水资源高效利用与节水灌溉技术创新

水资源高效利用与节水灌溉技术创新

陈亚峰

东台市头灶镇水务站 （江苏省东台市 224200）

摘要：随着人口增长和经济社会发展,水资源短缺问题日益严峻,高效利用水资源、实施节水灌溉是农业可持续发展的必由之路。传统农田灌溉方式落后、用水效率低下、造成水资源浪费和环境污染。创新节水灌溉技术,如精准灌溉控制、膜下滴灌和再生水利用等,是解决这一矛盾的关键。大力推广应用节水灌溉技术,不仅可以提高农业用水效率,还有利于促进农业绿色发展,实现农业现代化。

关键词: 水资源高效利用；节水灌溉；技术创新；精准控制

引言:

水资源是人类生存和发展的命脉,对于维护生态安全、保障粮食安全、促进经济社会可持续发展具有不可替代的重要作用。随着人口不断增长、城镇化水平提高和经济社会快速发展,我国的人均水资源占有量已经远低于世界平均水平,缺水矛盾日益突出。农业作为用水大户,其用水效率的高低直接关系到水资源的可持续利用。因此,高效利用水资源、推广节水灌溉技术,对于缓解水资源压力、促进农业绿色转型升级、实现农业现代化具有重要意义。

一、水资源高效利用的重要意义

(一)水资源短缺日趋严峻

随着人口增长和经济社会快速发展,我国的淡水资源已日趋紧缺。根据有关统计,我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4,且分布不均,北方地区特别是华北、西北等地区更为严重。与此同时,工业化和城镇化进程加快,对水资源的需求也在持续增长。另一方面,气候变化导致的极端天气事件频发,加剧了水资源的时空分布不均衡,部分地区易遭遇严重旱涝灾害。这些因素共同导致我国水资源供需矛盾更加突出,高效利用有限的水资源迫在眉睫。

(二)节水是可持续发展的需求

水资源是人类社会可持续发展的基础。近年来,我国经济社会发展对水资源的需求不断扩大,加之生态环境保护的压力加大,如何在发展和保护之间寻求平衡,是摆在我们面前的一大课题。高效利用水资源、大力节约用水,既可以缓解水资源短缺压力,也有利于保护生态环境、减少污染排放,是实现经济社会可持续发展的重要途径。因此,推进节水是贯彻落实可持续发展理念的必然要求,对于形成节约资源和保护环境的空间格局至关重要。

(三)促进农业绿色转型升级

农业是我国用水的大户,农田灌溉用水量占全国总用水量的60%以上。传统农业生产方式用水粗放、效率低下,不仅加剧了水资源供需矛盾,也造成了一定的环境污染。推广节水灌溉技术,提高农业用水效率,是促进农业绿色发展的重要举措。一方面可以缓解农业用水对水资源的压力;另一方面可以减少农业面源污染,改善农村人居环境。因此,发展节水农业有利于建立节水型社会,实现农业绿色转型升级,推动农业农村现代化进程。

二、传统农田灌溉存在的主要问题

(一)灌溉方式落后

我国现有的农田灌溉方式以传统的灌溉渠道和大田漫灌为主,管理粗放、效率低下。灌溉渠道长期失修失治,许多渠首和渠底存在严重渗漏问题,导致大量漏失。大田漫灌则是把水直接注入田间,水流蔓延耗能大且难以控制。这些老旧落后的灌溉方式导致大量水资源流失浪费,普遍存在着很大的提高空间。据测算,目前我国农田灌溉的综合用水效率仅为50%左右,与发达国家80%以上的水平相比还有较大差距。

(二)用水效率低下

目前,我国农业用水效率偏低,主要表现在：一是作物的灌溉定额普遍偏高,许多地方盲目追求增产,导致浇水超量;二是田间的渗漏、流失和蒸发较为严重,水资源利用率不足50%;三是农田水利设施陈旧和管理滞后,漏、冒、涝、淹现象普遍存在;四是农民的节水意识淡薄,存在着耗水大户观念和旧习惯。总的来看,我国农业生产用水效率普遍偏低,亟待进一步提高。

(三)浪费和污染严重

农田灌溉用水量虽然很大,但实际作物利用效率不高,大量水资源遭到严重浪费。一方面,大田漫灌方式容易导致过量用水,并产生严重的水土流失;另一方面,传统灌溉渠道存在大量渗漏和溢流,使许多宝贵水资源白白流失。此外,农田灌溉还可能带来一定程度的污染。由于农村污水处理设施欠账,部分废污水未经处理就直接进入农田灌溉系统,造成地表水和土壤污染。因此,传统农田灌溉浪费和污染问题较为突出,需通过技术创新来加以解决。

三、节水灌溉技术创新途径

(一)精准灌溉控制技术

精准控制是节水灌溉技术创新的重点方向。通过现代信息技术手段,能够实现对农田土壤湿度、作物生长状况以及气象条件的实时监测,并根据这些数据对作物的用水需求进行科学分析和计算,从而实现精准控制灌溉的时间、位置和用水量,避免浇水不足或过量。

具体而言,精准灌溉控制技术主要包括三个方面:一是感知技术,通过在田间布设相应的传感设备,收集作物生长状况、土壤湿度、气温、光照等多源异构数据;二是模型分析技术,基于作物生长模型、土壤湿度模型和气象预报模型等,对采集到的多源数据进行集成分析,计算出作物对水分的实际需求量;三是智能控制技术,根据模型分析结果,自动控制灌溉系统的启闭时间和用水量,实现精准滴灌或喷灌,避免浇水过多或缺水。与传统的经验式大田漫灌相比,精准灌溉控制技术可以大幅提高灌溉的针对性和水资源利用率,既满足作物生长对水分的实际需求,又避免了由于人为经验判断的盲目性而造成的大量浪费。根据测算,利用这一技术可使农田灌溉用水效率提高20%以上。目前,已在一些设施农业和经济作物种植中得到应用,但在传统农田仍有较大推广空间。

(二)膜下滴灌技术

膜下滴灌是一种将输水管道埋设在地膜下,通过规律排布的滴头直接将水分精确供应到作物根系所需的区域,从而实现节水灌溉的新型技术。与普通的地面滴灌相比,膜下滴灌主要有以下优势:水分可精准投递到需水区域,避免了地面灌溉的漫流和蒸发损失;水肥一体化,可根据需求精确控制水肥的投入量和浓度,避免浪费和污染;抑制杂草生长,减少除草的人力和费用投入;土壤水分可持续保持在理想状态,不会因降雨造成积水或因干旱导致缺水。

膜下滴灌技术目前已在设施园艺、经济作物以及一些旱作农业生产中得到广泛应用,显著提高了农田的用水效率和农产品产量。但在常规农作物方面,仍存在一定推广障碍,主要是前期建设成本较高、后期拆装维护费时费力等问题。未来需要持续创新技术工艺,研制适应不同作物和土地条件的节水灌溉模式,进一步提高膜下滴灌技术的经济性和推广应用前景。

(三)再生水利用技术

再生水是指经过处理的城市污水或工业废水,可以被回收利用。随着水资源日益短缺,发展再生水利用技术已成为缓解供需矛盾、实现节水型社会的重要途径之一。在农业生产中,将达标的再生水回用于农田灌溉,不仅可以减少新鲜水资源的消耗,还可以有效回收利用水中所含的部分氮、磷等养分,达到"以污养水、以水养地"的目的。发展农业再生水利用的关键是要加强污水处理技术创新,提高再生水的质量，具体可以采用深度处理、膜过滤等先进技术,确保水质符合农田灌溉标准。同时,还要建设相应的储运设施,将处理后的再生水输送至农田。此外,需要注意预防潜在的农产品污染风险,制定安全评估和管理标准,选择适宜的农作物种类和灌溉方式,确保农产品安全和环境卫生。总的来看,合理利用再生水资源已成为农业节水的一种有效途径,未来应给予高度重视。

四、节水灌溉技术在农业生产中的应用

大力推广节水灌溉技术对于保障国家粮食安全、促进农业绿色发展、缓解水资源压力具有重要意义。目前,我国已在农业生产的不同领域开展了多种形式的节水灌溉技术应用,取得了积极成效。在设施农业生产方面,精准控制灌溉、膜下滴灌等先进节水技术已得到广泛应用,用水效率普遍较高。以设施蔬菜为例,通过自动化控制系统,可实现对温室大棚内的作物生长状况和湿度情况进行实时监控,并根据检测数据精确控制灌溉量,极大提高了水资源利用率。此外,在日光温室和塑料大棚等设施中,也普遍采用了膜下滴灌模式,将农膜下布设滴灌管网,既节省了水资源,又能集成精准施肥。在经济作物生产方面,节水灌溉技术的推广应用已初见成效。以棉花生产为例,新疆地区已大面积推广应用了膜下滴灌技术,较传统灌溉方式节水30%以上。在果园和其他经济林地，微喷灌、滴灌等精准灌溉技术也得到了一定推广。通过调控灌溉用水量和时间,不仅节约了大量水资源,也提高了产品质量和经济效益。在粮食作物生产方面,机械化的高效节水灌溉技术已在部分地区进行尝试推广。以华北平原为例,已开始在部分小麦种植区推广了机械管道运行自动喷灌技术,较大田漫灌减少用水量30%-40%。东北地区则尝试推广农田低压管路储运系统,将河湖水源输送至农田边缘,再通过低压灌溉管网实现精准控制灌溉,用水效率可提高40%以上。

五、结语

水资源高效利用与节水灌溉技术创新是应对当今水资源挑战的重要途径之一。通过本文的探讨，我们深刻认识到传统农田灌溉存在的问题以及创新技术的巨大潜力。精准灌溉控制技术、膜下滴灌技术和再生水利用技术等新兴技术的应用为实现农业生产的可持续发展提供了有力支持。然而，要想实现水资源的可持续利用，还需要政府、企业和社会各界的共同努力，形成合力。

参考文献

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