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节水灌溉机械要走出中国范儿(附图)

中国机械工业联合会机经网  发布时间:2016-12-12 09:25:40  来源:排灌机械工程学报


关键词: 灌溉机械    节水    机艺融合    农机发展   

在我国农业生产中,水资源紧缺问题越来越突出。我国现有耕地中灌溉面积9.25亿亩、旱作近10亿亩,年灌溉用水3600亿方、缺口300亿方,每年受灾面积高达4~5亿亩、损失粮食600亿斤。以国产卷盘式喷灌机为代表的节水灌溉装备成为实现水资源高效利用,化解地下水超采危机,降低农业劳动成本,保证我国农业可持续发展的战略选择。

在我国农业生产中,水资源紧缺问题越来越突出。我国现有耕地中灌溉面积9.25亿亩、旱作近10亿亩,年灌溉用水3600亿方、缺口300亿方,每年受灾面积高达4~5亿亩、损失粮食600亿斤。以国产卷盘式喷灌机为代表的节水灌溉装备成为实现水资源高效利用,化解地下水超采危机,降低农业劳动成本,保证我国农业可持续发展的战略选择。

生态恶化,粗放型灌溉模式必须要改

“人多地少是我国的基本国情,要用占世界9%的耕地去供养占世界20%的人口,我们不得不提高耕地复种指数,甚至在生态脆弱地区垦荒种地,这对水资源需求量很大。”日前,全国农技中心节水处处长高祥照在第三届中国农机手大赛“节水灌溉讲堂”上讲到。我国每年用水5800亿方,其中农业用水3600亿方,占62%。但我国水资源仅占世界的6%,年缺口300亿方,每年受灾面积高达4~5亿亩、损失粮食600亿斤。

虽然,我国于上世纪90年代就开始推广节水灌溉,但以“小白龙”为主,农民拉着水管在地里浇水。这种灌溉模式仍然属于粗放型大水漫灌,浪费很严重而且效率很低,3个人1天才灌七八亩地,新疆500亩的棉花地要14个人灌半个月。水利条件稍好的地方有沟渠灌溉,但由于蒸发量大,水资源利用率依然很低。此外,沟渠的修建,占用了约14%的耕地,又造成了耕地资源的浪费。

不仅如此,粗放型农田灌溉模式还是我国农业生产“肥多、药多、膜多、投入多”的主因之一。以施肥为例,传统的犁地翻土施撒固体肥料,化肥实际利用率仅为20%。比如最常见的氮肥尿素,极易溶于水。据一项调查显示,如果在施肥后灌溉,作物对尿素的实际吸收率一般维持在15%左右。由于化肥使用率低,农民不得不增加化肥使用量,对土壤、水资源造成了严重污染。

近年来,通过发展集雨灌溉、地膜覆盖作业,我国西北年均降水量300毫米左右的旱作农业区曾创下了玉米亩产达1500斤的农业奇迹。但那里属于本不应该发展农业的生态脆弱区,耕种会破坏沙质土壤表面的保护壳、降低土壤蓄水能力,成为我国北方沙尘暴源头之一。所以,应当在中东部地区大力发展节水灌溉,提高水资源利用率和粮食总产量,在生态脆弱区退耕还林保持我国生态环境的平衡。

“在生态约束趋紧的情况下,大力推行节水灌溉已经刻不容缓。”高祥照说,而且节水本身不仅是省水,更能省肥省药,是推进化肥、农药使用量零增长行动的关键途径。

立足国情,推广节水灌溉机械要因地制宜

为发展节水灌溉,国家于2012年开始大力推广大型喷灌机。这是一种广泛应用于欧美国家的先进节水灌溉机械,一次性灌溉面积可达上千亩,既节水又高效。

江苏华源节水股份有限公司总经理邱志鹏介绍说,大型喷灌机要求单口机井出水量在60吨以上,欧美国家水资源相对丰富没有问题。而我国地下水资源如此充沛的地区却不多,在中西部地区出水量太小根本无法运转。

大型喷灌机还对地块有要求,需要土地规模连片,不能有沟、不能有渠、不能有树、不能有电线杆,不然就转不了。一台大型喷灌机效率最高的时候要达到500亩以上才能产生效益,否则就不划算。在目前我国农业生产经营分散的情况下,它也是不大适用的。因此,在我国大部分地区,体型庞大、单次灌溉面积大的大型喷灌机难以“施展拳脚”。

同时,我国也从以色列引进了微型滴灌技术和设备。以色列国土面积狭小、极为缺水,设施农业发达、大田农业很少。与之截然相反,我国以大田农业居多、设施农业较少。“滴灌节水效率很高,适合在设施农业园区推广,要在大田农业生产中推广成本太高,农民难以接受。”邱志鹏说。

“因此,我国发展节水灌溉,绝对不可能完全照搬某一国家的模式,一定要根据国情进行自主创新。”邱志鹏说,我国各地区自然环境差异大,要根据各地自然环境特点因地制宜地选择灌溉设备,所以我国一定是多种灌溉模式并存。

机艺融合,将水肥一体化与喷灌机结合使用

“我国大田农业为主、规模化程度不高的农情,决定了中型喷灌机是节水灌溉适用机械。”邱志鹏说,中型卷盘式喷灌机机动灵活、自动化程度高、投资低,适合大中小不同规模作物的规模化作业,是适用性较广的灌溉装备之一。

传统国产卷盘式喷灌机,采用国外上世纪80年代技术,存在传动级数多、驱动单元效率低和机械式速度控制偏差大的问题,致使设备能耗高、灌溉均匀度低。

“对此,我们进行了四处关键技术创新,解决了传统卷盘式喷灌机存在的问题。”邱志鹏介绍,一是研发太阳能供电的直流电机直接驱动变速箱,入机压力降低10%、耗能低;二是采用蜗轮蜗杆+直齿圆柱齿轮的传动组合,传动效率提高20%,体积减小10%;三是建立了卷盘综合参数传感与速度控制技术,速度偏差由国内普遍存在的20%降低到5%左右,灌溉均匀度超出国家标准;四是建立灌水量-移动速度决策方法,操作简单,只需输入灌水量,即可自行运行。该设备单条作业、机动灵活,可以有效应对地面坑渠,地块腹宽70米、长度10米即可作业。同时,可根据地块长度延伸作业,不受限制。只需3吨水就可以作业,也更加符合我国缺水的实际。

这种光伏电驱动卷盘式喷灌机节水喷灌效果比大田漫灌节省30%以上,自动化程度较高,一台机器就可以作业200亩地,一个人能控制4台左右。“不少种粮大户和农机合作社已经认识到科学灌溉对于增产增收的作用,而且还能成为一项新的农机作业服务内容,农民自行采购设备增多,慢慢扭转灌溉机械对政府水利项目过度依赖局面。”农业部农机推广总站总工程师徐振新说。

“机艺融合是农机发展的方向。我们与华源正在研究将水肥一体化和喷灌机结合起来,在节水的同时节肥。”江苏大学教授汤跃说,难点在水肥分配关系,要精准,多了不行少了也不行。少了达不到效果,多了等于肥料丢失了。

(李纯)

 

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责任编辑:机经网编辑部 tongdx
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