现代农业节水新技术的应用与发展

赵英，郭旭新，霍海霞，闫小红，杜璇

（杨凌职业技术学院水利工程分院，陕西 杨凌 712100）

1 现代农业节水新技术的应用

水是农业的命脉，要保证在耕地面积上获得足够的粮食产量，首先就要保证农业用水，要从开源和节流两方面入手。

1.1 水源增量节水新技术

灌溉水源对水质有一定的要求，一般多采用地表水和地下水等淡水资源灌溉。目前中国已经拥有了相关技术，可以收集利用雨水，开发利用微咸水、海水、中水等非常规水资源用于农业灌溉，大大缓解了农业与工业及生活用水之间的竞争。

1.1.1 雨水集蓄利用技术

雨水集蓄利用技术主要用来解决人畜饮用水困难、发展庭院经济和小片土地的节水灌溉，以及为畜牧业与生态环境保护等提供所需的水源。雨水农业利用的形式主要有三种，分别是自然利用、叠加利用与聚集利用。

自然利用是对雨水的就地直接利用。例如对收割后的麦田、玉米田进行秸秆还田覆盖，当遇到降雨时，秸秆可以吸收更多的水分，同时阻止地表径流，减少水分蒸发，增加土壤储水量和水分入渗效率，抗旱保墒效果显著。目前，秸秆覆盖保护性耕作技术在辽宁、吉林等地得到了大面积推广应用，有效保护了黑土地这个“耕地中的大熊猫”。

叠加利用是在农田就地聚集雨水。采用小区集水种植技术、鱼鳞坑、隔坡（集流）梯田、平地起垄地膜覆盖保墒等技术，将非耕地上的雨水引到耕地中，以实现“雨量叠加增值”。鱼鳞坑在黄土高原丘陵坡地具有良好的蓄水保墒效果。

聚集利用是利用一系列工程措施，将天然降水聚集并储存起来用于农田灌溉，使自然降水变成时空均可调节的现实水资源。雨水集蓄利用系统通常包括集水工程、蓄水工程和灌溉工程。由于雨水集蓄难度大，集蓄水量相对有限，通常都采用最为节水的灌溉方式，目前主要采用滴灌、微喷灌等灌溉方式。

1.1.2 微咸水灌溉技术

用于灌溉的微咸水是指矿化度在2～5 g/L 的含盐水。华北、西北及沿海地区具有丰富的微咸水资源，主要以浅层地下水形式存在，易于开采，具有巨大的开发利用潜力。使用微咸水代替淡水进行农田灌溉可以有效缓解农业用水紧张问题。不同作物、不同生育阶段对于微咸水的耐受能力不同，用微咸水直接灌溉对作物及土壤的安全影响较大，目前多采用咸淡水混灌和咸淡水交替灌溉的方式，预计到2030年，农业微咸水灌溉量将增长10亿m3左右。

1.1.3 海水淡化利用灌溉技术

海水淡化是重要的增量水源，已在全球范围内得到大规模利用。“十四五”以来，出台政策大力推动海水淡化的规模化利用，以缓解沿海地区和海岛水源短缺问题。海水淡化后，若水质满足农业灌溉用水要求即可采用滴灌、微喷灌、喷灌等高效节水灌溉技术用于灌溉。

1.1.4 中水利用灌溉技术

采用中水进行灌溉即为中水回用农业。在以色列、美国、日本等国，农田灌溉中大量使用中水，尤其是以色列有46%的中水直接回用于灌溉。许多城市也将中水用于公园、绿地等领域，在农业灌溉领域的应用将逐渐加大。

1.2 输水过程节水新技术

随着技术的不断发展，在渠道输水、管道输水过程中出现了许多新技术、新材料和新工艺，使得输水损失更少，灌溉水利用系数提高，达到了节水增效目的。

1.2.1 渠道输水节水新技术

渠道输水节水技术主要是对渠道进行防渗衬砌，防渗渠道结构设计、防渗材料的选择和衬砌施工质量对防渗效果都有影响。近年来，各灌区在续建配套节水改造项目中，不断总结经验，涌现出了很多的防渗新材料、施工新工艺、管理新方法。

防渗材料体现了渠道防渗由单一材料向复合材料转化的趋势，主要有土壤固化剂、固化土、复合土壤胶结料、新型复合防渗膜料、复合土工合成材料GCL 等。聚苯乙烯泡沫板被作为新型渠道保温防渗材料使用。在西北寒旱区，还创新使用了自保温混凝土预制板（混凝土+保温板组成）、防冻防渗复合层（用土工布将整个保温板六面环包）、精准加热型防冻防渗复合层（在自保温型防渗防冻复合层中铺设电热丝）等衬砌材料，且在加热保温区采用“混凝土预制板+砂浆垫层+加热型防冻防渗复合层+水泥细沙垫层”、在非加热保温区采用“混凝土预制板+砂浆垫层+防冻防渗复合层+水泥细沙垫层”的衬砌结构。聚氨酯密封胶、聚氨酯砂浆作为伸缩缝填缝材料被广泛应用。

在灌溉渠道升级改造过程中，旧防渗体与新防渗体连接常采用热熔焊接，在新疆高寒区渠道新旧防渗体连接材料适宜使用KS热熔胶粘剂。

在陕西宝鸡峡灌区全面推广实行了滑膜衬砌浇筑渠道混凝土先进工艺，工效提高了50%以上；伸缩缝处理时，先将双组分聚氨酯密封胶放入灌缝机内加热融化并搅拌均匀，之后加压使填缝材料顺管路注入缝内，人工压实整平后，外留2 cm待初凝后用水泥砂浆磨平。甘肃省景电二期工程针对干渠沿线土质主要为强冻胀性土，极易发生严重的衬砌结构冻胀破坏以及边坡土体消融滑塌现象，2017 年以来采用了渠道冻胀自动化监测系统，通过土壤温度等监测传感器、远程监测系统、无线传输系统、前端监测电源系统和监测设备机箱等设备，实时准确地掌握渠道的基土与衬砌体温度、水分、冻胀量等冻胀参量的变化情况，分析规律，做出准确评价，应用效果良好。

1.2.2 管道输水节水新技术

管道输水具有水头损失小的节水优势，目前常用的输水管材有钢管、玻璃钢管、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管、PVC-U管和HDPE管等，需根据管道沿线地形、地质条件、最大使用压力及工程造价等综合选择。在接口渗漏处理中，也涌现出了一些新兴材料，如聚硫密封胶和SK 手刮聚脲等材料广泛用于PCCP管道的接口渗漏处理。

1.3 田间灌溉节水新技术

田间灌溉节水新技术主要为水平畦灌、波涌灌等节水型地面灌溉技术和喷灌、微灌、低压管灌等高效节水灌溉技术。①水平畦灌。该项技术是利用激光控制平地技术或北斗等卫星平地技术进行土地平整，使田块纵向和横向两个方向的田面坡度均为零时，将灌溉水以大流量进入畦田，水层快速覆盖整个田面，之后在重力的作用下逐渐渗入作物根系土壤中。该项技术灌水均匀度高，节水高效，在东北水稻生产区得到了广泛应用。②波涌灌。该项技术采用管道输水，并通过波涌阀、控制器等设备对田块进行间歇灌溉，可以实现小定额灌溉和自动控制，且具有投资少、技术简单的优点，特别适合旱作物灌区农田地面灌溉推广应用。③喷灌。随着国家土地集约化经营的发展，中心支轴式、平移式喷灌机在大面积种植区的应用和卷盘式喷灌机、轻小型喷灌机在乡村农业生产中的应用都逐年增加。管道式喷灌系统在园林绿化、高附加值作物的生产中发挥着越来越大的作用。④微灌。即微量灌溉，包括滴灌、微喷灌、渗灌、雾灌、涌泉灌、痕量灌溉等类型，与智慧控制系统和监测系统相结合，可以实现精准灌溉、智能灌溉、智慧灌溉，各类水肥一体机也应运而生。⑤低压管灌。是通过低压管道将水输送到田间地头或附近，之后进行传统的地面灌溉或节水型地面灌溉。该项技术一般为国家投资建设，种植户直接使用即可，操作简单，非常适合中国国情，应用最为广泛。

2 现代农业节水新技术的发展前景

现代农业节水技术将朝着更加高效、低耗、智慧的方向发展。不断加大海水、微咸水、生活污水等各种劣质水的开发利用规模并广泛用于农业灌溉。输水渠道和管道工程中不断优化结构、创新发展新的防渗材料和施工工艺、加强信息化管理。将现代高新信息技术，如中国北斗系统等应用于农业生产，精确开展旋耕、插秧、播种、水肥管理等作业，实现精准农业。深入研究推广秸秆覆盖和喷灌、微灌等节水灌溉技术相结合的节水技术，实现环保、节水效益共提升。