北方半干旱地區農業節水灌溉常用技術及應用研究進展

矯麗娜 葉建全 戰海云 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農業節水灌溉常用技術，綜述了農業節水灌溉常用技術應用研究進展，以期為更大范圍的應用推廣提供參考。

關鍵詞：農業節水灌溉;灌溉水利用效率;淺埋滴灌

中圖分類號 S275文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）09-0124-02

2003—2015年，我國糧食產量不斷實現突破，取得了歷史性的“十二連增”，用僅占世界9.85%的耕地養活了占世界19.84%的人口。我國糧食產量的提高和農業灌溉密不可分，但我國水資源存在總量不足，且存在時空分布不均衡，水資源年內、年際變化大，水資源和耕地資源錯配、農業水資源的綜合利用效率較低等問題[1]。2019年全國用水總量為6021.2億m3，農業用水量3682.3億m3，農業用水量占全國用水總量的61.2%，耕地實際灌溉平均用水量5520m3/hm2，農田灌溉水有效利用系數0.559，與發達國家（0.7～0.8）相比差距較大。因此，發展農業節水，提高農田灌溉水分利用效率對于保障我國水資源的高效利用和農業可持續發展，具有重要的戰略意義。

1 北方半干旱地區農業節水灌溉常用技術

1.1 低壓管灌 低壓管道輸水灌溉簡稱管灌，在田間灌水技術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。灌水時使用較低的壓力，通過壓力管道系統，把水輸送到田間溝、畦，灌溉農田。其主要優點是可有效減少水資源輸流過程中的損失，低壓管灌所需設備相對簡單，成本較低。

1.2 噴灌 噴灌技術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]。噴灌技術具有節水、省工、保土、適應性強、增產等優點，但也具有投資高、受風影響大和能耗大的缺點。

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

1.3.1 膜下滴灌 膜下滴灌是將地膜覆蓋與滴灌技術相結合的一種灌水施肥技術，滴灌帶上方鋪設地膜，以減少水量蒸發，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、環境污染，且增加生產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的膜下滴灌技術基礎上創新改進而來，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，實現水肥一體化的高效節水灌溉模式[3]。其諸多優勢可以概括為“五省四減三增三提兩促進”，“五省”即省水、省電、省時、省地、省工;“四減”即減肥、減藥、減膜、減成本;“三增”即增產、增效、增加農牧民收入;“三提”即一是提高玉米標準化生產水，二是提高現代化農業生產效率，三是提高生態效益;“兩促進”即一是促進了生產方式的轉變，由一家一戶分散種植向規?；N植轉變，二是促進了經營方式的轉變，由數量型向質量型發展。

2 農業節水灌溉常用技術應用研究進展

2.1 節水灌溉常用技術對土壤水和地溫的影響 灌溉水利用系數是衡量灌區從水源引水到田間作用吸收利用水的過程中水利用程度的一個重要指標。張卓通過分析通遼市西遼河井灌區2013—2015年灌溉水利用系數，結果表明，管道輸水灌溉的灌溉水利用系數為0.783，噴灌為0.851，滴灌為0.866，而傳統地面灌為0.635[4]。水分利用效率是植物每消耗單位含水量生產干物質的量，灌溉水利用效率是植物生育期內消耗單位灌水定額生產干物質的量。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，促進作物生長[6]。與不覆膜滴灌比，覆膜通過改變冠層輻射能量分配降低了玉米田蒸發蒸騰總量，水分利用效率提高12.0%～13.1%[7]。王建東等研究表明，在常規地表滴灌基礎上，結合覆膜和淺埋措施，能有效降低作物壟間棵間蒸發量，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氣溫對地溫的影響作物，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]。

從工藝節水角度看，滴灌技術灌溉水利用系數高于其他灌溉方式;從農藝節水角度看，滴灌技術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才開始示范推廣，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。根據目前已有的研究結果表明，與膜下滴灌比，淺埋滴灌節水效果最優，充分說明工藝節水措施與農藝節水措施相結合的重要性。

2.2 節水灌溉常用技術對作物產量的影響 低壓管灌、膜下滴灌和噴灌3種節水灌溉方式，灌水定額相同時，在整個生長期內，玉米生物量膜下滴灌高于噴灌，噴灌高于低壓管灌，膜下滴灌實際產量大于噴灌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]開展了不同節水種植模式對玉米產量影響的研究，結果表明，灌水量相同時，膜下滴灌玉米產量高于無膜淺埋滴灌。大量研究表明，干物質積累和運轉決定著作物籽粒產量的高低，玉米籽粒產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干物質對籽粒的貢獻率在78.0%～84.0%[11-13]。楊恒山等[14]研究了灌溉方式對西遼河平原玉米產量及水分利用效率影響，連續2年試驗結果表明，干物質轉運率及干物質轉運量對籽粒的貢獻率均表現為淺埋滴灌>傳統畦灌>膜下滴灌，玉米籽粒產量淺埋滴灌均高于膜下滴灌和傳統畦灌。

從前人的研究可以看出，作物籽粒產量滴灌>噴灌>低壓管灌，膜下滴灌和淺埋滴灌對作物籽粒產量的影響研究結果不一。研究可能受耕地地力條件，農機播種出苗率等因素的影響，因而需要進一步研究探討。

3 結語

農業節水對我國農業可持續發展意義重大，農業生產中僅憑農業工藝節水灌溉技術很難達到灌溉水資源高效利用，必須工藝節水、農藝節水和管理節水技術結合發展;同時我國幅員遼闊，氣候復雜多樣，降水地區差異大，因此，農業節水應針對本地區氣候、降水、土壤、種植作物等因素，因地制宜，研究和探索適宜當地的節水技術模式。

參考文獻

[1]倪坤曉，何安華.中國糧食供需形式分析[J].世界農業，2021，02（502）：11-18.

[2]姚文平，王燁峰，戴潤華，等.農業水利工程灌溉中節水措施的應用[J].農業開發與裝備，2020（11）：66-67.

[3]李金琴.通遼地區玉米無膜淺埋滴灌技術手冊[M].北京：中國農業科學技術出版社，2018：1-3.

[4]張卓.西遼河井灌區不同方式灌溉條件下灌溉水利用系數應用與分析[D].長春：長春工程學院，2020.

[5]曹玉軍，魏雯雯，徐國安，等.半干旱區不同地膜覆蓋滴灌對土壤水、溫度及玉米生長的影響[J].玉米科學，2013，21（1）：107-113.

[6]張治，田富強，鐘瑞森，等.新疆膜下滴灌棉田生育期地溫變化規律[J].農業工程學報，2011，27（1）：44-51.

[7]張彥群，王建東，龔時宏，等.基于液流計估測蒸騰分析覆膜滴灌玉米節水增產機理[J].農業工程學報，2018，34（21）：89-97.

[8]王建東，張彥群，龔時宏，等.覆膜淺埋滴灌技術模式田間應用試驗研究[J].灌溉排水學報，2015，34（11）：1-5.

[9]魏子涵，魏占民，李春強，等.不同灌溉方式對玉米植株生長參數及產量的影響[J].水土保持研究，2017，24（3）：183-187.

[10]李金琴，王宇飛，侯旭光，等.不同節水種植模式對玉米產量的影響[J].北方農業學報，2017，45（4）：30-34.

[11]劉偉，張吉旺，呂鵬，等.種植密度對高產夏玉米登海661產量及干物質積累與分配的影響[J].作物學報，2011，37（7）：1301-1307.

[12]胡昌浩，董樹亭，王空軍，等.我國不同年代玉米品種生育特性演進規律研究Ⅱ物質生產特性的演進[J].玉米科學，1998，6（3）：49-53.

[13]杜社妮，白崗栓.玉米地膜覆蓋的土壤環境效應[J].干旱地區農業研究，2007，25（5）：56-59.

[14]楊恒山，薛新偉，張瑞富，等.灌溉方式對西遼河平原玉米產量及水分利用效率的影響[J].農業工程學報，2019，35（21）：69-76.

（責編：張宏民）