节水技术第四、五章

第四章农业节水技术与管理农业节水的第一个层次是农业结构的调整，就是农、林、牧业结构的配置；第二个层次是农业技术的提高，主要是提高植物本身光合作用的效率；第三个层次是通过节水灌溉，减少输水灌溉中的水量损失。因此应研究各个层次的节约用水，不应当仅限于节水灌溉。4.1农业节水的内涵农业用水占全国总用水量的60-70%，其中90%用于种植业灌溉。相比于节水灌溉，农业节水的范围更广、更深，包括生物节水、农艺节水和旱作农业节水等。1.农业结构调整，包括两个层次:即农业产业结构调整(农林牧比例)和农业种植结构调整。通过调整农业结构，使其与区域水资源禀赋相匹配。2.农艺节水，推广种植耐旱品种及节水栽培技术，采取深耕蓄水、塑料薄膜或秸秆覆盖、聚肥保墒等措施。3.输配水系统的节水，如灌区渠系调整、建筑物配套改造、渠道防渗、管道输水等。4.2农业节水现状一、国内农业节水现状20世纪80年代以来我国农业节水呈加速发展趋势：4.田间灌溉过程的节水，如采用喷灌、滴灌、畦灌、沟灌、膜上灌、膜下灌，坐水点种、土地平整等。5.加强用水管理，如制定科学的管理制度，健全节水政策法规，加强计划用水、计量用水、科学调度。4.2农业节水现状一、国内农业节水现状（续）我国西北半干旱地区的雨养农业已形成了适应各种条件的栽培管理体系，包括种植制度的选择、抗旱品种的选育、覆膜、施肥、生物调控技术以及蓄水保墒工程技术等。雨养农业作为灌溉农业的补充，对缓解农业用水压力有重大意义。4.2农业节水现状二、国外农业节水现状以埃及、印度等为代表的经济欠发达国家，农业节水主要采用以渠道防渗技术和地面灌水技术为主，配合相应的农业措施及天然降水资源利用技术的模式。美国、以色列等为代表的经济发达国家，农业节水主要采用以高标准的固化渠道和管道输水技术、现代喷、微灌技术与改进后的地面灌水技术为主。4.2农业节水现状二、国外农业节水现状（续）以色列实现了全国输水管道联网，滴灌面积占90%以上；美国喷、滴灌面积1100万hm2,占灌溉面积的50%；德国、法国喷灌面积占灌溉面积的60%左右；前苏联早在1984年就基本实现了渠道防渗化，地下输水管道占63%，防渗渠道占29%。4.2农业节水现状二、国外农业节水现状（续）发达国家在农业节水方面采取的主要措施有：采用先进的节水灌溉技术；基因改良、培育抗旱节水型作物新品种通过基因的转移和重组，培育出抗旱的或能适宜咸水灌溉的农作物品种可节约淡水资源。加强以计划用水为核心的农业用水管理分类、分级确定灌溉土地的计划用水量。超定额用水应进行罚款，或者禁止超灌溉定额用水。4.2农业节水现状二、国外农业节水现状（续）农业灌溉用水管理的经济政策如：小型灌溉工程由私人投资，而大型灌溉工程主要由政府投资。采取对农户实行低息贷款、给农民提供优惠价设备、允许水费赊欠等方法鼓励购买低耗水灌溉设备。调整作物结构，改变土地利用方式通过水价杠杆调节灌溉用水量按实际成本收费，减少对水资源和输水系统的过度需求，促进节约用水。农民参与农业灌溉用水管理4.3农业节水技术从水源到形成作物产量要经过四个环节：通过作物形成产量经作物吸收将土壤水转化为作物水通过灌溉将引至田间的水分配到指定面积上转化为土壤水通过渠道或管道将水从水源输送到田间4.3农业节水技术节水灌溉的主要技术有：渠道防渗技术、低压管道输水技术、地面灌溉改进技术、喷灌技术、微灌技术等。一、渠道防渗技术渠道是渠灌区输水的通道。其作用是把灌溉水从水源安全、快速、高效地输送到需要灌溉的田间。渠系水利用系数指渠系输出水量与输入水量的比值，也等于渠系内各级渠道的渠道水利用系数的乘积。ηs=ηm·ηb·ηd·ηfηs—渠系水利用系数；ηm—干渠渠道水利用系数；ηb—支渠渠道水利用系数；ηd—斗渠渠道水利用系数；ηf—农渠渠道水利用系数。根据所使用的防渗材料，渠道防渗技术大致可划分为：（1）土料压实防渗；（2）石料衬砌防渗；（3）混凝土衬砌防渗；（4）塑料薄膜防渗；（5）沥青护面防渗。二、低压管道输水技术简称“管灌”，是利用低压输水管道将水直接输送到田间沟畦灌溉作物，以减少输送过程中水的渗漏和蒸发损失的节水技术。管灌具有节水、节地、易管理，且省工省时、投资相对较低的优点。我国灌溉面积95%以上采用地面灌溉。地面灌溉技术是我国乃至全世界应用最广的一种灌水技术。根据地面灌溉水向田间输送的形式和湿润土壤方式的不同，地面灌溉可分为畦灌、沟灌、淹灌和漫灌四种。畦灌：畦灌是用田埂将灌溉土地分隔成一系列小畦。灌水时，将水引入畦田后在畦田上形成很薄的水层，沿畦长方向流动，在流动过程中主要借助重力作用逐渐湿润土壤。依畦田长度划分，畦灌有长畦灌和短畦灌两种。畦长大于100m的称为长畦灌，畦长小于70m的称为短畦灌或小畦灌。三、地面灌溉改进技术沟灌：沟灌是在作物行间开挖灌水沟，水从输水沟进入灌水沟后，在流动的过程中主要借毛细管作用湿润土壤。沟灌适用于宽行距的中耕作物。淹灌：淹灌是在田间用较高的土埂将灌溉土地划分成许多格田，引入较大流量迅速在格田内建立起一定深度的水层，借重力作用湿润土层。淹灌主要适用于水稻、水生植物及盐碱地冲洗灌溉。漫灌：漫灌是在田间不做任何沟埂，灌水时任其在地面漫流，借重力作用渗入土壤，是一种粗放的灌水方法。漫灌灌水均匀性较差，水量浪费大，一般不应采用漫灌方法。三、地面灌溉改进技术（续）(1)小畦“三改”灌水技术三改——长畦改短畦、宽畦改窄畦、大畦改小畦。技术要点：确定合理的畦长、畦宽和入畦单宽流量。三、地面灌溉改进技术（续）优点：节水，易于实现小定额灌水；灌水均匀，灌溉质量高；防止深层渗漏，预防土壤盐碱化发生；减轻土壤冲刷和土壤板结，减少土壤养分流失。(2)膜上灌灌水技术膜上灌是我国在地膜覆盖栽培技术的基础上发展起来的，畦、沟全部被地膜所覆盖，利用地膜输水，并通过作物的放苗孔和专设灌水孔入渗给作物供水的局部灌溉技术。(3)涌流灌溉技术把传统的沟、畦连续放水改为间歇放水，使水在沟畦内呈波涌状推进的灌溉技术。用相同水量灌水，间歇灌水流前进距离为连续灌的1～3倍，大大减少了深层渗漏，提高了灌水均匀度，田间水利用系数可达0.8～0.9。(2)膜上灌灌水技术(续)地膜栽培和膜上灌结合后具有节水、保肥、提高地温、抑制杂草生长和促进作物高产、优质、早熟及灌水质量高等特点。田间水利用系数——储存在田间主要土壤根系层的水量与灌入田间的水量之比。喷灌是利用专门的系统将水加压后送到田间，通过喷洒器将水喷射到空中，使水分散成细小水滴后均匀地洒落到田间进行灌溉的一种灌水方法。四、喷灌四、喷灌(1)喷灌的优点节水、保持水土、节地、提高产量、适应性强、省劳工(2)喷灌的不足受风的影响大、蒸发损失大、设备投资高、能耗多四、喷灌(3)喷灌系统的组成通常由水源工程、水泵和动力机、输配水管道系统、喷头以及附属设备、附属建筑物组成。(4)喷灌系统的分类根据设备组成分为:管道式喷灌系统、机组式喷灌系统。管道式喷灌系统——管道式喷灌系统是指以各级管道为主体组成的喷灌系统。管道式喷灌系统全固定式：水泵、管道系统(干管、支管、竖管)不动，喷头可换。半固定式：水泵、管道系统干管固定，支管、竖管、喷头可移动。全移动式：水泵、各级管道直至喷头均可拆卸移动。按照可移动的程度，管道式喷灌系统可分成：全固定式、全移动式和半固定式三种。机组式喷灌系统—将喷灌系统中相关部件组装成一体，组成可移动的机组进行作业。其组成一般是在拖拉机上安装一个或多个喷头、水泵、管道，以电动或柴油机为动力，进行喷洒灌溉。其结构紧凑、机动灵活、机械利用率高，能够一机多用，单位喷灌面积的投资低。轻小型喷灌机是目前我国农村应用较为广泛的一种喷灌系统。机组式喷灌系统定喷式：喷灌机组在一个固定的位置喷洒，达到作物灌水定额后，按预定程序移动到另一位置进行喷洒，在灌水周期内完成计划的灌溉面积。行喷式：在喷灌过程中一边喷洒一边移动或转动，在灌水周期内完成计划的灌溉面积。大型喷灌机滴灌：利用低压管道系统通过滴头，将作物生长所需的水分和养分均匀而又缓慢地滴入作物根部附近，借重力作用使水渗入作物根区，使土壤经常保持最佳含水状态的一种灌水方法，属于局部灌溉。五、微灌微灌是利用专门设备，将有压水流变成细小的水流和水滴，湿润作物根部附近土壤的灌水方法。微灌主要包括滴灌、微喷灌、脉冲微喷灌、渗灌等。(1)滴灌的优点比喷灌更节水10-20%、节能50-70%，并方便田间作业。(2)滴灌的缺点投资高、管道和滴头容易堵塞、对水质要求高。(3)滴灌系统的组成滴灌系统由水源、首部控制枢纽、输配水管网、滴水器以及流量、压力控制部件和量测仪表等组成。(4)滴灌的类型固定式滴灌：各级管道和滴头位置都不动；半固定式滴灌：干、支管固定，毛管由人工移动；移动式滴灌：干、支、毛管均可移动。农业节水管理——是指根据农作物的需水、耗水规律，来控制、调配水源，以最大限度地满足作物对水分的需求，实现区域效益最佳的农田水分调控管理。它包括节水高效灌溉制度、土壤墒情监测与灌溉预报技术、灌区配水技术、灌区量水技术和灌溉自动控制技术等方面。4.4农业节水管理一、节水高效灌溉制度作物灌溉制度是为了促使农作物获得高产和节约用水而制定的适时、适量的灌水方案，作物灌溉制度包括：农作物播种前及全生育期内的灌水次数、灌水时间、灌水定额和灌溉定额。灌水定额——是指单位耕地面积上的一次灌水量；灌溉定额——是指单位耕地面积上农作物播种前和全生育期内的总灌溉水量。4.4农业节水管理(续)节水高效灌溉制度是把有限的灌溉水量在作物生育期内进行最优分配，以提高灌溉水向根层贮水的转化效率和光合产物向经济产量转化的效率。1.供水充分条件下的节水高效灌溉制度充分灌溉——是指水源供水充足，能够全部满足作物需水要求的情况下，根据作物需水规律及气象、作物生长发育状况和土壤墒情等对农作物进行适时、适量地灌溉，使其在生长期内不产生水分胁迫(亏缺)情况下获得作物高产的灌水量与灌水时间的合理分配，并且不产生地面径流和深层渗漏，即：既要确保获得最高产量，又应具有较高的水分生产率。2.供水不足条件下的非充分灌溉制度非充分灌溉——是指在水源不足或水量有限条件下，把有限的水量在作物间或作物生育期内进行最优分配，确保各种作物水分敏感期的用水，减少对水分非敏感期的供水，此时所寻求的不是单产最高，而是全灌区总产值最大。非充分灌溉的经济用水灌溉制度以经济效益最大或水分生产率最高为目标，确定作物的耗水量与灌溉水量。2.供水不足条件下的非充分灌溉制度(续)调亏灌溉制度根据作物的遗传和生物学特性，在生育期内的某些阶段，人为地施加一定程度的水分胁迫（亏缺），调整光合产物向不同组织器官的分配，调控作物生长状态，促进生殖生长，控制营养生长的灌溉制度。根系分区交替隔沟灌溉每条灌水沟在两次灌水之间对作物根系实行干湿交替，且顺序间隔一条灌水沟供水的灌溉措施。用张力计、中子法等监测土壤墒情，数据经分析处理后，配合天气预报，对适宜灌水时间、灌水量进行预报，可以做到适时适量灌溉，有效地控制土壤含水量，达到节水又增产的目的。1．烘干法用取土管插入土中取得土样，称其重量，置于烘箱中，在105℃至110℃的温度下，烘干至其重量不再变更时，计算所失去的水分与土样干重量的百分比。此法须有烘箱、取土钻及一定精度的天平，烘干时间最少需8～10h。二、土壤墒情监测技术2．张力计法先用负压计测定土壤水分的能量，然后通过土壤水分特征曲线间接求出土壤含水量。负压计由陶土头、连通管和压力计三部分组成。3．中子仪法通过测定土壤中氢原子的数量而间接求得土壤含水量。目前中子仪主要有两种类型：一种用于测定深层（地表30cm以下）土壤水分；另一种用于测定表层（小于30cm）土壤含水量。4．遥感法从土壤表面反射或散出的电磁能强度随土壤含水量大小而变化。遥感技术通过测定从土壤表面反射或散出的电磁能，来测定土壤含水量。二、土壤墒情预报方法1．经验公式法经验公式法主要是利用前期土壤水分、气温、降雨等因子与土壤水分之间的关系，建立土壤水分预报经验公式。该法在降雨稀少的干旱地区较为适用，对于两次