农业节水增产农艺技术措施分析_潘玉忠

56 农 机 使 用 与 维 修 2023 年第 2 期

(c)1994-2023 china Academic Journal Electronic publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

0 引言

水资源已经成为制约农业生产和国民经济发 展的瓶颈，农业灌溉用水与工业、生活、环境用水竞 争日趋紧张［1］ 。 目前，我国农业灌溉主要包括 喷 灌、沟灌、垄灌及滴灌。其中沟灌和垄灌用水粗放 无度，在当代农业生产中已经逐渐摒弃，目前应用 最为广泛的节水灌溉措施主要为渠道防渗、喷灌、 微喷灌和滴灌［2］ 。本文通过对目前不同农业节水 灌溉方式、农业节水灌溉技术对土壤环境及作物生 长的作用机理进行系统地分析，并提出未来应进一 步发展多元化农业节水灌溉技术及田间智能灌溉 技术，以期为进一步提高农业用水效率、优化农业 灌溉技术，为农业可持续发展提供理论依据。

1 不同农业节水增产技术应用现状分析

1. 1 渠道防渗技术

我国西北干旱及半干旱地区水分蒸发严重、土

作者简介 : 潘玉忠 ( 1974—) ，男，黑 龙 江 龙 江 人，大 专，农 艺 师，研究方向为农业技术推广。

壤盐渍化及地下水位过深是当地农业生产的主要 限制条件［3］ 。我国在 20 世纪 50 年代从日本引进渠 道防渗技术，主要工作原理如图 1 所示。 由于造价 低、防渗效果良好在我国得到了广泛应用。主要应 用在地势及地下水位较高的农业生产地区，目前在 西北地区，如新疆、内蒙古、青海及甘肃等地区进行 广泛应用。渠道防渗技术与井渠技术相互结合，可 以在控制地下水位的同时解决季节性缺水问题，根 据不同作物及不同地区，按照灌区对地下水位及作 物需水量的控制要求，制定相应计划控制灌水量和 灌水时间，还可以防止土壤盐碱化。

1. 2 喷灌技术

喷灌技术是我国农业生产中应用最早的一种 农业灌溉技术，主要包括喷灌头、固定管道、田间移 动轴及中心支架等部分，是通过在田间安装管道， 将灌溉水通过压力管道输送至田间，经过田间管道 喷头喷射到作物上空，以水雾及水滴的形式洒落在 作物表面。在我国辐射面积较广，主要是由于喷灌 系统的应用不受作物种类、地形地貌的限制，工程 造价较低，田间安装较为简单，可以应用在水果、蔬 菜及大田作物的灌溉，在田间占据面积较小，应用

图 1 渠道防渗技术田间工作原理

范围较为广泛。但是喷灌技术较为明显的缺点是 水资源浪费严重，在作物灌溉时，会出现喷灌不均 匀、田间蒸发浪费较为严重等问题，因此，随着我国 大力推广节水灌溉技术的发展，开始发展其他节水 灌溉技术逐渐替代喷灌技术。

1. 3 滴灌技术

滴灌主要是依靠滴灌管道将灌溉用水通过滴 灌管上的孔口或滴头精准输送到作物根部土壤进 行精准灌溉，因水资源利用率高，在干旱和半干旱 地区得到广泛应用。滴灌主要分为地表滴灌和地 下滴灌，其中，地下滴灌技术是目前被公认为农业 生产效率最高的一种滴灌技术，可以将液体肥料与 灌溉水混合后直接输送到作物根部，更加精准地为 作物根系提供水分及养分，最大程度减少水分径流 与化肥污染。 由于地表保持干燥，还可以保持土壤 表层干燥，减少了杂草种子的发芽和生长。

后期逐步发展为水肥一体化技术，将水分与养 分精准输送到作物根部，通过滴灌管可以使水分和 养分均匀、定时和精准地输送至作物根系。可以根 据作物不同生育时期的 需水需肥规律定时灌溉。 目前，水肥一体化技术在干旱及半干旱地区开始广 泛应用，应用水肥一体化技术可以避免在干旱地区 水分及化学肥料在表层的挥发慢等问题，避免由于 降雨冲刷等造成肥料流失，对环境造成污染，提高 水肥利用效率。相关研究均表明，水肥一体化技术 可以节省水肥 60% ～85% 左右。

1. 4 增氧灌溉技术

进行滴灌时，土壤中持续的饱和湿润区导致水 分代替空气存在于土壤中，进而限制了土壤孔隙中 氧气的可利用性和移动性，无法满足作物根系呼吸 所需要的 O2 含量，土壤缺氧会造成作物气孔关闭、 叶水势降低，影响作物正常的生理功能，成为农作 物高产的主要限制条件，因此后期逐步发展出来一 种增氧灌溉技术。增氧灌溉技术是由澳大利亚昆 士兰中心大学 David Midmore 和库克大学的苏宁虎 教授提出的一种新型农业灌溉技术，是在地下滴灌 的基础上，通过向作物根部土壤增加空气，或增加 灌溉水中氧气的方式，满足作物根部土壤氧环境的

需求，在提高灌水效率的同时可以有效缓解作物根 部的缺氧症状，改善作物根系土壤微环境和土壤酶 活性，维持作物根系正常的新陈代谢和呼吸功能， 提高作物的产量与品质。但是加气灌溉是近几年 来开始的一种新型灌溉技术，尚未形成完善的技术 体系，虽然在田间相关应用结果均表明，增氧灌溉 技术可以提高作物农艺性状、产量及品质，但是目 前主要出于实验室阶段，尚未在全国范围内进行大 面积推广应用。

2 农业节水灌溉技术生态效益分析

2. 1 节水、节肥、省工

滴灌技术属于大田布局管道进行局部灌溉的 一种灌溉方式，可以使水分及化学肥料的浪费降到 最低，减轻环境污染，仅需要阀门控制整个田间的 灌溉与施肥，可以显著降低农户劳动强度，降低生 产成本。水肥一体化技术相对于喷灌及微灌技术， 不需要进入田间，只需要通过开闭相对应的阀门就 可以为田间作物定时、定点的提供水分与养分，在 节省劳动力的同时，精准地将水分和养分输送至作 物根部，极大地提高化学肥料的利用效率。采用滴 灌技术还可以减轻田间病虫害与杂草的发生，滴灌 技术将水分直接输送至作物根区，地表保持干旱， 减少了杂草的发生，农田环境湿度降低，相对应的 可以降低土传病害的发生。

农业给水灌溉系统的主要投资包括灌溉首部、 水泵、管道、阀 门 等，总计投资成本约为 1 000 ~ 3 500 元 · (667 m2 ) －1 ，使用期限约在 6 年左右，每 年可 以 节 省 灌 溉 水、化学肥料及人工合计约为 850 元 · (667 m2 ) －1 ，作物还可以增产 20% ～35% 左右，在减轻农户劳动力的同时提高农户收入［4］。

2. 2 改善土壤环境，提高作物产量与品质

传统灌溉方式，如喷灌和沟灌，灌溉水在压力 作用下进行作物灌溉，会对土壤进行冲刷，造成土 壤水蚀，会对土壤结构造成破坏，土壤通气性降低。 而滴灌技术属于局部微量灌溉，使作物灌溉水均匀 缓慢的入渗至作物根部，可以维持较好的土壤理化 结构，为作物生长提供一个适宜的土壤环境。滴灌 将作物所需的水分及养分均匀、准确地输送至作物 根部土壤，提高作物根系对水肥的利用效率，改善 作物生长形状与品质，达到作物提质增产的目的、 由于滴灌系统可以降低灌溉水、化学肥料及农药的 施用，减少农业生产投入成本，因此可以提高社会 效益、生态效益和经济效益。

3 农业节水增产技术存在的问题

3. 1 管道堵塞，造成盐分积累

由于土壤中的杂质多、有机物质、泥沙及过滤

系统不完善等会造成田间滴灌管道堵塞，严重时会 影响整个滴灌系统的顺利运行，而进行田间滴灌管 的更换十分耗费人力物力。在西北盐渍地区使用 滴灌系统，灌溉水中盐分含量较高，盐分随着灌溉 水会积累在管道边缘随着水分冲刷进入作物根部， 对作物根系造成盐分迫害，因此在西北盐渍地区进 行灌溉时应注意对灌溉水中的盐分进行及时清理。

3. 2 水肥一体化系统不完善

水肥一体化技术是一项综合技术，在大 田农 业、设施农业及温室农业中均得到了广泛应用，但 是目前推广应用中仍然存在一些问题。首先应建 立一套完善的水肥一体化应用技术体系与应用措 施，针对不同的应用区域、土壤质地、作物类型、种 植方式及水源特点等，设计水肥一体化系统中滴灌 管埋设深度、管灌区域、灌溉部分的安装方式，技术 体系关于阀门安装、水肥容量、水泵及施肥泵的选 型等进行说明［5］ 。其次应加快液态肥的研究，目前 大多数地区仍然是施用水分融化固态肥料后进行 输送，这种方式极易引起管道堵塞，对后期田间应 用造成不利影响。最后就是在水肥一体化技术实 际应用时，应对操作方式进行说明，防止由于技术 操作不当造成整体系统的运行故障。

4 农业节水增产技术未来发展趋势

农业节水增产技术对农业生产发挥着十分重 要的作用，因此要密切跟踪学科前沿进展，把握发 展趋势，找准主攻方向，明确研究重点，突破制约瓶 颈，不断取得更大成效。

4. 1 多元化节水增产技术的发展

多元化节水增产技术是将化肥、植物生长调节 剂及杀虫剂等农用化学品随着灌溉水输送至作物 根部土壤，实现农业投入的效益最大化，节省能源、 成本和时间，减少化肥及杀虫剂等农用化学品的使 用，并最大程度地降低浪费和污染。农业节水增产 技术的多元化将大幅度提高地下滴灌系统的生产 效率。

4. 2 作物动态需水模型的建立

影响土壤水分含量的主要因素有大气因素 ( 包 括大气温湿度、降雨量、大气压力、光照强度及风速 等) ，土壤性质及农业管理措施等。 由于外界环境 的不断变化，导致土壤水分含量处于动态变化。不 同作物在不同时期的需水量不同。 因此，对于不同 作物及作物不同生育周期需水量处于动态变化，作 物在整个生育周期中都需要平衡地供应水分，未来 应对作物整个生育周期动态需水量开展研究，实现 精准供水，提高农业生产效率，实现精准灌溉，避免 水资源过多造成浪费或者水分供应不及时造成作 物缺水。

4. 3 智能化田间灌溉系统的研究

当前，我国已经建立了比较完善的农业监测系 统，实现对农田资源信息的动态监测，建设农业大 数据中心，建立农业数据采集、共享、分析和使用， 在信息获取、参数反演、模型构建和精度检验等方 面研发了一系列信息技术。全面分析农业生产的 历史数据和实时监控数据，提高对作物种植面积、 生产进度、农产品质量、天气情况、气候条件、灾害 程度和土壤环境的关联监测能力，支撑农业生产智 能化及农业环境精准监测，从源头上提高农业生产 效率。随着田间智能灌溉技术的不断发展，生产及 规模化的逐渐扩大，其控制过程也向自动化和智能 化转变，构建实时监测、分析预警和指挥调度于一 体的土壤灌溉智能决策系统的研究，基于不同土壤 环境及不同作物品种生长时期的动态需水模型，对 作物不同时期的需水量进行精准补偿，满足作物生 长过程中的水分需求。

5 结语

推进农业节水增产技术在农业生产中的应用 与发展，是一项系统工程。 阐述了农业节水增产技 术对农业发展的促进作用，包括在改善土壤环境、 农业资源高效利用、作物产量及品质等方面发挥的 重要作用。从全面统筹推进考虑，还需要从以下两 个方面实现突破。

1) 通过结合多种农业耕作技术改善现有滴灌 系统的管理，将田间灌溉技术与其他农用化学品精 确配合使用，提高肥料和化学药品利用效率，减少 传统施肥、植保等农业措施存在的潜在污染，提高 农业生产力，促进农业可持续发展。

2) 建立作物生长过程中动态需水模型，分析土 壤水分在作物不同时期的衰减规律，为田间作物灌 溉智能化调控系统的建立提供理论基础。建立田 间灌溉智能化调控系统与智能决策系统，实现对田 间水分、养分自动补偿机制，降低农业灌溉系统运 行成本，推动我国农业节水灌溉技术的智能化发展。 参考文献 :

［1］ 倪德华．漫谈农业节水增产农艺技术策略［J］．种子科 技，2020，38 ( 22) : 27－28 .

［2］ 李 雪 芹．高效节水工程的运行管理［J］．农 家 参 谋， 2018 ( 14) : 199.

［3］ 杨琳．现代农业高效节水增产关键技术研究与集成示 范［Z］．中工武大设计研究有限公司，2017－03－03 .

［4］ 姚林，郑华斌，刘建霞，等．中国水稻节水灌溉技术的 现 状 及 发 展 趋 势 ［J］． 生 态 学 杂 志 ，2014， 33 ( 5) : 1381 －1387 .

［5］ 郑建军．加大节水改造力度 促进灌区农业增产和农民 增收［J］．黑龙江科技信息，2014( 6) : 161.

(04)