农业节水灌溉.docx

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农业节水灌溉

节水灌溉介绍

1.定义

    国家标准《节水灌溉工程技术规范》（GB/T50363-2006）中，对节水灌溉（water-savingirrigation）这个名词作了如下解释：

“节水灌溉——根据作物需水规律和当地供水条件，高效利用降水和灌溉水，以取得农业最佳经济效益、社会效益和环境效益的综合措施。

2.内涵

   节水灌溉的内涵包括水资源的合理开发利用，输配水系统的节水、田间灌溉过程的节水、用水管理的节水以及农艺节水增产技术措施等方面”。

由此可知，节水灌溉是一个系统工程，它包含以下几部分内容：

一是水源开发与优化利用技术。

如雨水集流技术、劣质水利用技术、灌溉回归水利用技术、井渠结合——地表水与地下水互补技术、储水灌溉技术等。

二是输配水节水技术，如管道输水、渠道防渗技术等。

三是田间节水技术，如先进的喷灌、滴灌、微喷灌等先进技术，先进的地面灌水技术，注水灌抗旱保苗技术。

四是灌区水的优化调配、量测和自动监控技术，如土壤墒情监测与灌水预报技术、灌区水系量测及优化调配技术等。

五是农业耕作栽培节水技术。

如耕作保墒、覆盖保墒技术，调整种植结构，优选耐旱作物品种等。

六是节水管理技术。

   简而言之，节水灌溉是一种灌溉模式，就是要通过采用水利、农业、管理等多项技术，以最少的水资源消耗，得到最高的农作物产出，取得最佳的经济、社会和环境的综合效益。

微喷灌技术

   微喷灌是以低压小流量喷洒出流的方式将灌溉水供应到作物根区土壤的一种先进灌溉方式。

微喷灌技术则是与微喷灌这一灌溉方式有关的设备、系统设计、系统配套及运行管理等综合技术的统称。

我国应用微喷灌已有二十余年的历史，主要是应用对象是果树、菜田、花卉和草坪灌溉。

实践表明，微喷灌在经济作物特别是果树灌溉中，具有其他灌溉方式所不具备的优点，综合效益显著，受到农民群众的欢迎。

   微喷灌与滴灌、喷灌有一些近似之处，但也存在着明显的区别，它具有独自的特点。

   1．微喷灌中微喷头在布置上有很大的任意性，除非果树间距非常小，主要以单喷头喷洒为主，属于局部灌溉。

在实用中很少用到喷灌中常用的组合均匀度的概念。

   2．对微喷头工作特性的要求高。

微喷头一般不依靠附近喷头补偿其降水，而且只能在很低的位置以低仰角覆盖一定的范围。

同时，对各种不同的喷洒直径要求、不同的降雨强度和土壤都需要在不牺牲均匀度的条件下去逐一满足，这使微喷头在设计上更加复杂。

   3．通过对微喷头的合理选择和使用可以进一步提高灌溉水的利用率。

一般喷灌的节水在于合理控制灌水深度，减少灌溉水在田间的深层渗漏，强调灌水范围内的洒水均匀性。

滴灌的节水在于最大程度地缩小土壤湿润体积，使水分在作物的部分或全部根系活动层内分布。

微喷灌作为一种局部灌溉技术，在减少土壤无效含水体积方面同滴灌有相似性，但可利用微喷头的系列标准组合件改善喷头的降水特性，使之与作物有效根系的自然分布更吻合，在不影响作物根系发育的条件下达到节约灌溉水的目的。

一、微喷灌的优点

   1．节约用水，灌溉水的利用效率高。

微喷灌的节水主要体现在减少含水土壤面积、控制灌水深度、减少蒸发和渗漏损失。

在果园中，湿润面积仅占作物生长总覆盖面积的40%—75%。

其次，通过选择微喷头的最适宜降水特性，使土壤湿润体内水的利用率得到进一步的提高。

   2．系统组合性能强，使用方便。

主要体现在通过调整喷嘴和分水器，形成多种喷洒直径和降雨强度的组合，从而适应了果树从幼树生长为成树的不同需要；某些情况下微喷灌系统还可以很容易地转化成滴灌系统；微喷头可随时调整其工作位置，如树上、行间或株间等。

   3．节省能源。

微喷头的设计工作压力一般在15—20m水头之间，又是局部供水，与喷灌相比大大减少了系统的供水量和扬程，节省能源的作用十分明显。

   4．控制杂草生长。

当喷洒水直径不超过树荫覆盖时尤为明显，暴露在阳光下的地面得不到水分供应，杂草相应减少。

   5．受风的影响小于喷灌系统。

因微喷头工作位置低，喷洒仰角小，在多风季节仍可以作业。

   6．降低系统投资。

因为采用了低压小流量的供水方式，对系统供水能力的要求降低了，从而使各级管道的口径减小，并降低了管材的压力等级，减少了系统的动力功率，使系统的总投资大大下降。

   7．可控制叶面潮湿。

对于使用污水和咸水灌溉时，可防止损害作物叶了。

相反当需要湿润叶面或改善田间小气候时，可将微喷头移至树冠上，还可用以防止霜冻灾害。

   8．有助于开发利用盐碱土壤。

对盐碱土壤上的作物，可利用微喷灌在作物根系区创造一个低盐浓度的区域，保证作物的正常生长。

   9．对田间作业的干扰小，因管道和微喷头便于移动，不影响田间农机作业。

   10．适应于山丘坡地灌溉。

因为微喷灌输水管道化，灌水喷洒化，适用于多种地形，特别适应我国的客观情况。

   11．可用于施肥、喷洒除草剂等。

   12．节约劳力，容易实现自动化。

二、微喷灌的适应范围

   微喷灌与其他灌水技术一样，也有一定的适用范围。

其最适用的作物是果树等疏植作物。

与使用滴灌技术相比，使用微喷灌技术有利于这些作物的根系生长发育，增产效果明显。

特别是在干旱、半干旱地区，其优势更加突出。

   微喷灌技术在菌类（木耳、蘑菇等）和育苗中前景也很好。

在温室大棚中，微喷灌技术只能作为一种降温方式，不能作为一种主要的灌水段。

   已有的大田田间试验资料说明，喷灌对田间小气候的影响仅在灌后1h左右，因此，通常把微喷头安装在果树下面的微喷技术，其主要作用不在改善小气候，微喷灌的作用主要是节水，是一种使我国有限的水土资源可持续发展的高效灌水技术。

如果在大田作物上使用微喷技术，投资将会很高，使用也不方便（安装在喷灌机组上的除外），因经，微喷技术的使用范围应界定在“多年生疏植作物和高产值的经济作物”。

滴灌技术

   在滴灌系统中，灌溉水通过干管、支管和毛管及时均匀地送到安装在毛管上的滴头，再缓缓地滴到土壤表面或土层中，并扩散到作物根区土壤以满足作物的需要。

一、国外滴灌技术的发展概况

   最初，滴灌是从地下灌溉发展起来的。

1860年在德国首次利用排水瓦管进行地下灌溉试验，管材是明接头的短瓦管，瓦管的间距5m，埋深0.8m，管上覆盖0.3~0.5m的过滤层。

试验结果，作物产量成倍增加。

这项试验连续进行了20年。

1920年德国在水的出流方面实现了一次突破，采用了穿孔管，使水沿管道输送时从孔眼流入土壤。

   1923年原苏联和法国也进行了类似的试验，研究穿孔管系统的灌溉方法。

1934年美国研究用帆布管渗水灌溉。

自1935年以后着重试验各种不同材料制成的孔管系统，研究根据土壤水分的张力确定管道中流到土壤里的水量。

荷兰、英国首先应用这种方法灌溉温室中的花卉和蔬菜。

   第二次世界大战以后，塑料工业迅速发展，出现了各种塑料管。

由于它易于穿孔和连接，且价格低廉，使滴灌系统在技术上实现了第二次突破，成为今天所采用的形式。

当时使用的滴头是绕在管子上的一些微管，流道长，便于消能。

到了50年代后期，以色列研制成功长流道管式滴头，在滴灌技术的发展中又迈出了重要的一步。

70年代以来许多国家开始重视滴灌，认识到滴灌不仅是一种缺水地区有效利用资源的灌水方式，而且是一种现工化的农业技术措施，发展普及很快。

1971年在以色列特拉维夫，1974年在美国加利福尼亚，先后召开了两次国际滴灌会议，有力地促进了滴灌技术的发展。

据统计1974年全世界滴灌面积仅86.7万亩，到1983年就发展到640万亩，其中美国占1/2以上，是世界上滴灌面积最大、发展最快的国家。

其次是澳大利亚、以色列、南非、墨西哥、英国、法国、意大利等。

   在当今世界上工农业生产迅速发展，人口不断膨胀，水资源危机波及全球的情况下，滴灌特别引起人们的重视，促使人们在滴灌技术和滴灌设备方面进行深入研究。

由于滴头易于堵塞，它是限制滴灌发展的关键问题，因此各国都自爱集中进行对滴头结构和水力性能的研究，各式各样的新型滴头不断问世。

滴灌最先用在干旱和半干旱地区，现在，在那些年降雨量较充沛、但时空分配不均的地方发展也较快。

在灌溉作物方面，由果树、蔬菜等少数经济作物向行播大田作物发展，如美国西部的棉花和夏威夷的甘蔗滴灌。

在方式上由地表向地埋式发展，这样既方便了耕作，也防止了毛管过早老化，延长了使用期。

在设备研制上由小孔径灌水器向低压（重力滴灌）大孔径方向发展。

为了节省劳力、提高滴灌设备的利用率，进行了机械化、自动化移动式滴灌系统的试验研究工作。

计算机、激光、太阳能利用等现代化技术开始在滴灌中应用，这标志着滴灌技术已进入现代科学技术领域。

二、我国滴灌技术的发展

   我国新疆地区沿用已久的“瓜打吊针”就是滴灌的一种原始形式。

它是利用酒瓶盛满水后，将瓶口用玉米心塞住，中心通一小孔，插入几根芨芨草，把瓶倾斜倒放，瓶口靠近瓜秧根部，使水一滴一滴渗入土壤进行灌溉。

这样作既省水又高产，它是我国劳动人民在抗旱斗争中的一种创造。

   我国现代滴灌技术的试验研究是从1974年引进墨西哥墨西哥设备开始的，当时试点仅有三个，面积约有80亩，但试验都取得了明显的增产、省水效果。

在学习国外经验的基础上，本着经济实用、易于安装和便于推广的精神，由中国水科院和辽宁省水科院会同沈阳市塑料七厂联合攻关，于1980年研制生产了我国第一代滴灌设备，为我国开展滴灌试验研究提供了设备条件。

随之一些省市开展了滴灌试点工作，积累了一定的资料和经验；并多次举办滴灌技术培训班；同时也进行了多次国际技术交流。

这些都促使我国滴灌事业有了较快的发展。

我国的滴灌是从北方几个省首先发展起来的。

辽宁省的苹果滴灌发展最早，面积也最大，1980年曾达到13万亩，经济效益十分显著。

以后北京、河北、山东、山西、河南、陕西等省市也都进行了果树、蔬菜、以及大田粮食作物的滴灌试验，均取得了较好的经济效益。

在我国南方的一些省，如江西、福建、湖南、广东等也先后进行了试验工作。

在作物品种上，各地因生产需要和经济状况不同各有所取。

但都以灌溉经济作物为主，如苹果、葡萄、板栗、柑桔、茶叶、蔬菜、各种瓜果、苗木花卉及药材等。

三、滴灌的优点

   1．提高作物产量。

传统的灌溉方式如沟灌、畦灌、漫灌等，灌水间隔时间长，一次灌水量大；在灌水间隔内，土壤含水量变化很大，作物生长受影响。

采用滴灌，这种变幅很小，土壤水分可保持在最佳水平，便于作物吸收水分和养分、减少作物体内能量消耗。

由于土壤水是以毛细管水形式存在的，因而能保持土壤有良好的通气状态，从而使作物产量得到提高。

   2．最大限度地利用水。

滴灌能在以下几个方面更有效地利用水：

（1）灌溉水只施用于最有效的根区周围，减少或杜绝了灌溉水渗漏到根系以下的损失。

同样由于只有部分地表湿润，从而大幅度减少了地面蒸发。

（2）滴头的灌水率小于土壤入渗速度，因而避免了径流损失，这一点在低入渗强度或板结的土壤上特别重要。

减少径流的另一原因是，作物行间土壤保持干燥，可以充分积蓄天然降雨，提高降雨的田间利用率。

   （3）没有水分的漂移损失和输送及喷洒中的蒸发损失。

   3．减小盐碱对作物的损害。

与传统的灌溉方式不同，滴灌可以采用微咸水灌溉，且对作物产量影响很小。

有人用微咸水灌溉分别对滴灌、沟灌和喷灌方式进行了比较，发现当采用同样的灌水量时，与淡水灌溉相比，滴灌产量只降低14%，而沟灌和喷灌则分别降低了54%和94%。

而当增加灌水频率时，沟灌和喷灌分别比滴灌减少产量18%和59%。

其原因如下：

（1）由于灌水频率高，稀释了土壤盐分浓度。

（2）将盐分排拆到作物根系层以外。

   （3）避免了喷灌使作物叶面盐分积累的损害。

   4．提高肥效。

滴灌结合施肥非常方便，因而很容易做到少施、勤施，既有利于提高作物产量，又有利于减少化肥用量。

滴灌系统施肥的特点是养分可以根据作物消耗直接施到作物根系附近，使土壤养分保持在最佳平衡状态。

这种准时、及时地施肥只有滴灌才能做到。

同时，均匀的肥料分布可以最大限度地避免肥料被淋洗到根系以下。

所以，得到同样的产量，滴灌所需的肥料比其他灌溉方法大大减少。

   5．有利于实现自动化控制。

自动化控制可以大大节省劳力，同时可更有效地控制灌溉。

通过滴灌系统施用水、肥料、除草剂、杀虫剂以及其他药品可以降低操作管理费用。

   6．节能。

滴灌系统采用低压运行可以大大降低泵站的能耗，同时由于流量小工作压力低，可能采用小直径低压力档次的的管材。

另一个经济因素是杂草只生长在湿润的区域，可减少除草剂的费用。

   7．对地形适应能力强。

在坡度50%到60%的陡坡地上，也可以采用滴灌系统进行灌溉。

在很大压差变化范围内能可靠地进行工作的补偿式滴头，特别适用于山丘坡地条件。

   8．可开发边际土地资源。

沙漠、戈璧、盐碱土壤、荒山荒丘等均可以利用滴灌技术进行种植业开发。

四、滴灌的适用范围

     在我国，滴灌技术有着广阔的发展前景，其主要适用的范围有：

北方干旱和半干旱地区的果树和大田作物如玉米、土豆滴灌；西北地区的葡萄、瓜果等滴灌；城市郊区、温室大棚和保护地的蔬菜、各种瓜果、苗木花卉及药材等；大田作物如玉米、棉花、小麦等宜采用移动式滴灌；新疆的棉花膜下滴灌等。

微灌技术介绍

1．定义

    微灌技术是新兴的节水灌溉技术，是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器，将水和作物生长所需养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的一种局部灌溉的工程技术，具有精细灌溉的特点。

2．微灌系统的组成

    微灌系统通常由水源工程、首部枢纽、输配水管网和灌水器四部分组成。

如图1所示。

（1）水源：

江河、渠道、湖泊、水库、井、泉等均可作为微灌水源，但其水质需符合微灌要求。

（2）首部枢纽：

首部枢纽包括水泵、动力机、肥料和化学药品注入设备、过滤设备、控制器、控制阀、进排气阀、压力流量量测仪表等。

其作用是从水源取水增压并将灌溉水处理成符合微灌要求的水流送到系统中去。

    （3）输配水管网：

输配水管网包括干、支管和毛管三级管道。

毛管是微灌系统的最末一级管道，其上安装或连接灌水器。

    （4）灌水器：

灌水器是微灌设备中的关键部件，是直接向作物施水的设备，其作用是消减压力，将水流变为水滴或细流或喷洒状施入土壤，包括微喷头、滴头、滴灌管（带）等。

图1  微灌系统组成示意图

3．微灌的形式

    微灌按所用的设备及出流形式分为滴灌、微喷灌、小管出流灌和渗灌4种。

（1）滴灌：

是利用安装在末级管道（称为毛管）上的滴头，或与毛管制成一体的滴灌带将压力水以水滴状湿润土壤，在灌水器流量较大时，形成连续细小水流湿润土壤。

通常将毛管和灌水器放在地面，也可以把毛管和灌水器埋入地面以下30～40cm。

前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌。

滴灌灌水器的流量为2～12L/h。

（2）微喷灌：

是利用直接安装在毛管上，或与毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿润土壤。

微喷头有固定式和旋转式两种。

前者喷射范围小、水滴小；后者喷射范围较大，水滴也大些，故安装的间距也大。

微喷头的流量通常为20～250L/h。

    （3）小管出流灌：

是利用小塑料管与毛管连接作为灌水器，以细流（射流）状局部湿润作物附近土壤，小管灌水器的流量为80～250L/h。

对于高大果树通常围绕树干修一条渗水小沟，以分散水流，均匀湿润果树周围土壤。

    （4）渗灌：

是利用一种特别的渗水毛管埋入地表以下30～40cm，压力水通过渗水毛管管壁的毛细孔以渗流的形式湿润其周围土壤。

由于它减少土壤表面蒸发，是用水量最省的一种微灌技术。

渗灌毛管的流量为2～3L/（h·m）。

4．微灌系统的类型

    根据微灌工程配水管道在灌水季节中是否移动，可以将微灌系统分成以下3类：

（1）固定式微灌系统

    在整个灌水季节系统各个组成部分都是固定不动的。

干管、支管一般埋在地下，根据条件，毛管有的埋入地下，有的放在地表或悬挂在离地面一定高度的支架上。

这种系统主要用于宽行大间距果园灌溉，也可用于条播作物灌溉，因其投资较高，一般应用于经济价值较高的经济作物。

（2）半固定式微灌系统

    首部枢纽及干、支管是固定的，毛管连同其上的灌水器可以移动。

根据设计要求，一条毛管可以在多个位置工作。

    （3）移动式微灌系统

    系统的各组成部分都可以移动，在灌溉周期内按计划移动安装在灌区内不同的位置进行灌溉。

    半固定式和移动式微灌系统提高了微灌设备的利用率，降低了单位面积微灌的投资，常用于大田作物。

但操作管理比较麻烦，仅适合在干旱缺水而又经济条件较差的地区使用。

5．微灌的优点

（1）流量小，每次灌水的时间较长，灌水均匀度较高，为高效增产提供了最佳的土壤湿度；

（2）需要的工作压力低，节能；（3）在所有节水灌溉技术中，最节水；（4）大幅度提高作物产量和品质，产生较大的经济价值；（5）地表不产生积水和径流，不破坏土壤结构，土壤中的养分不易被淋溶流失；（6）可实现自动化控制；（7）可实现水肥同步；（8）对地形适应性强。

喷灌技术介绍

1．定义

   喷灌是利用管道将有压水送至喷头，经喷嘴喷射到空中，与空气碰撞，形成细小的水滴，均匀地散布到田间，为农作物的生长提供必要水分条件的一种先进灌水方法。

2．喷灌系统组成

   喷灌根据其提供水压的方式，可分为自压式和机压式两种。

自压式由位于高处的水源提供水压，系统由水源、管道系统、田间喷灌设备组成；机压式是在系统自然水头不满足喷灌所需压力时，采用机泵扬水加压进行喷灌，系统由水源、机泵、管道系统及田间喷灌设备组成。

（1）水源

   喷灌水源要符合灌溉水质要求，除高含沙水及其他一些劣质水要经过净化处理处，河流、渠道、库塘及井泉等都可直接作为喷灌水源。

（2）机泵

   喷灌系统通常采用离心泵、潜水泵、深井泵、自吸泵等作为提水加压工具，其配套动力可由电动机、柴油机、拖拉机等，配套功率根据水泵配套要求而定。

   （3）管道系统

   喷灌管道一般分为干管、支管两级。

干管可采用钢管、铸铁管、喷灌用PVC管、钢筋混凝土管等。

支管采取地埋，其管材选用可与干管相同；支管采取地面移动，则可选用薄壁铝管、镀锌薄壁钢管、涂塑软管等。

管道系统上根据需要安装各种连接和控制配件，包括弯头、三通、接头、闸阀和安全保护设备等。

   （4）田间喷灌设备

   田间喷灌设备包括喷头、竖管、支架等。

喷头是喷灌专用设备，竖管是连接喷头与支管的专用管道，其高度要满足作物生长需要，对于半固定管道式喷灌系统或移动式喷灌机组，应在竖管上安设给水栓，以向移动支管或机组供水，支架主要用用以支撑竖管，减轻竖管及喷头在工作时的振动。

3．喷灌系统类型

   按系统的工作方式来分有管道式喷灌和机组式喷灌两大类。

其中：

管道式喷灌分为固定式喷灌、半固定式喷灌和移动管道式喷灌三种类型；机组式喷灌分为大型喷灌机技术、卷盘式喷灌机技术和轻小型喷灌机技术三种类型。

4．喷灌的优点

（1）节约用水。

由于输配水过程中大大降低了水量损失，和自流的地面灌溉相比可省水30%~40%；

（2）增加农作物产量，提高农作物品质；（3）减少了沟渠地埂占地，提高土地利用率；（4）可实现机械化作业，节省劳动力；（5）防止土壤冲刷和盐碱化；（6）适应性强，多数情况下无需平整土地或控制地形坡度。