農田水利建設中的節水灌溉技術種類及發展趨勢

丁慧穎

農田水利建設是農業生產的基礎，而節水灌溉技術則是提高農田水利效益的重要手段。本文主要介紹了農田水利建設中的節水灌溉技術，包括噴灌技術、滴灌技術、地下滴灌技術以及雨水收集利用等技術，并分析了各種技術的優缺點和適用范圍。同時，還探討了未來節水灌溉技術的發展趨勢，如智能灌溉系統、新型灌溉設備、水資源循環利用技術等。

隨著人口的增長和經濟的發展，水資源的短缺問題日益突出，農田水利建設中的節水灌溉技術成為解決這一問題的關鍵。節水灌溉技術不僅可以節約水資源，提高水資源利用效率，還可以改善農田生態環境，提高農作物產量和質量。因此，研究和發展節水灌溉技術具有重要的理論和實踐意義。

一、節水灌溉技術的原理

農田水利建設節水灌溉技術是一種以科學管理和高效利用水資源為目標，通過采用先進的灌溉方法和設備，實現農田水分的精確控制和合理利用的技術，節水灌溉技術主要包括滴灌、噴灌、微灌等多種形式，每種形式都有其特定的適用條件和優勢。節水灌溉技術不僅可以緩解水資源緊缺的問題，還能提高水資源的利用率，對促進農業的長遠發展也有重要作用。

二、傳統灌溉技術存在的問題

1、水資源浪費

傳統灌溉技術存在著不合理的大水量供給，這導致了水資源的嚴重浪費。首先，傳統灌溉技術通常采用大面積灌溉方式，即將大量的灌水均勻地分布在整個農田表面。由于土壤的不均勻吸水性和作物根系分布的離散性，大面積灌溉造成了大量的水分蒸發、淋洗和流失。其次，由于缺乏精確的監測和控制手段，傳統灌溉技術無法準確預測作物的水需求，導致水量過大或過小，浪費了大量的水資源。再次，傳統灌溉技術還存在著滲漏和破壞性排水等問題。由于傳統灌溉系統的管道老化或構造不完善，會出現大量的滲漏現象，使得灌溉水無法完全到達作物根系區域。最后，傳統排水系統的設計不合理，使得排水效果不佳，導致灌溉水在農田中滯留過長，增加了水分蒸發和土壤中鹽分積累的可能性。

2、土壤鹽堿化

首先，傳統灌溉技術中的泛濫灌溉方式會導致土壤表層因過度濕潤而蒸發水分，使鹽分逐漸累積在土壤表面。這種過量的水分蒸發會使土壤滲透層深度不足，鹽分難以下滲，從而加劇土壤鹽堿化問題。其次，傳統灌溉技術中常使用地表灌溉方式，如開溝、引水灌溉等，這些方法無法準確控制灌溉水量和灌溉時間，導致土壤內的鹽分淋洗不徹底，造成土壤鹽堿濃度持續升高。再次，傳統灌溉技術對于土壤的鹽堿分布狀況了解較少，無法準確評估土壤的鹽堿化程度和影響范圍。缺乏對土壤鹽堿情況的精準監測和預測，難以采取相應的措施來避免和修復土壤鹽堿化。最后，傳統灌溉技術中常使用大量地表水源灌溉，如河流、湖泊等。隨著人口增加和氣候變化等因素的影響，這些水源面臨供應不足的風險。因此，依賴傳統灌溉技術可能加劇水資源緊缺問題，并對土地的鹽堿化狀況產生不利影響。

3、農田排水困難

傳統開溝灌溉一般采用開溝或挖溝的方式，將水源引入農田進行灌溉，由于溝渠通常不具備良好的排水能力，當降雨較多或灌溉過度時，很容易導致農田內積水過深，影響作物生長，且對排水系統的建設和管理不夠重視，排水設施缺乏規劃和維護，導致農田排水效果不佳。傳統排水系統通常是簡單的溝渠和渠道，沒有完善的設計和構造，難以有效地排除農田內的積水。同時，由于長期缺乏維護和清理，堵塞和破損的情況較為常見，進一步加劇了農田排水困難的問題。此外，傳統灌溉技術容易導致土壤結構緊實，影響了土壤的排水性能。傳統灌溉方式中常常使用大量的水進行澆灌，缺乏合理的水分調控和管理，導致土壤過度濕潤，長期以來，農田內的土壤往往變得結實、板結，排水能力下降。

三、現有農田水利建設中的節水灌溉技術

1、噴灌技術

噴灌技術通過將水以細小的顆粒狀噴射或噴霧方式供給作物根系，實現對植物的準確供水。該技術在農田水利建設中被廣泛應用，具有許多優勢，如高效節水、均勻灌溉、適應性強等。首先，噴灌技術可以實現高效節水。相比于傳統的灌溉方式（如溝渠灌溉、引水灌溉等），噴灌技術能夠精確控制水量和水流速度，將水直接送到作物根系附近，減少了水分的流失和蒸發，從而節約了用水量。通過合理調整噴灌系統的設計參數，如噴頭數量、布置方式、噴頭壓力等，可以進一步提高噴灌技術的節水效果。其次，噴灌技術能夠實現均勻灌溉。噴灌系統中的噴頭可以進行定向調節，根據農田地勢和作物的需水特點，合理布置和調整噴頭位置，使水流能夠均勻地覆蓋整個農田。這樣可以避免出現某些區域過濕、某些區域過干的情況，提高作物生長的一致性和穩定性。此外，噴灌技術具有適應性強的特點。噴灌系統可以根據不同作物的生長需求進行調整和改進，靈活適應不同作物的需水特點和栽培方式。同時，噴灌技術在農田水利建設中還可以結合其他輔助設施，如土壤水分監測系統、自動化控制系統等，實現水量的精確控制和智能管理，提高整體的農田水利效益。

2、滴灌技術

滴灌是將水通過管道輸送到農作物根部，通過微型噴孔或滴孔逐滴滴入土壤，實現精準澆灌。滴灌技術可以最大限度地減少水分蒸發和流失，提高水分利用效率。首先，滴灌技術采用了特殊的滴灌管道系統。該系統由主管道、支線管道和滴頭組成，主管道與水源相連，通過支線管道將水分配到滴頭上。滴頭由微小的孔隙組成，水通過這些孔隙以滴水的方式滴入作物的根系區域。這種設計使得滴灌技術能夠將水精確地供應給作物根系，并最大限度地減少水的蒸發和滲漏。其次，滴灌技術可以根據作物的需水量和生長階段進行靈活調節。滴頭的數量和間距可以根據作物的需水量和土壤的濕度狀況進行調整，從而保證作物根系得到適量的水分供應，在不同的生長階段，滴頭的流量和時間也可以進行調控，以滿足作物的不同需水量，避免水分的過量或不足。最后，滴灌技術具有高效用水的特點。相比傳統的沖灌和噴灌技術，滴灌技術能夠將水分直接供應給作物根系，減少了水分的損失。同時，由于滴頭向作物根系供應水分的方式是滲透式的，減少了土壤表層的濕度，降低了蒸發速率，進一步提高了水的利用效率。因此，滴灌技術可以在相同的灌溉面積下，實現更高效地用水和更好的作物生長效果。

3、地下滴灌技術

地下滴灌是一種將滴灌技術應用于地下灌溉系統的方法。通過在土壤中埋設滴灌管道，將水滴直接輸送到植物根區，減少水分蒸發和流失。地下滴灌技術有助于提高水分利用效率及作物的生長。地下滴灌系統由滴灌管道、滴灌器、接頭和管道配件組成，滴灌系統中的主要組件是滴灌管道，由聚乙烯材料制成，這種管道具有抗老化、耐腐蝕和抗壓等特性，滴灌器位于滴灌管道上，負責控制水分的滴出速度和流量，常見的滴灌器有壓力補償型和非壓力補償型滴灌器，前者能夠保持恒定的滴出速度，后者則隨水壓變化而改變滴出速度，接頭和管道配件用于連接滴灌管道和水源的接頭，以及連接滴灌管道之間的管道配件。地下滴灌技術可以減少水分蒸發和地表徑流，并減少因為風吹和蒸發導致的水分損失。相比傳統的噴灌技術，地下滴灌技術的節水效果更為明顯，地下滴灌技術還可以精準地將水分直接送到作物根系區域，避免了浪費在非生長部位的水分。這樣可以提高作物根系的含水量，增加生長潛力，提高產量和質量，且地下滴灌的管道埋設在土壤中，不會占用耕地表面空間，對于小型農田和不同形狀的土地都具有較好的適應性。使用過程中，相關人員需要根據作物類型、土壤條件和坡度等因素進行滴灌管道的合理布局，確保水分均勻分布，定期檢查和清洗滴灌管道，防止滴孔堵塞和滲漏等問題，根據作物需水量和生長階段，合理安排灌溉頻率和時機，避免水分過多或不足。

4、雨水收集利用技術

雨水收集利用技術是滴灌技術在農田水利建設中的一種節水灌溉技術，它通過收集和儲存降水，將其有效地利用于農田灌溉，以減少對地下水和地表水的依賴，實現節水的目的。首先，雨水收集利用技術需要建設雨水收集系統，這包括雨水收集器、濾清器和儲水設施等組成部分。雨水收集器用于收集雨水并將其導入濾清器，濾清器可以去除雨水中的雜質和污染物，收集的雨水經過濾清器后，會被儲存于儲水設施中，如地下水庫、水塔或水箱等。其次，雨水收集利用技術需要進行雨水儲存管理，這包括對儲水設施的監測和維護，確保其正常運行和儲水量充足。同時，還需要進行雨水的調度和分配，根據農田的需水情況合理利用儲存的雨水進行灌溉。另外，為了提高雨水的利用效率，雨水收集利用技術通常與其他節水灌溉技術結合使用。例如，可以將收集的雨水與滴灌系統結合，通過滴灌方式將雨水準確地輸送到作物根系附近，提高灌溉水的利用效率和作物生長的水分利用效率。為了保證雨水的質量和安全性，雨水收集利用技術還需要進行預處理和后處理。預處理包括對雨水進行除雜、殺菌等處理，以減少雨水中的懸浮物和病菌。后處理則包括對儲存的雨水進行消毒和過濾等處理，確保供灌溉的雨水符合衛生標準。

四、節水灌溉技術的發展趨勢

1、智能灌溉系統

智能灌溉系統是農田水利建設中節水灌溉技術的重要發展方向，隨著科技的進步和農業的發展，傳統的灌溉方式存在浪費水資源、不適應作物需水變化等問題。因此，研發智能灌溉系統成為解決這些問題的關鍵。智能灌溉系統基于先進的傳感器技術、通信技術、控制算法等，可以實時監測和感知農田的環境參數以及作物的需水情況，通過智能分析和決策，精確調控灌溉水量和灌溉時間，從而實現高效節水灌溉。下面討論智能灌溉系統的幾個關鍵技術：

①傳感器技術：智能灌溉系統依靠各類傳感器對土壤水分、氣象條件、作物生長狀態等進行實時監測。傳感器技術的發展使得數據采集更加準確和高效，可以提供準確的環境信息，為灌溉決策提供依據。

②數據處理與算法：智能灌溉系統通過對傳感器數據的分析和處理，利用機器學習算法和決策模型，對土壤水分、作物需水等進行動態預測和優化調控。這些算法可以根據不同作物的需求和生長周期，合理安排灌溉量和灌溉時間，實現精準灌溉。

③通信技術：智能灌溉系統需要將傳感器獲取的數據、決策結果等信息進行實時傳輸和交互，因此需要依靠先進的通信技術，如物聯網、無線傳感網絡等。這些技術可以實現系統內各個部件的聯動和協作，保證實時性和穩定性。

④智能控制器：智能控制器是智能灌溉系統的核心設備，負責接收傳感器數據并執行灌溉策略。智能控制器一般具備自主學習和自適應調節能力，可以根據環境變化和作物需求進行智能決策并控制灌溉設備的運行。未來，隨著技術的不斷創新和突破，智能灌溉系統將更加智能化、自動化，并能與其他農業管理系統進行有機結合，實現現代化、科學化的農田水利建設。

2、新型灌溉設備

隨著農業水資源的日益稀缺和環境保護意識的提高，農田水利建設中的節水灌溉技術正不斷發展。新型灌溉設備在這一背景下應運而生，并且呈現出以下幾個發展趨勢：首先，新型灌溉設備將更加注重精確測量和控制。傳統的灌溉設備通常無法精確測量土壤水分含量和作物需水量，導致水資源的浪費和生產效率的低下。而新型灌溉設備則使用先進的傳感器和自動控制技術，能夠實時監測土壤水分狀況和作物生長情況，并根據實際需求進行精確的水量供給，實現灌溉的精細化管理。其次，新型灌溉設備將更加注重節水效果的提升。節水是當前農田水利建設的重要目標之一。新型灌溉設備將采用更高效的灌溉方式，如滴灌、微噴灌、噴霧灌等，以減少水分的流失和蒸發。同時，新型灌溉設備還會結合水肥一體化技術，實現水肥配合的最優化，進一步降低用水量，提高灌溉效率。最后，新型灌溉設備還將注重節能和環保。在設計和生產過程中，新型灌溉設備將大力推廣采用節能材料和技術，降低能源消耗。同時，新型灌溉設備還將采用環保材料和工藝，減少對環境的污染。例如，使用可降解材料制造灌溉管道，減少廢棄物的產生；引入清潔能源供電，減少排放。

3、水資源循環利用技術

首先，農田排水回用是水資源循環利用的一種重要技術。通常情況下，農田灌溉會產生大量的農田排水，這些排水含有一定的養分和溶解質，如果能夠對排水進行有效地處理和回用，既可以減少對地下水的開采，又能夠充分利用排水中的養分。目前，常用的農田排水回用技術包括土地排水系統、人工濕地處理系統和生物反應器等，這些技術可以將農田排水進行處理，使其達到灌溉要求，同時減少對清潔水資源的需求。另外，農田水利建設中還存在一些新型的水資源循環利用技術。例如，灌溉用水和飲用水的聯合供水技術，可以將市政用水和農田灌溉用水進行集成供應，通過科學的管網設計和水質處理，將飲用水的剩余部分用于農田灌溉，實現水資源的綜合利用。此外，還有基于土壤水分傳感器和遙感技術的智能化灌溉系統，可以根據土壤濕度和氣象條件等數據，自動控制灌溉水量和灌溉時間，實現精準灌溉，降低水分的浪費。

總而言之，農田水利建設中的節水灌溉技術是農業生產中的重要環節，它不僅關乎農作物的產量和質量，更關乎我國農業的可持續發展。隨著科技的進步和社會的發展，節水灌溉技術也在不斷地發展和創新，為我國的農田水利建設提供了強大的技術支持。在未來，節水灌溉技術的發展趨勢將更加明顯，通過引入物聯網、大數據等先進技術，可以實現對農田水分的實時監測和智能控制，大大提高了灌溉的效率和精度。我們期待著節水灌溉技術在未來能夠更好地服務于我國的農業生產，為我國的農業發展做出更大的貢獻。