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1、设施节水灌溉技术,施坰林等编 屈忠义讲授,本课程设置的目的和基本要求,目的了解节水灌溉基本理论与技术，为本专业的学生从实用的角度介绍设施节水灌溉技术的基本理论，常用设备、规划设计和应用等内容。使学生初步掌握设施节水灌溉技术的基本内容。为今后的实际应用奠定专业基础。要求：注重技术应用，强调实用推广。本课程涉及农田水利学、土壤物理学、土壤化学、水力学、农学、土壤学等方面的内容,主要讲授的内容,第一章 绪论 2学时第二章 节水灌溉的理论基础 4学时第三章 设施灌溉中的土壤、水和作物的基本理论 4学时第四章 设施节水灌溉技术 8学时第五章 设施节水灌溉设备 6学时第六章 设施灌溉系统设计 12学时,第
2、一章 绪论,参考书目：节水灌溉新技术 中国农业出版社，施埛林主编设施灌溉技术 化学工业出版社 郭 彦彪等主编温室灌溉 化学工业出版社 周长吉主编,第一节 节水灌溉的内涵及其范畴,节水灌溉是农业可持续发展的必由之路。节水灌溉（water saving irrigation)就是科学高效利用水资源。采用节水技术进行生产的农业称为节水农业（water saving agriculture)，目的是提高水的利用率、水分利用效率。节水农业的更本目的是在有限的水资源条件下，实现区域农业生产效益最大化。其本质是提高农业生产单方水的经济产出。,一、节水灌溉的内涵,节水灌溉是指根据作物的需水规律、当地农业气象条
3、件等采取工程、农艺、管理等措施，用尽可能少的水投入，获得农业的最佳经济效益、社会效益和生态效益而采取的多种措施的总称。其核心是在有限的水资源条件下，采取先进的水利工程技术、适宜的农艺技术和用水管理等综合技术措施，充分提高灌溉水的利用率和水分生产率。,灌溉水利用率：从水源通过引水、输水工程到达田间水的利用效率，即灌入田间可被作物利用的水量与渠首引进水量的比值。水分生产效率：作物单位面积产量与作物生育期耗水量的比值。,自然界的水转化为农作物的产量一般要经过以下四个环节：a水资源合理开发，使其成为农业可用水资源；b 将水从水源输送到田间；c 把引入田间的水，均匀的分配到指定的区域并存储到土壤中；d
4、作物经根系吸收土壤水，通过作物内生理、生化过程转化为经济产量。,合理开发农用水资源,农用水资源包括：降水、地表水、地下水、土壤水、经过净化处理的污水。农用水资源的合理开发是指采取必要的工程技术措施，对天然状态下的水进行有目的的干预、控制和改造，在维护生态平衡条件下，为农业生产提供一定量的活动。,修建输配水工程，将水从水源送到田间。采用田间工程技术把引入田间的水均匀的分配到指定的面积上。不同的田间灌水技术：沟灌、畦灌、格田灌、喷灌、微灌。,设施节水灌溉技术,作物从农田土壤中获取水分形成产量作物需水量：植物蒸腾+棵间蒸发管理节水是节水灌溉的重要组成部分，包括节水灌溉制度、墒情监测与预报、优化配水技
5、术、量水技术和现代化管理新技术等。,可见，节水灌溉技术不是一种单一技术，而是由工程节水技术、农艺节水技术和管理节水技术组成的一种技术体系。实施这种技术的根本目的：最大限度减少从输水、配水、灌水及作物耗水过程中的损失，最大限度提高单位耗水量的作物产量和产值。,节水灌溉的范畴,灌溉水从水源到被田间作物利用要经过几个环节，每个环节都存在水量无效消耗。凡是在这些环节中能够减少水量损失、提高灌溉水使用效率和经济效益的各种技术措施，都属于节水灌溉的范畴。,节水灌溉的特征,从农业水循环和节水技术措施看，节水灌溉包括了工程节水、农艺节水和管理节水措施的综合生产系统，具有明显的系统特征、效益特征和技术综合特征。
6、1、节水灌溉的系统特征在农业生产系统中，水是农业生产的重要资源和环境要素，但不是唯一要素。,节水灌溉是一项农业和水利技术精密结合，土、水、肥、作物等资源综合开发的系统工程。水的循环过程非常复杂，与整个SPAC系统紧密联系。农业用水是否节约和高效不仅受水循环本省的影响，也受到整个系统中土壤、养分、农业生物等条件的综合影响。因此，节水灌溉是一项复杂的系统工程。,2、节水灌溉的效益特征节约和高效用水的基本环节有三个：一是减少降水、渠系输水、田间灌溉过程中的深层渗漏和地表径流损失。提高降水和灌溉水的利用率。二是减少田间和输水过程中的蒸发蒸腾量；三是提高灌溉水和降水的水分利用效率。,减少田间和输水过程损
7、失，提高了有限水资源的利用率，是资源型节水。而降低作物耗水系数是节约了奢侈性水分消耗，提高了水资源的利用效率和效益，是效益型节水。因此，真正意义上的节水是节水增效的农业，具有显著的效益特征。,节水技术的综合特征节水技术与土壤、肥料、作物品种、耕作、栽培、植保、农业设施等各项措施是密切联系和不可分割的。,发展节水灌溉的意义,缓解农业水资源不足节水灌溉是确保农业增产的关键节水灌溉是现代农业的必然要求,第三节 节水灌溉的理论体系及内容,一、节水灌溉的理论体系节水灌溉理论研究的根本目的并非单纯节约用水，而是通过供水和其他环境变量的优化提高水的利用效率。对于资源型缺水区域而言，灌溉取水节水量中的可回收水
8、量，通常在农业或其他方面可以再利用，只有减少不可回收的水量才属于真正意义上的节水。,节水灌溉理论可以分为两类：节水硬科学和节水软科学。节水硬科学：从水源引水到田间灌水的全部技术及设施。水利枢纽、输配水系统、地面灌溉方法和灌水技术等。节水软科学：作物节水灌溉的理论、水管理等。,二、节水灌溉的内容,节水灌溉理论的基本任务：一是研究技术上先进、经济上合理的各种工程措施、途径和方法，减少灌溉水的无益损耗。二是研究灌溉系统中各种工程设施的控制、调度和运用方法，在时空上合理分配水资源，并在田间推行科学的灌溉制度和灌水方法。,节水灌溉理论的研究包括,SPAC系统水分传输理论水分胁迫对作物生理活动及产量的影响
9、不同田间水分条件下作物蒸腾量的变化规律、影响因素、分析计算及预报理论模型等。作物水分生产函数及其变化规律节水灌溉条件下水肥综合运移规律及调控机理。,节水灌溉农业综合技术农业水资源的优化配置实时灌溉预报与决策系统节水灌溉环境评价理论与方法节水灌溉新方法与新技术节水灌溉工程规划、设计、施工等节水灌溉设备的研制与设计理论劣质水资源化与利用技术节水灌溉试验原理与方法,节水灌溉的技术措施,一、水源节水技术措施1、水资源优化分配技术2、多水源联合运用技术3、雨水集蓄利用技术4、地下水利用技术5、劣质水利用技术,二、输水节水技术措施1、渠道防渗技术2、管道输水灌溉技术三、配水节水技术1、节水灌溉制度2、土壤
10、墒情监测与预报技术3、灌区配水技术,4、灌区量水技术5、现代化灌溉管理技术四、田间节水技术措施1、灌水方法与灌水技术措施（1）喷灌技术（2）微灌技术（3）覆膜灌溉技术,（4）地下灌溉技术（5）坐水种技术（6）沟畦改造技术2、土壤储水补灌技术（1）蓄水保墒的工程技术（2）覆盖保墒技术（3）水肥耦合技术（4）节水作物品种筛选技术,第五节 节水灌溉的经济、生态环境和社会效益,一、经济效益二、节水灌溉的生态效益三、节水灌溉的社会效益,农业是国民经济和社会发展的基础。农业的发展：原始农业 传统农业 现代化农业灌溉技术的发展：自然灌溉模式（单纯靠雨水）传统灌溉模式（修建引水工程）现代灌溉模式设施灌溉技术是
11、现代农业灌溉体系中的最重要的组成部分。,第六节 设施灌溉的产生与发展,设施灌溉技术的定义 facility irrigation设施灌溉技术就是根据作物生长的需要，通过一定的水利工程设施、灌溉设备或技术将灌溉水输送到田间进行灌溉的技术。设施灌溉技术突破了传统意义上的灌溉和耕作方式，通过一定的设备、设施，人为的控制对作物的水、肥供给，促使农业种植结构、产业结构进一步优化，为现代农业的高产、优质、高效发展提供新的途径和方法，具有显著的经济和社会效益。,国外设施灌溉技术发展概况,最初的灌溉主要在自然条件下进行近代灌溉的发展依赖于水利工程的建设随着全球化水资源紧缺日益严重，在不断开发新的水资源的同时，
12、节水灌溉和缺水条件下的灌溉方法越来越受到人们的重视，喷灌、滴灌等新型节水灌溉技术随之产生并逐渐被广泛应用。,国外喷灌技术发展概况与前景,喷灌最初产生于19世纪末，在1920年以前主要用于喷灌草坪和公园以及少量的蔬菜、苗圃、果树。本世纪40年代以后，喷灌真正的用于大田灌溉，随之出现了射程远而结构简单的摇臂式喷头和薄壁铝管和合金管 从50年代以后开始陆续研制了许多移动管道的机械系统，纵拖式（1948年）、滚移式（1935年）、时针式（1955年）绞盘式（1965年）平移式（1978年）相继研制成功,世界喷灌发展的三大趋势,不断提供机械化与自动化水平，喷灌面积持续增长注意节能、着手开发与利用新能源日
13、益广泛地应用新技术、重视提高喷灌质量,1894年，一位名叫查尔斯.斯凯纳的美国依阿华州人，发明了一种非常简单的喷水系统，开拓了人类利用机械设施节水灌溉的先河。1933年，美国加州一个叫澳滕.英格哈特的农民发明了世界第一只摇臂喷头，并注册专利，由著名的雨鸟公司制造。这种新型喷头的问世，对此后农业节水灌溉起到了革命性的推动作用。采用摇臂喷头喷水系统后，水的利用率大大提高，比大水漫灌可提高约50%以上。这样，同样的水可多灌50%的面积。美国农业工程师协会（ASAE）在1990年举行的“农业工程50周年庆典”上为此授予雨鸟公司“历史里程碑奖”。,喷灌发展历史,喷灌技术,二次世界大战以后，美国的经济、技
14、术飞速发展，以皮尔斯（Pierce）为先导的灌溉企业制造出多种快速连接铝合金接头，与薄壁铝管连接，诞生了半固定及固定式薄壁喷灌系统，使得大面积采用喷灌系统成为可能。,喷灌发展历史,喷灌技术,为充分利用半固定式喷灌系统造价低的优点，克服其劳动强度高的缺点，一种由机械驱动的类似于半固定系统的喷灌机在30年代晚期由一位叫哈里.法里斯通（Harry.Firestone）的人发明并投入使用。现在仍有数家公司，如美国的维德(Wade Co.)，莱克(Lake)，皮尔斯(Pierce)等在制造这种被称为滚移式喷灌机（Side Roll 或Wheel Moving）的机器。,喷灌发展历史,喷灌技术,1952年
15、，一位名叫弗兰克（Frank）的科罗拉多州的农民发明了一种水力驱动，自动转圈，上边悬挂喷头的喷灌机具，取名为中心支轴式喷灌机（Center Pivot）。60年代后，这种机器在地广人稀，地势不平坦的美国中部农业区科罗拉多、内巴拉斯基、堪萨斯，广泛推广开来。,喷灌发展历史,喷灌技术,70年代，由于石油危机的影响，中心支轴式喷灌机的喷头由摇臂喷头改为低压微喷喷头，以达到节约能源的目的。此后，水力驱动也逐渐改变为电力驱动，可靠性越来越高。目前，美国总灌溉面积中，约31%采用中心支轴式系统灌溉。为提高土地利用率，后来又开发出平移式喷灌机（Lateral Moving），但使用并不多。因为成本较高，维修
16、不方便，能耗高。,喷灌发展历史,喷灌技术,卷盘式喷灌机,广泛流行于欧洲各地，起源于法国，适合于中、小农场。整套机具配一支大喷枪，流量及射程非常大。这种机器使用灵活、方便，劳务成本低。但能耗高，喷水均匀度不好，对土壤侵蚀严重，对作物打击强度太大。,喷灌发展历史,喷灌技术,烟草固定式喷灌,草坪喷灌,滴灌/微灌技术的产生与发展,滴灌的构想产生于20世纪30年代初的以色列。与喷灌和沟灌相比，滴灌更加省水，而且提高作物产量和品质。随着水资源的日益紧缺，微灌技术愈来愈受到世界各国的重视，尤其在水资源匮乏的国家和地区。,以色列在20世纪70年代中期，把发展重点由喷灌转向微灌，90年代初，微灌面积已占总灌溉面
17、积的2/3；美国在1981-1991年的十年间，微灌面积增加了3倍多，日本在80年代后期微灌技术也发展十分迅速。全世界各个国家都十分重视微观技术的发展。目前随着精准灌溉技术的发展，提出了农业用水的新概念：给作物浇水，而不是给土壤浇水。开发出智能化、全自动灌溉系统。,大田滴灌,果树滴灌,蔬菜滴灌,大型连栋温室黄瓜滴灌,大棚蔬菜滴灌,日光温室滴灌系统,我国传统灌溉工程技术的发展,我国的灌溉已有2000多年的历史，灌溉一词，“灌”意为人工注水，“溉”意为由点到面扩散。公元前613591年，楚国就修了芍陂蓄灌工程，该工程利用至今，成为渭河灌溉工程的组成部分。公元前256年和公元前246年秦国修建了都江
18、堰和郑国渠。其中都江堰举世闻名，其原理科学、设计巧妙、规模巨大、布局合理为世界所罕见。,都江堰,古老的提水工具-水车,河套灌区鸟瞰图,三盛公水利枢纽,灌区引水进水闸,青铜峡水利枢纽,人民胜利渠,新中国成立后黄河上新建的第一座引黄灌溉工程，有效灌溉面积4万公顷,红旗渠,1960年，河南林县人民在十分艰苦的条件下，自力更生、艰苦奋斗，苦干7个春秋，架设渡槽152座，凿穿隧洞211条，修建各种渠系建筑物12408座，挖砌土石方1515万立方米，在我国太行山腰建成了著名的人造天河红旗渠，让漳河水穿山而来，结束了水贵如油的历史,陕西泾惠渠,山西晋惠渠是中国最古老的灌溉工程，前身为郑国渠，相传开凿于公元前
19、246年。新中国成立后经过改改建与扩建，由单一的渠道灌溉发展为渠井结合的灌溉系统，灌区旱涝保收面积已达9万公顷。,我国近现代设施灌溉技术的发展,我国农业灌溉有着悠久的历史，但旱田多采用大水漫灌，水田多采用串畦淹灌的传统灌水方法，不仅浪费了水资源，同时也影响了农作物的产量和质量。同时也导致土壤盐渍化。1950-1970年这20年，我国基本上是充分灌溉的节水灌溉发展阶段。主要是开发新水源、建设新灌区和改建扩建旧灌区，渠道防渗、灌区管理等节水措施。,我国于20世纪50年代初开始引进先进的喷灌技术，建设了一些喷灌试验工程。20世纪70年代以后得到较大的发展，进行了较大规模的研究、开发和生产应用。经过3
20、0多年的努力，到2000年我国喷灌面积发到到246万公顷（3690万亩），占全国灌溉面积的4.14%，据有关部门预测，到2010年我国节水灌溉面积将达到5411万公顷，其中喷灌面积将达到546万公顷，新增喷灌面积300万公顷。,喷灌技术,20世纪70年代，我国开始引进推广喷灌、微观等先进的设施灌溉技术，到20世纪80年代，滴灌技术已经广泛应用于温室、大棚等蔬菜保护地和山区果园中。至20世纪90年代，我国微灌技术和灌溉施肥技术迅速推广，至2001年，全国微灌面积达26.7万公顷，居世界第三。目前，设施灌溉的主要形式有喷灌、微喷灌、滴灌、渗灌、膜下滴灌等。,发展现代灌溉农业的必要性,我国灌区目前大
21、部分采用比较落后的传统地面灌水技术，大水漫灌现象相当普遍，灌溉水利用效率极为低下,目前我国灌溉水利用系数平均只有0.4，而发达国家可达到。我国的水分利用效率（WUE）只有1kg/m3,而发达国家均在2.0kg/m3以上,现代节水灌溉技术的优点,节约用水，提高水利用效率增加作物产量、提高农作物品质节省劳力对土壤地形的适应性强,第七节 设施农业与设施节水灌溉的关系,设施农业(facility agriculture)是指在采用各种材料建成的，具有对水、肥、气、热、光等环境因素控制的空间里，进行农作物栽培的农业生产方法。设施农业突破了传统农业的耕作方式，使得人为控制作物生长环境的程度更大，同时也促使
22、农业种植结构发生变化，为市场提供大量花卉和反季节蔬菜，具有相当明显的经济效益和社会效益。,随着经济社会不断发展，设施农业作为高新技术产业，必将得到长足发展。目前我国设施农业的种类很多，形式各异，有防虫网、防雨棚、遮阳网、中小棚、塑料大棚、节能日光温室、玻璃温室等，其中受到广泛关注和应用的是塑料大棚和节能日光温室。,设施农业由于土壤耕层不能直接利用天然降水，而要依靠人为灌溉来补充水分，在大型的保护设施内实现周年生产的栽培制度下，如果仍然采用传统经验灌水，灌溉水量就会比露地同类作物栽培要大。传统的灌溉方式，不仅浪费宝贵水资源，而且会使设施内环境恶化，导致病虫害发生和作物品质产量的下降。,因此，研究
23、设施农业节水灌溉理论与技术，在设施农业中选择适宜灌溉技术，探求作物需水规律与科学的灌溉制度，研究保护设施内水热运移规律，对于提高设施农业科技含量，发展节水农业，实现两高一优农业显得尤为重要。,设施农业节水灌溉技术,我国在设施农业发展初期，科技含量较低，栽培管理多以传统经验为主，缺乏量化指标和成套技术，因而作物的产量水平，大面积平均单产与发达国家相距甚远。长期以来，温室大棚绝大多数采用传统的沟畦灌，灌溉水的利用率只有40%，灌水定额为900-1200m3/hm2,落后的灌溉技术还严重影响设施内的环境状况，使未能充分发挥节水增产的巨大作用.进入90年代，国家对农业节水灌溉更加重视，投入相对增多，各
24、地纷纷建立了农业示范区或点，促进了滴灌和微喷灌节水技术在我国的推广应用，并且引进了国外的部分先进技术和设备，使国内温室大棚微灌有了较大的发展.,国内不少地区对温室大棚节水灌溉技术开展了试验研究，为应用推广节水灌溉技术提供了基础。有研究表明,大棚春番茄在膜下多孔管喷灌和微喷灌、沟灌3种灌溉方式下种植进行了比较研究，试验结果表明，前两者有明显的节水、增产效果，节水率达40%-60%，增产幅度达7%-8%。日光温室滴灌比畦灌温室内空气相对湿度降低10%-15%，冬季地温提高3-8，灌溉水节约60%，黄瓜增产30%；促进根系发育，提高地温，减少病害发生，上市早，品质高。,大量的试验和实践表明灌溉技术是
25、影响温室大棚水分环境的主要因素。传统的沟畦灌等地面灌水技术不利于设施内作物生长环境。而微灌可以采用少量多次的方法，能适时适量依植物生长需要供水，有利于创造作物生长的水分环境。,第八节 温室灌溉的特点与要求,温室相对封闭的生产环境，天然降雨不能利用，作物水分完全依靠人工灌溉来解决。温室节水灌溉技术与农田节水灌溉技术既有联系，又有区别。,一、温室灌溉的特点,1.作物种植的空间发生了巨大变化封闭-不受风的影响；土地平整，不必考虑地形的坡度影响。灌水对温湿度影响大。2.灌溉的土壤发生了重大变化天然土壤;无土栽培；灌溉施肥一体化。,3.作物种植方式发生了显著变化4.作业管理的精度发生了很大变化由大田管理
26、到单株管理。,二、温室灌溉的要求,1.温室灌溉要求完全的管道化优点：节水，省地，使用方便、适用性强。2.温室灌溉要求节水、灌溉与施肥一体化。特点：有效性高；施肥均匀，养分均衡；养分供应充分、迅速；节省化肥，减少污染。,3.温室灌溉要求与温度、湿度环境控制紧密结合。4.温室灌溉要求与室内作物栽培方式高度统一,第九节 温室灌溉技术的应用与发展,温室节水灌溉技术的历史追溯到20世纪30年代。滴灌技术被认为是现阶段最适合温室使用的一种灌溉技术。以色列是世界上温室微灌技术发展最好的国家。,温室的灌水方式也有差异,温室大棚通常采用下面几种微灌系统：地面固定式滴灌系统主要适用于蔬菜灌溉；悬吊式向下喷洒、插管式向上喷洒的微喷灌系统，主要适用于喷洒花卉、苗圃、盆栽和低矮的观赏植物；地下滴灌或渗灌系统，主要适宜于要求空气湿度较低的作物栽培；设施内也有采用摇臂旋转式小喷头的，主要喷洒大棚内较高的苗木、果树或要求环境湿度较大的高架植物。,发达国家灌溉技术的应用现状,
