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技术 / irrigation

灌溉

灌溉是在降雨或土壤储水不足时,有控制地向土地供水,以支持植物生长的措施。

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灌溉是有控制地向土地施用水,以支持植物生长的措施,主要用于农业。它可以补充不足或不规律的降雨,并补充作物消耗的土壤水分。灌溉也用于公园、花园、苗圃及其他人工管理的景观。有些灌溉还兼有防霜冻、淋洗土壤盐分等用途。灌溉系统的规模差异很大,从人工浇水,到覆盖农业区域、集引水、蓄水、输水和配水于一体的大型网络,均属其范畴。(usgs.gov)

发展与水源

灌溉已有数千年的历史。早期的地面灌溉系统利用简易拦水设施和渠道,将溪流水引至邻近的洪泛平原。在美索不达米亚,灌溉农业使原本干旱的平原得以维持聚落。后来,现代土方机械和水泵的使用,使灌溉范围扩展至高地和远离天然河道的地区。(fao.org)

灌溉水源包括河流、湖泊、池塘、泉水和地下水,一些系统也使用再生水。地下水从含水层中抽取。灌溉基础设施可包括引水建筑物、蓄水设施、水井、渠道、管道、水泵和田间出水口。供水的可靠性、水量和水质既影响系统设计,也影响农业生产活动。(usgs.gov)

灌溉方式

**地面灌溉**利用引力使水在田间流动和分布。淹灌将水引入由低矮田埂围成的平整地块;沟灌通过作物行间的沟渠输水;畦灌则引导水流沿条状畦田流动。水流向前推进的同时,水分逐渐渗入土壤。灌溉效果取决于田面坡度、土壤入渗能力、流量和停止进水的时机。土地平整有助于改善水分分布,而控制不当的灌溉可能造成过量排水或地表径流。(fao.org)

**喷灌**通过加压管道和喷头供水,将水以水滴形式喷洒到作物或土壤上。它适用于多种形状的田块和起伏地形,对土地平整的要求低于地面灌溉。风会影响喷洒均匀性,设备需要维护,加压也需要消耗能量。喷灌设备有固定式和移动式等多种形式,包括绕中心支点旋转的喷灌系统。(fao.org)

**滴灌**也称滴水灌溉,通过靠近单株植物或作物行的滴头,以小水量供水。它只湿润根区的一部分,而非整个田面。频繁供水可以维持较为稳定的土壤水分状况。由于泥沙等物质可能堵塞滴头,过滤和维护十分重要。滴灌的安装成本和管理要求与地面灌溉系统不同。(fao.org)

**地下灌溉**通过调控地下水位,使其足够接近作物根系,让水分能够沿土壤向上运移,为作物供水。它不同于滴灌供水,依靠的是对地下水位和排水网络的管理。其适用性取决于当地的土壤和地下水条件。没有任何一种灌溉方式在所有情况下都更优:作物特性、地形、水资源可用量、劳动力和成本都会影响选择。(fao.org)

作物需水与灌溉调度

灌溉调度决定何时灌水以及灌多少水。作物需水量的一个主要组成部分是蒸散,包括土壤蒸发和植被的蒸腾作用。大气蒸发需求、作物发育状况、根系深度和土壤性质,都会影响根区可利用水分的消耗速度。因此,同样的灌溉间隔并不适用于所有作物或所有季节。(fao.org)

两次灌溉之间,土壤会储存水分。田间持水量是指土壤中大量水分向下排出、排水基本停止后所保留的水分;永久萎蔫点则标志着植物能够从土壤中吸取水分的下限。两者之差结合根系深度,可确定根区的总有效水量。通常,在这些水分完全耗尽之前,作物就已开始受到水分胁迫。(fao.org)

土壤水量平衡核算降雨、灌溉、地下水向上补给、蒸散、径流以及向根区以下的排水。灌溉调度利用这一平衡估算水分亏缺量和所需补充的水层深度。由于输水和田间施水并非完全有效,或需要额外用水淋洗积累的盐分,实际供水总量可能超过根区的净需水量。(fao.org)

效率与水量核算

灌溉效率描述供水量与得到有效利用或储存的水量之间的关系,输水过程和田间施水过程分别采用不同的衡量指标。配水均匀性是另一个需要考虑的因素:即使平均灌水量充足,仍可能有些区域灌水不足,另一些区域过于湿润。除了所采用的灌溉方式,系统设计和运行管理也很重要。(fao.org)

田间取水量的减少,并不必然意味着整个流域节省了等量的水。渗漏和排水可以形成回归水,补给地下水或供下游用户使用。耗水性用水,尤其是蒸散,会使水无法立即在当地再次利用。因此,某项技术若减少了可回收利用的回归水,同时增加了作物耗水量,就可能在减少取水量的同时,并未减少整个流域的耗水量。(usgs.gov)

环境影响与治理

过量灌溉和排水不畅可能造成水涝。灌溉水也会带入溶解的盐分;水分蒸发和植物吸水后,其中大部分盐分会留在土壤中。如果缺乏充分的淋洗和排水,土壤盐渍化就可能损害作物生产。过度抽取地下水会导致地下水位下降,而养分进入水体则可能促成富营养化。(fao.org)

共用灌溉系统需要建立水量分配、运行、维护和筹资方面的安排。用水户协会、公共灌溉管理机构和混合管理组织在不同情境下承担这些职能。相关责任可以由负责主要渠道运行的机构和负责当地配水的农户分担。用水权、供水时间安排、收费标准和维护义务,共同决定共用水源如何输送至各个田块。(fao.org)