灌溉

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灌溉就是人为方式使用天然降水（雨水）以外的其他水源供给土地或土壤水分，多半是用来种植农作物或其他植物，也可以用来维持地貌景观，或在干燥地带或是在过度降雨后的地区进行植被重建，灌溉对农作物也有其他的好处，包括保护植物免于霜害、在粮食区抑制杂草成长，并且抑制土壤固结。不用灌溉而以雨水为唯一水源的农业称为旱田。

灌溉系统也会用来抑制灰尘、排放污水以及矿物的堆摊浸滤。灌溉系统常会和排水系统一起研究，后者是用天然或人工的方式除去某一区域地表或是地表以下的水分。

灌溉是五千多年来农业的中心特征，也是许多文化的成果，是许多国家经济及社会的基础。

## 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、泉水、湖泊、地下水、井、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。

如何从水源引入水，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世纪在埃及和美索不达米亚平原，人类已经采用灌溉技术，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。

在秘鲁的安第斯山中，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，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。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。

在巴基斯坦和北印度也有前2600年的灌溉水渠。

在中国，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。

从20世纪起，柴油和电力运转的机械，可以帮助人们抽取地下水用于灌溉。

## 水源

### 地下水和地表水

灌溉水可以来自地下水（从泉水或井中提取）、地表水（从河流、湖泊或水库提取）或非传统来源，如处理后的废水、淡化水、排水或雾收集。虽然洪水收集属于公认的灌溉方法，但雨水收集通常不被视为灌溉的一种形式。雨水收集是从屋顶或未使用的土地收集径流水并将其浓缩。

### 经处理或未经处理的废水

如果回收的都市废水含有氮、磷和钾等营养物质，那么它还可以为植物施肥。使用再生水进行灌溉有许多好处，包括与其他水源相比成本较低，并且无论季节、气候条件和相关用水限制如何，都能确保供应的一致性。当再生水用于农业灌溉时，处理后的废水中的养分（氮和磷）含量具有充当肥料的好处。这使得污水中排泄物的再利用具有吸引力。

灌溉用水可以以不同的方式用于不同的作物，例如用于生吃的粮食作物或用于生吃或未加工的供人类食用的作物。对于加工粮食作物：供人类食用但不生吃而是经过食品加工（即煮熟、工业加工）的作物。它也可用于不供人类消费的作物（例如牧场、饲料、纤维、观赏植物、种子、森林和草坪作物）。

在发展中国家，农业越来越多地使用未经处理的城市废水进行灌溉通常是以不安全的方式。城市为新鲜农产品提供了利润丰厚的市场，因此对农民很有吸引力。然而，由于农业必须与工业和市政用户争夺日益稀缺的水资源，农民往往别无选择，只能直接使用被城市废物污染的水来浇灌农作物。

在农业中使用未经处理的废水可能会带来严重的健康危害。都市废水可能含有化学和生物污染物的混合物。在低收入国家，排泄物中的病原体含量通常很高。在工业发展速度超过环境监管速度的新兴国家，无机和有机化学品带来的风险日益增加。世界卫生组织于 2006 年制定了废水安全使用指南，提倡采用“多重屏障”方法废水利用，例如鼓励农民采取各种降低风险的行为。其中包括在收获前几天停止灌溉，让病原体在阳光下死亡；小心浇水，以免污染可能生吃的叶子；用消毒剂清洗蔬菜；或将农业中使用的粪便污泥干燥后再用作人类粪便。

经常被提及的缺点或风险包括潜在有害物质的含量，例如细菌、重金属或有机污染物（包括药品、个人护理产品和杀虫剂）。废水灌溉对土壤和植物既有正面的影响，也有负面的影响，取决于废水的成分以及土壤或植物的特性。

### 其他来源

灌溉水也可以来自非传统来源，如处理过的废水、淡化水、排水或雾收集。

在夜间潮湿空气席卷的国家，可以透过在寒冷的表面上凝结来获得水。这是在兰萨罗特岛的葡萄园中使用石头来冷凝水的做法。集雾器也由帆布或箔片制成。在大城市地区，使用空调机组的冷凝水作为水源也越来越流行。

截至 2019 年 11 月，一家总部位于格拉斯哥的新创公司已帮助苏格兰的一位农民种植用海水灌溉的可食用盐沼作物。一英亩以前贫瘠的土地被用来种植海蓬子、海蓼和海紫菀；这些植物的利润比马铃薯高。每天对土地进行两次洪水灌溉，以模拟潮汐洪水；利用风力从海中抽水。其他好处包括土壤修复和碳封存。

### 争夺水资源

直到 20 世纪 60 年代，截至 2024 年，地球上的人口数量还不到一半。他们需要人类目前从河流取水量的三分之一。如今，对水资源的竞争更加激烈，因为地球上有超过 70 亿人口，这增加了因耗水的畜牧业和集约化农业生产而过度消耗粮食的可能性。这导致工业、城市化和生物燃料作物对水的竞争日益激烈。农民必须努力提高生产力，以满足日益增长的粮食需求，而工业和城市则必须找到更有效利用水的方法。

成功的农业取决于农民能否获得充足的水。然而，水资源短缺已成为世界许多地区农业的关键限制因素。

## 形式

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### 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 经济和地理条件，例如需要灌溉的地域面积大小，有什么可用的技术，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铝管引水，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。

### 喷灌

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巴，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升/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，水存流在叶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

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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钢管或铝管上，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。

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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。

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#### 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

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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

井灌是中国大陆防治土地盐碱化的重要手段。井灌抽取深层的地下淡水用作灌溉，同时淋湿地表盐分。同时并用“井排”，即抽去浅层的咸水使得地下水位下降。

## 技术挑战

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灌溉技术要解决许多技术上及经济上的问题，同时又要使对环境的负面影响减到最小。

- 对地表水权的争夺
- 地下水层过度使用（枯竭）
- 地层下陷（例如路易斯安那州的新奥尔良、台湾的嘉南平原）
- 灌溉不足或是只够植物使用的灌溉方式（滴水线灌溉）会造成土壤盐化，在高蒸发率的土壤中产生有毒的盐类，需要用沥滤方式将盐类溶于水中，再排水使盐类排掉。若利用滴水线灌溉，最好定期进行沥滤（水量只需要略多一些），因此盐类可以冲洗到植物根部以下。
- 由于分布均匀性不佳或是灌溉管理问题造成的过度灌溉，会浪费水、农药，也可能会造成水污染。
- 过度灌溉产生的深排水会带来地下水位的上升，有时会产生土壤盐化的问题，需要某种水系进行地下水位控制。
- 若用盐水或是钠吸附比的水灌溉，会形成盐碱地，破坏土壤结构。
- 过滤器堵塞：多半是因为藻类繁殖而堵塞过滤器，滴水装置和喷嘴，紫外线及超音波可以控制灌溉系统中的藻类生长。

## 外部链接

- 皇家工程博物馆中介绍19世纪印度的灌溉
- 灌溉技术
- 西门豹引漳水溉邺——中国古代凿渠引河水灌溉农田的最早记事
- Royal Engineers Museum : 19th century Irrigation in India
- International Commission on Irrigation and Drainage (ICID)
- When2Water.com Tutorial and online calculators related to agricultural irrigation
- Irrigation at the Water Quality Information Center, U.S. Department of Agriculture
- AQUASTAT : FAO's global information system on water and agriculture
- Irrigation Supplies : Principles of Water Irrigation Systems
- Irrigation & Gardening : Future Of Irrigation Needs
- "Lamp Wick Solves Problem of Citrus Irrigation" Popular Mechanics, November 1930
- World Bank report on Agricultural water management Irrigation is discussed in chps. 1&4.