一步加剧了农田排水困难的问题。此外，传统灌溉技术容易导致土壤结构紧实，影响了土壤的排水性能。传统灌溉方式中常常使用大量的水进行浇灌，缺乏合理的水分调控和管理，导致土壤过度湿润，长期以来，农田内的土壤往往变得结实、板结，排水能力下降。

三、现有农田水利建设中的节水灌溉技术

1、喷灌技术

喷灌技术通过将水以细小的颗粒状喷射或喷雾方式供给作物根系，实现对植物的准确供水。该技术在农田水利建设中被广泛应用，具有许多优势，如高效节水、均匀灌溉、适应性强等。首先，喷灌技术可以实现高效节水。相比于传统的灌溉方式（如沟渠灌溉、引水灌溉等），喷灌技术能够精确控制水量和水流速度，将水直接送到作物根系附近，减少了水分的流失和蒸发，从而节约了用水量。通过合理调整喷灌系统的设计参数，如喷头数量、布置方式、喷头压力等，可以进一步提高喷灌技术的节水效果。其次，喷灌技术能够实现均匀灌溉。喷灌系统中的喷头可以进行定向调节，根据农田地势和作物的需水特点，合理布置和调整喷头位置，使水流能够均匀地覆盖整个农田。这样可以避免出现某些区域过湿、某些区域过干的情况，提高作物生长的一致性和稳定性。此外，喷灌技术具有适应性强的特点。喷灌系统可以根据不同作物的生长需求进行调整和改进，灵活适应不同作物的需水特点和栽培方式。同时，喷灌技术在农田水利建设中还可以结合其他辅助设施，如土壤水分监测系统、自动化控制系统等，实现水量的精确控制和智能管理，提高整体的农田水利效益。

2、滴灌技术

滴灌是将水通过管道输送到农作物根部，通过微型喷孔或滴孔逐滴滴入土壤，实现精准浇灌。滴灌技术可以最大限度地减少水分蒸发和流失，提高水分利用效率。首先，滴灌技术采用了特殊的滴灌管道系统。该系统由主管道、支线管道和滴头组成，主管道与水源相连，通过支线管道将水分配到滴头上。滴头由微小的孔隙组成，水通过这些孔隙以滴水的方式滴入作物的根系区域。这种设计使得滴灌技术能够将水精确地供应给作物根系，并最大限度地减少水的蒸发和渗漏。其次，滴灌技术可以根据作物的需水量和生长阶段进行灵活调节。滴头的数量和间距可以根据作物的需水量和土壤的湿度状况进行调整，从而保证作物根系得到适量的水分供应，在不同的生长阶段，滴头的流量和时间也可以进行调控，以满足作物的不同需水量，避免水分的过量或不足。最后，滴灌技术具有高效用水的特点。相比传统的冲灌和喷灌技术，滴灌技术能够将水分直接供应给作物根系，减少了水分的损失。同时，由于滴头向作物根系供应水分的方式是渗透式的，减少了土壤表层的湿度，降低了蒸发速率，进一步提高了水的利用效率。因此，滴灌技术可以在相同的灌溉面积下，实现更高效地用水和更好的作物生长效果。

3、地下滴灌技术

地下滴灌是一种将滴灌技术应用于地下灌溉系统的方法。通过在土壤中埋设滴灌管道，将水滴直接输送到植物根区，减少水分蒸发和流失。地下滴灌技术有助于提高水分利用效率及作物的生长。地下滴灌系统由滴灌管道、滴灌器、接头和管道配件组成，滴灌系统中的主要组件是滴灌管道，由聚乙烯材料制成，这种管道具有抗老化、耐腐蚀和抗压等特性，滴灌器位于滴灌管道上，负责控制水分的滴出速度和流量，常见的滴灌器有压力补偿型和非压力补偿型滴灌器，前者能够保持恒定的滴出速度，后者则随水压变化而改变滴出速度，接头和管道配件用于连接滴灌管道和水源的接头，以及连接滴灌管道之间的管道配件。地下滴灌技术可以减少水分蒸发和地表径流，并减少因为风吹和蒸发导致的水分损失。相比传统的喷灌技术，地下滴灌技术的节水效果更为明显，地下滴灌技术还可以精准地将水分直接送到作物根系区域，避免了浪费在非生长部位的水分。这样可以提高作物根系的含水量，增加生长潜力，提高产量和质量，且地下滴灌的管道埋设在土壤中，不會占用耕地表面空间，对于小型农田和不同形状的土地都具有较好的适应性。使用过程中，相关人员需要根据作物类型、土壤条件和坡度等因素进行滴灌管道的合理布局，确保水分均匀分布，定期检查和清洗滴灌管道，防止滴孔堵塞和渗漏等问题，根据作物需水量和生长阶段，合理安排灌溉频率和时机，避免水分过多或不足。

4、雨水收集利用技术

雨水收集利用技术是滴灌技术在农田水利建设中的一种节水灌溉技术，它通过收集和储存降水，将其有效地利用于农田灌溉，以减少对地下水和地表水的依赖，实现节水的目的。首先，雨水收集利用技术需要建设雨水收集系统，这包括雨水收集器、滤清器和储水设施等组成部分。雨水收集器用于收集雨水并将其导入滤清器，滤清器可以去除雨水中的杂质和污染物，收集的雨水经过滤清器后，会被储存于储水设施中，如地下水库、水塔或水箱等。其次，雨水收集利用技术需要进行雨水储存管理，这包括对储水设施的监测和维护，确保其正常运行和储水量充足。同时，还需要进行雨水的调度和分配，根据农田的需水情况合理利用储存的雨水进行灌溉。另外，为了提高雨水的利用效率，雨水收集利用技术通常与其他节水灌溉技术结合使用。例如，可以将收集的雨水与滴灌系统结合，通过滴灌方式将雨水准确地输送到作物根系附近，提高灌溉水的利用效率和作物生长的水分利用效率。为了保证雨水的质量和安全性，雨水收集利用技术还需要进行预处理和后处理。预处理包括对雨水进行除杂、杀菌等处理，以减少雨水中的悬浮物和病菌。后处理则包括对储存的雨水进行消毒和过滤等处理，确保供灌溉的雨水符合卫生标准。

四、节水灌溉技术的发展趋势

1、智能灌溉系统

智能灌溉系统是农田水利建设中节水灌溉技术的重要发展方向，随着科技的进步和农业的发展，传统的灌溉方式存在浪费水资源、不适应作物需水变化等问题。因此，研发智能灌溉系统成为解决这些问题的关键。智能灌溉系统基于先进的传感器技术、通信技术、控制算法等，可以实时监测和感知农田的环境参数以及作物的需水情况，通过智能分析和决策，精确调控灌溉水量和灌溉时间，从而实现高效节水灌溉。下面讨论智能灌溉系统的几个关键技术：

①传感器技术：智能灌溉系统依靠各类传感器对土壤水分、气象条件、作物生长状态等进行实时监测。传感器技术的发展使得数据采集更加准确和高效，可以提供准确的环境信息，为灌溉决策提供依据。

②数据处理与算法：智能灌溉系统通过对传感器数据的分析和处理，利用机器学习算法和决策模型，对土壤水分、作物需水等进行动态预测和优化调控。这些算法可以根据不同作物的需求和生长周期，合理安排灌溉量和灌溉时间，实现精准灌溉。

③通信技术：智能灌溉系统需要将传感器获取的数据、决策结果等信息进行实时传输和交互，因此需要依靠先进的通信技术，如物联网、无线传感网络等。这些技术可以实现系统内各个部件的联动和协作，保证实时性和稳定性。

④智能控制器：智能控制器是智能灌溉系统的核心设备，负责接收传感器数据并执行灌溉策略。智能控制器一般具备自主学习和自适应调节能力，可以根据环境变化和作物需求进行智能决策并控制灌溉设备的运行。未来，随着技术的不断创新和突破，智能灌溉系统将更加智能化、自动化，并能与其他农业管理系统进行有机结合，实现现代化、科学化的农田水利建设。

2、新型灌溉设备

随着农业水资源的日益稀缺和环境保护意识的提高，农田水利建设中的节水灌溉技术正不断发展。新型灌溉设备在这一背景下应运而生，并且呈现出以下几个发展趋势：首先，新型灌溉设备将更加注重精确测量和控制。传统的灌溉设备通常无法精确测量土壤水分含量和作物需水量，导致水资源的浪费和生产效率的低下。而新型灌溉设备则使用先进的传感器和自动控制技术，能够实时监测土壤水分状况和作物生长情况，并根据实际需求进行精确的水量供给，实现灌溉的精细化管理。其次，新型灌溉设备将更加注重节水效果的提升。节水是当前农田水利建设的重要目标之一。新型灌溉设备将采用更高效的灌溉方式，如滴灌、微喷灌、喷雾灌等，以减少水分的流失和蒸发。同时，新型灌溉设备还会结合水肥一体化技术，实现水肥配合的最优化，进一步降低用水量，提高灌溉效率。最后，新型灌溉设备还将注重节能和环保。在设计和生产过程中，新型灌溉设备将大力推广采用节能材料和技术，降低能源消耗。同时，新型灌溉设备还将采用环保材料和工艺，减少对环境的污染。例如，使用可降解材料制造灌溉管道，减少废弃物的产生；引入清洁能源供电，减少排放。

3、水资源循环利用技术

首先，农田排水回用是水资源循环利用的一种重要技术。通常情况下，农田灌溉会产生大量的农田排水，这些排水含有一定的养分和溶解质，如果能够对排水进行有效地处理和回用，既可以减少对地下水的开采，又能够充分利用排水中的养分。目前，常用的农田排水回用技术包括土地排水系统、人工湿地处理系统和生物反应器等，这些技术可以将农田排水进行处理，使其达到灌溉要求，同时减少对清洁水资源的需求。另外，农田水利建设中还存在一些新型的水资源循环利用技术。例如，灌溉用水和饮用水的联合供水技术，可以将市政用水和农田灌溉用水进行集成供应，通过科学的管网设计和水质处理，将饮用水的剩余部分用于农田灌溉，实现水资源的综合利用。此外，还有基于土壤水分传感器和遥感技术的智能化灌溉系统，可以根据土壤湿度和气象条件等数据，自动控制灌溉水量和灌溉时间，实现精准灌溉，降低水分的浪费。

总而言之，农田水利建设中的节水灌溉技术是农业生产中的重要环节，它不仅关乎农作物的产量和质量，更关乎我国农业的可持续发展。随着科技的进步和社会的发展，节水灌溉技术也在不断地发展和创新，为我国的农田水利建设提供了强大的技术支持。在未来，节水灌溉技术的发展趋势将更加明显，通过引入物联网、大数据等先进技术，可以实现对农田水分的实时监测和智能控制，大大提高了灌溉的效率和精度。我们期待着节水灌溉技术在未来能够更好地服务于我国的农业生产，为我国的农业发展做出更大的贡献。