我国喷灌技术区域发展模式的建设要求

　　水资源作为人类赖以生存的重要资源，是保持生态平衡与社会发展的关键要素，水资源短缺已成为当今社会亟待解决的问题。我国是世界上十七个水资源最贫缺的国家之一，人居水资源占有量约为2100m3，仅为世界平均水平的28%，水资源的时空不均匀严重制约了社会经济发展。我国是一个农业大国，2010年农业用水量占全国总用水量的61.8%，而农业用水的90%为灌溉用水。然而国内灌溉技术水平较为低下，大部分地区仍采用传统地表漫灌为主要灌溉方式，造成大量水资源的浪费。喷灌作为一种现代化的高效节水灌溉技术，将其合理的推广和应用已成为解决我国农业用水紧张的必要手段，也是在今后一段时期我国重点发展的节水技术之一。因此文章拟总结我国喷灌发展历程，分析喷灌技术的区域适应性特点，找出当前存在的问题，并在分析五种主要喷灌技术的区域适宜性特点基础上，以我国七个典型区域喷灌技术应用、投资和管理模式为例，对比分析了各种模式的特点、节水增产（增效）综合效果、适用范围和应用实例，以期为我国喷灌事业的发展提供借鉴和参考。
　　1 我国喷灌技术的发展历程
　　喷灌作为一种先进的节水灌溉技术，与地面灌溉相比，具有灌水均匀度高、灌水时间和灌水量可以高度控制、对土壤和作物扰动小、淋盐周期短、脱盐效果好、操作管理简单、减少土地平整工作量等优势[1]。从最早的引进仿制到研究创新，我国的喷灌技术经历了起步初始、快速发展、回落徘徊和稳定发展等四个阶段，在水资源短缺和农业发展新形势下，我国喷灌技术又迎来了发展新契机。
　　20世纪70年代以来，我国主要从欧美引进先进的喷灌技术和设备，使我国喷灌技术有了突飞猛进的发展。到20世纪70年代末80年代初，我国已初步形成了多种类配套齐全的喷灌机组，如喷头、喷灌泵、喷灌管及移动式、半固定式等喷管机组，全国约有500多家生产厂生产喷灌设备，为喷灌技术在我国发展提供了物质保障[2，3]。20世纪80年代最主要的摇臂式喷头有PY1系列、PY2系列和PYS系列喷头。20世纪90年代以来，以ZY系列金属摇臂式喷头为主，共有ZY1和ZY2两种型号[4]。通过引进、消化、吸收国外先进技术和制造经验，我国建立了一批独资、合资喷灌设备生产企业。如：太原市丰泉喷灌设备厂有限公司、华泰保尔灌溉设备工程有限公司、丹东市渤海灌溉设备有限公司等。喷灌产品设备的水平有了很大提高，在进行节水灌溉工程的规划设计及施工安装，开发研制节水灌溉设备新产品及新机具，开展节水灌溉科研项目攻关等诸方面均具有一定的实力[5]。2010年6月由内蒙古赤峰市阿旗天山农牧业机械有限责任公司投资5000万元建设的喷灌设备生产基地正式建成投产，成为我国生产规模最大的喷灌设备基地，该基地每年可生产300套大型喷灌设备[6]。
　　为了规范喷灌技术与工程的快速发展，自1986年我国发布第一部喷灌国家标准《喷灌工程技术规范》（GBJ85-85）以来，至今已发布与喷灌技术相关的技术标准36部，其中国家标准12部，行业标准24部，涉及水利、农业、机械等。此外，部分地方省市为加强喷灌工程管理水平，根据当地的实践经验，出台了一系列喷灌技术操作规程与管理办法。如20世纪80年代上海市出台“喷灌站检查评分标准”，河南省出台“喷灌管理8条标准”；2000年黑龙江国营农场总局制定的“黑龙江垦区喷灌机及喷灌井管理办法”，2008年内蒙古自治区多伦县制定的“喷灌工程技术管理规程”等。
　　2 喷灌技术的主要类型
　　2.1 半固定管道式喷灌
　　半固定式管道喷灌亩均投资相对较低，包括水源工程在内每米投资600元左右。目前，半固定管道式喷灌采用的有地面移动铝管以及地面移动涂塑软管两种形式，以采用涂塑软管较为经济。半固定管道式喷灌需要人工移动地面管道更换轮灌组，人工投入相对于其他喷灌类型较高。基于半固定管道式喷灌的上述特点，这种喷灌模式多用于大田粮食作物的种植，如北京市房山区和顺义区、河北省平原地区等多是采用半固定管道式喷灌灌溉小麦、玉米等作物。
　　2.2 固定管道式喷灌
　　固定管道式喷灌亩投资较半固定式高，亩投资在700～800元左右。由于无需移动支管和喷头，使用过程中工作强度大大降低，固定管道式喷灌的管理也相对简单。但由于地面竖管及喷头的存在一定程度上影响耕作，故该种喷灌模式多用于经济作物如多年生果木的灌溉。北京市郊区、浙江省和福建省等地区均采用固定管道式喷灌种植水果、蔬菜和茶叶等经济作物，在一些经济发达地区，例如广东、上海等地，采用固定管道式喷灌系统来灌溉园林草坪和高尔夫球场等。
　　2.3 移动管道式喷灌
　　移动管道式喷灌系统与固定管道式喷灌系统的区别在于水泵及动力可沿着水源移动，干管、支管均铺设在地表，干管、支管、竖管及喷头均可移动。移动管道喷灌目前应用较少，由于其比半固定管道式喷灌劳动强度还要大，其技术经济性能相比其他喷灌形式优势不明显，在目前农村劳动力逐渐减少的大环境下应用越来越少已成必然。
　　2.4 移动机组式喷灌
　　移动机组式喷灌系统，即在田间除水源（塘、井或渠道）固定外，其余用于喷灌的水泵、动力、管道及喷头，都是移动的。轻小型移动式喷灌机组是我国特有的一种喷灌机型，轻小型喷灌机组投资低，便于移动，机动灵活，对地形地块的适应能力强。轻小型机组适用于小面积范围的灌溉，管理上同样需要使用较多的人工，但由于其机动灵活性强且适用于一家一户的管理模式，在我国当前土地政策大环境下具有较强的生命力，该种喷灌模式比较适合用于抗旱或山区等地块零散的地区。
　2.5 大型喷灌机
　　大型喷灌机一次性投入大，以最常用的中心支轴式喷灌机为例，其水电配套及机组购置的投资一般在60万元一套左右，控制面积一般在500亩左右，控制1000亩或控制300亩面积的喷灌机也较常见。在我国农业生产集约化程度相对较高的地区，如内蒙古、新疆、黑龙江、宁夏和河北等地区，近年对大型喷灌机的推广呈上升趋势。目前，这种喷灌模式在新疆和内蒙古地区多用于大面积种植马铃薯，以内蒙古推广应用最广。大型喷灌机控制范围广，适宜大面积推广时采用，其运行管理方便，适用于于农户联户种植或农业种植公司种植作物的灌溉。近几年在内蒙、宁夏等西部地区兴起的薯类作物和牧草灌溉 ，也多采用大型喷灌机械。这类设备从美国进口较多。国产设备的生产和技术水平近几年提高很快，在国内的应用逐渐增多。
　　3 喷灌技术的主要应用模式
　　3.1 黑龙江省农垦区大型喷灌机应用模式
　　3.1.1 模式特点
　　该模式是农业用地在土地承包期限内，通过转包、转让、入股、合作、租赁、互换等方式出让承包权，农民将承包的土地向专业大户、合作农场和农业园区流转，发展农业规模经营，采用具有自动化程度高、单机控制面积大、综合利用率高、能浇灌各类高矮棵作物、能在平原、丘陵地里运行、省水、增产、省工、节能的大型喷灌机进行灌溉并集中管理。该模式对开发改造中低产田、发展现代农业、推动农业生产力的发展起到巨大作用[7]。
　　3.1.2 节水、增产（增效）综合效果
　　有效改善了土地资源配置效率，进一步激活了农业剩余劳动力的转移，构建和规范了农村集体生产用地的流转机制，使农民更充分地参与分享了城市化、工业化的成果，具有的农业规模化、集约化、规范化生产为大型喷灌设备的应用奠定了基础，常用的喷灌设备有全自动360度旋转喷灌机、平移式、中心支轴式等型式，最大一次性可覆盖面积1000亩。节水效果显著，水的利用率可达85%以上；作物增产幅度大，一般可达20～40%；灌水均匀，土壤不板结；大大减少了田间渠系建设及管理维护和平整土地等的工作量；有利于加快实现农业机械化、产业化和现代化。
　　3.1.3 适用范围
　　适用于规模生产的耕地，并且区域内水资源充足；各种旱作种植作物均适用，例如谷物、蔬菜、香菇、木耳、药材等；从地形上看，适用于平原也适用于小于8度的坡耕地区；从土质上看，既适用于透水性大的土壤，也适用于渗透率较低的土壤。
　　3.2 北京市平原区管道半固定式喷灌模式
　　3.2.1 模式特点
　　该模式是北京地区在1985～1987年进行过喷灌试点建设成功后，最早在顺义、平谷、房山三个地区进行大面积推广管道半固定式喷灌技术，三个地区经过交流形成统一意见，明确大田作物采用技术、设备已经完善的管道半固定式喷灌模式[8]。
　　3.2.2 节水、增产（增效）综合效果
　　喷灌比畦灌省水40%左右，增产幅度不大，但喷灌可以保证及时灌水，可促使作物尽早出苗，确保一年能够种植两茬，提高土地利用效率。喷灌比地面灌节省人工，使用喷灌，一个人可以管理20亩地，使用地面灌，一个人只能管理10亩左右。
　　3.2.3 适用范围
　　适用于北方平原区大田作物（小麦、玉米等）。
　　3.3 浙江省经济型喷微灌技术模式
　　3.3.1 模式特点
　　该模式运用技术经济学原理，大胆应用新材料、研制新设备，积极技术创新，形成了全新的经济型喷微灌模式。其措施概括为“六化”：（1）单元小型化，喷微灌工程控制灌溉面积100亩左右，每组轮灌不超过10亩，减小输水管管径。（2）泵站移动化，移动喷灌机组代替固定泵站，节约首部工程投资。（3）管道塑料化，余姚市塑料工业发达，占工程造价50%的管道采用聚乙烯材料。（4）干管河网化，在平原河网地区，以纵横交错河道作为喷微工程“主管网”，减少管道长度。（5）微喷水带化，用喷水带代替喷头，虽然性能和使用寿命不很理想，但一次性投入大幅度减少。（6）管带薄壁化，合理减小管壁厚度，降低单位管材价格。通过以上技术措施，在财政补助政策引导下，迅速发展了一大批经济型喷微灌设施，把生态农业、节水农业、效益农业有效结合在一起，使当地农民群众得到了实惠。目前这项技术已应用到该市山区的竹笋、杨梅、板栗和平原的蜜梨、蔬菜、葡萄等作物，还推广到鸡、鸭、兔、猪等畜禽养殖场的降温与防疫。实践证明，采用多种技术措施降低造价，是加快喷灌和微灌技术推广、提高水利用效率、加速农业现代化进程，增加农民收入的关键[9]。
　　3.3.2 节水、增产（增效）综合效果
　　浙江省余姚市从2001年以来研究和推广经济型喷微灌节水技术模式，经过技术创新、优化设计，使喷微灌工程造价从1200～1600元/亩降低到600～800元/亩，效益300～1000元每亩，节水100m3每亩。该技术模式不仅应用于灌溉，还推广应用于山区竹笋、杨梅、红枫、板栗和平原蜜梨、葡萄、榨菜、西瓜等作物种植及兔子、鸡、猪等养殖畜业的喷灌降温或保温，均取得非常显著的效益。截止2008年底，总面积已达3.8万亩（山区2.6万亩），每亩产生效益500多元。
　　3.3.3 适用范围
　　适用于山林作物，如竹笋、杨梅、板栗、红枫、樱花、茶叶等作物。还适用于养殖场降温防疫，喷药消毒。
　　3.4 内蒙古“喷灌圈”模式
　　3.4.1 模式特点
　　喷灌圈包括指针式喷灌圈和卷盘式喷灌圈两种，其中指针式喷灌圈的每个圈可灌溉农田500亩左右、卷盘式喷灌圈的每个圈可灌溉农田200亩左右。大型指针式喷灌圈是指引进国外大型指针式喷灌设备，把经过水泵加压后的水用管道送到田间，由多个喷头加压形成雾状小滴，像天然降雨一样落到地面进行灌溉。喷灌圈种植是一项综合性技术，具有显著省水、省工、少占耕地、不受地形限制、灌水均匀的特点，是高投入、高产出的种植模式。突出的优点是对地形的适应力强，机械化程度高，灌水均匀，灌溉水利用系数高，尤其适合于透水性强的土壤，并可调节空气湿度和温度。但基建投资较高，而且受风的影响大[10]。
3.4.2 节水、增产（增效）综合效果
　　喷灌圈灌溉模式，根据作物生长期的用水情况，可人为的控制灌水量和湿润层的深度，有效的防止灌溉水的深层渗漏损失，提高灌溉水的利用率。据测试，大田漫灌亩次用水50-60方，喷灌亩次用水10-25方，喷灌每亩年节水150多方。以察右后旗2009年种植马铃薯和胡萝卜为例比较得到：种植马铃薯亩净增产200公斤，每亩增效605元；种植胡萝卜亩净增产400公斤，每亩增效910元。
　　3.4.3 适用条件
　　喷灌圈适用于有条件的平原地区、丘陵山区大规模农场推广使用，适宜种植经济作物有马铃薯、胡萝卜等。
　　3.5 河南省平原丘陵区喷灌综合技术模式
　　3.5.1 模式特点
　　该模式是结合当地地形条件、作物种植结构及当地农户接受能力等综合因素，可采用半固定式或全固定式喷灌模式。根据水源情况分为自压喷灌、提（引）蓄水自压式喷灌、泵站直接加压式喷灌三种。工程由离心泵、首部控 制设备、管网系统、喷头等组成，首部设置计量设施，在有条件的地方结合有机肥的施用，做到水肥同步。
　　3.5.2 节水、增产（增效）综合效果
　　较地面灌溉一般可省水30～50%；在相同的生产条件下，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的50%。喷灌时用管道输水，无需田地间渠和畦埂，一般土地利用率高，一般可增加耕地7～10%；可以实现小定额勤灌，是土壤水分经常保持在作物吸水的适宜范围内，有利作物生长；对耕作层的土壤不产生机械破坏，此外喷灌可改善田间小气候，增加近地表层的空气湿度，为作物创造了良好的生长发育条件。一般较地面灌溉提高产量10～20%。
　　3.5.3 适用范围
　　适应各种作物（小麦、玉米），尤其适应于经济作物（棉花、花生、烟草）瓜果、蔬菜；适应于各种土壤和地形，沙土、壤土、粘土均可以采用喷灌，不管是平原地区，还是山地丘陵区均可采用喷灌技术。另外，山地丘陵区采用喷灌后可以省去造梯田或其它工程的费用。
　　3.6 江西省蔬菜园区喷灌节水技术模式
　　3.6.1 模式特点
　　该模式取消了农渠、毛渠、田间灌水沟及畦埂；灌水均匀，土壤不板结，有利于抢季节、保全苗；改善了田间小气候和农业生态环境；大大减少了田间渠系建设及管理维护和平整土地等的工作量；有利于加快实现农业机械化、产业化、现代化。
　　3.6.2 节水、增产（增效）综合效果
　　喷灌节水效果显著，水的利用率可达80%。一般情况下，喷灌与地面灌溉相比，节水可达50%；作物增产幅度大，一般可达20～40%；增加了15～20%的播种面积；减少了农民用于灌水的费用和投劳，增加了农民收入；避免由于过量灌溉造成的土壤次生潜育化。
　　3.6.3 适用条件
　　适用于大面积蔬菜园区。
　　3.7 四川省丘陵山区轻小型机组喷灌技术模式
　　3.7.1 模式特点
　　该模式是利用小型喷灌机组解决旱坡地灌溉，形成丘陵山地轻小型机组喷灌模式。喷灌设备根据需要选择不同规格型号的一体式喷灌机。
　　3.7.2 节水、增产（增效）综合效果
　　喷灌较地面灌溉一般可以节约用水30～50%，可提高耕地利用率7～15%，。喷灌可以实现高度的机械化，可以大大减轻灌水的劳动强度和提高作业效率。在相同条件下，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的1/5。粮食作物喷灌比地面灌溉增产10～30%。经济作物喷灌比地面灌溉增产20～30%。轻小型喷灌机体积小、重量轻，具有操作简单，维修方便，一次性投资小的特点。同时轻小型喷灌机还一机多用，设备利用率高，灌溉季节喷灌作物，其他季节借助其动力和有关设备，进行面粉、饲料加工等。小型喷灌机组多以专业户形式经营，既方便了群众，又增加了农户收入。
　　3.7.3 适用条件
　　适用于丘陵山区耕地零散、水源小而分散的地区，尤其适用于一家一户经营的经济作物。
　　4 推进我国灌溉技术发展的几点建议
　　4.1 因地制宜的推广喷灌技术应用模式
　　喷灌在具备灌水均匀度高、可控性强、土壤扰动小、操作管理简单等优势的同时，也存在较大的区域适应性。我国幅员广阔，地形和水文条件相差较大，在发展喷灌技术的过程中，必须结合地区的自然和社会情况，因地制宜地选择最佳喷灌方式。不能以发展喷灌为目的，盲目的废弃当地已有的节水灌溉模式。
　　4.2 加强喷灌投资和管理模式的发展
　　科学合理的工程投资模式和工程管理模式，可以保证工程建设资金投入稳定，为喷灌工程建设顺利开展提供有力保障。在工程建成后，能保障工程管理人员和专项运行维护资金到位，保障喷灌工程达到设计使用年限，对充分发挥节水灌溉工程效益具有非常重要的意义。
　　4.3 加强对喷灌领域新技术引进与研发
　　70年代以来，从国外引进先进的喷灌技术和设备使我国喷灌技术有了突飞猛进的发展，对我国喷灌相关产品设备水平的提高起到了巨大的促进作用。与国外发达国家相比，我国喷灌技术设备仍存在较大的差距，而且在推广应用中已出现不少技术问题亟待解决，因此继续引进和吸收国外先进的技术设备，进而自主的开发和研制，仍将是我国今后喷灌技术发展的一项重要原则。
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