北方半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉常用技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展

矯麗娜 葉建全 戰(zhàn)海云 蘆雪 李雪峰 姚影 莊健楠 李瑩瑩

摘 要：該文介紹了北方半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉常用技術(shù)，綜述了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉常用技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為更大范圍的應(yīng)用推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉;灌溉水利用效率;淺埋滴灌

中圖分類號(hào) S275文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）09-0124-02

2003—2015年，我國(guó)糧食產(chǎn)量不斷實(shí)現(xiàn)突破，取得了歷史性的“十二連增”，用僅占世界9.85%的耕地養(yǎng)活了占世界19.84%的人口。我國(guó)糧食產(chǎn)量的提高和農(nóng)業(yè)灌溉密不可分，但我國(guó)水資源存在總量不足，且存在時(shí)空分布不均衡，水資源年內(nèi)、年際變化大，水資源和耕地資源錯(cuò)配、農(nóng)業(yè)水資源的綜合利用效率較低等問(wèn)題[1]。2019年全國(guó)用水總量為6021.2億m3，農(nóng)業(yè)用水量3682.3億m3，農(nóng)業(yè)用水量占全國(guó)用水總量的61.2%，耕地實(shí)際灌溉平均用水量5520m3/hm2，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)0.559，與發(fā)達(dá)國(guó)家（0.7～0.8）相比差距較大。因此，發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水，提高農(nóng)田灌溉水分利用效率對(duì)于保障我國(guó)水資源的高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 北方半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉常用技術(shù)

1.1 低壓管灌 低壓管道輸水灌溉簡(jiǎn)稱管灌，在田間灌水技術(shù)上仍屬于地面灌溉類，它是以管道代替明渠輸水灌溉的一種工程形式。灌水時(shí)使用較低的壓力，通過(guò)壓力管道系統(tǒng)，把水輸送到田間溝、畦，灌溉農(nóng)田。其主要優(yōu)點(diǎn)是可有效減少水資源輸流過(guò)程中的損失，低壓管灌所需設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低。

1.2 噴灌 噴灌技術(shù)是指借助水泵加壓或自然落差形成的壓力將水輸送到田間，再經(jīng)噴頭噴射到空中，均勻地噴灑在田間灌溉的方法[2]。噴灌技術(shù)具有節(jié)水、省工、保土、適應(yīng)性強(qiáng)、增產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但也具有投資高、受風(fēng)影響大和能耗大的缺點(diǎn)。

1.3 滴灌 滴灌是將種植技術(shù)與滴灌技術(shù)相結(jié)合的一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)，滴灌利用管道系統(tǒng)供水，使灌溉水成滴狀、緩慢、均勻、定時(shí)、定量地浸潤(rùn)作物根系發(fā)育區(qū)域，使作物主要根系區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)。其主要優(yōu)點(diǎn)是每次灌溉用水量少;干、支管道埋在地下，可節(jié)省溝渠占地;隨水滴施肥，可減少肥料流失，提高肥效;灌水效果好，能適時(shí)適量地為作物供水供肥，不致引起土壤板結(jié)或水土流失，且能充分利用細(xì)小水源。

1.3.1 膜下滴灌 膜下滴灌是將地膜覆蓋與滴灌技術(shù)相結(jié)合的一種灌水施肥技術(shù)，滴灌帶上方鋪設(shè)地膜，以減少水量蒸發(fā)，起到保水保墑，增加土壤積溫和微生物活性的作用，但地膜使用完降解困難，造成土壤、環(huán)境污染，且增加生產(chǎn)成本和回收人工投入。

1.3.2 淺埋滴灌 淺埋滴灌水肥一體化模式是在傳統(tǒng)的膜下滴灌技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)新改進(jìn)而來(lái)，玉米寬窄行種植的前提下，將滴灌帶淺埋于窄行行間地表土壤中2～4cm處，實(shí)現(xiàn)水肥一體化的高效節(jié)水灌溉模式[3]。其諸多優(yōu)勢(shì)可以概括為“五省四減三增三提兩促進(jìn)”，“五省”即省水、省電、省時(shí)、省地、省工;“四減”即減肥、減藥、減膜、減成本;“三增”即增產(chǎn)、增效、增加農(nóng)牧民收入;“三提”即一是提高玉米標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)水，二是提高現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，三是提高生態(tài)效益;“兩促進(jìn)”即一是促進(jìn)了生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，由一家一戶分散種植向規(guī)模化種植轉(zhuǎn)變，二是促進(jìn)了經(jīng)營(yíng)方式的轉(zhuǎn)變，由數(shù)量型向質(zhì)量型發(fā)展。

2 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉常用技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

2.1 節(jié)水灌溉常用技術(shù)對(duì)土壤水和地溫的影響 灌溉水利用系數(shù)是衡量灌區(qū)從水源引水到田間作用吸收利用水的過(guò)程中水利用程度的一個(gè)重要指標(biāo)。張卓通過(guò)分析通遼市西遼河井灌區(qū)2013—2015年灌溉水利用系數(shù)，結(jié)果表明，管道輸水灌溉的灌溉水利用系數(shù)為0.783，噴灌為0.851，滴灌為0.866，而傳統(tǒng)地面灌為0.635[4]。水分利用效率是植物每消耗單位含水量生產(chǎn)干物質(zhì)的量，灌溉水利用效率是植物生育期內(nèi)消耗單位灌水定額生產(chǎn)干物質(zhì)的量。在大田滴灌條件下，降解地膜與普通地膜分別比不覆膜水分利用效率分別提高20.6%、20.9%，苗期至拔節(jié)期5～10cm土壤的平均溫度提高1.81℃、2.80℃[5]，覆膜可有效提高土壤耕層溫度，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[6]。與不覆膜滴灌比，覆膜通過(guò)改變冠層輻射能量分配降低了玉米田蒸發(fā)蒸騰總量，水分利用效率提高12.0%～13.1%[7]。王建東等研究表明，在常規(guī)地表滴灌基礎(chǔ)上，結(jié)合覆膜和淺埋措施，能有效降低作物壟間棵間蒸發(fā)量，淺埋滴灌處理玉米的水分利用效率最高，比地表滴灌和膜下滴灌分別高16%、5.9%，覆膜和淺埋滴灌能明顯延長(zhǎng)氣溫對(duì)地溫的影響作物，提高了土壤積溫;與膜下滴灌比，淺埋滴灌有效地降低了滴灌帶附近溫度，平均降低0.89℃[8]。

從工藝節(jié)水角度看，滴灌技術(shù)灌溉水利用系數(shù)高于其他灌溉方式;從農(nóng)藝節(jié)水角度看，滴灌技術(shù)水分利用效率和灌溉水利用效率均高于噴灌，噴灌高于低壓管灌。近幾年淺埋滴灌技術(shù)才開(kāi)始示范推廣，不同灌溉模式下水分利用效率與灌水利用效率的研究較少。根據(jù)目前已有的研究結(jié)果表明，與膜下滴灌比，淺埋滴灌節(jié)水效果最優(yōu)，充分說(shuō)明工藝節(jié)水措施與農(nóng)藝節(jié)水措施相結(jié)合的重要性。

2.2 節(jié)水灌溉常用技術(shù)對(duì)作物產(chǎn)量的影響 低壓管灌、膜下滴灌和噴灌3種節(jié)水灌溉方式，灌水定額相同時(shí)，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，玉米生物量膜下滴灌高于噴灌，噴灌高于低壓管灌，膜下滴灌實(shí)際產(chǎn)量大于噴灌2.85%，大于低壓管灌7.83%，噴灌大于低壓管灌4.84%[9]。李金琴等[10]開(kāi)展了不同節(jié)水種植模式對(duì)玉米產(chǎn)量影響的研究，結(jié)果表明，灌水量相同時(shí)，膜下滴灌玉米產(chǎn)量高于無(wú)膜淺埋滴灌。大量研究表明，干物質(zhì)積累和運(yùn)轉(zhuǎn)決定著作物籽粒產(chǎn)量的高低，玉米籽粒產(chǎn)量在很大程度上取決于玉米生育后期的光合作用，生育后期的光合生產(chǎn)干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率在78.0%～84.0%[11-13]。楊恒山等[14]研究了灌溉方式對(duì)西遼河平原玉米產(chǎn)量及水分利用效率影響，連續(xù)2年試驗(yàn)結(jié)果表明，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為淺埋滴灌>傳統(tǒng)畦灌>膜下滴灌，玉米籽粒產(chǎn)量淺埋滴灌均高于膜下滴灌和傳統(tǒng)畦灌。

從前人的研究可以看出，作物籽粒產(chǎn)量滴灌>噴灌>低壓管灌，膜下滴灌和淺埋滴灌對(duì)作物籽粒產(chǎn)量的影響研究結(jié)果不一。研究可能受耕地地力條件，農(nóng)機(jī)播種出苗率等因素的影響，因而需要進(jìn)一步研究探討。

3 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)節(jié)水對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中僅憑農(nóng)業(yè)工藝節(jié)水灌溉技術(shù)很難達(dá)到灌溉水資源高效利用，必須工藝節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水和管理節(jié)水技術(shù)結(jié)合發(fā)展;同時(shí)我國(guó)幅員遼闊，氣候復(fù)雜多樣，降水地區(qū)差異大，因此，農(nóng)業(yè)節(jié)水應(yīng)針對(duì)本地區(qū)氣候、降水、土壤、種植作物等因素，因地制宜，研究和探索適宜當(dāng)?shù)氐墓?jié)水技術(shù)模式。

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（責(zé)編：張宏民）