灌溉

灌溉就是人為方式使用天然降水(雨水)以外的其他源供給土地土壤水份,多半是用来种植农作物或其他植物,也可以用來維持地貌景觀,或在乾燥地帶或是在過度降雨後的地區進行植被重建,灌溉對農作物也有其他的好處,包括保護植物免於霜害[1]、在糧食區抑制雜草成長[2],並且抑制土壤固結[3]。不用灌溉而以雨水为唯一水源的农业称为旱田。

鸟瞰撒哈拉沙漠中的灌溉系统
美国堪萨斯州卫星照片,显示由于时针式喷灌设施造成的圆形农田

灌溉系統也會用來抑制灰塵、排放污水以及礦物的堆摊浸滤。灌溉系統常會和排水系統一起研究,後者是用天然或人工的方式除去某一區域地表或是地表以下的水份。

灌溉是五千多年來農業的中心特徵,也是許多文化的成果,是許多國家經濟及社會的基礎。

概论

灌溉所需的水源可以是附近也可以是距离比较远的水体甚至冰雪,例如河流水、湖泊、地下水、、积雪等,可以直接引入农田或先储存在水库或蓄水池中,取决于是否是季节性降雨或水源的远近,也可以将建筑屋顶或没有农田的山区雨水储存起来,为以后灌溉使用。

如何从水源引入,并将水引入农田,有多种灌溉技术,主要目的是将水不多不少地平均分配给整个田地中的每一株植物。

历史

从公元前60世纪在埃及美索不达米亚平原,人类已经采用灌溉技术[4],在古埃及12王朝的法老已经将湖泊当作灌溉用的贮水库,贮存每年尼罗河泛滥的水用于干旱季节灌溉农田。

秘鲁安第斯山中,考古学家发现了3条水渠,是公元前4000年、3000年和9世纪的,是美洲已知最早的灌溉系统,在公元前4000年的那条水渠下面可能还有一条公元前5000年的水渠。

古代波斯(今伊朗)亦有灌溉技术,可追溯到前6千纪[5],公元前800年的古代波斯所使用的坎儿井是现在还在使用的最古老的灌溉技术,用一系列的竖井打通地下的渠道,从水源地引水使水渠比水源地低可以自流,同时防止在地上蒸发[6]。现在,坎儿井也应用于亚洲、中东和北非干旱地区。

古代斯里兰卡的灌溉系统是当时世界上最复杂的系统,发明了带闸门的水渠,12世纪时国王在33年内就主持建造了165个堤坝、3910条水渠、163个大型蓄水池和2376个小型蓄水池,以支持繁荣的农业

巴基斯坦和北印度也有前2600年的灌溉水渠。

中国,公元前250年左右建成的著名的都江堰水利系统也是为灌溉修建的[7]

從20世纪起,柴油电力运转的机械,可以帮助人们抽取地下水用于灌溉。

灌溉形式

美国怀俄明州山区草地的有控制阀的管道灌溉

漫灌

漫灌要挖沟渠,以前用人工,后来用牲畜、拖拉机,后来最先进的用激光测距的先进机械,取决于 经济地理条件,例如需要灌溉的地域面积大小,有什麽可用的技术,人工费用等。植物在畦和陇沟中排成行或在苗床上生长,水沿着渠道进入农田,顺着陇沟或苗床边沿流入。也可以在田中用硬塑料管或管引水,在管上间隔距离开孔灌溉,用虹吸管连接渠道。

应用管道可以控制水流量,由于温度风速土壤、渗透能力等不同,漫灌容易造成有的地方水多,有的地方水不足的现象,管道可以移动,因此可以控制不产生这种不均的现象。尤其是如果采用自动阀门更可以增加效率。

但由于漫灌比较浪费水资源,需要较多的劳动力,并且容易造成地下水位抬高,因此使土壤盐碱化,在发达国家已经逐渐被淘汰。但由于只需要少量的资金和技术,在多数发展中国家中仍然被广泛使用。

噴灌

喷灌是由管道将水送到位于田地中的喷头中喷出,有高压和低压的区别,也可以分为固定式和移动式。固定式喷头安装在固定的地方,有的喷头安装在地表面高度,主要用于需要美观的地方,如高尔夫球场、跑马场草地灌溉、公园、墓地等。

喷头的压力一般不能超过200,过高会产生水雾,影响灌溉效益,喷头有可以转动的,转动可以是360度回转也可以是转动一定角度。也有喷枪式。可以在275-900巴的压力下工作,喷射较远,流量达到3-76/秒。喷枪还可以用于工业防尘。

如果将喷头和水源用管子连接,使得喷头可以移动,为移动式喷灌,将塑料管卷到一个卷筒上,可以随着喷头移动放出,也可以人工移动喷头。

喷灌的缺点是由于蒸发也会损失许多水,尤其在有风的天气时,而且不容易均匀地灌溉整个灌溉面积,水存流在面上容易造成霉菌的繁殖,如果灌溉水中有化肥的话,在炎热阳光强烈的天气会造成叶面灼伤。

时针式喷灌机

时针式喷灌机的枢轴

时针式喷灌机是一种移动式喷灌机,喷灌头安装在有轮子支撑的电镀管或管上,围绕一个中心旋转,从中心枢轴输送水,整个喷灌机喷灌面积形成一个圆。这种喷灌机械在美国使用的很普遍。

时针式喷灌机

这种机械喷头可以吊在钢管上,只在植物上面喷撒,有的可以几乎吊到地面上,直接在植物之间的地面上喷洒,因此可以节约由于蒸发损失的水。

时针式喷灌机的旋转可以由水力推动,也可以由电机推动,目前大多数都使用电机。这种机械灌溉面积是一个圆形,因此在每个圆形之间的空档不能被灌溉利用,只适合在耕地面积充分的地区使用。

美国爱达荷州的平移式喷灌机


平移式喷灌机

也叫连续直线移动式喷灌机,是一个长管道,每隔一定间隔有一个支架,支架上有轮子,喷头在管子上,整个管道平行移动喷洒,水由管道一头输入,所以喷灌面积可以大到几千公顷。

微喷灌

微喷灌是利用折射、旋转、或辐射式微型喷头将水均匀地喷洒到作物枝叶等区域的灌水形式,隶属于微灌范畴。 微喷灌的工作压力低,流量小,既可以定时定量的增加土壤水分,又能提高空气湿度,调节局部小气候,广泛应用于蔬菜、花卉、果园、药材种植场所,以及扦插育苗、饲养场所等区域的加湿降温。

滴灌

滴灌头

滴灌是将水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入植物根系附近土壤中的灌溉形式,滴水流量小,水滴缓慢入土,可以最大限度地减少蒸发损失,如果再加上地膜覆盖,可以进一步减少蒸发,滴灌条件下除紧靠滴头下面的土壤水分处于饱和状态外,其它部位的土壤水分均处于非饱和状态,土壤水分主要借助毛管张力作用入渗和扩散。

但如果滴灌时间太长,根系下面可能发生浸透现象,因此目前滴灌都是由高技术的计算机操纵完成,也有由人工操作的。滴灌水压低,节水,可以用于对生长不同植物的地区,对每棵植物分别灌溉,但对坡地需要有压力补偿,用计算机可以依靠调节不同地段的阀门来控制,关键是控制调节压力和从水中去除颗粒物,以防堵塞滴灌孔。水的输送一般用塑料管,应该是黑色的,或覆盖在地膜下面,防止生长藻类,也防止管道由于紫外线的照射而老化。滴灌也可以用埋在地下的多孔陶瓷管完成,但费用较高,只有时用于草皮和高尔夫球场。

渗灌

渗灌技术已经在地下水位较高的地方应用许多年了,是人工将地下水位抬高,直接从底下为植物根系供水的方法。

渗灌常用于商业温室产品,如对盆花进行灌溉,还可以施肥,用含有肥料的水溶液从底部浸泡花盆10 到20分钟,然后水可以回收,这种运作需要高技术自动操作,设备费用贵,但节省人力、水和化肥,同时维护和操作费用也很低,原理和地下滴灌一样。

井灌

井灌是中國大陸防治土地鹽鹼化的重要手段。井灌抽取深層的地下淡水用作灌溉,同時淋溼地表鹽分。同時並用「井排」,即抽去淺層的咸水使得地下水位下降。

技術挑戰

土地盐碱化过程示意图

灌溉技術要解決許多技術上及經濟上的問題,同時又要使對環境的負面影響減到最小[8]

  • 对地表水權的争夺[9]
  • 地下水層過度使用(枯竭)
  • 地層下陷(例如路易斯安那州的新奥爾良、台灣的嘉南平原[10]
  • 灌溉不足或是只夠植物使用的灌溉方式(滴水线灌溉)會造成土壤鹽化,在高蒸發率的土壤中產生有毒的鹽類,需要用沥滤方式將鹽類溶於水中,再排水使鹽類排掉。若利用滴水线灌溉,最好定期進行沥滤(水量只需要略多一些),因此鹽類可以沖洗到植物根部以下[11][12]
  • 由於分佈均勻性不佳或是灌溉管理問題造成的過度灌溉,會浪費水、農藥,也可能會造成水污染[13]
  • 過度灌溉產生的深排水會帶來地下水位的上昇,有時會產生土壤鹽化的問題,需要某種水系進行地下水位控制[14][15]
  • 若用鹽水或是鈉吸附比的水灌溉,會形成鹽鹼地,破壞土壤結構。
  • 過濾器堵塞:多半是因為藻類繁殖而堵塞過濾器,滴水裝置和噴嘴,紫外線[16]及超音波[17]可以控制灌溉系統中的藻類生長。

另见

參考資料

  1. Snyder, R. L.; Melo-Abreu, J. P. (PDF). Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2005. ISSN 1684-8241.
  2. Williams, J. F.; S. R. Roberts; J. E. Hill; S. C. Scardaci; G. Tibbits. . UC Davis, Department of Plant Sciences. [2007-03-14]. (原始内容存档于2007-04-03).
  3. . [2012-06-19]. (原始内容存档于2017-04-25).
  4. Hill, Donald: A History of Engineering
  5. . Encyclopædia Britannica, 1994 edition.
  6. . Globally Important Agriculture Heritage Systems. UN Food and Agriculture Organization. [2007-01-10]. (原始内容存档于2008-06-24).
  7. . 四川省测绘地理信息局. [2015-02-22]. (原始内容存档于2015-02-22).
  8. ILRI, 1989, Effectiveness and Social/Environmental Impacts of Irrigation Projects: a Review. In: Annual Report 1988, International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands, pp. 18 – 34 . On line: 页面存档备份,存于
  9. Rosegrant, Mark W., and Hans P. Binswanger. "Markets in tradable water rights: potential for efficiency gains in developing country water resource allocation." World development (1994) 22#11 pp: 1613–1625.
  10. . 水資源管理與政策研究中心. 地層下陷防治資訊網. [2015-02-22]. (原始内容存档于2015-02-22).
  11. EOS magazine, september 2009
  12. World Water Council
  13. Hukkinen, Janne, Emery Roe, and Gene I. Rochlin. "A salt on the land: A narrative analysis of the controversy over irrigation-related salinity and toxicity in California's San Joaquin Valley." Policy Sciences 23.4 (1990): 307-329. online 存檔,存档日期2015-01-02.
  14. . Interior Dept., Bureau of Reclamation. 1993. ISBN 0-16-061623-9.
  15. . [2010-07-28]. (原始内容存档于2010-08-16).
  16. UV treatment http://www.uvo3.co.uk/?go=Irrigation_Water 页面存档备份,存于
  17. ultrasonic algae control http://www.lgsonic.com/irrigation-water-treatment/ 页面存档备份,存于

外部链接

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 本條目出自公有领域Chisholm, Hugh (编). (11th ed.). 劍橋大學出版社. 1911.

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