出品：科普中国
制作：刘浩（中国农业科学院农田灌溉研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
一提起灌溉 ， 大多人立刻会想到是浇地 。
的确 ， 通俗地讲 ， 灌溉就是浇地 。 但不同的灌溉方式产生的效果不一样 ， 好的灌溉方式不仅能节约用水 ， 还能在确保作物产量的同时 ， 提升农产品的品质 。 而结合不同农田生态区特点和植物本身的需水特性 ， 来确定节水灌溉方式 ， 才能充分发挥各种节水灌溉方式的优势和作物的节水潜力 ， 为我国水土资源可持续发展和农民增收致富提供技术支撑 。
【节水灌溉|节水灌溉有讲究 因地制宜效果优】
△大型平移式喷灌机（图片来源：Veer图库）
作物“喝水”两步走 ， 输水灌水有讲究
水从水源地到被作物利用 ， 要经历一个过程 ， 这个过程包括两个层面 ， 一是输水 ， 是指将水从河流、水库、水井等水源输送到田边 ， 二是灌水 ， 是指把水灌进农田 。 这两个方面都大有文章可做 。
拿输水来说 ， 渠道输水是目前我国农田灌溉的主要输水形式 ， 传统的输水往往采用土渠 ， 不仅水流速度慢 ， 还会出现土渠渗漏 ， 造成水资源的浪费 。 怎么办呢？我们可以把土渠内部进行硬化 ， 这样既可以让水流增速 ， 又能降低渗漏损失 ， 这就是常会被采用的“渠道防渗技术” 。 当然 ， 还可以把土渠改成管道埋入地下 ， 再施加压力 ， 水就能快速运送到每块农田中 ， 不仅能避免渗漏 ， 还能减少蒸发量 ， 同时 ， 还可以节省修渠的土地 ， 这便是“低压管道输水技术” 。
△渠道混凝土衬砌（图片来源：作者提供）
再说灌水 ， 之前农民浇地大多都是在地头土埂上“豁”开个口子 ， 让渠道里的水顺势流入农田 ， 叫大水漫灌 。 但这种方式水流速度慢 ， 用水量大 ， 费时费力费水 ， 畦灌、沟灌等改造措施虽然在一定程度上加快了水流的推进速度 ， 但仍对土地平整程度要求高 ， 且灌水时易形成地面积水 ， 灌水后地表长时间处于泥泞状态 ， 土壤水分蒸发损失大 ， 地面容易形成板结龟裂 ， 土壤透气性差 ， 植物根系呼吸受阻 。
△棉花畦灌积水和灌水后地面板结龟裂（图片来源：作者提供）
要想真正做到高效用水 ， 还应在灌水时采取更节水的田间灌溉方式 。 田间节水灌溉的方式种类较多 ， 最具代表性的是喷灌和滴灌 ， 其他如微喷灌、微喷带灌溉、膜下滴灌等均是在这两者基础上演变来的 。
喷灌滴灌好帮手 ， 因地制宜是王道
喷灌是利用管道将灌溉水通过压力输送到田间地头 ， 通过喷头将灌溉水分散成细小的水滴 ， 均匀地喷洒到土壤表面 ， 为植物提供必要的水分 ， 是一种先进的机械化或半机械化的节水灌溉方式 。
△喷灌（图片来源：Veer图库）
与传统地面灌相比 ， 喷灌具有明显的“三省一增”的优点 。
一是省水 ， 大田作物喷灌一般可省水20%~30%；二是省地 ， 节省了田间修建各级沟渠的土地 ， 可增加作物播种面积10%左右；三是省工 ， 喷灌机械化程度高 ， 可实现自动化操作 ， 提高生产效率 ， 节省劳动力 。
而“一增”指的是增产 ， 喷灌可采用少浇勤灌 ， 便于控制土壤水分 ， 使土壤水分保持在作物生长最适宜的范围 ， 且灌水后土壤疏松 ， 通气性好 ， 有利于增产 。
在耕地多、水资源紧缺的北方地区 ， 农作物田间耕作、播种、施肥、施药、收割等机械化作业要求高 ， 且农作物在灌溉期间风力相对较小 ， 就很适合推广喷灌节水灌溉技术 。 随着北方居民城镇化和种植规模化的发展 ， 自动化程度更高的大型指针式喷灌机必将成为未来发展趋势 。
因此 ， 在水资源刚性约束背景下 ， 北方地区发展以喷灌为主的节水灌溉农业 ， 可以较好地服务粮食作物 。
△田间冬小麦喷灌（图片来源：作者提供）
△喷灌所用的喷头（图片来源：Veer图库）
喷灌当然也有一定缺点和局限性 ， 首先是投资较高 ， 每亩根据情况可达500～1000元；喷灌还受风速影响 ， 四级以上的风能把喷出来的水吹散 ， 不仅降低灌溉均匀度 ， 还加大了增发损失；喷灌耗能也大 ， 为了使喷头运转达到灌水均匀 ， 得给水加压力 ， 也会消耗能源 。
滴灌是利用安装在末级管道（称为毛管）上的滴头（出水口） ， 或与毛管制成一体的滴灌带将有压水以水滴状湿润土壤 。
△滴灌（图片来源：Veer图库）
通常将毛管和灌水器放在地面 ， 也可以将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 。 滴灌除与喷灌具有类似的省工省地优势外 ， 还比喷灌更能达到节水增产减肥的效果 。
因为滴灌是把灌溉水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入作物根系附近土壤 ， 而根系以外的土壤仍保持相对干燥 ， 可以最大限度地减少蒸发损失 ， 与喷灌相比 ， 可节约灌溉用水30%~50% 。
在灌水的同时 ， 滴灌可以将肥料溶入灌溉水 ， 按照作物的需肥特性随水施肥 ， 大幅提高了肥料利用效率 ， 且灌水后不破坏土壤结构 ， 作物根区土壤水、肥、气、热经常保持在适宜于作物生长的良好状态 ， 更利于作物增产 。
我国西南地区地形地貌以丘陵山地为主 ， 地形起伏大 ， 土壤蓄水保肥能力弱 ， 水土流失相当严重 ， 迫切需要发展以滴灌为主的水肥一体化技术 ， 达到节水省肥节约劳动成本和提质增效的目的 。
△坡地葡萄滴灌水肥一体化技术（图片来源：作者提供）
在我国的西北干旱半干旱地区 ， 当地农民普遍将农艺节水（地膜覆盖）与工程节水（滴灌）结合 ， 形成了独具特色的膜下滴灌技术 。 上世纪90年代至今 ， 近30年实践证明 ， 膜下滴灌以少量多次灌溉的特点 ， 避免了灌溉水深层渗漏 ， 大幅降低了田间土壤蒸发损失 ， 提高了水资源利用效率 ， 实现了水肥同步施用 ， 改善了土壤结构和微生态环境 ， 具有明显的节水增产、提质增效的作用 。
目前 ， 膜下滴灌技术已在新疆棉花种植中得到普及 ， 且由单一棉花种植发展到目前几乎覆盖到所有大田作物灌溉 ， 逐渐形成了棉花、玉米、加工番茄、小麦、辣椒、枣树、葡萄等多种作物膜下滴灌灌溉技术规范 ， 成为新疆高效节水灌溉的主要模式 ， 以点带面辐射带动了周边省区膜下滴灌技术的推广应用 。
△新疆膜下滴灌棉花（图片来源：作者提供）
滴灌不仅可以实现水肥一体化精准灌溉施肥 ， 还能降低病虫害和农药的喷施量 ， 使农产品品质大幅提升 ， 尤其在温室大棚蔬菜生产中效果更加明显；与喷灌相比 ， 滴灌对地形的适应能力更强 ， 不论平原还是山区均可使用 ， 且受风速的影响小；滴灌系统的工作压力小 ， 5~10米的水头即可正常工作 ， 与喷灌相比更加节能 。
但滴灌也有缺点 ， 为控制水量 ， 出水口就小 ， 水中的泥沙、有机污染物、化学沉淀物以及微生物等均会引起滴头堵塞 ， 堵塞严重 ， 滴灌系统就用不了 。
因此 ， 滴灌系统对水质要求高 ， 需安装过滤设备 ， 与喷灌相比 ， 增加了灌溉系统的投资成本；而且由于滴灌土壤湿润范围小 ， 作物根系生长主要集中在土壤湿润区 ， 根系对湿润区以外的养分吸收利用差；在含盐量较高的地区 ， 土壤盐分积累在湿润区边缘 ， 如果再遇到小雨 ， 这些盐分可能会淋洗到作物根区而危害作物 。
△滴头被泥沙阻塞（图片来源：作者提供）
城市景观也需节水灌溉
节水灌溉不仅可以用在大田农作物生产中 ， 还可以应用于城市中的景观园林绿化 ， 荒漠里绿化林的种植等 。
维护城市景观园林绿地正常生长的灌溉用水多为自来水为主 ， 在水资源越来越匮乏的今天 ， 城市景观园林绿化要得到持续发展 ， 就必须大力推行和发展节水灌溉 。 同时 ， 城市园林绿地的植株种类杂 ， 多为乔、灌、花、草等多种植物复合搭配 ， 适宜以地埋伸缩式喷灌为主 ， 结合微喷、滴灌等先进节水灌溉技术 ， 节水省工的同时美化环境 。
△城市景观园林绿化喷灌（图片来源：作者提供）
荒漠地绿化林主要起防风固沙、保护环境的作用 ， 而荒漠地带一般温差大、风沙多、干旱少雨、蒸发强烈 ， 水资源极度缺乏 ， 土壤含沙量大 ， 渗透性能力强 。 气候、土壤等环境条件恶劣 ， 给荒漠地防护林的养护造成很大难度 ， 迫切需要发展以高频少灌为特点的滴灌节水灌溉技术 ， 而且适宜将滴灌带浅埋地表以下10cm左右以降低表层土壤的蒸发损失 。
无论南方还是北方农业区 ， 亦或其他生态领域 ， 应因地制宜 ， 依据当地水土资源和气候状况 ， 从节水稳产、节能省工、提质增效多角度综合考虑 ， 提出适宜于当地水土资源可持续发展的节水灌溉技术 ， 让先进灌溉技术更好地服务各生态领域 。
所以 ， 得结合不同农田生态区特点和植物本身的需水特性去确定节水灌溉方式 ， 因地制宜、对症下药 ， 才能充分发挥各种节水灌溉方式的优势和作物的节水潜力 ， 为我国水土资源可持续发展和农民增收致富提供技术支撑 。
参考文献：
1.黄秀路 ， 武宵旭 ， 葛鹏飞 ， 等. 中国农业生产中的节水灌溉: 区域差异与方式选择. 中国科技论坛 ， 2016（8）：143-148
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