充分有效利用水资源，开发管道灌溉节水新模式

在农业节水工程中，管道灌溉是节水灌溉技术之一，能有效利用水资源，实现灌溉、施肥双结合，可大幅度提高灌溉效率。对于相对贫困的农村来说，一次性投入高效节水技术，投资大，群众难以承受，适应性差。如果先将渠灌发展成管道灌溉，利用管道“输水速度快、损耗小”的特点，结合其他田间节水灌溉技术，在主、分管道不投入的前提下，再分期投资，逐步改造成喷灌或滴灌等高效节水模式，即可大幅度提高农田灌溉水的利用效率，实现高效节水灌溉。

一、管道灌溉技术的优、劣势

（1）优势：灌溉水利用率高，节约用水，在水资源缺乏地区可以实现高产；管道因可埋入地下，节省土地，对管线沿途地面环境影响小；利用管道压力，可以一定程度地适应高低不同的地形变化；使用寿命长，日常维护量小；利用高新科技和技术，可以实现高度自动控制运行和管理，大幅度提高灌溉效率；可以实现灌溉、施肥等农业综合措施的一体化。

（2）劣势：虽然长期看效益可观，但先期一次性投资较大，对经济欠发达地区，特别是在普通农民小规模的常规品种种植模式中推广难度较大；由于采用了一些新材料和先进技术，对运行和管理人员的素质和要求，比传统灌溉方式要高，设计、施工、管材及相关设备的安装需要专业队伍，正常的维护及检修也需要一定的专业知识。

二、管道灌溉的重要环节

（1）主管道、低压管道（低于0.2MPa，主要针对井灌区），设计可以参照低压管道输水灌溉工程技术规范；高压管道，参照水电站压力钢管规范和市政给排水相关规范；主管道设计，重点解决水锤、管道材质及经济管径比选问题。现在离水源较近的土地都已开发完成，对偏远地块的开发及低产田的改造已经逐步展开，长距离、高压管道输水灌溉项目大量增加。这不仅丰富和扩展了管道输水灌溉的内容和概念，也增加了设计难度。

（2）支管及管网：主要参照市政给排水相关规范，设计时重点解决水头损失、压力平衡（支管与管网的压力衔接、二次加压）、过滤及沉淀、经济管径及材质问题。在灌区形状复杂、狭长等情况下，为不浪费水头，需要详细比较、分析支管及管网布置方案，充分利用地形地势。一般采用压力调节池、二次加压，管网串、并、环联合布置等综合措施，能较好地减少水头损失、平衡管网的压力。

（3）田间灌溉：主要解决管灌、喷灌、滴灌（膜下滴灌）各种方式下，压力衔接及平衡、水量控制、机械配备及使用效率等问题。田间设计要结合天然降水过程，充分考虑农作物的农时、生长特点及灌水过程线，科学制定田块的灌溉方式及时机，最大限度地提高灌溉机械的使用效率。

三、管道灌溉与其他田间灌溉的结合形式

（1）管道灌溉与膜上灌溉相结合，利用管道灌溉出水口由软带将水引入覆膜的沟内，使水通过地膜覆盖的放苗孔进入作物的主根区，灌溉水沿主根下渗，四周扩展，局部灌溉，与膜下滴灌的效果相同，可提高灌溉水利用率达到90%以上。

（2）管道灌溉与集雨灌溉相结合，如果灌溉水水源为集雨工程，水量还有一部分没有得到利用，同时附近有地势较低的受灌面积，并且水源与灌溉低自然落差形成的水压可以满足灌溉所需压力，就可以发展成自压管灌或自压喷灌，如压力足够可与单跨自动喷灌机组结合，将部分压力转化为喷灌机组前进的动力。此项技术无需耗能，节省了动力设备投资，是农田高效节水灌溉技术之一。

（3）管道灌溉与滴灌相结合，这种方式就是在管道出水口连接与种植作物行相垂直的耐老化塑料支管，并与若干条铺设在作物行的滴灌带相连，利用管道出水口提供的压力，满足滴灌带滴水所需的能量。系统总扬程=动水位+首部损失+管道输水损失+滴头额定压力。例如与膜下滴灌的组合，首先对泵进行调节，保证出泵水压力在2.5~3之间。原系统结构为：水源——水泵——离心式或砂石过滤器——施肥罐——网式过滤器——主干管——分干管——支管——毛管——滴水带。其中水源、水泵、离心式或砂石过滤器、施肥罐和网式过滤器是首部工程，只需一次性投资，而主干管和分干管利用管道灌溉的地埋管，在管道灌溉的出水口再连接支管、毛管和滴水带，支管和毛管可以重复利用，每年只需更换滴水带，与管道灌溉相比，减少了软带的投资。

（4）管道灌溉与喷灌相结合，这种组合形成半固定喷灌模式，喷灌的喷头工作压力和喷嘴压力要求达到0.35MPa。

农业自动化灌溉系统的功能特点与优势

水资源日益紧缺已经全球性的问题，节约用水并实现高效用水是人类生存与发展的需求，也是全球经济社会的需求。我国作为全球13个贫水国家之一，水资源的不足已经对我国经历社会发展构成了严重威胁，甚至成为经济社会发展的“瓶颈”，大力发展节约用水不仅是一种革命措施，也是我国的基本策略之一。农业用水占据了我国总用水量的70%，农业灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。

目前全国灌溉水利用率约为43%，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70%~80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平，因此发展节水农业、提高农业用水利用效率是我国节水战略中的重要环节。

农业自动化灌溉系统由自动控制技术和专家系统技术，传感器技术、通讯技术、计算机技术等于一体的灌溉管理系统。该系统主要面向农田、园林、设施农业等领域的日常灌溉控制和管理而设计，并通过现代化的科学技术手段，达到降低人力成本，提高自动化生产效率，节约水资源的目的。该系统具有实用性和良好的展示性，系统硬件具备良好的稳定性，以及防水、防潮、抗高温的能力。

节水灌溉自动化系统采取因地制宜的原则依据不同地区、不同作物的不同需求，选择不同的灌溉设施，并利用计算机、无线数据通讯、采集控制器、传感器等先进技术对农田灌溉进行监控管理，保证适时地满足作物生长所需要的水分从而达到节水灌溉及节水灌溉自动化的目的。

系统架构本方案给出了一个节水灌溉自动化系统的基本框架，它主要由中心主控系统、采集控制模块、无线通讯模块、土壤水分传感器、气象观测站、电磁阀等设备组成，现对各个部分作进一步的描述∶

1、传感器与电磁阀：是数据的采集者与系统自动化功能的执行者。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。本系统中主要包括测量土壤水分的土壤水分传感器，测量养分的养分仪，测量气象要素的雨量传感器，空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器等；电磁阀是本系统中自动化的执行设备，可与水泵、养分补充设备等相连。

2、采集控制设备∶是指掌控数据采集设备和执行设备工作的数据采集控制模块，主要作用为∶通过作物决策灌溉软件的设置，掌控数据采集设备的运行状态；根据作物决策灌溉软件发出的指令，掌控执行电磁阀的开启/开关。

3、数据传输∶本系统中采用的为无线传输模块。无线传输模块能够通过GPRS无线网络将与之相连的用户设备的数据传输到Internet中一台主机上，可实现数据远程的透明传输。

4、控制中心主要由计算机和作物决策灌溉决策软件组成，作物决策灌溉软件是数据接收者及指令发出者，是整个系统的灵魂。主要有以下功能∶系统配置、功能设置；设置数据采集时间段、采集间隔、控制系统执行条件等参数；数据存储显示、打印等操作；将采集到的数据实时显示，可用图表表达并能执行打印等操作；发送指令∶将指令通过无线传输模块发送给数据采集控制模块，控制电磁阀的开启或关闭：自动灌水功能∶根据不同的地区、不同的作物在不同生长阶段对水分需求的不同，设置相应的参数，当值低于或超出一定的范围时，自动开启灌水功能。自动补充养分功能∶在无土栽培中，根据不同的作物在不同生长阶段对养分需求的不同，设置相应的参数，当值低于或超出一定的范围时，自动补充相应的养分。

自动报警∶可设置设备的正常运行参数、农田气象因子范围，实现设备故障或气象因子剧烈变化的报警功能。结论节水灌溉自动化系统将传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实现动态管理。该系统采用传感器采集土壤墒情信息、气象信息和作物的生长状况，通过无线网络对农田灌溉用水量实时远程监控，按照作物的需求实施灌水、补给养分的操作。

农业自动化灌溉系统功能

数据采集功能

可自动采集，处理温度、湿度、风速、雨量、光照等环境参数。

灌溉控制功能

（1）具有自动灌溉、定时灌溉、周期灌溉、手动灌溉等多种模式，用户可根据需要灵活选用灌溉模式。

（2）可实现中控室控制，手机短信、现场遥控及现场手动等多种方式控制。

参数设置功能

（1）系统可以对现场的温、湿度限值进行设置和修改。

（2）系统可通过控制器或后台监控系统完成灌溉起始时间、停止时间、喷灌时间等参数设置。

显示功能

（1）控制器上配有液晶屏，以中文菜单方式显示，现场采集数据显示在液晶屏上。

（2）后台监控系统可配大屏幕显示器，图形、表格等多种形式动态显示整个灌溉区运行情况，准确、直观、明了。

报警功能

当灌溉系统出现故障。如水管破裂等，立即停止水泵运行，并报警。

通信功能

（1）通过后台机查看、设置、修改参数。

（2）采取数据上传后台机，供后台机进行数据处理和显示。

（3）接收后台机发出的控制命令。

数据处理功能

后台机可完成用户提出的统计、贮存、查询等各种数据处理功能，并可打印用户要求的报表。

（1）电磁阀门开启次数和时间统计。

（2）通过电磁阀门的水流量统计。

（3）系统故障次数统计，系统使用率统计。

（4）用户要求的其它统计功能。

其主要优点为：

1、可以根据系统建设区域的具体情况选择不同的灌溉方式，最大限度的提高了灌溉用水的利用率；

2、采用了无线网络技术，真正实现了农田灌溉的远程监控，减小了劳动强度；

3、作物灌溉决策软件中可引入专家决策系统，对不同地区的不同作物在不同生长阶段的需水信息做定量评估。

雨水收集及农田灌溉技术

传统的雨水利用技术较为简单，完全依赖于天然径流集水，利用传统的红黏土防渗水窖贮水，其建设目的主要是解决干旱山区农村生活用水问题。现如今，雨水利用的目的不再局限于农民的生活用水，进而被推广到农田水利中去。使得有限的降水资源得到了最大限度地利用。

雨水收集技术。通过高效的防渗材料和现代技术的应用，对集流面进行人工防渗处理，以提高集流效率，进行天然降水的收集利用，是雨水集蓄利用技术的关键技术之一。为此，选择一定的集流面防渗材料，进行集流效率的试验是非常必要的。

雨水就地叠加利用技术。雨水就地叠加是近几年新兴的一种田间直接利用雨水的技术，就是在修建集流面、蓄水窖比较困难的干旱、半干旱山区的坡耕地和梯田上，利用覆膜技术和膜侧种植技术，就地集雨，就地利用，达到集水、保墒、抗旱的目的。这种叠加利用技术的特点在于，非种植区的天然降雨供给种植区作物生长利用，具体运用时要充分考虑当地的天然降雨量、气候、作物种类，在不同类型地区对不同作物具有不同的利用模式。

在进行雨水就地叠加利用种植模式时，主要是根据当地气候、降雨量年内分配、地膜集流效率及作物生育期需水情况来确定。常规的做法是在天然降水量400毫米左右地区的田地中，间隔30厘米左右，覆膜40厘米左右，在膜垄的两侧种植作物。这种方法比常规方法空地面积大，采光、通风条件优越，水分比无覆盖的田间多出近一倍，作物生长良好，单产高出普通大田。

秋季塑膜覆盖土壤保墒技术。在通过雨水就地叠加技术实现了空间上的叠加之后，如何在时间上实现对雨水的重新分配和再利用（不借助工程条件），成为重点研究的另一个问题。通过实践，秋季塑膜覆盖土壤保墒技术（简称秋覆膜保墒技术）在生产中收到了很好的效果。该技术是结合秋耕而采用的一种土壤覆膜保墒技术，将蓄存在土壤水库中的秋季降水，通过塑膜覆膜，最大限度地加以保护，以减少秋冬初春土壤水分损失的一种措施。采用秋覆膜技术的前提是土壤中必须有足够的水分含量。根据生产实践，土壤中的含水量不应小于10%，大小失去保墒意义。

塑料大棚雨水高效利用技术。近年来，塑料大棚种植在山区发展迅速的主要原因，是采用了以塑料大棚棚面集雨、棚外水窖蓄水、棚内高效灌溉用水的自给灌溉新技术，从而解决了大棚内作物的灌溉用水问题，使得这一技术在山区应用推广中收到了显著的经济效益。

一、园林灌溉技术分类

（一）传统园林灌溉技术

1、水车拉水，大水漫灌

最传统的灌溉技术。由于能耗高，运行费用大，用水效率低下，将逐步被淘汰。

2、管道输水，皮管浇灌

一次性投资比水车拉水高，但运行费用低，许多地方仍在采用。缺点是用水效率低下，很难满足植物需水需求，不能实施灌溉自动化，拖拉与地面的管道有时严重影响景观。

3、管道输水，农用摇臂喷头喷灌

采用农用摇臂灌溉园林植物的最大问题是安装喷头的立杆及喷头严重影响景观及维护机具作业。此外，由于立杆及喷头高出地面，受风影响会损失洒水量及降低均匀度。

（二）现代园林灌溉技术

1、地埋自动升降草坪灌溉技术

采用地埋自动升降草坪专用喷头灌溉。这种喷头安装时埋藏在地下。灌溉时靠水压将喷头芯体从埋于地下的喷头壳内顶出，实施灌溉。灌溉最适合于草坪灌溉。

2、微喷灌技术

采用射程、流量较小的微喷头灌溉植物。适合于园林花卉，乔、灌木，地被等。

微喷喷头出水量从数十升到数百升不等。喷洒射程通常小于10m。滴灌滴头出水量一般小于10L/h。湿润半径一般不超过两米。微喷灌属于局部灌溉技术。用水效率高。

3、滴灌技术

采用滴头，以滴水形式灌溉植物。滴头的出水量很小，一般在1~10L/h范围内。滴灌可通过管上滴头，内镶滴灌管，滴灌带实施。管上滴头常用于盆栽植物及乔、灌木灌溉。内嵌滴灌管常用于绿篱，花卉及乔、灌木灌溉。滴灌带灌溉花卉、绿篱较好。

滴灌的最大优点就是用水效率高，可通过系统施肥提高肥效，易于满足植物需水、需肥要求。易于自动化控制。

滴头又可分为压力补偿及非补偿两种。

对喷灌，你有多少认识？

一、喷灌

利用喷头等专用设备把有压力喷洒到空中，形成水滴落到地面和作物表面的灌水方法。

二、喷灌系统

利用机械和动力设备，使水通过喷头（或喷嘴）射至空中，以雨滴状态降落田间的灌溉方法。喷灌设备由进水管、抽水机、输水管、配水管和喷头（或喷嘴）等部分组成，可以是固定或移动的。具有节省水量、不破坏封结构、调节地面气候且不受地形限制等优点。

三、喷灌的特点

1、省水∶由于喷灌可以控制喷水量和均匀性，避免产生地面径流和深层渗漏损失，使水的利用率大为提高，一般比地面灌溉节省水量30-50%，省水还意味着节省动力，降低灌水成本。

2、省工∶喷灌便于实现机械化、自动化，可以大量节省劳动力。由于取消了田间的输水沟渠不仅有利于机械作业，而且大大减少了田间劳动量。喷灌还可以结合施入化肥和农药，又可以省去不少劳动量，据统计，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的1/5.

3、提高土地利用率∶采用喷灌时，无需田间的灌水沟渠和畦埂，比地面灌溉更能充分利用耕地，提高土地利用率，一般可增加耕种面积7-10%。

4、增产∶喷灌便于严格控制土壤水分使土壤湿度维持在作物生长最适宜的范围。而且在喷灌时能冲掉植物茎叶上尘土有利于植物呼吸和光合作用。另外喷灌对土壤不产生冲刷等破坏作用，从而保持土壤的团粒结构，使土壤疏松多孔，通气性好，因而有利于增产，特别是蔬菜增产效果更为明显。

5、适应性强∶喷灌对各种地形适应性强，不需要像地面灌溉那样平整的土地，在坡地和起伏不平的地面均可进行喷灌。特别是在土壤薄、透水性强的沙质土，非常适合采用喷灌。此外，喷灌不仅适应所有大田作物，而且对于各种经济作物、蔬菜、草场都可以获得很好的经济效果。喷灌具有好多优点，但是也有缺点。主要是投资费用大，就目前条件移动式喷灌系统最便宜，亩投资也需要20-50元/亩。另外是受风速和气候的影响大，当风速大于5.5米/秒时（相当于4级风），就能吹散雨滴，降低喷灌均匀性不宜进行喷灌。其次，在气候十分干燥时蒸发损失增大，也会降低效果。

四、喷灌系统的组成

一个完整的喷灌系统一般由喷头、管网、首部和水源组成。

1、喷头∶喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在种植区域。

2、管网∶其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的种植区域。有不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。同时，应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。

3、首部∶其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆水阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、恒压变频控制装置等。首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。如在利用城市供水系统作为水源的情况下，往往不需要加压水泵。

4、水源∶井泉、湖泊、水库，河流及城市供水系统均可作为喷灌水源。在整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要求。

滴灌技术

滴灌是将具有一定压力的水，过滤后经管网和出水管道（滴灌带）或滴头以水滴的形式缓慢而均匀地滴入植物根部附近土壤的一种灌水方法。滴灌与其他灌水技术相比较，具有许多不同的特点，其系统组成和其他灌水方法也不同。

1．水的有效利用率高在滴灌条件下，灌溉水湿润部分土壤表面，可有效减少土壤水分的无效蒸发。同时，由于滴灌仅湿润作物根部附近土壤，其他区域土壤水分含量较低，因此，可防止杂草的生长。滴灌系统不产生地面径流，且易掌握精确的施水深度，非常省水。2．环境湿度低滴灌灌水后，土壤根系通透条件良好，通过注入水中的肥料，可以提供足够的水分和养分，使土壤水分处于能满足作物要求的稳定和较低吸力状态，灌水区域地面蒸发量也小，这样可以有效控制保护地内的湿度，使保护地中作物的病虫害的发生频率大大降低，也降低了农药的施用量。3．提高作物产品品质由于滴灌能够及时适量供水、供肥，它可以在提高农作物产量的同时，提高和改善农产品的品质，使保护地的农产品商品率大大提高，经济效益高。4．滴灌对地形和土壤的适应能力较强由于滴头能够在较大的工作压力范围内工作，且滴头的出流均匀，所以滴灌适宜于地形有起伏的地块和不同种类的土壤。同时，滴灌还可减少中耕除草，也不会造成地面土壤板结。5．省水省工，增产增收。因为灌溉时，水不在空中运动，不打湿叶面，也没有有效湿 润面积以外的土壤表面蒸发，故直接损耗于蒸发的水量最少；容易控制水量，不致产生地面径流和土壤深层渗漏。故可以比喷灌节省水35%—75%。对水源少和缺水的山区实现水利化开辟了新途径。 由于株间未供应充足的水分，杂草不易生长，因而作物与杂草争夺养分的干扰大为减轻，减少了除草用工。由于作物根区能够保持着最佳供水状态和供肥状态，故能增产。6．滴灌系统造价较高。由于杂质、矿物质的沉淀的影响会使毛管滴头堵塞；滴灌的均匀度也不易保证。这些都是目前大面积推广滴灌技术的障碍。目前一般用于茶叶，花卉等经济作物。虽然滴灌有上述许多优点，但是，由于滴头的流道较小，滴头易于堵塞；且滴灌灌水量相对较小，容易造成盐分积累等问题

滴灌系统由水源工程、首部枢纽（包括水泵、动力机、过滤器、肥液注入装置、测量控制仪表等）、各级输配水管道和滴头等四部分组成，其系统主要组成部分如下：1．动力及加压设备包括水泵、电动机或柴油机及其他动力机械，除自压系统外，这些设备是微灌系统的动力和流量源。　2．水质净化设备或设施有沉沙（淀）池、初级拦污栅、旋流分沙分流器、筛网过滤器和介质过滤器等。可根据水源水质条件，选用一种组合。筛网过滤器的主要作用是滤除灌溉水中的悬浮物质，以保证整个系统特别是滴头不被堵塞。筛网多用尼龙或耐腐蚀的金属丝制成，网孔的规格取决于需滤出污物颗粒的大小，一般要清除直径75微米的泥沙，需用200目的筛网。砂砾料过滤器是用洗净、分选的砂砾石和砂料，按一定的顺序填进金属圆筒内制成的，对于各种有机或有机污物、悬浮的藻类都有较好的过滤效果。旋流分沙分流器是靠离心力把比重大于水的沙粒从水中分离出来，但不能清除有机物质。3．水由毛管流进灌水器，灌水器将灌溉水流在一定的工作压力下注入土壤。它是滴灌系统的核心。水通过灌水器，以一个恒定的低流量滴出或渗出后，在土壤中以非饱和流的形式在滴头下向四周扩散。目前，滴灌工程实际中应用的灌水器主要有滴头和滴灌带两大类。4．化肥及农药注入装置和容器包括压差式施肥器、文丘里注入器、隔膜式或活塞式注入泵，化肥或农药溶液储存罐等。它必须安装于过滤器前面，以防末溶解的化肥颗粒堵塞滴水器。化肥的注入方式有三种：一种是用小水泵将肥液压入干管；另一种是利用于管上的流量调节阀所造成的压差，使肥液注入干管；第三种是射流注入。5．控制、量测设备包括水表和压力表，各种手动、机械操作或电动操作的闸阀，如水力自动控制阀、流量调节器等。6．安全保护设备如减压阀、进排气阀、逆止阀、泄排水阀等。

简介几种常用节水灌溉技术

中国现有常用节水灌溉方法包括渠道防渗、喷灌、微喷灌、渗灌和滴灌等，均为人为控制灌溉时机和灌水量，属于“被动式”灌溉模式。
渠道防渗
渠道输水是目前我国农田灌溉的主要输水方式。
传统的土渠输水渠系水利用系数一般为0.4—0.5，差的仅0.3左右，也就是说，大部分水都渗漏和蒸发损失掉了。渠道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。采用渠道防渗技术后，一般可使渠系水利用系数提高到0.6—0.85，比原来的土渠提高50%—70%。渠道防渗还具有输水快、有利于农业生产抢季节、节省土地等优点，是当前我国节水灌溉的主要措施之一。
根据所使用的材料，渠道防渗可分为：①三合土护面防渗；②砌石(卵石、块石、片石)防渗；③混凝土防渗；④塑料薄膜防渗(内衬薄膜后再用土料、混凝土或石料护面)等。
管道输水
管道输水是利用管道将水直接送到田间灌溉，以减少水在明渠输送过程中的渗漏和蒸发损失。发达国家的灌溉输水已大量采用管道。目前我国北方井灌区的管道输水推广应用也较快。常用的管材有混凝土管、塑料硬(软)管及金属管等。管道输水与渠道输水相比，具有输水迅速、节水、省地、增产等优点，其效益为：水的利用系数可提高到0.95；节电20%—30%；省地2%—3%；增产幅度10%。目前，如采用低压塑料管道输水，不计水源工程建设投资(以下同)，亩投资为100元—150元。
在有条件的地方应结合实际积极发展管道输水。但是，管道输水仅仅减少了输水过程中的水量损失，而要真正做到高效用水，还应配套喷、滴灌等田间节水措施。目前尚无力配套喷、滴灌设备的地方，对管道布设及管材承压能力等应考虑今后发展喷、滴灌的要求，以避免造成浪费。
喷灌
喷灌是利用管道将有压 喷头分散成细小水滴，均匀地喷洒到田间，对作物进行灌溉。它作为一种先进的机械化、半机械化灌水方式，在很多发达国家已广泛采用。喷灌的主要优点如下：(1)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，1m3水可以当2m3水用。(2)作物增产幅度大，一般可达20%—40%。其原因是取消了农渠、毛渠、田间灌水沟及畦埂，增加了15%—20%的播种面积；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。(3)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。(4)减少了农民用于灌水的费用和投劳，增加了农民收入。(5)有利于加快实现农业机械化、产业化、现代化。(6)避免由于过量灌溉造成的土壤次生盐碱化。常用的喷灌有管道式、平移式、中心支轴式、卷盘式和轻小型机组式。
（1）移动管道式喷灌通常将输水主干管固定埋设在地下，田间支管和喷头可拆装搬移、周转使用，因而降低了投资。北京市顺义县全县数万亩粮田均采用这种灌溉形式。10多年来的实践证明：移动式管道喷灌除了具有一般喷灌省水、增产、省工、减轻农民负担和有利于农业机械化、产业化、现代化等优点以外，还具有设备简单、操作简便、投资低、对田块大小和形状适应性强、一户或联户均可使用等优点，是目前较适合我国国情、可以大力推广的一种微型喷灌形式，可适用于大田作物、蔬菜等，亩投资为200元一250元。
（2）固定管道式喷灌　固定管道式喷灌是将管道、喷头安装在田间固定不动， 其灌溉效率高，管理简便，适用于蔬菜、果树以及经济作物灌溉。但是投资较高(亩投资一般在1000元左右)，不利于机械化耕作。
（3）中心支轴式与平移式大型喷灌机只能在预定范围内行走，行走区域内不能有高大障碍物，土地要求较平整。其机械化和自动化程度高，适用于大型农场或规模经营程度较高的农田。使用国产设备，每亩投资为300元-400元。
（4）卷盘式喷灌机 靠管内动水压力驱动行走作业， 与中心支轴式及平移式的大型喷灌机相比，具有机动灵活、适应大小田块、亩设备投资低等优点。 目前进口设备每亩投资为；50元左右， 设备国产化后可进一步降低投资， 这是一种适合我国国情、有发展前景的喷灌形式， 可适用于大田作物、蔬菜等。卷盘式喷灌机有喷枪式和析架式两种， 后者具有雾化好、耗能低的优点。轻小型机组式喷灌，可以手抬或装在手推车或拖拉机上，具有机动灵活、适应性强、价格较低等优点，通常用于较小地块的抗旱喷灌。每亩投资为100元-200元。
微喷
微喷是新发展起来的一种微型喷灌形式。这是利用塑料管道输水，通过微喷头喷洒进行局部灌溉的。它比一般喷灌更省水，可增产30%以上， 能改善田间小气候，可结合施用化肥，提高肥效。国产设备亩投资一般在500元-800元。主要应用于果树、经济作物、花卉、草坪、温室大棚等灌溉。
滴灌
滴灌是利用塑料管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，其水的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其不足之处是滴头易结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理。目前，国产设备已基本过关，有条件的地区应积极发展滴灌。
接管道的固定程度， 滴灌可分固定式、半固定式和移动式三种类型。固定式滴灌，其各级管道和滴头的位置在灌溉季节是固定的。其优点是操作简便、省工、省时， 灌水效果好。国产设备亩投资约为700元(果树)-1400元(大棚蔬菜)。半固定式滴灌， 其干、支管固定， 毛管由人工移动。亩投资为500元-700元。移动式滴灌，其干、支、毛管均由人工移动，设备简单，较半固定式滴灌节省投资，但用工较多。亩投资为2m元一500元。

覆膜灌
用地膜覆盖田间的垄沟底部，引入的灌溉水从地膜上面流过，并通过膜上小孔渗入作物根部附近的土壤中进行灌溉，这种方法称作膜上灌，在新疆等地已大面积推广。采用膜上灌，深层渗漏和蒸发损失少，节水显著，在地膜栽培的基础上不需再增加材料费用，并能起到对土壤增温和保墒作用。在干旱地区可将滴灌管放在膜下，或利用毛管通过膜上小孔进行灌溉，这称作膜下灌。这种灌溉方式既具有滴灌的优点，又具有地膜覆盖的优点，节水增产效果更好。
痕灌
2013年2月26日，华中科技大学对外发布消息，学校痕量灌溉研究中心历时10多年研发出“痕量灌溉”技术，一举打破农作物“被动式补水”传统灌溉模式，改由农作物自主吸水、按需吸水。
“痕灌”是受化学上微量元素与痕量元素概念启发而取名，主要指能在超微流量向作物长久供水，痕灌单位时间的出水量可达到滴灌的百分之一到千分之一。
痕灌技术的核心节水部件是痕灌控水头，由具有良好导水性能的毛细管束和具有过滤功能的痕灌膜组成，控水头埋在作物根系附近，毛细管束一端与充满水的管道相连，另一端与土壤的毛细管相连，感知土壤水势的变化。作物吸水导致根系周围的水势降低，即发出需水信号，控水头内的水不断以毛细管水的形式流向根系周围，直至作物停止吸水；控水头内的痕灌膜可防止毛细管束因杂质而堵塞，保证系统长期稳定工作。[2] 多年田间试验表明，痕灌比滴灌节水50%左右，即使在滴灌无法使用的地区也可推广应用。
痕量灌溉应用前景广阔。痕灌节水技术能耗更少，节水更多。尤其是能够突破在常规节水灌溉很少涉及的荒漠化治理、矿山修复、城市绿化等领域的发展，能为解决粮食安全、生态保护和水资源危机作出贡献。水利部等有关部委已表示将进一步深入研究此项高效节水灌溉新技术，积极创造条件进行大田试验，不断积累经验，逐步完善技术，使之在更大范围推广应用。

中药材高效节水灌溉的涵义

什么是中药材高效节水灌溉？

在充分利用降水和土壤水的前提下高效利用灌溉用水，最大限度地满足中药材需求，以获取中药材生产的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益。

一、中药材高效节水示范推广的发展现状

目前我国采用喷灌、微灌和管道输水等先进节水灌溉技术的比例很低，尤其喷、微灌面积在中药材的运用就不言而喻；节水灌溉设备质量差、配套水平低，技术创新与推广体系不健全；另外，全国有效灌溉面积95%以上的地面灌溉普遍存在着土地平整精度差、田间工程不配套、管理粗放的问题；其次，四是灌溉用水管理技术落后，信息技术、计算机、自动控制技术等高新技术在中药材灌溉上的运用就更加少之又少。

二、我国中药材高效节水示范推广发展情况

我国近年来中药材高效节水灌溉的基本思路是，以提高中药材生产水资源利用率为中心，以提高中药材生产水资源利用率为中心，以增强中药材高效节水灌溉综合能力为重点，针对不同类型区域、不同土壤，因地制宜地推广多种形式中药材高效节水灌溉技术，走中国特色的节水农业道路，实现农业节水、农业增效、农民增收、农业可持续发展。重点推广应用了以下技术措施∶

雨水集蓄利用技术、田间工程技术、节水灌溉技术、机械化保护性耕作技术、耕作与保墒技术、节水抗旱品种和高效栽培技术、土壤地力墒情监测与信息管理技术。

三、国内外高效节水灌溉技术的发展趋势和方向

从20世纪50年代初到80年代初，美国新增灌溉面积2亿亩，其中喷灌面积占50%；在此期间，前苏联新增灌溉面积的70%采用喷灌。以色列在推广喷、微灌技术的过程中，研制出多种灌溉兼施肥设备，使肥料与灌溉水混合使用，实现了节水、增产、优质的统一。目前国内外喷、微灌技术正朝着低压、节能、多目标利用、产品标准化、系列化及运行管理自动化方向发展。

日本早在60年代初，就在旱地灌溉系统中用管道取代斗、农明渠；70年代末又开始用大口径管道取代输水干渠；到80年代中期，日本新建灌溉渠系的大部分都采用管道化。美国约有一半的大型灌区实现了管道化输水。我国已基本普及了井灌区低压管道输水技术，今后的发展方向是大型渠灌区渠系管道化，并加快相应大口径塑料管材的开发生产。

现代设施农业节水灌溉技术在大田中的运用

现在我国人均可用水量在逐渐减少，人们赖以生活的水资源越来越少，可是我们是否想过，人类生活用水量的减少，同时，人类种植的农作物的缺水量也在逐年增加，植物没有了水，也就没有了收成，人类的温饱问题炙手可热。农作物收成在大田的种植在多种种植方式中占绝大多数，土地种植的需水量是很高的，当前情况下，我国农业用水量仍占全国总用水量的70%，而在全国用水量中，农业蒸发消耗的水量约占90%，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%~80%。所以，全国节水的重点在农业，农业种植中大田农业土壤水分蒸发量远大于植物利用水资源量。因此，大力推广节水灌溉在大田中实施势在必行，在国内农业灌溉用水的利用率普遍低的情况下，为了大田中水资源的节约和高效利用，现代农业技术将会改变这一现状，通过科学化施水、管理，更好的保护我们珍贵的水资源。面对水资源短缺的现状，我们又该如何去做呢？

首先，我们有必要了解一下什么是节水灌溉。节水灌溉一就是指以较少的灌溉水量取得较好的生产效益和经济效益。节水灌溉的基本要求，就是要采取最有效的技术措施，通过系统合理地推广自动化控制，搭建一系列过程设施作为辅助。这样不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。倡导大田农业节水灌溉技术的推广和快速实施节水灌溉技术利国利民。

基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计

1、引言

随着中国农业现代化进程的加快，农业结构的调整以及我国加入WTO等因素，农业灌溉自动化技术的要求越来越高，灌溉控制器在我国有着巨大的市场。节水灌溉控制器近期在中国应朝着价格低，性能可靠操作简便的方向发展。但在长远的利益考虑，新的智能化技术、传感技术和农业科技的引入应用和普及，将会有智能化程度更高，性能更稳定可靠的灌溉控制器出现。

经过多年的发展，国外灌溉控制器已逐步趋于成熟系列化，但价格昂贵，国内虽引进一些，大多数是农业示范区，单位。虽然国外生产的灌溉控制器性能越来越高，但没有考虑我国特殊的自然气候土地资源农业经济状况等因素，因而国外引进的灌溉控制器在国内应用不够普及。国内虽然有多家研制灌溉器，但多数是小规模，试验和理论的探究应用不够普及。究其原因一则是开发性能完善的灌溉控制系统需要大量的人力和物力的投入，需要多部门，多学科的融合，这在一定程度上限制了性能的完善，适应性强的控制器的开发。

现代智能型控制器是进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，他可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是他能准确，定时，定量高效地给作物自动补充水分，以提高产量、质量、节水和节能。

现代灌溉控制器的研究使用在我国的农林及园艺为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每天灌溉量，如果灌溉量与作物实际需水量相比较少，便不能有效地促进作物健康生长；而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资源浪费，同时传统的灌溉法还需要相关的专家实时观察并经验指导生产，劳动生产率低，这也不能与现代化农业向优化，高效化方向发展要求同步。

2、选题背景及研究的目的与意义

（1）选题背景

生命之起源，水为必要条件，没有了水，地球上的生命将会枯竭。

随着21世纪的到来，能源危机将接踵而至。比能源危机更可怕的是，作为人类生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。水资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要的出路。

农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类赖以生存的最重要的行业。农业的发展从长远来看很重要，一是水的问题，二是科技的问题。农业的根本出路在科技，在教育。由传统农业向现代农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个很大的发展，进行一次新的农业技术革命。农业与工业、交通等行业相比仍然比较落后，农业灌溉技术尤其落后。灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。传统的灌溉模式自动化程度极低，基本上属粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高灌溉效率，缩短劳动时间和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。

（2）研究的目的与意义

我国先后引进了以色列、美国、法国、德国等国家的部分先进灌溉控制设备，但价格昂贵，维护保养困难，多数用于农业示范区、科研单位或高校，而且不符合我国土壤的应用特点。我国自己的现代灌溉控制器的研制和使用尚处于起步阶段，因此，作为一个农业大国，中国研究开发自己的先进的低成本、使用维护方便、系统功能强且扩展容易的国产化数字式节水灌溉是一项极有意义的工作。