出品：科普中国
制作：刘浩（中国农业科学院农田灌溉研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
一提到灌溉，大多数人马上想到给土地浇水。
事实上，通俗地讲，灌溉就是浇地。.
然而，不同的灌溉方式有不同的效果。良好的灌溉方式不仅可以节水，还可以在保证作物产量的同时提高农产品质量。结合不同农田生态区的特点和植物自身的需水量特点，可以确定节水灌溉方式，从而充分发挥各种节水灌溉方式的优势和作物的节水潜力，为我国水土资源可持续发展和农民增收提供技术支撑。
大型平移式洒水车(图片来源：Veer图库)
作物“喝水”两步走，输水灌水有讲究
从水源到被农作物使用，水必须经过一个过程，这个过程包括两个层面，一是输水，是指将水从河流、水库、水井等水源输送到田边，二是灌水，是指把水灌进农田。
这两方面都有很多工作要做。
以输水为例，渠道输水是目前我国农田灌溉的主要输水形式。传统输水往往采用土渠，不仅造成水流缓慢，还会造成土渠渗漏，造成水资源浪费。我该怎么办？我们可以对土渠内部进行硬化，这样不仅可以增加水流，还可以减少渗漏损失，这是经常采用的方法。
“渠道防渗技术”。当然，也可以把土渠改成管道，埋在地下。然后，通过施加压力，水可以快速输送到每一个农田，这不仅可以避免泄漏，还可以减少蒸发。同时，还可以节约土地用于运河修复。这是
“低压管道输水技术”.
渠道混凝土衬砌(图片来源：作者提供)
我们来谈谈灌溉。以前，大多数农民都是通过在田埂上“开”一个洞来灌溉土地，让渠道里的水方便地流入农田，这就是所谓的大水漫灌。然而，这种方法的特点是水流缓慢，用水量大，费时、费力、耗水量大。畦灌、沟灌等改革措施虽然在一定程度上加速了水流，但仍要求高水平的土地平整，灌溉时易形成地面积水。灌溉后，地表长期处于泥泞状态，土壤水分蒸发损失大，地面易板结开裂，土壤通透性差，植物根系呼吸受阻。
棉花畦灌积水，灌后地面开裂(图片来源：作者提供)
为了真正高效用水，我们在灌溉时也应该采用更节水的田间灌溉。
不可能。田间节水灌溉方法有很多种，最具代表性的是喷灌和滴灌，其他如微喷灌、微喷灌带灌、地膜下滴灌等都是从这两种方法演变而来的。
喷灌滴灌好帮手，因地制宜是王道
喷灌是利用管道将灌溉水通过压力输送到田间地头，通过喷头将灌溉水分散成细小的水滴，均匀地喷洒到土壤表面，为植物提供必要的水分，是一种先进的机械化或半机械化的节水灌溉方式
喷灌(来源：Veer画廊)
与传统地面灌溉相比，喷灌具有明显的“三省一增”优势。
在一是省水,大田作物喷灌一般可节水20% ~ 30%；二是省地省下土地在田间修建各级沟渠，可增加农作物种植面积10%左右；
三是省工喷灌机械化程度高，可实现自动化作业，提高生产效率，节省劳动力。
而在“一增”指的是增产,喷灌可以采用少灌、勤灌，便于控制土壤水分，保持土壤水分在最适宜作物生长的范围内。而且灌溉后土壤疏松，通风良好，有利于增产。
在耕地多、水资源短缺的北方地区，田间耕作、播种、施肥、施药、收割等机械化作业要求高，灌溉时作物风力相对较小，非常适合推广喷灌和节水灌溉技术。随着城市化的发展和北方居民种植规模的扩大，自动化程度更高的大型指针式洒水车将成为未来的发展趋势。
因此，在水资源刚性约束的背景下，发展水
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田间冬小麦喷灌（图片来源：作者提供）
喷灌所用的喷头（图片来源：Veer图库）
喷灌当然也有一定缺点和局限性， 首先是投资较高 ，每亩根据情况可达500～1000元； 喷灌还受风速影响
，四级以上的风能把喷出来的水吹散，不仅降低灌溉均匀度，还加大了增发损失； 喷灌耗能也大 ，为了使喷头运转达到灌水均匀，得给水加压力，也会消耗能源。
滴灌是利用安装在末级管道（称为毛管）上的滴头（出水口），或与毛管制成一体的滴灌带将有压水以水滴状湿润土壤。
滴灌（图片来源：Veer图库）
通常将毛管和灌水器放在地面，也可以将毛管和灌水器埋入地面以下30~40cm。前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌。
滴灌除与喷灌具有类似的省工省地优势外，还比喷灌更能达到节水增产减肥的效果 。
因为滴灌是把灌溉水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入作物根系附近土壤，而根系以外的土壤仍保持相对干燥，可以最大限度地减少蒸发损失，与喷灌相比，可节约灌溉用水30%~50%。
在灌水的同时，滴灌可以将肥料溶入灌溉水，按照作物的需肥特性随水施肥，大幅提高了肥料利用效率，且灌水后不破坏土壤结构，作物根区土壤水、肥、气、热经常保持在适宜于作物生长的良好状态，更利于作物增产。
我国西南地区地形地貌以丘陵山地为主，地形起伏大，土壤蓄水保肥能力弱，水土流失相当严重，迫切需要发展以滴灌为主的水肥一体化技术，达到节水省肥节约劳动成本和提质增效的目的。
坡地葡萄滴灌水肥一体化技术（图片来源：作者提供）
在我国的西北干旱半干旱地区，当地农民普遍将农艺节水（地膜覆盖）与工程节水（滴灌）结合，形成了独具特色的膜下滴灌技术。上世纪90年代至今，近30年实践证明，膜下滴灌以少量多次灌溉的特点，避免了灌溉水深层渗漏，大幅降低了田间土壤蒸发损失，提高了水资源利用效率，实现了水肥同步施用，改善了土壤结构和微生态环境，具有明显的节水增产、提质增效的作用。
目前，膜下滴灌技术已在新疆棉花种植中得到普及，且由单一棉花种植发展到目前几乎覆盖到所有大田作物灌溉，逐渐形成了棉花、玉米、加工番茄、小麦、辣椒、枣树、葡萄等多种作物膜下滴灌灌溉技术规范，成为新疆高效节水灌溉的主要模式，以点带面辐射带动了周边省区膜下滴灌技术的推广应用。
新疆膜下滴灌棉花（图片来源：作者提供）
滴灌不仅可以实现水肥一体化精准灌溉施肥，还能降低病虫害和农药的喷施量，使农产品品质大幅提升，尤其在温室大棚蔬菜生产中效果更加明显；与喷灌相比，滴灌对地形的适应能力更强，不论平原还是山区均可使用，且受风速的影响小；滴灌系统的工作压力小，5~10米的水头即可正常工作，与喷灌相比更加节能。
但滴灌也有缺点， 为控制水量，出水口就小，水中的泥沙、有机污染物、化学沉淀物以及微生物等均会引起滴头堵塞，堵塞严重，滴灌系统就用不了。
因此，滴灌系统对水质要求高，需安装过滤设备，与喷灌相比，增加了灌溉系统的投资成本；而且由于滴灌土壤湿润范围小，作物根系生长主要集中在土壤湿润区，根系对湿润区以外的养分吸收利用差；在含盐量较高的地区，土壤盐分积累在湿润区边缘，如果再遇到小雨，这些盐分可能会淋洗到作物根区而危害作物。
滴头被泥沙阻塞（图片来源：作者提供）
城市景观也需节水灌溉
节水灌溉不仅可以用在大田农作物生产中，还可以应用于城市中的景观园林绿化，荒漠里绿化林的种植等。
维护城市景观园林绿地正常生长的灌溉用水多为自来水为主，在水资源越来越匮乏的今天，城市景观园林绿化要得到持续发展，就必须大力推行和发展节水灌溉。同时，城市园林绿地的植株种类杂，多为乔、灌、花、草等多种植物复合搭配，适宜以地埋伸缩式喷灌为主，结合微喷、滴灌等先进节水灌溉技术，节水省工的同时美化环境。
城市景观园林绿化喷灌（图片来源：作者提供）
荒漠地绿化林主要起防风固沙、保护环境的作用，而荒漠地带一般温差大、风沙多、干旱少雨、蒸发强烈，水资源极度缺乏，土壤含沙量大，渗透性能力强。气候、土壤等环境条件恶劣，给荒漠地防护林的养护造成很大难度，迫切需要发展以高频少灌为特点的滴灌节水灌溉技术，而且适宜将滴灌带浅埋地表以下10cm左右以降低表层土壤的蒸发损失。
无论南方还是北方农业区，亦或其他生态领域，应因地制宜，依据当地水土资源和气候状况，从节水稳产、节能省工、提质增效多角度综合考虑，提出适宜于当地水土资源可持续发展的节水灌溉技术，让先进灌溉技术更好地服务各生态领域。
所以，得结合不同农田生态区特点和植物本身的需水特性去确定节水灌溉方式，因地制宜、对症下药，才能充分发挥各种节水灌溉方式的优势和作物的节水潜力，为我国水土资源可持续发展和农民增收致富提供技术支撑。
参考文献：
1.黄秀路，武宵旭，葛鹏飞，等. 中国农业生产中的节水灌溉: 区域差异与方式选择. 中国科技论坛，2016（8）：143-148
