微喷灌技术发展现状及未来展望

       喷微灌发展现状及未来展望                                             

                         

                               崔光昊  

      1   我国的水资源现状与农业用水状况分析 

                                                                               

      水是生命之源，水是维持生态系统功能和支撑地球社会经济系统发展不可替代的资源。随着水资源危机的加剧和水资源质量的下降，世界范围的水问题日益严重。我国水资源仅占世界总量的6％，是比耕地资源(占世界总量的9％)更紧缺的资源，水资源不足已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈。目前我国人均水资源占有量仅为2800 m3，只相当于世界平均水平的1／4，同时水资源还存在分布不均的问题，淮河以北的广大北方地区拥有全国60％的土地，却只有15％的水资源。农业是我国用水最多的产业，用水总量4000亿m3，占总用水量的70％以上，其中农田灌溉用水量3600亿～3800亿m3，占农业用水量的90％一95％。农业灌溉每年平均缺水300多亿m3，平均每年受旱面积2146．67万幡，占全国耕地的1／5，成灾面积860万拼，每年因旱灾减产粮食100亿～150亿kg[1’8'10]。然而，我国水资源短缺与水资源浪费并存的现象十分严重。农田灌溉水的利用率低，平均仅为45％左右；农业用水的效率不高，农田灌溉水的利用效率仅有1．0 kg／m3左右。因灌溉方式不合理，造成水资源浪费严重、利用效率低下，加剧了水资源短缺的现状。

       根据水利部、中国工程院等部门的预测，我国农业用水必须维持零增长或负增长，才能保证我国用水安全和生态安全，缓解水资源供需矛盾的重要途径之一是发展节水灌溉。
        1.1  我国节水灌溉技术现状     

       节水灌溉技术是比传统的灌溉技术明显节约用节水灌溉技术是比传统的灌溉技术明显节约用水和高效用水的灌水技术的总称。节水灌溉技术大致可分为节水灌溉工程技术和节水灌溉农艺技术。

       目前，我国耕地面积为1．3亿hm2，其中有效灌溉面积5586．67万hm2，占耕地面积的43％。根据《中国水利年鉴2003))的统计数据，截至2002年底，我国农业节水灌溉面积为1866．67万肼占有效灌溉面积的33．4％；其中喷灌和微灌面积246．6667万瞄，占节水灌溉面积的13．2％，占有效灌溉面积的4．4％；低压管道输水灌溉面积415．6667万hm2，占节水灌溉面积的22．3％；其余为渠道防渗灌溉控制面积，占节水灌溉面积的64．5％；由此可见，我国有一半以上的耕地面积没有灌溉设施，属于“望天田”；2／3的有效灌溉面积还在沿用传统落后的灌溉方法。在节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉方式的微乎其微，绝大部分只是按低标准初步进行了节水改造，输水渠道的防渗衬砌率不到30％。因此，我国的节水灌溉面积尤其是高效节水灌溉面积都存在着巨大的发展空间和潜力。
        1.2  喷灌技术 

        喷灌是利用水泵加压或自然落差将水通过压力管道送到田间，经喷头喷射到空中，形成细小的水滴，均匀喷洒在土壤上，为作物正常生长提供必要水分条件的一种先进灌水方法。喷灌技术与传统的地面灌溉相比，喷灌灌水均匀、节水、增产、省力、节地、适应性强，同时还可以调节田间小气候、防止干热风和霜冻对作物的伤害，可广泛地应用与除水稻外的大田作物以及果树等。喷灌有多种形式，不同的喷灌形式适应不同的场合，发展喷灌要因地制宜，才能充分发挥其节水和增产效果。 

 

      从世界各国灌溉现状看，虽然大部分灌溉仍然采用地面灌溉，但喷灌已呈现出一个显著的发展趋势，特别是在欧美等发达国家发展很快。目前，世界喷灌面积已超过2000X10^4hm^2,其中美国和前苏联的喷灌面颊=积超过670X10^4hm^2,占全部灌溉面积的40%左右，英国、德国、奥地利、丹麦、瑞典、日本等国是旱地灌溉面积的90%以上采用喷灌。 

      我国喷灌、微灌面积占同期有效灌溉面积的比例略高于印度。远低于美国、法国、西班牙等发达国家。1954年我国首次采用折射式喷头在上海进行了蔬菜喷灌试验，20世纪60年代我国又开发研制成功了涡轮蜗杆式喷头。到20世纪90年代后期，全国已形成喷灌面积约126X10^4hm2。到2001年底，累计我国新发展纯喷灌面积144.6X10^4hm2。喷灌技术的大力发展是我国农业取得了比较显著的节水、增产效益。 

       喷灌主要分管道式喷灌和机组式喷灌两大类。各自又包括各种不同的形式，每种形式都有各自的适应场所，在喷灌发展形式上，世界各国各有特色。发达国家以发展机械喷灌为主，美国主要采用中心支轴式、滚移式、平移式等大型喷灌机。我国除少数大型农场使用大中型喷灌机外，其他地方主要推广的是管道式喷灌和较小型机组。 

我国目前喷灌面积仅占同期有效灌溉面积的1－2％，大大低于80年代末以色列50％和美国40％的先进水平，即使按有关预测目标本世纪末达到130ha，所占比例也仅2－3％，仍是很低的。因此应广泛引进、吸收消化国外先进技术，结合我国农业生产实际，尽快形成具有中国特色的喷灌节水技术。我国喷灌的发展趋势为：(1)低压节能；(2)多目标利用；(3)适应农民联户经营或土地较大规模集中经营的普及型大中型喷灌机；(4)改进设备，提高性能；(5)产品日趋标准化、系列化。
     1.3  微灌技术 

      微灌技术是一种相对最为省水的灌溉方式，是一种新型的节水灌溉技术，包括滴灌、微喷灌、渗灌等，它是通过低压管道和滴头或其它灌水器，以持续、均匀和受控的方式向作物根系输送所需水分（及养分）。微灌技术具有显著的节水(微灌一般比地面灌溉节水30－50％，比喷灌节水15－20％)、节能和增产效果，对土壤、地形和作物种类适应性强，并易于实现自动控制，具有诱人的推广应用前景
     1.3.1 滴灌技术 

滴灌技术利用管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。它是目前干旱区水地区最有效的一种节水灌溉方式，其中水的利用率可达95%。滴灌技术是一种低水头灌溉，它适合大面积长期种植的高秆作物，如果园、葡萄园的灌溉，也适合蔬菜、花卉等经济作物、大面积农作物以及温室大棚的灌溉；在干旱缺水的地方亦可用于大田作物灌溉，还可用于高扬程抽水灌区及地形起伏较大地区的灌溉，同时在透水性强、保水性差的砂质土壤和咸水地区也有一定的发展前进。 

      世界滴灌技术发展最有代表性是国家首推以色列，其温室种植90%采用滴灌。我国1974年引进墨西哥滴灌设备。20世纪90年代以后，随着内镶式滴灌管、压力补偿式滴头和滴灌管、薄壁滴灌带先后在我国开发成功，式滴灌技术得到了较大面积的推广，而且滴灌已由果树、蔬菜等少数经济作物转向行播大田作物是灌溉，如新疆棉花滴灌发展十分迅速，取得了良好的节水增产效果，由此还诞生了一种新的节水灌溉技术——膜下滴灌。这种称为膜下滴灌的节水技术在我国新疆地区推广应用了11.33X10^4hm2,我国因此成为世界上农田采用滴灌节水技术规模最大的国家。  
    1.3.2 微喷灌技术 

      微喷灌是通过低压管道系统，以小的的流量将水喷洒到土壤表面进行灌溉的一种灌水方法。 

微喷灌技术具有喷水流量小，工作压力低，配套功率低，喷水高度低、喷水直径小、水滴细小、喷洒均匀、受风的影响很小，设备轻巧、移动方便、管件齐全、装卸简单以及适于分散地块和一家一户使用等特点。 

       微喷灌工程是一种新型的灌水工程。它在投资、使用方面具有一定的优越性，因此它的发展前景十分广阔。随着科学技术和社会经济的发展，世界各地的微喷灌技术和其工程发展十分迅速。 

        1.3.3 渗灌技术 

        渗灌是一种地下灌溉技术。许多国内外从事节水灌溉研究的学者认为：地下灌溉不仅机理上、技术上、经济上，而且在生态环境保护、水资源保护和高效利用等方面董事具有发展前途的灌溉技术。 

渗灌技术可适用于不同区域、各种地形及土壤的多种作物的灌溉。具有大幅度节水、节能、改善作物生长环境，控制病虫害，实现增产、增效的作用；深莞技术是农业节水灌溉中最先进的灌溉技术之一，它的适应性强，应用范围广；渗灌可以用于盐碱地，因为渗灌系统减少了田间供水量，不产生深层渗漏，可以防止盐碱地上常发生的水分大量渗漏导致盐分上升的现象。 

       现代渗灌技术及成套设备是国外一些发达国家经过十几年的反复研究、试验而获得成功的先进灌溉技术。目前，应用范围集中在果树、蔬菜、花卉、城市草坪和一些免耕的大田作物。 

       1993年我国首次引进美国的渗灌技术在一些地方进行了示范田工作，取得了良好的效益。1995年以后我国不少企业和研究单位先后试制生产出塑料及橡塑渗灌管，并进行了大量的应用试验，把渗灌技术的应用扩展到土豆、葡萄、小麦及人参等作物的灌溉中。 

       我国微灌技术虽有较大的发展，但仍存在一定的问题，而且与发达国家还有很大距离，主要包括以下几点：一是微灌设备种类少，性能差，生产工艺水平还比较落后，材质不耐老化；二是微灌系统抗防堵塞研究不够深入，过滤设备等水净化装置种类少，造成了微灌系统的报废；三是我国目前的微灌主要集中在果菜等经济作物，大田作物微灌技术及适应设备亟待研究解决。 

        我国微灌的发展趋势及进一步研究方向为：①设备种类多样化、低成本、节能和适合推广普及；②微灌产品系列化、标准化及耐用可靠；③微灌自动化和多目标利用（如施肥和施用化学药剂）；④微灌防堵塞的材料（如塑料）配方。