关键词：大田作物；灌溉；喷灌技术；智能化喷灌
曲阜市位于山东省西南部，属暖温带季风性大陆气候，夏季多雨，春秋干旱，冬季偏冷少雪，雨多集中在6-9月，降雨季节性强，春秋季少雨，时有影响小麦的播种。市内多为平原，北面东面靠山地有少量丘陵地块，大部分土地肥沃，适合大田作物种植，一年两耕作，小农户及种粮大户多种植小麦和玉米等传统粮食作物。
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喷灌技术的原理
喷灌技术是现代农业灌溉领域中的一项先进技术，通过使用喷头将水分均匀地喷洒到农田中为农作物提供所需的水分[1]。这种技术使水分直接作用于农作物的根部区域，最大限度地减少了水资源的浪费，并降低了对土壤和农作物产生压力的风险，同时还能提高灌溉的精确度和效率。喷灌技术的工作原理基本上是通过增加水压，利用管道系统中的喷头将水分喷洒到空中，最终落到作物和土壤上。这一过程可以根据玉米、小麦的生长阶段、土壤类型、气候条件和水源的可用性等因素进行调控。
喷灌系统的组成
2.1 水源和供水系统
水源可以是地下水、地表水、收集的雨水或其他可持续利用的水资源。供水系统通常由泵站组成，它负责把水源中的水提取到喷灌系统中。泵站的设计需要足够的扬程和流量以适应喷灌需求，并且要确保系统能够平稳运行且有较高的效能。
2.2 管道及配件
根据喷灌系统的类别和设计，管道可以是固定的或者可移动的。配件则包括各种接头、阀门、过滤器和压力调节器等元件，这些都是确保水流正确无误地输送到田间并分布到每个喷头的关键部分。
2.3 喷头设计与选择
市场上有多种喷头，包括静态喷头、旋转喷头、扇形喷头等。不同类型的喷头适应于不同的作物和土壤条件，因此必须根据具体情况进行选择。喷头的工作压力、喷洒直径、水量输出和喷洒均匀度都是影响灌溉效果的重要因素。
2.4 自动化控制系统
自动化控制系统它包括传感器、定时器、计算机和移动APP等元件，可以根据天气状况、土壤湿度和作物需水情况调整灌溉计划。这样的系统可以自动开启或关闭灌溉，提高水利用率，并且减少了资源浪费[2]。
2.5 水肥一体化配套设施
水肥一体化配套设施将液态肥料与灌溉水结合，这不仅降低了劳动强度，更进一步提高了作物养分吸收和使用效率。该技术可确保肥料均匀分布于水中，随水直接送达作物根部，提高了肥效和肥料利用率，同时减少了环境污染。
大田作物喷灌技术的优缺点
3.1 节约水资源
传统的渠灌灌溉在亩次平均用水量可以达到100 m3，甚至在地形复杂的山区甚至可能增加到150 m3。与此相比，运用喷灌技术的田地，亩次用水量仅需约25 m3，喷灌节水效果突出。
3.2 省工省时省力
使用先进的喷灌设备，浇一百亩地，也就三天时间。而原来人工浇地，一人一天也就浇3～5亩地，浇一百亩地，需20多天，按一个人一天60元算，浇一百亩地需1200元。使用喷灌后浇100亩地可省16个工，可省1000元。假如赶在出苗期，人工浇地，一边的苗已出，另一边的地还没浇上水，苗出的晚，势必影响农作物长势。
3.3 大田作物喷灌技术的缺点
购置喷灌设备是一项不小的支出，少则一万，多则几万甚至几十万，对小农户购买带来经济压力。另外喷灌时，容易受气候风力的影响，风力达到4级以上，不利于喷灌，会吹散喷洒的水滴，使水滴随风摇摆，喷酒不均匀，不利于作业。在夏季干燥天气，因水是受压力喷洒而下，会加大雨水的蒸发，影响喷洒效果。
大田作物喷灌技术的应用
4.1 田间布局设计
（1）管道布置和喷灌方式
采用灌溉技术时首先需要考虑到大田的大小和形状，以及地形、水源等诸多因素。通常情况下，为了确保水压均匀，管道铺设会设计成网格状，保证在田间任何一个点置喷灌都能获得足够的水量和水压。在现代喷灌系统中，管道通常采用耐久性强、重量轻、易于安装和拆卸的PVC或HDPE材料。喷头的选择需要考虑水量的分布均匀性、风的影响，以及水滴的大小。
（2) 水源配置及过滤系统
水源配置关键是要确保水源的稳定性和足够的流量。一般而言，喷灌系统的设计流量是根据水源水位差及最高作物蒸散需求确定的，根据地形，作物需水程度调节流量及行走速度。过滤系统是保障喷灌系统正常运行的重要组成部分，其主要作用是去除供水中的悬浮物和沉积物，以防堵塞喷头。在水质良好的条件下，可采用简单的网孔过滤器；若水质复杂或含有更多杂质，则需要安装过滤器甚至更复杂的自清洗过滤系统。过滤效率通常要求去除直径大于喷头孔径五分之一的颗粒。
4.2 智能化喷灌技术
传感器是智能化喷灌系统收集信息的感官，包括土壤湿度传感器、温度与湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器等。这些传感器能实时监控田间环境并收集数据，做出灌溉判断。第一，在农田关键点布置传感器，不同传感器根据监测目标选择合理位置与深度，例如土壤湿度传感器通常放在根区附近，土壤湿度传感器精度±3% VWC（体积含水量）。第二，传感器连接可以采用有线或无线方式，确保数据即时传输。第三，根据所收集的实时数据，如土壤湿度、空气温湿度等，分析决定是否启动灌溉系统[3]。第四，系统根据传感器数据自动调节灌溉时长和水量，确保在不同气候和土壤条件下灌溉的准确性和效率。
4.3 大田作物的喷灌设备的应用
喷灌系统的分类主要基于不同的移动方式和水量控制方法，常见的有中心枢轴喷灌系统、微喷灌系统、固定和移动喷灌系统等。
（1）中心枢轴又名指针式喷灌喷灌系统适用于较大的农田灌溉。该系统通过一个中心塔枢轴供水，喷水臂可以围着枢轴旋转喷洒水分，覆盖较大面积的田地。这种系统可以实现高度自动化和精确控制，灌水量和行进速度都可以根据作物需求进行设定。指针式喷灌它的走向是一个圆圈，而地是四方的，所以造成边边角角喷不上，投资也非常大，不受种粮大户的喜爱。
(2）微喷灌系统是指那些通过小喷头喷洒细小水珠进行灌溉的系统。它最大的优点在于可以用较低的水压实现细致的水量控制，适用于幼苗灌溉、温室作物以及对水量要求非常精细的农作物，它能够显著减少水分的蒸发损失，提高灌溉的均匀性。
(3)固定和移动喷灌系统包括静态喷头和移动喷头两种形式。静态喷头安装于特定位置，一般不移动，固定喷灌系统适用于小块农田和精确灌溉需求更高的场景。如伸缩式喷灌机，需先期埋设地下管，在加上头及配件的支出，成本较大，对于种粮大户来说，地块承包期1～5年不等，埋设的管道，土地到期，带不走，在加上喷头容易堵塞，所以固定的喷灌系统也不怎么被种粮大户采用。
移动喷头可以手动或机械移动到需要灌溉的区域。移动喷灌系统适用于面积大田作物的喷灌，其形式多样，有自走式的、卷盘式的、平移式的，其方便移动作业，作业效率高，随浇随撤，能重复利用，又不影响后期机械作业，在加上投资成本相对较低，维修方便，深受种粮大户的喜爱。
结语
机械化喷灌节水灌溉技术所涉及的设备类型并不是单一的，可以有多种选择，且不同的设备均有其适用的情形。种粮大户在选择喷灌设备时，应根据大田的大小及作物的高度、种植的间距等信息进行实地分析，在结合自己的经济实力及使用效果据此确定使用哪种节水喷灌设备。为了实现大田灌溉的效果，应选择滴灌、喷洒、喷头的组合形式，促进多种灌溉方式的有机结合，提升农作物的灌溉效率。输水的过程也可与施肥同步进行，让输水工程转变为水肥一体化工程，进一步提高作物产量和质量。
[1]许方甫.常规秧田硬化微喷灌水稻育秧技术[J].安徽农学通报, 2023,29(Z1):1-4.
[2]鲁智国.农田灌溉节水技术滴灌、喷灌与微喷灌的效果对比分析[J].智慧农业导刊,2024,4(1):31-34.
[3]王爽,李郑淼.高标准农田建设项目喷灌机选型与供电技术浅析[J].水科学与工程技术,2023(6):54-56.
作者单位：山东省曲阜市书院街道办事处
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