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      北方農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)探討

      2023-07-30 01:14:28高紅軍
      農(nóng)業(yè)科技與裝備 2023年3期
      關(guān)鍵詞:節(jié)水灌溉探討技術(shù)

      高紅軍

      摘要:農(nóng)業(yè)灌溉用水方式直接影響我國糧食安全和經(jīng)濟(jì)安全。介紹我國農(nóng)業(yè)用水及節(jié)水灌溉現(xiàn)狀,分析節(jié)水灌溉技術(shù)研究方向,重點(diǎn)在自走式圓形噴灌及技術(shù)集成研究、自走式噴灌機(jī)田間規(guī)劃軟件開發(fā)、低能耗大田微灌系統(tǒng)系列化產(chǎn)品研發(fā)、智能化自走式噴灌機(jī)研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)力,提升我國北方節(jié)水技術(shù)裝備水平,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉用水高效利用。

      關(guān)鍵詞:節(jié)水灌溉;農(nóng)業(yè)用水;自走式噴灌系統(tǒng);技術(shù);探討

      中圖分類號:TU991.64 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ?文章編號:1674-1161(2023)03-0042-02

      我國是農(nóng)業(yè)大國,提高農(nóng)田灌溉效益是至關(guān)重要的內(nèi)容[1]。我國單位耕地水資源量僅為世界平均水平的4/5,且時空分布極不均勻,加大了水資源利用難度。受全球氣候變化和人類活動影響,全國南北方頻繁發(fā)生極端災(zāi)害性干旱,進(jìn)一步加劇了水資源緊張程度。尤其是近年來,不同地區(qū)不同年份干旱頻發(fā),且已成常態(tài)。我國80%的糧食產(chǎn)于灌溉農(nóng)田,糧食產(chǎn)量波動與農(nóng)業(yè)旱災(zāi)災(zāi)情密切相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國平均每年農(nóng)田受旱面積達(dá)2 566萬hm2,減產(chǎn)糧食約350億kg。水資源地區(qū)性短缺成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生活水平的重要因素。

      1 我國農(nóng)業(yè)用水及節(jié)水灌溉現(xiàn)狀

      據(jù)水利部發(fā)布的2021年度《中國水資源公報》顯示,2021年全國用水總量為5 920.2億m3,其中農(nóng)業(yè)用水為3 644.3億m3,占用水總量的61.5%。與2020年相比,農(nóng)業(yè)用水增加31.9億m3。我國干旱、半干旱土地面積占國土面積的一半以上,農(nóng)業(yè)灌溉用水量約占農(nóng)業(yè)用水量的90%以上。盡管全國節(jié)水灌溉面積已達(dá)到2 446萬hm2,但仍不足全國耕地總面積的20%。農(nóng)業(yè)灌溉用水是真正的用水大戶,農(nóng)業(yè)灌溉用水方式和方法直接影響我國糧食安全和經(jīng)濟(jì)安全。傳統(tǒng)灌溉方式會造成水資源的浪費(fèi),在水資源短缺的情況下,不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。目前,我國大田灌溉多采用大水漫灌、溝灌等作業(yè)形式,灌溉方法和灌溉技術(shù)落后,灌溉設(shè)施陳舊、效率低,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水利用率低,農(nóng)業(yè)灌溉用水利用系數(shù)僅為0.48,存在極為嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

      隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,人們對農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷增長,但有限的土地資源和水資源短缺制約北方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展,應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)對保障農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)和糧食安全至關(guān)重要。當(dāng)前,我國單位灌溉面積水資源量僅為世界平均水平的1/5,必須大力推廣應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù),這是解決水資源短缺的有效方法。農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)在轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,提升淡水資源利用效率方面發(fā)揮著重要的作用[3]。目前,世界各國非常重視農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的研究及推廣應(yīng)用,我國與發(fā)達(dá)國家先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)相比,還存在較大差距。針對我國地域廣闊、自然地貌條件差異大、水資源分布不均等特點(diǎn),建立噴灌與微灌技術(shù)并舉的節(jié)水灌溉技術(shù)體系,符合中國國情。這就要求有關(guān)研究單位在原有噴灌和微灌技術(shù)裝備研究基礎(chǔ)上,通過技術(shù)篩選和改進(jìn)研發(fā),加大節(jié)水灌溉裝備開發(fā)與示范,提升節(jié)水灌溉技術(shù)水平,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源的高效利用,緩解水資源緊缺壓力。

      2 節(jié)水灌溉技術(shù)研究方向

      2.1 技術(shù)路線

      針對我國北方農(nóng)業(yè)灌溉特點(diǎn),對現(xiàn)有節(jié)水灌溉設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)分析與評估,對原有產(chǎn)品技術(shù)性能和工作可靠性進(jìn)行改進(jìn)和升級,在此基礎(chǔ)上研發(fā)先進(jìn)適用節(jié)水灌溉設(shè)備,并以北方農(nóng)業(yè)區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)逐步向全國各地輻射。同時,針對節(jié)水灌溉技術(shù)裝備應(yīng)用中出現(xiàn)的技術(shù)問題,組織技術(shù)力量攻關(guān),提高產(chǎn)品性能和工作可靠性,促進(jìn)節(jié)水灌溉裝備的普及應(yīng)用。

      2.2 研發(fā)方向

      2.2.1 開展自走式圓形噴灌及技術(shù)集成研究 自走式圓形噴灌機(jī)于1952年發(fā)明于美國,具有灌溉面積大、自動化程度高、投入成本低、使用維護(hù)簡單、使用壽命長、灌溉均勻度高、節(jié)水省工等優(yōu)點(diǎn)。桁架是自走式圓形噴灌機(jī)系統(tǒng)的承載體,也是其關(guān)鍵部件,其跨距越長則機(jī)組單面灌溉面積投資越低。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,桁架已形成多種規(guī)格,但不同規(guī)格跨距桁架之間的構(gòu)件通用性較差,增加了生產(chǎn)成本。有必要開展相關(guān)產(chǎn)品通用性研究,形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品,以減少投入成本,促進(jìn)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。

      自走式噴灌機(jī)組的噴頭配置與水質(zhì)源供水量、系統(tǒng)壓力、機(jī)組長度等一系列因素相關(guān)聯(lián),但缺少固定配置模式,導(dǎo)致配置不合理,灌溉均勻性差,直接影響灌溉質(zhì)量。隨著機(jī)組控制面積的擴(kuò)大,因機(jī)組噴頭配置不合理而造成的農(nóng)作物減產(chǎn)影響不容忽視??梢酝ㄟ^合理配置噴頭,避免問題發(fā)生。有必要優(yōu)化噴頭配置,開發(fā)噴灑控制系統(tǒng)軟件,保證較高的噴灑均勻性。

      2.2.2 研發(fā)輕型拖移單長跨自走式噴灌機(jī) 我國農(nóng)業(yè)地域差異性大,有些地區(qū)水源分散、作業(yè)地塊較小。由于作業(yè)面積不足,機(jī)組大多時間處于閑置狀態(tài),這在無形中增加了灌溉成本。針對這些區(qū)域,需要研發(fā)噴灌作業(yè)轉(zhuǎn)移機(jī)組,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)輪灌,這樣可以大大降低作業(yè)成本。采用外徑165 mm主輸水管桁架雖可以節(jié)省一次性工裝建設(shè)費(fèi),但考慮到機(jī)組的移動和灌溉面積因素,采用外徑133 mm的主輸水管更為合理,這樣除了滿足灌溉要求外,還可減少整機(jī)質(zhì)量,節(jié)約機(jī)組生產(chǎn)成本,降低機(jī)組田間拖移對牽引動力機(jī)的功率要求,取得節(jié)能減排的效果。

      2.2.3 開發(fā)自走式噴灌機(jī)田間規(guī)劃軟件 自走式噴灌機(jī)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用,然而,隨著大田灌溉作業(yè)范圍的擴(kuò)大,出現(xiàn)大田灌溉作業(yè)管理問題及作業(yè)質(zhì)量監(jiān)管問題。由于缺少有效的灌溉調(diào)度及管理手段,導(dǎo)致機(jī)組配置不合理,降低了大田灌溉作業(yè)效率,影響了灌溉作業(yè)質(zhì)量,帶來了水資源的浪費(fèi)。自走式噴灌作業(yè)的影響因素較為復(fù)雜,因此,在機(jī)組選型和示范推廣時需要綜合考慮土壤、地形、水源、作物、氣象、動力、機(jī)型等因素。目前,噴灌機(jī)應(yīng)用過程中還存在選型不合理、灌溉技術(shù)參數(shù)不科學(xué)、節(jié)水節(jié)能不顯著、投資與運(yùn)營成本偏高等缺點(diǎn),尤其在多機(jī)組多水源聯(lián)合供水時表現(xiàn)得尤為明顯。因此,有必要開發(fā)自走式噴灌機(jī)田間規(guī)劃軟件,搞好工程規(guī)劃設(shè)計(jì),提高用戶管理水平,為用戶提供高質(zhì)量的噴灌作業(yè)服務(wù),最大程度地利用農(nóng)機(jī)資源,提高機(jī)組運(yùn)營效率,降低后期運(yùn)行成本。

      2.2.4 開發(fā)低能耗大田微灌系統(tǒng)系列化產(chǎn)品 傳統(tǒng)微灌系統(tǒng)首部工作系統(tǒng)配套功率大,導(dǎo)致微觀系統(tǒng)能耗和運(yùn)行費(fèi)用高,一次性投資大,限制了微灌在大田作物上的應(yīng)用。現(xiàn)有的重力灌溉系統(tǒng)使用傳統(tǒng)滴灌管網(wǎng),首部工作壓力小,只適于溫室大棚及小塊農(nóng)田使用。通過大口徑低壓力調(diào)節(jié)器、低壓施肥裝置性能改進(jìn),開發(fā)低能耗大田灌溉系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)行費(fèi)用和一次性投資的目,且有節(jié)能作用。再通過灌溉制度軟件開發(fā)與應(yīng)用,可以有效指導(dǎo)農(nóng)戶實(shí)施精準(zhǔn)灌溉,從而拓寬微灌系統(tǒng)大田作物應(yīng)用范圍,提高微灌系統(tǒng)的使用效能。

      2.2.5 研發(fā)智能化自走式噴灌機(jī) 大田灌溉作業(yè)工況條件復(fù)雜,傳統(tǒng)大田噴灌管理需要看天看地看作物,勞動強(qiáng)度大、作業(yè)效率低。近年來,智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用,智能化自走式噴灌機(jī)作業(yè)裝備的研發(fā)成為農(nóng)業(yè)裝備研究焦點(diǎn)之一??蓪πl(wèi)星拍攝圖片、航拍圖片及農(nóng)田其他設(shè)備拍攝照片進(jìn)行智能識別,通過人工智能和深度學(xué)習(xí)分析這些圖像信息,從而對該地塊的作物水分需求做出精準(zhǔn)預(yù)測,實(shí)施精確噴灌作業(yè)。實(shí)踐證明,將人工智能技術(shù)應(yīng)用于大田噴灌作業(yè),以全過程智能化管理、精準(zhǔn)化作業(yè)為核心,通過大數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)行,能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)本、高效、精準(zhǔn),構(gòu)建大田種植數(shù)字化管理模式,促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

      3 結(jié)語

      在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)用節(jié)水灌溉技術(shù),對提高灌溉效率、節(jié)約灌溉用水、推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著重要作用[4]。我國北方農(nóng)業(yè)發(fā)展在國家糧食安全戰(zhàn)略中具有重要地位,加強(qiáng)節(jié)水灌溉技術(shù)研究及推廣應(yīng)用,是推動北方農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。噴灌是一種被廣泛應(yīng)用的節(jié)水灌溉方式,在我國北方具有廣泛的應(yīng)用前景。通過大田自走式噴灌系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),可全面提升我國北方節(jié)水技術(shù)裝備水平,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉用水高效利用,推動我國農(nóng)業(yè)灌溉用水由粗放式向節(jié)約型轉(zhuǎn)變,進(jìn)而提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量,為保障我國糧食安全提供技術(shù)支撐。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 湯明玉,尤新濤.新農(nóng)村建設(shè)背景下農(nóng)田節(jié)水灌溉效益研究[J].江西農(nóng)業(yè),2023(8):74-76.

      [2] 劉吉明.推廣農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù) 提高水資源利用率[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2022(18):92-94.

      [3] 賈慶元.推廣農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù) 提高水資源利用率[J].農(nóng)機(jī)市場,2023(3):73-74.

      [4] 華開禧.農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備,2022(6):93-95.

      Discussion on Water-Saving Irrigation Technology in Northern Farmland

      GAO Hongjun

      (Liaoning Institute of Agricultural Mechanization, Shenyang 110161, China)

      Abstract: Agricultural irrigation water directly affects food security and economic security in China. This paper introduces the present situation of agricultural water and water-saving irrigation in China, analyzes the research direction of water-saving irrigation technology, focuses on self-propelled circular sprinkling irrigation and technology integration research, self-propelled sprinkler field planning software development, low-energy field micro-irrigation system series product development, intelligent self?propelled sprinkler research and development and other fields, so as to improve the level of water-saving technology and equipment in northern China, and realize efficient use of agricultural irrigation water.

      Key words: water-saving irrigation; agricultural water; self-propelled sprinkling irrigation system; technology; discussion

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