喷灌技术的推广应用

时间：2022-11-10 百科知识版权反馈

【摘要】：宁夏地处干旱半干旱地区，蒸发强烈，农田灌溉一直采取地面灌溉方式。随着气候变化及社会经济发展，水资源短缺日益严重，农业发展节水灌溉的要求十分迫切。通过一系列研究示范明确了宁夏可以发展喷灌，经济效益和社会效益均十分显著，下面以农垦黄羊滩农场喷灌项目区为例，概述有关工作。由于喷灌的机械化程度高，可以大大减轻灌水的劳动强度，节约大量劳动力。在春小麦生育前期灌溉量略少，但是不能小于农田田间持水量的55%。

第四节　喷灌技术的推广应用

宁夏地处干旱半干旱地区，蒸发强烈，农田灌溉一直采取地面灌溉方式。随着气候变化及社会经济发展，水资源短缺日益严重，农业发展节水灌溉的要求十分迫切。宁夏农发办从1998年开始尝试引进国外大型喷灌设备开始试验示范，先后在农垦局黄羊滩农场、同心、盐池和监狱局关马湖农场建设喷灌示范区。通过一系列研究示范明确了宁夏可以发展喷灌，经济效益和社会效益均十分显著，下面以农垦黄羊滩农场喷灌项目区为例，概述有关工作。

一、喷灌技术的应用研究

喷灌是利用专门设备将有压水输送、分配到灌溉农田，再由喷头喷射到空中散成细小的水滴，均匀地洒落在灌溉农田上，以满足作物生长对水分的需求。其特点是对地形适应性强，机械化程度高，灌水均匀，灌溉水利用系数较高，尤其是适合于透水强的土壤,并可调节空气湿度和温度。但基础建设投资较高，而且受风的影响大。喷灌可以采用较小的灌水定额，进行浅浇勤灌，便于严格控制土壤水分，保持肥力，不破坏土壤表层的团粒结构，又可促进作物根系在浅层的发育，有利于充分利用土壤表层的肥分。而且喷灌可以调节田间小气候，增加近地表层空气湿度，在炎热的季节起到凉爽作用。并冲掉茎叶上的尘沙，有利于植物的光合作用，因此能达到增产的效果。

（一）喷灌技术的特点

1.节约用水

由于喷灌基本上可以不产生深层渗漏和地面径流，灌水比较均匀，均匀度可达到80%～90%；加之多数用管道输水，输水损失较小，所以灌溉水有效利用系数较高，一般利用系数达到60%～85%，比明渠输水的地面灌溉省水30%～ 50%。在透水性强、保水能力差的砂质土地上还可以省水70%以上。在干旱缺水地区和高扬程灌区，这一点显得特别重要。

2.节约劳力

由于喷灌的机械化程度高，可以大大减轻灌水的劳动强度，节约大量劳动力。仅小型移动式喷灌机组就可以提高工作效率20～30倍，如大面积采用固定式喷灌系统工效会更高一些，此外，喷灌不需要在田间修临时渠道和沟、畦、埂等，还可以省去修筑这些田间工程的劳力。如果利用喷灌设备施肥和喷洒农药还可以节省更多的劳力。

3.少占耕地

采用喷灌可以大大减少沟渠占地，不仅节省土石方工程，而且还能腾出占总面积7%～13%的沟渠占地种植作物。

4.适应性强

喷灌是将水直接喷洒到田间每个点上，它的灌水均匀度与其他点的地形和土壤透水性无关，因此，在地形坡度很陡和土壤透水性很大，难于采用地面灌水方法的地方也可以喷灌，在大平小不平的田块也不必进行土地平整就可以喷灌。

5.保持水土

喷灌可以根据土壤质地的轻重和适水性大小调整水滴直径和喷灌强度的大小，可以做到不破坏土壤团粒结构。不产生土壤冲刷，使水分都渗入土层内，避免水土流失。在有可能产生次生盐碱化的地区，采用喷灌严格控制湿润深度、消除深层渗漏，可以防止地下水位上升和次生盐碱化。

6.受风的影响大

喷灌水滴一般要喷射到十几米的高度再落下来，它的运动轨迹受到空气气流的较大影响，稍微有些风就会改变喷头喷水量在平面上的分布，从而影响灌溉的均匀度。一般在3～4级以上大风时，灌溉均匀度就会大大降低，此时不宜进行喷灌，因而喷灌在多风地区的应用受到一定的限制。为减少风的影响要选在无风或风较小时喷灌，另外可选用低角度喷头和短射程喷头，以减少风对水量分布的影响。

7.设备投资高

喷灌都需采用一定的机械设备，对于不同形式的喷灌系统其所需设备的数量不同，单位面积的投资也就不同。现在大约为100～700元/亩，这比其地面灌水方法所需要的投资高一些，这是喷灌的发展受到限制的主要原因。但是，如果用于喷灌经济效益高的作物，并采用优化方法进行设计，尽量降低单位面积投资，从长远来说，就可能比地面灌溉获得更好的经济效益。

8.表面湿润较多，而深层湿润不足

这对于灌溉深根作物是不利的，但是如恰当地选用较低的设计喷灌强度，也可以用延长喷灌时间的办法使水分充分地渗入下层而又不会产生积水和径流。

9.有空中损失

在空气相对湿度过低和风速较大时，有一部分水滴还未落到地面就被风吹出灌溉地段或在空中蒸发，而造成空中的蒸发与漂移损失，这是其他灌水方法所没有的。根据实测，这一损失可占总水量的7%～28%，但大多数情况下在10%左右。不过这一部分损失也不完全是无益的损耗，一般对调节田间小气候有一定的作用，从而也就会在一定程度上降低作物的田间需水量。

（二）喷灌技术的应用范围

喷灌是一种先进的灌水方法，几乎适用于灌溉所有的旱作物，例如谷物、蔬菜、果树、香菇、木耳、药材等，还特别适用于灌溉旱种的水稻。从地形来看，既适用于平原也适用于山丘区；从土质来看，既适用于透水性大的土壤，也适用于入渗率较低的土壤;不仅可以用于灌溉农作物，也可以用于灌溉园林草地、花卉；还可以用来喷洒肥料、喷洒农药、防霜冻、防暑降温和防尘等。然而，并不是在任何地方都最适合于使用喷灌，为了更充分地发挥喷灌优点，减少它的缺点，在以下所述条件下使用，以取得更好的效果：当地有充分的资金来源，而且种植经济效益较高的作物，如果树、香菇、木耳、蔬菜等。地形起伏大或坡度较陡，用地面灌溉有困难的地方。

（三）不同作物的喷灌灌溉制度

1.春小麦喷灌灌溉制度

根据黄羊滩农场喷灌灌溉试验资料，对黄河河套灌区春小麦的喷灌灌溉制度进行研究，分析满足春小麦作物高产的喷灌灌溉制度如下。

（1）春小麦喷灌需水量及需水规律：作物田间需水量包括植株蒸腾和植株间的蒸发两部分。一般都是通过试验，测定土壤水分、灌溉水量和当地降水量，用水量平衡公式计算求得。根据宁夏水科所在贺兰山东麓曾经做过春小麦需水量试验，参照以往研究成果，结合喷灌灌溉条件，确定春小麦需水量值。

在喷灌条件下，作物需水量比地面灌溉略低，主要原因是：喷灌后农田土壤含水量上、下层分布均匀，土壤湿润深度有限，灌溉后喷灌麦田的土壤蒸发比地面灌溉蒸发量少；再者喷灌麦田土壤板结和表土龟裂较轻，土壤团粒结构保持良好，小麦株间土壤蒸发减少。

（2）春小麦适宜的土壤水分：适宜的土壤水分是小麦生长发育的必需条件，从田间实测土壤水分，结合观察作物生长发育情况来看，当计划土壤湿润层土壤水分小于6%～7%时，应及时补水，试验区土壤田间持水量数值可在11%～12%；也就是说当土壤水分小于田间持水量的60%时，就开始喷灌。从小麦生育阶段来看，在灌浆初期，应保持较高的土壤水分，不宜小于田间持水量的70%。在春小麦生育前期灌溉量略少，但是不能小于农田田间持水量的55%。

（3）春小麦喷灌土层深度：喷灌条件下，春小麦根系比地面灌溉条件下春小麦根系要浅些，主要因为喷灌能够做到少灌、勤灌，表层土壤水分经常得到补充，灌水后，土壤水分变化主要在0～40cm以内，从喷灌试验结果来看，小麦播种至拔节期，喷灌湿润土层为20～25cm，拔节至灌浆期为25～35cm，灌浆期为40～45cm。

（4）春小麦喷灌需水量：根据春小麦需水量和需水规律和贺兰山东麓的气候条件，春小麦在播种—拔节阶段，每次灌水量为20mm，灌水周期5～7d。分蘖—乳熟期每次灌水量为30mm，灌水周期4～5天。成熟期每次灌水量为30mm，灌水周期7～8天。

表6-10　春小麦喷灌需水量

2.玉米喷灌灌溉制度

（1）玉米的需水量及需水特点：根据水科所试验场资料，玉米生育期需水量464.5mm，玉米生长前期、后期需水量较小，生长中期需水量较大，7月份为玉米需水高峰期。作物需水量包括土壤表面水蒸发和作物自身蒸腾，作物需水量有20%～30%的水是由土壤水分蒸发的。玉米作物的日需水量取决于气候条件，如温度、湿度、太阳辐射等。气温高，湿度低，天气晴朗，风大时蒸发量就大。试验结果表明，播种—拔节阶段，植株蒸腾量很小，其水分主要消耗于植株间的蒸发中，其生长天数占全生育期的35%，而需水量只占总需水量的25%。拔节—抽雄阶段，玉米生长速度较快，植株蒸腾速度加快，日需水强度增加，需水高峰期出现在7月下旬，每日需水量达到8mm。抽雄—灌浆期是玉米形成产量的关键时期，植株需水量较大。灌浆—成熟阶段，气温降低，需水量一般占总需水量的25%。

（2）玉米喷灌需水量：结合玉米自身需水量及需水特点，总结试验区喷灌玉米的灌水情况，确定玉米的实际灌溉制度。

表6-11　玉米不同生长阶段喷灌需水量

3.大麦复种油葵灌溉制度

2002～2003年在黄羊滩喷灌示范区连续两年种植大麦，大麦收获后种植油葵，从种植经验看，大麦需水量较春小麦少，因为大麦生长期比春小麦生长期短。两年的平均年灌溉水量235.5m³/亩，大麦需水规律与春小麦相似。总结分析喷灌试验区大麦的灌水经验，确定大麦的喷灌灌溉制度。

在大麦收获后，立即抓紧时间，种植油葵，否则在油葵生长期容易遇到早霜冻，油葵生长时间难以保证，试验区复种油葵的灌溉制度。

表6-12　大麦不同生长阶段喷灌需水量

表6-13　油葵不同生长阶段喷灌需水量

7月初油葵播种时，土壤蒸发量很大，为了在播种时有一个较好的墒情，可提前进行较大量的喷灌，自播种至8月中旬喷灌灌水量较多，8月中旬以后喷灌灌水量可适当减少。

4.板蓝根喷灌灌溉制度

2002年在黄羊滩喷灌区种植板蓝根120亩，我们以前对喷灌条件下种植板蓝根药材的灌溉制度了解较少，2002年喷灌区种植板蓝根总灌水量537.4mm/亩，因为板蓝根叶子覆盖地面较少，土壤裸露较多，土壤蒸发大，总用水量较多，7月中旬～8月中旬耗水量最大，板蓝根根系比春小麦等作物浅，一般在30mm以内，每次喷灌水量以20～30mm为宜。在生长初期喷水量较小，中期喷水量较大，后期较小。观察板蓝根田间生长及灌水情况，总结板蓝根的灌溉制度。

表6-14　板蓝根不同生长阶段喷灌需水量

（四）喷灌区灌溉水源、控制面积

大型喷灌项目区的主要水源有地下水和黄河水两种。利用地下水进行喷灌的项目区有国营黄羊滩农场，扬黄灌区的大型喷灌项目区水源主要是利用黄灌水进行沉沙处理并修建蓄水池进行喷灌。截至2010年，在全区调查的8个项目区共安装92台大型喷机，灌溉面积达4076.67hm²。从近几年来的运行情况看，在宁夏中部干旱地区利用大型喷灌机是合适的，其综合效益是非常明显的。

1.大型喷灌机应用结果分析对比

从2001～2002年，农场先后引进美国维蒙特公司生产的圆形喷灌机8台，并将喷灌机的作物用水量与渠灌作物的用水量进行了分析。

（1）农作物喷灌用水量观测分析：2001年在6号喷灌区范围全部种植春小麦，控制面积36.33hm²，自春小麦播种至收获，用水表计量灌溉用水量，示范区共用水179714m³，平均灌溉水量为330m³，其中，从播种到出苗用水约16m³/亩，出苗至抽穗用水约186.5m³/亩，抽穗至灌浆用水约88.54m³/亩，灌浆至成熟用水约39.83m³/亩。春小麦全生育期共耗电48240kWh，平均每亩耗电88.51kWh。2001年在1号喷灌区种植制种玉米148亩，用水表量测喷灌水量，制种玉米生育期喷水量为354.2m³/亩。2002年在2号、3号、4号、5号4台喷灌区内全部种植了制种玉米。制种玉米平均亩用水量为314.3m³。

（2）渠灌作物用水量：黄羊滩农场属扬水灌区，采用地面灌溉时，由于田块大、田间渗漏损失严重，灌溉用水量大。

在渠道灌溉情况下，种植玉米平均每亩的用水量为810m³，种植春小麦平均每亩灌溉用水量为740m³。

表6-15　制种玉米生育期喷灌用水量

表6-16　渠灌区玉米、小麦灌溉用水量表

（3）喷灌与渠灌节水效果比较：从喷灌与渠灌春小麦用水量对比可看出：喷灌条件下春小麦用水量330m³/亩，渠灌区春小麦生育期共灌水5次，每次灌水量在130～190m³/亩，平均用水量为740m³/亩。喷灌与渠灌相比，每亩节水410m³，节水率达55.4%。喷灌区制种玉米平均用水量为314.3m³/亩，渠灌区平均用水量810m³/亩，节水率达61.19%。

（4）不同灌溉方式下的水分生产率：分析总结喷灌、渠灌两种灌溉方式下，灌溉用水量和作物产出量，得到单方水生产率。

表6-17　喷灌、渠灌方式下水分生产率

从表中可以看出，喷灌水分利用率高于渠灌的水分利用率，粮食作物中喷灌制种玉米水分利用率最高为1.44kg/m³，渠灌区制种玉米的水分利用率仅0.52kg/m³，在宁夏这样严重缺水的地区，提高水分利用率有着非常重要的意义。由于大型喷灌机节水、增收效果明显，到2007年黄羊滩农场大型喷灌机的数量已达到33台，控制面积1066.67hm²。

2.效益分析

（1）经济效益：大型喷灌机的应用、灌溉设施的改善以及种植结构的调整，使农场职工的收入不断提高。据统计，农场每亩地的水费由2001年前的120元，降低到目前的平均75元。每亩地省灌溉、施肥、清渠、打药等劳动力1个，按每个劳动力每天45元计算，每亩地可节省劳动力费用45元，省肥25%，增产20%。

2000年农场人均收入只有1600元，2007年人均收入6800元。农场七队是黄羊滩农场最早实行节水灌溉的农业队，该队耕地面积290hm²，到2004年该队已全部实行节水灌溉，不再利用黄河水灌溉。当年种植制种玉米222hm²，经济林42hm²，其他经济作物26hm²，产业结构调整比较合理。职工种植的积极性很高，种植面积逐年增加，2004年职工每户均收入达到1.5万元。2007年职工种植制种玉米农户收入最低收入2.5万元，最高收入7万多元。

（2）节水效益：过去用黄河水灌溉，玉米平均每亩地用水量为810m³，春小麦平均每亩地用水740m³，有些地灌水量高达1200m³/亩。采用大型喷灌机后，平均每亩用水量仅为330m³，比原来的大水漫灌节水55%以上。1066.67hm²的大型喷灌项目区，每年可节水144.32万m³，节水效果非常明显。2005年遇到特别干旱的年份，农作物用水量增加，而黄河水资源也非常紧张，许多灌区的农作物都受了旱，而农场的1333.33hm²节水灌溉减轻了引黄灌溉的压力，农场没有一亩农作物受旱。

（3）社会效益：几年来，黄羊滩农场应用大型喷灌机已收到了明显的社会效益。灌溉方式由过去的小扬水提水大水漫灌，到合理开采地下水，利用大型喷灌机进行灌溉，每年减少从西干渠引水达284.25万m³，优化了水资源配置，解决了该地区水量浪费严重的突出问题。为宁夏黄河区水资源可持续利用提供了样板，为贺兰山东麓小扬水灌区如何经济合理地发展灌溉提供了一种新模式。为周边地区及宁夏农垦系统提供示范，可辐射其他地区，为我区发展高效节水农业、农业产业调整起到了积极的示范和带动作用。经过短短几年内精心努力和示范推广，2004年黄羊滩农场被列为国家级节水示范区，2005年又成为自治区节水现代农业示范园区。

3.生态效益

由于贺兰山东麓前沿冲积扇地区大型农场用水量的增加，加之西干渠的渗漏，从而使永宁县沿山的4个镇和1个国营林场区0.53万hm²农田受浸，土壤盐碱化日益严重，粮食逐年减产，农作物的产量、效益逐年下降，部分耕地已无法种植。国营黄羊农场喷灌区的建设与实施，改大水漫灌为喷灌，减少了灌溉渗漏量。同时合理开采地下水，阻止灌区土壤次生盐渍化的蔓延，实现水资源的合理利用。在喷灌期间，所有的喷灌机都在工作，有利于改善周围小气候，减轻风沙危害，从而产生良好的生态效益。

（五）新建喷灌项目区效益分析

宁夏中部干旱带是宁夏回族自治区社会经济发展和生态环境的重要组成部分，但同时也是自然灾害最频繁、生态环境最脆弱、农业生产最不稳定、经济发展较落后的地区。为了更好地应对干旱缺水的现状，降低其对生产、生活及生态的影响，我国政府采取了一系列抗旱减灾措施，如扬水工程、集中供水工程、水窖和集水场等，这些措施发挥了重要的社会、经济和生态效益。但是，由于扬水工程水价过低、重建轻管严重，水窖和集水场等标准低、集水效率较差，不能从根本上解决中部干旱带的农业发展的问题。大型喷灌项目区的修建，为解决宁夏中部干旱带灌溉及生态恢复开创了一条新的发展之路。

1.生态效益

大型喷灌设备进行灌溉有利于水土保持。用户可根据土壤的实际情况来调整灌溉的水滴直径及喷灌强度的大小，不破坏土壤结构，不造成土壤冲刷，避免水土流失，形成良好的田间小气候。提高植被覆盖率，有利于作物的生长，有效地改善日益恶化的生态环境。并且通过喷灌控制湿润深度，消除深层渗漏，可以有效地避免盐碱化。由于项目区内恶劣的生态环境得到改善，促进生态环境的良性循环，有利于防止水力侵蚀和风力侵蚀的发生。

2.经济效益

宁夏固海扬水工程、扶贫扬黄工程、陕甘宁盐环定扬黄工程等大型水利工程的兴建，为该地区今后的可持续发展奠定了坚实的基础。但是，地多水少的问题还没有从根本上解决。大型喷灌机由于省工、省水、省电等优点，而且也不需要花很多的资金进行土地平整。因此，大型喷灌机的成功应用，给当地的经济发展、农民的增产增收提供了新的发展机遇。

通过对大型喷灌区的实地调查，冯记沟、红寺堡、监狱局农场等地种植的干草，每亩产量在650～700kg，每kg价格在6元左右，扣除各种费用，年纯收入在900～100元/亩。土豆平均亩产在1000～1500kg，按1.0元/kg计算，亩均纯收入在500～800元左右。苜蓿平均亩产在0.6～0.8t，价格在1600元左右，亩均纯收入在700～900元左右。因此，喷灌项目区经济效益是相当可观的。

3.社会效益

宁夏中部干旱带是我区较贫困的地区，也是少数民族相对集中的地区，喷灌项目区的建设，改善了当地农民的生活条件，经济效益不断提高，使贫困地区的农民走上了致富之路，促进了社会稳定和民族团结，加强了各地经济、文化和技术的交流和沟通。同时，节水新设备的引进推广，使群众的科技兴水意识逐步增强。

（六）大型喷灌项目区建设的经验

1.加强培训观念，节水意识大增强

黄羊滩农场安装第一台喷灌机时大部分干部职工都不能接受，因为当时喷灌机对于农场来说还是新鲜事物，没有人了解它，也看不到它的优越性在什么地方，一下子要改变传统的灌溉方法确实无法理解。而农场领导审时度势，看到了实施节水灌溉是农场农业发展的必由之路，顶着压力去改变传统的灌溉模式，找专家、请师傅，召开技术培训班，掌握了灌溉技术，转变了思想观念。经过几年来的生产实践，广大职工真正感受到大型喷灌机给他们带来的效益，完全接受了节水灌溉技术，积极要求安装喷灌设备，切身体会到了它的优越之处。

2.技术管理是关键

国营黄羊滩农场大型喷灌项目区建设的成功经验之一是提高技术管理水平。为加强节水灌溉工程的统一管理，争取使其发挥最大节水效能，根据农场实际情况采用公司承包经营和场、队两级共同负责管理的模式。制定了各项管理制度，保证了喷灌效益长期稳定的发挥。农场所有节水设备统一部门管理，每台设备都配有专门工作人员24h值班，两名技术人员负责对所有设备进行技术指导、检修、维修等方面的工作，每年春冬季加强骨干技术培训，提高技术管理水平。另外，专门制定了技术操作规程、管理制度、运行状况记录等一系列措施，保障了设备的正常运行和更好地发挥作用。

3.经验总结很重要

宁夏是典型的资源型缺水地区，同时用水浪费现象又十分突出。引黄灌区多年来形成大水漫灌的历史，使得人们一开始对喷灌的认识不够。大型喷灌机在黄羊滩农场及宁夏中部干旱带的成功推广应用，为宁夏中部干旱带发展喷灌提供了许多可贵经验。实践证明，大型喷灌机适宜在宁夏引黄灌区贺兰山东麓沿线的各大国营农场、南部山区实行集约化经营生产的库井灌区及地形起伏、土地平整工程量大的新开发灌区推广应用，适合高秆、矮秆经济和粮食作物灌溉。

4.经管模式要适合

在喷灌项目区的经营管理方面结合具体的情况不断进行改革，探索适合当地的管理模式。宁夏大型喷灌项目区目前所采用的管理模式大致可分为两种，一种是集体经营模式，这种模式主要由土地所有者进行管理经营；另一种是集中管理，租赁承包经营的模式，这种管理模式是土地所有者集中管理喷灌项目区的基础设施，通过招标形式将土地进行承包经营。从应用情况看，集中管理，租赁承包的模式效果要好一些。

5.黄河水可使用

宁夏中部干旱带喷灌项目区的水源来自红寺堡扬水工程、盐环定扬黄工程等扬水泵站。黄河水经过蓄水池沉淀，可直接用作喷灌机的水源。通过这几年的应用，设备运行正常，没有出现堵塞现象。

6.生态环境可持续

通过调查了解到，大型喷灌机应用几年来，几乎没有产生土壤盐渍化问题。特别是黄羊滩农场喷灌项目区，由于采用地下水进行喷灌，地下水位下降，有一部分因盐渍化而多年未耕种的土地又重新种植，原来的排水沟也变成了农田进行种植，提高了土地利用率，保持了地下水的良性循环，效果非常明显。

（七）结论与建议

1.大型喷灌机在宁夏地区的成功应用，群众的节水意识和观念有了转变

过去人们对于喷灌在宁夏地区应用有一些不正确的观念，认为宁夏地区干旱、风沙大、蒸发量大，喷灌不适合在宁夏使用。1989年黄羊滩农场引进第一台大型喷灌机时，当时有些领导干部及专业技术人员对喷灌机的应用都有不同的看法，经过多年来专业技术人员的试验研究及推广应用，广大干部、群众的观念有了转变。老百姓从自己的切身利益中对这一新的节水机械有了很好的认识，增强了群众的节水意识。

2.大型喷灌机应用的经济效益、社会效益、生态效益明显

干旱缺水是制约宁夏中部干旱带经济发展的瓶颈。大型喷灌机的成功应用，对当地的经济发展，农民的脱贫致富，社会治安的稳定，生态条件的恢复等方面都起到了积极作用，效果明显。

3.大型喷灌机在宁夏中部干旱带的应用前景广阔

大型喷灌机具有节水、节能、节省劳动力，便于大规模机械化作业等优点，在宁夏中部干旱带缺水、土地资源相对丰富的贫困地区应用效果比较显著。尤其是随着人们的生活水平不断提高，劳动力价格越来越高，水资源日趋匮乏的条件下，大型喷灌机的发展前景更加广阔。

4.黄河水通过修建蓄水池沉淀处理后可用于大型喷灌机的水源，不会出现堵塞，设备运行良好。

5.喷灌项目区基本上没有产生盐渍化问题。

6.大型喷灌机的自动化程度高、节省劳力的优点可缓解劳动强度、降低人力成本，一般只需1人就可以操作管理1台大型喷灌机；爬坡能力强、无需平整土地所需的资金投入；使用寿命长、工作可靠的优点极大地降低了设备运行维护成本。

7.通过大型喷灌机的应用，探索出一些适合当地经营管理的模式和管理经验，为今后大型喷灌机的推广应用提出了一些成功的经验。

二、应对气候变化调控地下水位

地下水是人类生活、生产、生态用水的重要水源，特别是在极端干旱的气候条件下，地下水是不可替代的战略水资源。然而，在我区由于对地下水的长期超量开采导致地下水位不断下降，工、农业和生活污染物的排放导致一些地区地下水水质恶化，已经对我区粮食生产、居民生活和生态环境造成了一定影响。作为当今国际社会普遍关注的全球性问题，气候变化一方面导致地下水的补给与循环交替发生变化，另一方面也使对地下水资源的需求发生变化，这进一步增加了实现地下水可持续开发利用的难度。因此，宁夏农业综合开发办开展了地下水位和水质监测及优化配置等方面的研究工作。

（一）调控银南灌区地下水位的概述

宁夏的水资源供需中有五大矛盾：①资源性严重不足：全区平均可利用水资源总量53.7亿，我区地表水资源可利用量只有5.313亿m³，随扬黄灌区开发，宁夏平原盐荒地开发利用水资源很紧缺，全区人均893m³，分别为黄河流域和全国平均的1/2、1/5，远低于国际公认的严重缺水区人均1000m³的标准。根据宁夏国民经济长远发展规划：在用足40亿m³黄河水量及充分利用当地水资源的前提下，到2010年缺水1亿～3亿m³，到2020年缺水8亿～10亿m³，以农业缺水为主。②区域性缺水矛盾：我区平原占全区国土面积的25.3%，人口占58.3%，耗水量占80%多。③水资源开发利用结构不合理：一是产业用水不合理，农业用水量占86%，高于全国16个百分点，工业用水量2.8%（全国19.8%）。二是农业内部结构不合理，高耗水作物水稻年均8.7万hm²左右，占灌溉面积18.5%，占农业用水量31.9%。三是水资源开发结构不合理，黄河水相对利用较多，大量水质较好的排水沟水利用仅1.01%，地下水利用占6.8%。④水资源浪费严重：农业用水效率低，水分生产率0.6kg/m³，是全国平均的2/ 3，水利用率45%（低于全国55%）。⑤水质污染严重：引黄灌区各主要干沟水质污染较重，大多为V类（但作为农用灌溉尚可）。由此可见，我区的水资源不仅居全国最末位，且时空分布极不均匀，矿化度高、水质差和泥沙含量大，给开发利用带来极大困难，使缺水矛盾更加尖锐。

宁夏地处干旱半干旱地区，属大陆荒漠型气候，干旱少雨，蒸发强烈，没有灌溉就没有农业，因引用黄河水灌溉，才有了发达的农业和较好的生态环境。尤其银南灌区，是我区粮食生产的高产、精华地区，在全国也是闻名的粮食高产地区，面积占引黄灌区的一半，而总产量占到了引黄灌区的2/3；不少乡村或农场的小麦亩产在千斤以上、水稻亩产在700kg以上、单种玉米亩产达到了1t左右。

但是，银南灌区地面坡降大，一般为1/1000～1/2500，排水流速快，对沟底冲刷侵蚀较大，干支斗沟深度在逐年加深。如清水沟从1977～2007年沟深年均降7cm，银南灌区农田地下水位低于3m的面积共计3.03万hm²，占调查耕地面积的25.9%。临界地下水位降低，使土壤毛管已无力将较深的地下水源源不断运移至作物根区范围内，加之不能及时供给较充足的黄河水，作物因缺水导致不同程度减产。据调查，进入2001年后，枯水期地下水位明显下降，春小麦单产开始逐年降低，如：2003年枯水期地下水位平均2.15m，春小麦单产为4842kg/hm²；2005年枯水期地下水位平均2.29m，春小麦单产为4702.5kg/ hm²；2007年枯水期地下水位平均2.43m，春小麦单产为4350kg/hm²。银南灌区每年因农田土壤水分的不足，春小麦减产4784万kg，经济损失0.82亿元。银南灌区粮食单产减少的现象有加重的趋势。

客观上不允许单靠灌溉保证农业安全。可供植物利用的四水有降水、地表水、地下水、土壤水。因此，调配银南水资源最有效经济的方法就是通过工程措施，调整临界地下水位，在毛管水强烈上升高度的范围内，来自地下水的毛管水流源源不断，即使在干旱时期，植物也能得到较充足的水分供应。

（二）试验示范区基本情况

地下水位调控试验区位于巴浪湖农场一队，面积160hm²，农田地面高程为1127.2～1128.6m，东西方向和南北方向的坡降比均为1/1000，试验区内共有农沟24条，每条农沟长度650m，沟深0.5～1.1m；支沟两条，其中，东四支沟最大深度5.46m，东五支沟最大深度3.98m，每条支沟在试验区内长度1400m；干沟一条，最大深度5.78m，在试验区内长度1200m。巴浪湖农场1998～2003年农田平均地下水位从1.6m左右逐渐降至2.2m左右，小麦每hm²产量对应着逐渐降低，分别为7000.5kg、6420kg、6439.5kg、6130.5kg、5619kg、5865kg。试验区2005年灌前农田地下水位3.0～4.3m，土壤肥力属上等田。研究看出，影响试验区农业发展的主要因子是干沟和支沟因流水的冲刷切割使排水沟水位下降，引带农田地下水位下降到3m以下，造成灌溉水渗漏淋失过大，致使作物生长期根际土壤水分不足，而制约作物正常生长。调查明显看出，当支沟水位大于3m，农田土壤含水量较低；当支沟水位在2.5m左右，农田地下水位在1.8～2.0m时，土壤含水量最适宜作物生长。

（三）研究方法

1.地下水位调查方法

依据吴忠市城区（原利通区）、青铜峡市、灵武市、永宁县、中卫市城区、中宁县六市县（区）农田水系图，对辖内所有干沟和支沟进行实地查看，以干支沟自然水位与农田地表作比较，枯水期凡是沟水位低于地表3.5m的流域，在排水沟的垂直线上，每隔100m用洛阳铲打深度为3～5m（见到地下水为止）的观测井，根据观测到的地下水位，初步圈定农田地下水位在3m以下的区域范围；在每一个初步圈定农田地下水位在3m以下的区域范围内随机抽点打井观测地下水位。

2.地下水位调查内容

试验设在吴忠市巴浪湖农场一队。试验根据地面高程，在农沟上每隔150m分段用土打筑缓水坎若干个，使溢出的农田水分被滞留、分隔在农沟内，通过土壤毛管的作用，使其缓慢地渗透，补充农田土壤水分。在农沟打筑缓水坎和不打筑缓水坎两侧3m的延，每次灌水后的第8天，观测0～20cm和20～ 50cm的土壤含水量；麦收后的8～10月份，每月观测一次0～20cm和20～50cm的土壤含水量。在33号井、38号井，每月采集0～20、20～50、50～100cm的土样一次（每块田五点取样），化验测定土壤有机质、全盐、速氮、速磷、速钾（土壤有机质仅在4月和10月份化验），并观测0～30cm的土壤容重。各观测井上进行小麦和玉米的田间测产，统计实产，调查春小麦和玉米的收获穗数，考种小麦和玉米的穗粒数和千粒重。

3.地下水位调查范围

调查范围为农田地下水位小于3m的农田，包括吴忠市城区（原利通区）、青铜峡市、灵武市、永宁县、中卫市城区、中宁县六市县（区）引黄自流灌溉区的36个乡镇、288个行政村、7个国营农牧场和2个公司，涉及干沟25条、支沟192条，共106个分区。总调查面积11.70万hm²，地下水位低于3m的面积3.03万hm²，其比例11.02%～60.3%，平均25.9%。以永宁县地下水位低于3m的面积分布比例最大，中宁县最小。分布区域有扩大的趋势。

在分布规律上主要分布在干沟两侧1.0km范围内，支沟0.2～0.5km范围内和城镇周围1.0km范围内。调查表明支干沟越深，农田地下水位愈深。农田地下水位一般较沟水位高20～30cm。

根据地面高程和地下水位对土壤含水量及作物产量的影响，在支沟上分段用石料建筑沟水位缓水坎。提出构建支沟缓水坎的技术指标是：地面坡降比大于1/1000的地段，每隔1000m用石料建筑高1.5m缓水砍；坡降比在1/1000～ 1/1500的地段，每隔1500m建筑高1.0m缓水砍；坡降比在1/1500～1/2000的地段，每隔2000m建筑缓水坎一个，建筑高度1.0m；地面坡降比在1/2000～ 1/2500的地段，每隔2500m建筑高0.5m缓水坎。

在农沟（或斗沟）上每隔150m分段用土构建缓水坎若干个，缓水坎的高度应稍低于田面，以使灌溉中多余的水顺利流入农沟和斗沟，最大限度地滞留多余的灌溉水。

（四）研究结果

1.农沟缓水坎对土壤含水量的影响

构建缓水坎后地下水位提高，土壤含水量随之增加。支沟水位对农田地下水位的影响程度：支沟水位的深浅对春灌前地下水位有影响，但对0～100cm土层的土壤含水量无明显影响。地下水位3.0～4.3m时0～20cm土壤含水量处在18.21%～21.57%之间，均能满足作物苗期生长需求。春灌后，作物生长期间，对土壤水分影响较明显：随着地下水位的升高，各层土壤含水量明显增加。对照区（未建缓水坎）地下水位3.0～3.72m，0～20cm土壤含水量18.01%～19.8%；地下水位2.7～2.0m，0～20cm土壤含水量20.5%～22.9%。调控区（建缓水坎）地下水位在2.5m时，20～50cm土壤含水量24.84%～26.53%，较对照区高4～6个百分点。

2.农沟缓水坎对土壤盐分的影响

地下水位抬高，必然导致土壤含盐量的表聚，这是人们关心的问题。因试区地下水深，土壤脱渗强烈，均属非盐渍化。4～10月0～20cm土壤含盐量为0.5～1.14g/kg，下层含盐量更低。调控区较对照区各层土壤含盐量略高，但含盐量均小于0.7g/kg，对作物无影响。

3.农沟缓水坎对土壤养分的影响

土壤氮极易淋溶损失，构建缓水坎降低了灌溉水的排泄速率，从而降低了氮的淋溶损失，而保护了土壤肥力。调控区虽产量高，消耗吸收氮较多，但除8月份外各月各层土壤水解氮均较对照区高。10月已收获，土壤氮已稳定，农沟调控区0～100cm土壤水解氮加权平均为26.38mg/kg，对照区为24.68mg/kg；支沟调控区水解氮0～100cm含量加权平均为68.61mg/kg，对照区为47.64mg/kg；调控区的水解氮比对照区明显高。

磷素极易发生物化性固定，难以淋失。10月土壤磷处于稳定状态，农沟调控区0～100cm土壤速效磷含量为11.14mg/kg，明显低于对照区的12.33mg/kg；支沟调控区0～100cm土壤速效磷含量为11.64mg/kg，明显低于对照区的12.88 mg/kg；表明调控措施促进了作物对土壤磷的吸收，阻断磷的淋失。

4.农沟缓水坎对粮食产量的影响

支沟调控区地下水位为2.5m、2.0m、1.8m时，小麦产量分别为4987.5kg／hm²、4902kg/hm²、4822.5kg/hm²；对照区地下水位为4.0m、3.0m时，小麦产量分别为4537.5kg／hm²、4630.5kg/hm²。以支沟地下水位为2.5m时产量最高，增产8%，表明支沟缓水坎将地下水位调控在2.5m左右最为适宜。

5.农沟缓水坎的节水效应

因缓水坎明显控制了灌溉水的过度排淋，减少灌溉额是必然的。根据两年小麦上的节水试验表明，较最大灌溉定额为6750m³/hm²分别节水12003/ hm²、900m³/hm²、600m³/hm²、300m³/hm²，即分别节水17.7%、13.3%、8.8%、4.4%时，小麦产量没有差异，表明将支沟沟水位调控在2.5m左右，可节水1200m³/hm²。

调查观测结果显示，当支沟沟水位在2.5m时，小麦产量为5100 kg/hm²，收获穗数为601.5万穗/hm²，穗粒数为29.4粒，千粒重为43.5 g；比支沟沟水位2.0m的产量、收获穗数、穗粒数和千粒重分别增加23.2%、3.9%、6.9%和6.3%；比支沟沟水位3.0m的产量、收获穗数、穗粒数和千粒重分别增加7.9%、1.5%、2.1%和2.1%；比支沟沟水位3.5m的产量、收获穗数、穗粒数和千粒重分别增加16.0%、2.3%、4.6%和3.6%；比支沟沟水位4.0m的产量、收获穗数、穗粒数和千粒重分别增加26.4%、4.2%、7.7%和7.4%。

（五）小结

1.支沟沟水位对农田地下水位影响强度大、相关性明显。支沟沟水位的深浅直接影响着农田地下水位的高低。支沟缓水坎对农田地下水位调控的程度大、范围大，可以调控农田地下水位的高低。当支沟沟水位低于3m时，农田土壤含水量较低，农田地下水位与农田土壤含水量之间没有明显的相依规律。当支沟沟水位高于3m时，随着沟水位的升高，农田土壤含水量逐渐增多，规律性较强。当支沟沟水位在2.5m左右，农田地下水位在1.8～2m时，农田土壤的含水量最适宜农作物生长发育的需求。

2.支沟沟水位与土壤盐分和养分间有一定的相关关系。当支沟沟水位低于2.5m时，农田土壤含盐量较低；当支沟沟水位在2m左右，农田地下水位在1.8m时，土壤含盐量开始明显增加，尤其是土壤表层的含盐量明显增大。随着沟水位的抬高，土壤水解氮和有效磷的含量逐渐降低，速效钾的含量逐渐增多，有机质含量升降变化规律不明显。

3.支沟沟水位低于3m时，产量与沟水位之间没有相关关系，作物产量较低；支沟沟水位高于3m时，产量与沟水位之间有相关关系，随着沟水位的升高，作物产量逐渐增加；支沟沟水位在2.5m时，作物产量最高；支沟沟水位高于2m时，作物产量有递减的趋势。支沟沟水位缓水坎调控区的小麦平均增产8%左右，套种玉米平均增产10%以上。

表6-18　支沟沟水位对小麦产量及其构成因素的影响