农业节水灌溉技术措施探讨

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摘要：本文对当前农业灌溉用水的现状进行分析，进而提出了灌溉节水措施，包括应用节水灌溉技术和有效利用土壤水，以期为农业节水提供参考。

关键词：农业；节水灌溉；土壤水

我国是水资源大国，水资源总量居世界第六位，但人均水资源不到世界水平的25%，而农业灌溉用水约占总水量的70.4%。由于农田水利工程不配套、灌溉技术落后、管理不善等原因，灌溉水利用率仅为30%左右，其余70%白白流失。在广大的南方地区，农户依旧采用较为原始的灌溉措施，水分利用率较低，加上近年来干旱问题严重，如何节约农业灌溉用水是保障农业发展的重要前提。提高农业节水灌溉技术可减少农业用水量，对水资源保护具有重要的意义。我国传统的灌溉方式主要是采用土渠、大水漫灌，耗水量大、效率低，目前许多地区开始推广采用现代节水灌溉技术[1-2]。现代节水灌溉技术的核心有2点，一是减少从水源进入农田直至被作物吸收利用整个过程中的无效损失，包括输水的沿途漏失、土壤深层渗漏和土层表面蒸发等；二是充分挖掘土壤水的潜力，根据土壤水的含量和作物需水情况，决定灌溉时机和灌水量。

1节水灌溉技术

1.1管道输水

管道输水主要采用低压管道代替明渠输水到田间地头。管道输水的优点是减少沿途漏失和蒸发损失，输水利用率可达95%~97%，较土渠输水节水30%，较硬化渠道输水节水5%~15%；若配置地面移动闸管系统和先进的灌水方法，还可再省水30%。此外，管道输水还具有减省能耗、占地少、输水及时、便于管理、投资少、见效快等优点[3-4]。

1.2渠道防渗

渠道防渗是我国应用最为广泛的节水灌溉技术，适用于所有的输水渠道。渠道防渗的目的是减少土渠的渗漏，防止水量沿途损失过多。渠道防渗所选用的材料可根据当地情况而定，防渗方法有草皮护面、黏土衬砌、石料衬砌、混凝土或沥青护面等。对于透水性强的砂质土渠可用黏土压实护面，厚度一般为10~15cm，表面盖以砂土和砂砾。这种防渗方法投资小，但不耐冲刷。在石料丰富的地区宜采用浆砌块石护面，其防渗效果较好，且坚固持久、抗冲耐磨。在有条件的地区还可以采用混凝土护面或采用配有钢筋的U型预制件渠道，可使渠水利用系数达0.97~0.98，具有坚固耐用、流速快、不易淤积、抗压、抗冻等优点。

1.3喷灌、微灌、渗灌技术

喷灌是利用专门设备将水加压或利用自流水头，通过喷头将水喷射至空中，散成细小水滴均匀散布在田间的一种灌溉方式。喷灌与地面漫灌相比可省水30%~50%，对透水性强、保水能力差的砂质土省水可达70%以上，但灌水设备一次性投资大。微灌包括滴灌、微喷灌、涌流灌，是将适量的水送到作物根部附近的土壤表层。这种灌水方式基本上不产生深层渗漏，较地面漫灌省水50%~70%，较喷灌省水15%~20%；其另一优点是适应性强，可适用于山丘、坡地、平地等各种地形。缺点是一次性投资高，灌水器易堵塞，所以一般常用于局部灌溉。膜上灌是将塑料薄膜覆盖在田间，在植株处留孔使之可以从孔中钻出，这些孔也是渗水孔，灌溉时水从渗水孔进入植株根部。由于减少了土面蒸发，灌水定额可大幅度降低。应该注意的是，喷灌、滴灌、渗灌一般可减少或不产生深层渗漏，提高水分利用率；但对于干旱地区或采用劣质水灌溉的地区，会因缺少深层渗漏而不利于土壤脱盐，易产生次生盐渍化问题。

2土壤水的有效利用

近年来，土壤水的有效利用已成为发展节水农业的重要研究课题[5]。事实上，喷灌、滴灌、渗灌之所以省水，除方法本身具有不产生深层渗漏、减少土面水分蒸发等优点外，更重要的是充分利用了土壤水。土壤水是指可被植物根系吸收利用的地表浅部土壤孔隙中的水，是植物可以直接利用的水资源形态。无论是灌溉水，还是大气降水，都要转化成土壤水后才能被植物根系吸收。土壤水的分布与气象条件、降水分布特征、包气带岩性及厚度、微地貌、土地利用等有关，并在土壤层垂直向上呈现有规律的变化。当土壤水的含量超过田间持水量时，会发生深层渗漏，出现土壤水补给潜水情况；反之，植物根系层的土壤水含量达到作物凋萎水量时，植物就不能正常生长。因此，根系层的土壤含水量和作物的凋萎含水量指标是决定是否灌溉的主要依据。田间墒情的监视和预报已成为现代农业灌溉系统中的一个重要组成部分，也是节水灌溉技术获得预期效果的保证。根据土壤水的时空变化规律，国外在20世纪80年代提出了充分利用土壤水的另一种灌溉技术———间歇灌。间歇灌是用自动控制器间断送水入地，灌水间隔和供水量根据土壤墒情、作物的种类和生长期而定，这种方法的先进性在于充分考虑了土壤水的运动规律。当再次灌水时，土壤浅部含水量已降低，可再吸持水分又减少深层渗漏，同时减少肥分围环境的监测，比如土壤、大气、水环境、杂草等的监测。目前，传感器在大棚种植中有显著效果，例如技术较为成熟的大棚智能监测系统。在此系统中，温度传感器、湿度传感器、光传感器等实时监测育种环境使其作物达到最优生长的条件；土壤传感器实时监测土壤水分、不同土层温度、土壤pH值、氮、磷、钾等农药化肥元素等，进而精准传递土壤水分和土壤颗粒组成的信息；二氧化碳传感器可以实时监控植物生长环境中二氧化碳的含量以保障植物光合作用；新兴的杂草检测传感器技术可以进行杂草识别达到除草自动化等。相应地，在禽畜饲养领域的动物育种繁殖、生存环境等环节也需要应用传感器。例如，育种使用生物传感器；生存环境采用气敏传感器、温度传感器、湿度传感器、光电传感器等，及时调整饲养方案，提高饲养质量。

3.3在加工储存中的应用

传感器在加工储存上的应用主要是监督农产品质量安全。在分类加工成熟的农作物过程中，根据农作物特有的性质进行相应的传感器检测。例如，根据水分传感器来判断蔬菜新鲜程度。同样地，在储存过程中，温湿度传感器实时监测仓库存储环境，确保农产品保持良好的存储状态。

4传感器在智慧农业上的未来发展趋势

《国家乡村振兴战略规划（2018—2022年）》指出大力发展数字农业，实施智慧农业工程和“互联网+”现代农业行动，鼓励对农业生产进行数字化改造，加强农业遥感、物联网应用，提高农业精准化水平。发展智慧气象，提升气象为农服务能力[6]。在此情形下，实现智慧农业数字智能化和加强与其他现代科学技术相融合是大势所趋。对于智慧农业来说，传感器是实现智慧农业的最基础，也是最必不可少的“探头”工具。随着物联网和人工智能技术的逐渐成熟和传感器行业的飞速发展，传感器也向更加微型化、集成化和智能化等方向发展。成本低、功耗小、使用简单的无线传感器网络就是实现传感器集成化的一种技术，也是精准农业体系中至关重要的一部分。无线传感器网络是一种集成传感器并通过无线通信进行感知、采集、处理传输网覆盖区域内被感知对象的信息的分布式传感网络。在农业生产中，该技术主要用来获取环境信息，也是目前使用最广泛的一项技术。无线传感器网络为智慧农业发展和真正实现农业精准化水平发挥了重要的促进作用。比如，未来需要发展的智能农业机器人。一个集多种传感器于一身且可以智能操纵的机器人，不仅可以代替人工实现更加精确的信息数据获取和田间劳作，还可以配合大数据平台得到更合适的治理方案。同样，在遥感领域，无线传感器网络在实现地形分析、灾害研究、病虫害监控和植保无人机等占有主导地位。此外，传感器和物联网、云计算等技术的结合可以打造一个智能化、数字化的多功能智慧农业平台，也是实现传统农业向现代农业过渡的重要节点。一方面，可以对传感器所测的数据进行信息整理，整个过程的数据分析、决策支持、远程控制、灾变预警等也同样需要平台处理；另一方面，通过与物联网技术的融合，不仅能够完善农产品电商平台的构建，还可以打破农业市场时间和地理的限制性因素，促进农村经济新业态。

5参考文献

[1]王辉，汤文亮，王永祥.江西省智慧农业PPP模式发展历程及现状分析[J].安徽农业科学，2018（2）：174-176.

[2]新华社.2019年中央一号文件撷要[J].新农业，2019（6）：7-10.

[3]张建召.论传感器技术的应用及其发展[J].黑龙江科技信息，2010（11）：30.

[4]姚金霞，王利，郭鹏，等.传感器在农业领域的应用现状及发展趋势[J].四川农业与农机，2019（1）：26-27.

[5]马雪丽，王宏阳.农业机器人中的传感器技术[J].智库时代，2019（37）：291-291.

[6]中共中央政治局召开会议审议《乡村振兴战略规划（2018-2022年）》和《关于打赢脱贫攻坚战三年行动的指导意见》[J].实践（思想理论版），2018（6）：12-13.

作者：赵云鹏 张立军 单位：吉林省双辽市农村供水服务中心