農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術措施探討

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摘要：本文對當前農(nóng)業(yè)灌溉用水的現(xiàn)狀進行分析，進而提出了灌溉節(jié)水措施，包括應用節(jié)水灌溉技術和有效利用土壤水，以期為農(nóng)業(yè)節(jié)水提供參考。

關鍵詞：農(nóng)業(yè)；節(jié)水灌溉；土壤水

我國是水資源大國，水資源總量居世界第六位，但人均水資源不到世界水平的25%，而農(nóng)業(yè)灌溉用水約占總水量的70.4%。由于農(nóng)田水利工程不配套、灌溉技術落后、管理不善等原因，灌溉水利用率僅為30%左右，其余70%白白流失。在廣大的南方地區(qū)，農(nóng)戶依舊采用較為原始的灌溉措施，水分利用率較低，加上近年來干旱問題嚴重，如何節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水是保障農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要前提。提高農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術可減少農(nóng)業(yè)用水量，對水資源保護具有重要的意義。我國傳統(tǒng)的灌溉方式主要是采用土渠、大水漫灌，耗水量大、效率低，目前許多地區(qū)開始推廣采用現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術[1-2]?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術的核心有2點，一是減少從水源進入農(nóng)田直至被作物吸收利用整個過程中的無效損失，包括輸水的沿途漏失、土壤深層滲漏和土層表面蒸發(fā)等；二是充分挖掘土壤水的潛力，根據(jù)土壤水的含量和作物需水情況，決定灌溉時機和灌水量。

1節(jié)水灌溉技術

1.1管道輸水

管道輸水主要采用低壓管道代替明渠輸水到田間地頭。管道輸水的優(yōu)點是減少沿途漏失和蒸發(fā)損失，輸水利用率可達95%~97%，較土渠輸水節(jié)水30%，較硬化渠道輸水節(jié)水5%~15%；若配置地面移動閘管系統(tǒng)和先進的灌水方法，還可再省水30%。此外，管道輸水還具有減省能耗、占地少、輸水及時、便于管理、投資少、見效快等優(yōu)點[3-4]。

1.2渠道防滲

渠道防滲是我國應用最為廣泛的節(jié)水灌溉技術，適用于所有的輸水渠道。渠道防滲的目的是減少土渠的滲漏，防止水量沿途損失過多。渠道防滲所選用的材料可根據(jù)當?shù)厍闆r而定，防滲方法有草皮護面、黏土襯砌、石料襯砌、混凝土或瀝青護面等。對于透水性強的砂質土渠可用黏土壓實護面，厚度一般為10~15cm，表面蓋以砂土和砂礫。這種防滲方法投資小，但不耐沖刷。在石料豐富的地區(qū)宜采用漿砌塊石護面，其防滲效果較好，且堅固持久、抗沖耐磨。在有條件的地區(qū)還可以采用混凝土護面或采用配有鋼筋的U型預制件渠道，可使渠水利用系數(shù)達0.97~0.98，具有堅固耐用、流速快、不易淤積、抗壓、抗凍等優(yōu)點。

1.3噴灌、微灌、滲灌技術

噴灌是利用專門設備將水加壓或利用自流水頭，通過噴頭將水噴射至空中，散成細小水滴均勻散布在田間的一種灌溉方式。噴灌與地面漫灌相比可省水30%~50%，對透水性強、保水能力差的砂質土省水可達70%以上，但灌水設備一次性投資大。微灌包括滴灌、微噴灌、涌流灌，是將適量的水送到作物根部附近的土壤表層。這種灌水方式基本上不產(chǎn)生深層滲漏，較地面漫灌省水50%~70%，較噴灌省水15%~20%；其另一優(yōu)點是適應性強，可適用于山丘、坡地、平地等各種地形。缺點是一次性投資高，灌水器易堵塞，所以一般常用于局部灌溉。膜上灌是將塑料薄膜覆蓋在田間，在植株處留孔使之可以從孔中鉆出，這些孔也是滲水孔，灌溉時水從滲水孔進入植株根部。由于減少了土面蒸發(fā)，灌水定額可大幅度降低。應該注意的是，噴灌、滴灌、滲灌一般可減少或不產(chǎn)生深層滲漏，提高水分利用率；但對于干旱地區(qū)或采用劣質水灌溉的地區(qū)，會因缺少深層滲漏而不利于土壤脫鹽，易產(chǎn)生次生鹽漬化問題。

2土壤水的有效利用

近年來，土壤水的有效利用已成為發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要研究課題[5]。事實上，噴灌、滴灌、滲灌之所以省水，除方法本身具有不產(chǎn)生深層滲漏、減少土面水分蒸發(fā)等優(yōu)點外，更重要的是充分利用了土壤水。土壤水是指可被植物根系吸收利用的地表淺部土壤孔隙中的水，是植物可以直接利用的水資源形態(tài)。無論是灌溉水，還是大氣降水，都要轉化成土壤水后才能被植物根系吸收。土壤水的分布與氣象條件、降水分布特征、包氣帶巖性及厚度、微地貌、土地利用等有關，并在土壤層垂直向上呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。當土壤水的含量超過田間持水量時，會發(fā)生深層滲漏，出現(xiàn)土壤水補給潛水情況；反之，植物根系層的土壤水含量達到作物凋萎水量時，植物就不能正常生長。因此，根系層的土壤含水量和作物的凋萎含水量指標是決定是否灌溉的主要依據(jù)。田間墑情的監(jiān)視和預報已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中的一個重要組成部分，也是節(jié)水灌溉技術獲得預期效果的保證。根據(jù)土壤水的時空變化規(guī)律，國外在20世紀80年代提出了充分利用土壤水的另一種灌溉技術———間歇灌。間歇灌是用自動控制器間斷送水入地，灌水間隔和供水量根據(jù)土壤墑情、作物的種類和生長期而定，這種方法的先進性在于充分考慮了土壤水的運動規(guī)律。當再次灌水時，土壤淺部含水量已降低，可再吸持水分又減少深層滲漏，同時減少肥分圍環(huán)境的監(jiān)測，比如土壤、大氣、水環(huán)境、雜草等的監(jiān)測。目前，傳感器在大棚種植中有顯著效果，例如技術較為成熟的大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器等實時監(jiān)測育種環(huán)境使其作物達到最優(yōu)生長的條件；土壤傳感器實時監(jiān)測土壤水分、不同土層溫度、土壤pH值、氮、磷、鉀等農(nóng)藥化肥元素等，進而精準傳遞土壤水分和土壤顆粒組成的信息；二氧化碳傳感器可以實時監(jiān)控植物生長環(huán)境中二氧化碳的含量以保障植物光合作用；新興的雜草檢測傳感器技術可以進行雜草識別達到除草自動化等。相應地，在禽畜飼養(yǎng)領域的動物育種繁殖、生存環(huán)境等環(huán)節(jié)也需要應用傳感器。例如，育種使用生物傳感器；生存環(huán)境采用氣敏傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光電傳感器等，及時調整飼養(yǎng)方案，提高飼養(yǎng)質量。

3.3在加工儲存中的應用

傳感器在加工儲存上的應用主要是監(jiān)督農(nóng)產(chǎn)品質量安全。在分類加工成熟的農(nóng)作物過程中，根據(jù)農(nóng)作物特有的性質進行相應的傳感器檢測。例如，根據(jù)水分傳感器來判斷蔬菜新鮮程度。同樣地，在儲存過程中，溫濕度傳感器實時監(jiān)測倉庫存儲環(huán)境，確保農(nóng)產(chǎn)品保持良好的存儲狀態(tài)。

4傳感器在智慧農(nóng)業(yè)上的未來發(fā)展趨勢

《國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》指出大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，實施智慧農(nóng)業(yè)工程和“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行動，鼓勵對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行數(shù)字化改造，加強農(nóng)業(yè)遙感、物聯(lián)網(wǎng)應用，提高農(nóng)業(yè)精準化水平。發(fā)展智慧氣象，提升氣象為農(nóng)服務能力[6]。在此情形下，實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)數(shù)字智能化和加強與其他現(xiàn)代科學技術相融合是大勢所趨。對于智慧農(nóng)業(yè)來說，傳感器是實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的最基礎，也是最必不可少的“探頭”工具。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術的逐漸成熟和傳感器行業(yè)的飛速發(fā)展，傳感器也向更加微型化、集成化和智能化等方向發(fā)展。成本低、功耗小、使用簡單的無線傳感器網(wǎng)絡就是實現(xiàn)傳感器集成化的一種技術，也是精準農(nóng)業(yè)體系中至關重要的一部分。無線傳感器網(wǎng)絡是一種集成傳感器并通過無線通信進行感知、采集、處理傳輸網(wǎng)覆蓋區(qū)域內被感知對象的信息的分布式傳感網(wǎng)絡。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，該技術主要用來獲取環(huán)境信息，也是目前使用最廣泛的一項技術。無線傳感器網(wǎng)絡為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準化水平發(fā)揮了重要的促進作用。比如，未來需要發(fā)展的智能農(nóng)業(yè)機器人。一個集多種傳感器于一身且可以智能操縱的機器人，不僅可以代替人工實現(xiàn)更加精確的信息數(shù)據(jù)獲取和田間勞作，還可以配合大數(shù)據(jù)平臺得到更合適的治理方案。同樣，在遙感領域，無線傳感器網(wǎng)絡在實現(xiàn)地形分析、災害研究、病蟲害監(jiān)控和植保無人機等占有主導地位。此外，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術的結合可以打造一個智能化、數(shù)字化的多功能智慧農(nóng)業(yè)平臺，也是實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過渡的重要節(jié)點。一方面，可以對傳感器所測的數(shù)據(jù)進行信息整理，整個過程的數(shù)據(jù)分析、決策支持、遠程控制、災變預警等也同樣需要平臺處理；另一方面，通過與物聯(lián)網(wǎng)技術的融合，不僅能夠完善農(nóng)產(chǎn)品電商平臺的構建，還可以打破農(nóng)業(yè)市場時間和地理的限制性因素，促進農(nóng)村經(jīng)濟新業(yè)態(tài)。

5參考文獻

[1]王輝，湯文亮，王永祥.江西省智慧農(nóng)業(yè)PPP模式發(fā)展歷程及現(xiàn)狀分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2018（2）：174-176.

[2]新華社.2019年中央一號文件擷要[J].新農(nóng)業(yè)，2019（6）：7-10.

[3]張建召.論傳感器技術的應用及其發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2010（11）：30.

[4]姚金霞，王利，郭鵬，等.傳感器在農(nóng)業(yè)領域的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].四川農(nóng)業(yè)與農(nóng)機，2019（1）：26-27.

[5]馬雪麗，王宏陽.農(nóng)業(yè)機器人中的傳感器技術[J].智庫時代，2019（37）：291-291.

[6]中共中央政治局召開會議審議《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018-2022年）》和《關于打贏脫貧攻堅戰(zhàn)三年行動的指導意見》[J].實踐（思想理論版），2018（6）：12-13.

作者：趙云鵬 張立軍 單位：吉林省雙遼市農(nóng)村供水服務中心