西遼河流域半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展過程及展望

矯麗娜 張福勝 姚影 蘆雪 戰(zhàn)海云 劉曉雙 賈艷紅

摘 要：從通遼地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展過程的視角，分析了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用效果，以期為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)更大范圍的推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù);淺埋滴灌;灌水定額

中圖分類號(hào) S274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）13-0164-02

1 研究區(qū)概況

通遼市地處干旱半干旱氣候區(qū)，水資源時(shí)空分布不均、年際變化較大，全市年平均降雨量?jī)H385mm左右，蒸發(fā)量是降雨量的5倍以上，且地表水補(bǔ)充不足，全市各行業(yè)生產(chǎn)生活基本依賴于地下水開采。全市多年平均地表水資源量7.99億m3，地下水資源量35.31億m3。全市多年平均地表水可利用量4.37億m3，地下水可開采量27.96億m3，水資源可利用量29.40億m3。從水資源量看，通遼是全國(guó)110個(gè)缺水城市之一，人均和耕地占有水資源1200m3/人和3300m3/hm2，僅為全國(guó)平均水平的54%和15%。從水資源利用情況看，2018年全市總供水量24.51億m3，其中地表水源供水量0.64億m3，地下水源供水量23.62億m3，其他水源供水量0.25億m3。農(nóng)業(yè)灌溉用水量占用水總量的85%左右，高于全國(guó)平均值近21個(gè)百分點(diǎn)[1]，根據(jù)王志忠研究顯示，以2012年進(jìn)行測(cè)算，灌溉水有效利用系數(shù)0.62，與世界節(jié)水先進(jìn)水平0.7～0.8比，差距較大[2-3]。

內(nèi)蒙古自治區(qū)是全國(guó)重要的商品糧基地，玉米播種面積高峰時(shí)達(dá)到333萬hm2左右，成為全國(guó)第三大主產(chǎn)省區(qū)，占全區(qū)糧食產(chǎn)量的80%左右。通遼市地處“世界黃金玉米帶”，玉米產(chǎn)業(yè)是通遼市的支柱產(chǎn)業(yè)，播種面積常年在100萬hm2以上，享有“內(nèi)蒙古糧倉”的美譽(yù)，也是全國(guó)23個(gè)百億斤糧食生產(chǎn)地級(jí)市之一。但玉米植株高大，耗水量高，每產(chǎn)生1kg玉米子粒約耗水0.6t，僅靠自然降雨無法滿足玉米生產(chǎn)的需要。因此，提高地下水利用率成為了農(nóng)業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵。

2 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉發(fā)展歷史

灌溉方式主要是以人為技術(shù)措施從水源取水補(bǔ)給到農(nóng)田的灌溉方法，通常分為傳統(tǒng)灌溉和節(jié)水灌溉[4]。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)是農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，也是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，是集農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)業(yè)技術(shù)運(yùn)用一項(xiàng)綜合工程和技術(shù)[5]。上世紀(jì)50年代我國(guó)開始研究節(jié)水灌溉技術(shù)，20世紀(jì)70年代，我國(guó)開始采用渠道襯砌防滲、小畦短溝灌溉等技術(shù);20世紀(jì)80年代，推廣低壓管道輸水技術(shù);20世紀(jì)90年代，開展各種節(jié)水灌溉技術(shù)的集成組裝配套[6]。

通遼市農(nóng)田灌溉已有近90年的歷史，最早的農(nóng)田灌溉由種植水稻發(fā)展而來。從20世紀(jì)70年代逐步開始以地下水為主，2004年通遼市依托農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)、土地整理等項(xiàng)目開始大面積發(fā)展低壓管灌工程，開始農(nóng)業(yè)高效節(jié)水工程建設(shè)，并小面積進(jìn)行滴灌、噴灌示范區(qū)建設(shè)[7]。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展過程

多年來通遼市農(nóng)牧局通過實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水工程、集成農(nóng)業(yè)節(jié)水新技術(shù)，從工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水2方面同時(shí)推進(jìn)，從原始的大水漫灌到低壓管灌，從膜下滴灌到淺埋滴灌，節(jié)水灌溉技術(shù)不斷升級(jí)，水資源利用率和種植效益不斷提高，多年來累積節(jié)約水資源14.4億t以上，在保障糧食安全和農(nóng)牧民收益的同時(shí)，最大限度地保護(hù)了通遼市有限的地下水資源。

3.1 大水漫灌 大水漫灌是灌水時(shí)水在地面漫流浸潤(rùn)土壤，是一種原始且較粗放的灌溉模式。但對(duì)整地效果要求較高，且存在耗費(fèi)人力、灌水不均、土壤易板結(jié)、肥料利用率較低，影響作物生長(zhǎng)，降低產(chǎn)量及品質(zhì)等不利影響。

3.2 常規(guī)低壓管灌 常規(guī)低壓管灌是利用低壓地埋管道代替水渠的1種農(nóng)田灌溉方式，即用較低的壓力，通過壓力管道系統(tǒng)，把水輸送到田間溝、畦，灌溉農(nóng)田，可有效減少水資源輸流過程中的損失，開啟了現(xiàn)代化節(jié)水灌溉模式探索的開端。低壓管灌所需設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，與大水漫灌比，有效降低了灌溉難度、節(jié)省了勞力，節(jié)約了土地，已在該市廣泛使用。

3.3 噴灌 噴灌技術(shù)是指水泵加壓或自然落差形成的有壓水通過壓力管道送到田間，再經(jīng)噴頭噴射到空中，形成細(xì)小水滴，均勻地灑落在農(nóng)田，從而達(dá)到灌溉的目的[8]。噴灌與傳統(tǒng)的灌溉模式相比，噴灌技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候不需要平整的土地，降低了施工的難度[9]。但噴灌管道承載的壓力較大，成本較高，設(shè)備投資較大，在經(jīng)濟(jì)條件較好的地區(qū)受影響較強(qiáng)[10]，在通遼市部分地區(qū)使用。

3.4 膜下滴灌 滴灌模式是以水滴形式向土壤供水，以滿足作物需水要求的灌溉方法。它通常利用低壓管道系統(tǒng)將水連同溶于水的化肥均勻而緩慢地滴在作物根部的土壤中。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[11]。為了實(shí)現(xiàn)玉米穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、節(jié)水，2010年，通遼市在“節(jié)水增糧項(xiàng)目”推動(dòng)下大力發(fā)展現(xiàn)代高效生態(tài)節(jié)水農(nóng)業(yè)，重點(diǎn)推廣膜下滴灌種植模式，與大水漫灌相比，膜下滴灌節(jié)水、增產(chǎn)效果顯著，但由于地膜的使用，不僅增加了人工、種植投入且會(huì)造成環(huán)境污染[12]。

3.5 淺埋滴灌 玉米淺埋滴灌技術(shù)是根據(jù)玉米膜下滴灌技術(shù)改進(jìn)的一項(xiàng)新型實(shí)用技術(shù)模式，即在玉米大小壟種植且不覆地膜的前提下，利用改進(jìn)后的滴灌播種機(jī)具，在小壟行間將滴灌管淺埋2～4cm，實(shí)現(xiàn)水肥一體化的高效節(jié)水灌溉模式。淺埋滴灌是通遼市首創(chuàng)的節(jié)水技術(shù)，節(jié)水原理一是淺埋滴灌帶減少土壤水分蒸發(fā)，能夠最大限度保蓄土壤水分;二是根據(jù)土壤墑情和自然降雨控制灌水量，實(shí)現(xiàn)水的利用率最大化;三是根據(jù)玉米生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，確定玉米生育期內(nèi)總需水量、確定滴灌時(shí)期、每次灌水定額。淺埋滴灌其諸多優(yōu)勢(shì)可以概括為：“雙節(jié)、雙減、三提高”，即：節(jié)水、節(jié)肥;減少用工、減少用膜;提高產(chǎn)量、提高質(zhì)量、提高效益[13]。2004年，在內(nèi)蒙古通遼敖包蘇木豐元慶嘎查就開始進(jìn)行淺埋滴灌青貯玉米種植試驗(yàn)并取得成果[14]。從2015年起到2020年，通遼地區(qū)累計(jì)共推廣無膜淺埋滴灌技術(shù)100萬hm2，“十三五”期間，灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.62左右，年節(jié)水5.4億m3。

通遼地區(qū)玉米生育期內(nèi)，采用淺埋滴灌模式灌溉水量2250～2700m3/hm2，一般用水2700m3/hm2左右;采用低壓管灌模式灌溉水量3600～4500m3/hm2，一般用水4500m3/hm2。淺埋滴灌與管灌相比，可節(jié)省用水1500m3/hm2左右，節(jié)水率達(dá)40%以上。李金琴等[15]進(jìn)行了不同節(jié)水種植模式對(duì)玉米產(chǎn)量影響的研究，采用無膜淺埋滴灌、普通管灌、膜下滴灌的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明在產(chǎn)量相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)之上，節(jié)水效果淺埋滴灌比常規(guī)管灌突出，節(jié)水率達(dá)到16.7%～85.71%。李媛媛[16]等研究表明，淺埋滴灌條件下，在全生育期，春玉米除灌出苗水外共灌水5次，每次灌水定額為390.20m3/hm2，灌水定額為2351.18m3/hm2的灌水制度。采用玉米淺埋滴灌技術(shù)，根據(jù)有效降水量確定灌溉次數(shù)和灌溉量，保肥保水良好的地塊，有效降水量在300mm以上的地區(qū)，玉米整個(gè)生育期一般滴灌6～7次，生育期灌水定額為1950～2400m3/hm2[17]。

4 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)展望

4.1 深埋滴灌技術(shù) 深埋滴灌技術(shù)采用圓柱抗堵塞滴灌管，埋深40cm左右。與傳統(tǒng)滴灌相比，深埋滴灌可降低表層土壤含水量，減少蒸發(fā)損失，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，提高根系活力;肥料利用率高，能夠?qū)I(yíng)養(yǎng)和農(nóng)藥直達(dá)作物根區(qū);濕潤(rùn)的區(qū)域較廣，為作物根系提供生長(zhǎng)空間，增加作物根系深度[18-19]。毛管與灌水器可多年使用，減少損失。

4.2 信息化滴灌系統(tǒng) 信息化滴灌是一個(gè)以滴灌為灌溉方式，以信息采集為基礎(chǔ)，高速網(wǎng)絡(luò)為手段，技術(shù)決策系統(tǒng)為核心的現(xiàn)代化智能灌溉模式。是運(yùn)用數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理建立起的高效節(jié)水信息管理系統(tǒng)，為灌溉用水管理提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，杜絕超額用水，過量施肥等情況發(fā)生。

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