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我国西北农田节水灌溉刍议(3)
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摘要:[4]张胜平,杨罗.山东省墒情规律分析及实用墒情预报方案编制的探讨[J].水文,1996(3):24-30. [5]康绍忠,刘晓明,熊运章.土壤-植物-大气连续体水分传输理论及其应
[4]张胜平,杨罗.山东省墒情规律分析及实用墒情预报方案编制的探讨[J].水文,1996(3):24-30.
[5]康绍忠,刘晓明,熊运章.土壤-植物-大气连续体水分传输理论及其应用[M].北京:水利电力出版社,1994.
[6]蒋洪庚,夏自强,陈海芳.区域土壤墒情模型研究[J].河海大学学报(自然科学版).2000.28(5).
最近,习总书记就国家水安全问题发表重要讲话,高屋建瓴地分析了国家水安全的严峻形势,提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路,其中节水放在治水思路的第一位。我国西北地区水资源十分短缺,农村经济又相对薄弱,粗放型的农田灌溉模式已经不能适应我国新型农业化的要求,搞好农田节水灌溉就显得尤为重要。本文针对我国西北地区灌溉现状进行分析,对如何开展节水灌溉进行探讨。1 西北地区水资源特征及灌溉现状1.1 地形复杂、气候干旱、降水稀少我国西北地区地形以高原、盆地和山地为主,西北地区深居内陆,距海遥远,再加上高原、山地地形较高对湿润气流的阻挡,导致本区降水稀少,气候干旱。西部地区除了东南部少数地区为温带季风气候,其他的大部分地区为温带大陆性气候和高寒气候,冬季严寒而干燥,夏季高温,其中吐鲁番盆地为全国夏季最热的地区。由于气候干旱,气温的日较差和年较差都很大,降水稀少、干旱是本区的主要自然特征(分别为温带大陆性半干旱、干旱、高寒气候),复杂特殊的地理条件也造成该地区年降水量呈现自东向西呈递减趋势。从东部的400 mm左右,往西减少到200 mm,甚至50 mm以下 粗放型灌溉普遍我国西北地区属水资源供需矛盾最为突出、水资源短缺问题最为严重的地区之一,而农田灌溉用水是西北地区主要用水,所占比重较大。虽然国家在西北地区大力推广滴灌、微喷灌等节水技术并取得了一些成绩,但是农村节水灌溉管理水平还较低,节水技术在西北广大灌区推广缓慢,喷灌和微喷灌面积还很小,加之农民的专业知识、节水意识、水价、财力等多种原因造成我国西北地区粗放型灌溉还很普遍,我国目前灌溉水利用系数只有0.4左右,田间水利用系数只有0.6~0.7[1],输水渗漏、流失严重,从而造成很大水资源浪费,因此除了继续加强水利投入之外,还要提高农民的节水灌溉意识,引导农民逐步由粗放型灌溉向节约型灌溉转变。2 学习国内外先进经验,大力发展节水灌溉技术我国的灌溉技术跟以色列等这些节水灌溉强国相比较还有一定的差距,如以色列的“一补三防”功能的地埋式滴头技术、根部温控灌溉技术、雾化灌溉技术等都值得我们借鉴和学习。除此之外我们也要学习西方好的节水灌溉经验:例如美国西部和我国西北地区相似,都属于缺水区,但该地区是美国农业灌溉最集中的地区,也是美国粮食的主产区[2]。为提高农民灌溉水平,美国建立了从事农业节水灌溉的试验站,试验站分别建立节水灌溉示范区,并通过日常观测试验,从而逐步改良各种灌水技术、方法,并免费为周边农户提供各种信息、技术服务以及专题培训讲座,从而引导农民自觉地采用先进的灌水技术,提高灌溉水平。当然我们在借鉴发达国家先进的灌溉技术和经验的同时也要根据自身的自然环境、水土条件、区域特点,财力等国情,找到一条适合我国西北地区农田节水灌溉的好经验、好技术、好方法。3 根据农作物生长用水量的曲线分布,研究农作物不同阶段的需水量生态环境需水量是指为改善生态环境质量或维护生态环境质量不至于进一步下降时生态环境系统所需要的水量。生态需水量目前成为水科学领域较新和非常热门的研究领域[3],不同区域、气候条件下农作物不同的生长阶段对水分要求是不一样的,合理的生态环境需水量供给对农作物的节水增产具有重要的意义。虽然国内现阶段采取的手段是利用数据采集将不同来源进行充分整合的数据和基于天气预报信息进行估算的作物需水数据进行科学管理及时发布,对于我国节水农业有很强指导作用,除此之外利用FAO研发的CROPWAT系统,利用气象数据对作物需水量进行计算,帮用户制定灌溉措施。但这些措施都没有有效的考虑到时空的变异性,不能有效解决作物不同区域条件下不同生长阶段需水量的计算。我国西北地区地形、气候都有区域的差别,不管采用何种灌溉信息监测取得不同农作物的需水量都要结合不同的区域、特定环境下农作物的生长规律进行需水量的科学计算,计算出不同区域、气候、条件下农作物的不同阶段生长用水量的曲线分布,才能正确科学的指导农民合理用水节水。4 根据土壤特点及不同季节的雨水分配,合理指导农民节水、用水4.1 根据土壤含水量的程度,确定是否要适时灌溉要适时的监测土壤的含水量,以便指导农作物是否需要及时灌溉,灌溉多少水适宜,灌溉多了非但对农作物生长不利,也容易造成水资源浪费,因此对土壤水分的监测尤为必要。土壤水分的监测预报——墒情预报是农田用水管理和区域水资源管理的一项基础工作,对于农田灌溉排水的合理实施、农作物的增产与节约用水、提高水资源的利用率等均有重要作用。近年来土壤墒情研究成了国内外农业水利的一个热点,并提出了许多墒情预报的方法.常见的预报方法有经验公式法、土层水量平衡法、土壤水动力学法、消退系数法[4]及随机方法[5]等,有些虽理论较为成熟,但实际很难应用,有的所需观测项目较多而难以应用等等,区域土壤墒情模型的方法[6]对进行区域土壤墒情预报,取得的效果还是较为理想的。近年来,在土壤含水量测试仪器方面进步很快,测试仪器主要通过FDR频域反射原理测量土壤的介电常数来求土壤含水率,具有快速、准确的测试优点,且能自动、连续的监测土壤含水量。德国STEPS公司研发出两款适合于土壤墒情的检测仪。MST3000土壤水分速测仪是利用FDR测试原理,研发出的适合于实验基地随身携带的一款快速便捷的测试水分的仪器,MST3000土壤水分速测仪根据室内土壤的含水量和野外土壤含水量的不同实现了先进物联网的模式,凡是能在有网络的地方,通过登录互联网专属页面,输入用户名和密码,即可看到所在地区土壤的水分的含量。SW3000土壤墒情监测仪还能发送短信息至指定手机,提醒土壤的墒情情况。这些基于土壤含水量的测试方法和手段为我国西北农田水利灌溉提供了科学指导,但毕竟西北地区幅员辽阔,区域土壤含水复杂,土壤结构不尽相同,如何科学有效的开展土壤墒情的监测预报适时指导农作物的节水灌溉还需不断的研究 根据不同时段、季节的雨水分配程度,确定科学的灌溉我国西北地区水资源短缺,不同地区、时段、不同季节雨水的分配程度是不相同的,雨水过多过少对农作物的生长都是不利的,传统做法是在田间地头修建集雨水窖、水池等设施,将有限的降雨汇集其中,作物遇旱缺水时节,作为临时水源及时进行补灌。认为还应该发挥并整合现代互联网技术、智能灌溉集水技术、土壤墒情监测技术等,做到雨水多的时候要运用监测平台通过雨水收集系统把多余的雨水收集起来,干旱、缺水的时候能根据监测利用水利灌溉系统把农作物所需要的水进行适时补给灌溉,满足农作物生长的需要。5 利用大数据技术,进行水资源灌溉的调配、调度,实现节水增产最优化组合如今已是大数据时代,传统的农田节水灌溉手段越来越不适应时代发展的要求,它的局限性也越来越明显。基于物联网通用平台和云计算技术,结合自动控制技术和专家系统技术、传感器技术、网络技术、无线通信技术、软件技术等于一体的智能化远程节水灌溉控制和管理系统应运而生,该系统可以接入温室滴灌、喷灌等各种类型的灌溉系统,可以控制水肥一体化设备。系统根据物联网系统采集到的温室或农田的土壤温湿度和空气温湿度等环境参数、当前及未来的天气状况以及作物生长实际用水需求,通过文朗物联网平台特有的多因子智能控制规则引擎,利用智能控制和人工智能技术,对滴灌、喷灌、微灌、水肥一体化等灌溉设备进行智能控制,实现精准灌溉,提高水资源的利用率,为农作物生长提供更精准的生长环境。使用智能灌溉控制系统,不但能更有效地利用水资源、提高产量,还能够提高自动化生产效率,降低人力成本和管理成本,显著提高效益。6 结语解决我国西北农田的节水灌溉问题,变粗放型的农田灌溉模式为节约型灌溉模式,实现农作物稳产高产不是一蹴而就的,它是一个系统工程,不是简单的引进发达国家的先进灌溉经验和技术即可,而是要根据我国西北的土壤、气候等多种复杂的因素和我国现有的财力物力,依托人工智能、大数据、云平台等高科技,科学发展适合我国西北地区的高效节水灌溉系统,最终实现农作物的稳产、高产和生态的协调发展。参考文献[1]吴普特,冯浩,牛文全,高建恩,汪有科,范兴科.我国北方地区节水农业节水水平及评价[J].灌溉排水学报,2003,22(1):27.[2]美国的节水农业及其启示[J].河南水利与南水北调,2013(6):59-60.[3]黄乾,彭世彰.北方地区节水灌溉现状简述[J].水资源保护.2005,21(2):12-15.[4]张胜平,杨罗.山东省墒情规律分析及实用墒情预报方案编制的探讨[J].水文,1996(3):24-30.[5]康绍忠,刘晓明,熊运章.土壤-植物-大气连续体水分传输理论及其应用[M].北京:水利电力出版社,1994.[6]蒋洪庚,夏自强,陈海芳.区域土壤墒情模型研究[J].河海大学学报(自然科学版).2000.28(5).
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