园艺/灌溉

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撒哈拉之心灌溉高空航拍

灌溉是指人工向土壤中施加水，以确保植物有充足的水供应。在作物生产中，它主要用于在干旱时期补充降雨量，但也用于保护植物免受霜冻。 此外，灌溉还有助于抑制稻田杂草生长。

相比之下，仅依赖直接降雨的农业有时被称为旱地农业或雨养农业。

灌溉的历史

公元 1840 年左右，埃及上游的畜力灌溉

中国吐鲁番坎儿井隧道内部。

灌溉是一种古老的实践，考古证据表明早在公元前 6 千年，美索不达米亚和埃及就已存在灌溉系统，当时在自然降雨不足以支撑这种作物生长的地区种植大麦。 在西半球，考古学家在秘鲁安第斯山脉的扎纳河谷发现了早在公元前 4 千年的灌溉渠。巴基斯坦和印度北部的印度河文明（从公元前约 2600 年开始）也拥有早期的运河灌溉系统（从公元前约 2600 年开始）。 他们实施了大规模农业，并使用了一个广泛的运河网络来灌溉。他们开发了复杂的灌溉和存储系统，包括公元前 3000 年在吉尔纳建造的水库。

有证据表明，古代埃及法老阿蒙涅姆赫特三世在第十二王朝（约公元前 1800 年）利用法尤姆绿洲的天然湖泊作为水库，储存多余的水，以便在干旱季节使用，因为该湖泊每年都会随着尼罗河的年度泛滥而膨胀。

大约公元前 800 年，在古代波斯发展起来的坎儿井是现今仍在使用的最古老的灌溉方法之一。它们现在分布在亚洲、中东和北非。该系统包括一个垂直井和倾斜隧道的网络，这些隧道开挖在悬崖和陡峭的山坡上，用于开采地下水。 诺拉是一种水轮，轮缘周围有粘土罐，由溪流的流动（或在水源静止的地方由动物）驱动，首次被罗马定居者在北非使用。到公元前 150 年，这些罐子配备了阀门，以便在它们被强行放入水中时更平稳地灌满。

古代斯里兰卡的灌溉工程，最早可追溯到公元前约 300 年，是在潘杜卡巴亚国王统治时期，并在接下来的 1000 年中不断发展，是古代世界最复杂的灌溉系统之一。除了地下运河外，僧伽罗人是第一个建造完全人工水库来储存水的人。该系统在帕拉克拉玛巴胡国王统治时期（公元 1153-1186 年）得到广泛修复和进一步扩展。

中国最古老的已知水利工程师是春秋时期的孙叔敖（公元前 6 世纪）和战国时期的西门豹（公元前 5 世纪），他们都参与了大型灌溉工程。在属于古代中国秦国的四川地区，都江堰灌溉系统建于公元前 256 年，用于灌溉今天仍供水的广阔农田。 到公元 1 世纪，汉代，中国人还使用链式泵将水从低处提升到高处。 这些泵由人工脚踏板、水力水轮或由牛拉动的旋转机械轮驱动。 水被用于公共工程，例如为城市住宅区和宫殿花园供水，但主要用于田间农田的灌溉运河和渠道。

15 世纪的朝鲜发现了世界上第一个水位计，即woo ryang gyae（朝鲜语：우량계），时间是公元 1441 年。发明人是朝鲜王朝的朝鲜工程师张英实，在国王世宗的积极指导下。它被安装在灌溉水箱中，作为全国范围内测量和收集降雨量以用于农业应用的系统的一部分。有了这个仪器，规划者和农民可以更好地利用调查中收集的信息。

到 20 世纪中叶，柴油和电动机的出现首次导致了能够以比其补给速度更快的速度将地下水从主要含水层中抽出的系统。这会导致含水层容量的永久性损失，水质下降，地面沉降和其他问题。华北平原、旁遮普省和美国大平原等地区的粮食生产的未来受到威胁。

灌溉类型

小麦的盆地漫灌

喷灌

各种灌溉技术在从源头获得的水如何分配到田间方面有所不同。一般来说，目标是均匀地为整个田地供水，使每株植物都获得所需的水量，既不多也不少。

地面灌溉

在地面灌溉系统中，水通过简单的重力流动在土地上移动，以润湿土地并渗入土壤中。地面灌溉可细分为沟灌、畦灌或盆地灌溉。当灌溉导致耕地洪水或接近洪水时，它通常被称为漫灌。从历史上看，这是灌溉农田最常见的方法。

在灌溉水源允许的情况下，水位由堤坝控制，通常用土壤堵塞。这在梯田水稻田（稻田）中经常可见，该方法用于灌溉或控制每个独立田地的水位。在某些情况下，水被泵送或通过人力或畜力提升到土地的水平。

局部灌溉

局部灌溉是指通过管道网络以预定模式低压分配水，并以少量流量应用于每株植物或其附近。滴灌、喷灌或微喷灌和冒泡灌溉属于此类灌溉方法。

滴灌或微灌

滴灌 - 滴头工作中

滴灌布局及其组成部分

水滴状地输送到植物的根区或附近。这种类型的系统可以是最节水型的灌溉方法，如果管理得当，因为蒸发和径流可以降到最低。在现代农业中，滴灌通常与塑料地膜结合使用，进一步减少蒸发，也是施肥的输送方式。此过程被称为w:fertigation。

如果滴灌系统运行时间过长或流量过大，可能会发生深层渗透，导致水渗入根系以下。滴灌方式从高科技的计算机控制到低科技的相对劳动密集型，种类繁多。与大多数其他类型的系统相比，滴灌系统通常需要较低的水压，低能耗中心支点系统和地面灌溉系统除外。系统可以设计为在整个田地内均匀分布水，也可以设计为在包含多种植物种类的景观中精确地向单个植物供水。虽然在陡坡上很难调节压力，但可以使用压力补偿型滴头，因此田地不需要平坦。高科技解决方案包括沿从计算机控制阀门延伸的管道放置精确校准的滴头。压力调节和过滤去除颗粒都非常重要。管道通常为黑色（或埋在土壤或覆盖物下），以防止藻类生长并保护聚乙烯免受紫外线降解。但滴灌也可以像将多孔陶器容器埋入土壤中，然后偶尔从软管或桶中注水一样简单。地下滴灌已被成功应用于草坪，但比传统的洒水系统更昂贵。地面滴灌系统对草坪和高尔夫球场而言并不经济（或美观）。Netafim、Jain Irrigation Systems、Chapin Watermatics、Eurodrip、Plastro Irrigation Systems 是主要的滴灌系统制造商。过去，地下滴灌 (SDI) 系统在用于草坪时，主要缺点之一是必须将塑料管道埋设在地下，并且彼此非常靠近，从而破坏草坪区域。滴灌安装器方面的最新技术发展，例如新墨西哥州立大学箭头顶端中心的滴灌安装器，可以将管道埋设在地下，并覆盖切口，不留裸露的土壤。

喷灌

英国牛津郡米勒斯农场中心的移动喷灌机

在喷灌或空中灌溉中，水通过管道输送到田地内一个或多个中心位置，然后由高压空中喷头或喷枪进行分配。使用安装在永久安装立管上的喷头、喷雾器或喷枪的系统通常被称为*固定式*灌溉系统。旋转的高压喷头被称为*旋转喷头*，由球形驱动器、齿轮驱动器或冲击机制驱动。旋转喷头可以设计为进行全圆或部分圆旋转。喷枪与旋转喷头类似，但它们通常在 40 到 130 lbf/in²（275 到 900 kPa）的极高压力和 50 到 1200 US gal/min（3 到 76 L/s）的流量下运行，喷嘴直径通常在 0.5 到 1.9 英寸（10 到 50 毫米）之间。喷枪不仅用于灌溉，还用于工业应用，例如降尘和伐木。

纽约普莱恩维尔的蓝莓喷灌

喷头也可以安装在通过软管连接到水源的移动平台上。被称为*移动喷灌机*的自动移动轮式系统可以无人值守地灌溉小型农场、运动场、公园、牧场和公墓等区域。其中大多数使用卷绕在钢制滚筒上的聚乙烯管。当喷头由灌溉水或小型汽油发动机驱动的滚筒卷绕时，喷头就会在田地中移动。当喷头回到卷轴上时，系统会关闭。这种类型的系统在大多数人眼中被称为“水卷轴”移动灌溉喷头，它们被广泛用于降尘、灌溉和土地废水处理。其他移动喷灌机使用扁平橡胶软管，软管在喷头平台由电缆牵引时在后面拖动。这些电缆式移动喷灌机无疑是老技术，它们的使用在当今的现代灌溉项目中受到限制。

中心支点灌溉

中心支点灌溉系统的枢纽。

中心支点灌溉是一种喷灌方式，由几段管道（通常是镀锌钢或铝）连接在一起，并由安装在轮式塔架上的桁架支撑，喷头沿管道长度排列。系统以圆形方式移动，并从拱形中心的支点接收水。这些系统在美国地形平坦的地区很常见。

带有滴灌的中心支点。照片由 Gene Alexander 拍摄，美国农业部自然资源保护局。

现在大多数中心支点系统都使用从称为*鹅颈管*的 U 形管道悬挂的滴管，鹅颈管连接在管道顶部，喷头距离作物几英尺（最多），从而限制蒸发损失。滴管也可以用于拖曳软管或起泡器，将水直接沉积在作物之间的地面上。作物以圆形种植，以适应中心支点。这种类型的系统被称为 LEPA（低能耗精准施用）。最初，大多数中心支点都是水驱动的。这些后来被液压系统（*T-L Irrigation*）和电动机驱动系统（*Lindsay*、*Reinke*、*Valley*、*Zimmatic*）所取代。如今，大多数系统都由安装在每个跨度的低处的电动机驱动。这驱动减速齿轮箱，横向传动轴将动力传递到安装在每个车轮后面的另一个减速齿轮箱。现在可以使用精确控制，其中一些具有 GPS 定位和远程计算机监控功能。

侧移（侧滚、轮线）灌溉

爱达荷州的轮线灌溉系统。2001 年。照片由 Joel McNee 拍摄，美国农业部自然资源保护局。

一组管道，每根管道在中点处永久固定一个直径约 1.5 米的车轮，并在其长度方向上安装喷头，这些管道在田地的一侧边缘连接在一起。使用一条大型软管在田地一侧供应水。在施用足够的水后，将软管移除，剩余的组件通过手工或专门设计的机构旋转，使喷头在田地中移动 10 米。然后重新连接软管。重复此过程，直到到达田地的另一侧。与中心支点相比，这种系统的安装成本更低，但操作起来劳动强度更大，并且能够输送的水量有限。大多数系统使用直径为 4 或 5 英寸的铝制管道。侧移系统的一个特点是它由可以轻松拆卸的节段组成。它们最常用于小型或形状奇特的田地，例如丘陵或山区地区的田地，或者劳动力成本低廉的地区。

地下灌溉

地下灌溉，有时也称为*渗透灌溉*，在水位高的田地作物中已经使用了许多年。它是一种通过人工抬升水位使土壤从植物根系以下被润湿的方法。这些系统通常位于低洼地区或河流谷地的永久性草地上，并与排水基础设施结合在一起。抽水站、运河、堰和闸门的系统允许它增加或降低沟渠网络中的水位，并以此控制地下水位。

地下灌溉也用于商业温室生产，通常用于盆栽植物。水从下方输送，向上吸收，多余的水被收集起来循环利用。通常，水和营养物质的溶液会短暂地（10-20 分钟）淹没容器或流过水槽，然后被泵回储罐以供重复使用。温室地下灌溉需要相当复杂且昂贵的设备和管理。优点是节约水和养分，以及通过降低系统维护和自动化来节省劳动力。它在原理和作用上与地下滴灌类似。

使用桶或浇水壶进行人工灌溉

这些系统对基础设施和技术设备的要求较低，但需要大量的劳动力投入。例如，在一些非洲国家的大城市周围的城郊农业中，人们使用浇水壶进行灌溉。

灌溉水源

灌溉水源可以是地下水，从泉水或井中抽取，也可以是地表水，从河流、湖泊或水库中提取，也可以是非传统来源，例如处理过的废水、脱盐水或排水水。一种使用地表水的特殊灌溉形式是洪水灌溉，也称为洪水收集。在发生洪水（洪峰）的情况下，使用水坝、闸门和渠道网络将水引到通常干涸的河床（洼地）中，并将其散布到广阔的区域。然后，土壤中储存的水分将用于种植作物。洪水灌溉区尤其位于半干旱或干旱的山区。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一种灌溉形式。雨水收集是指从屋顶或闲置土地收集径流水，并将这些水集中到耕地上。因此，这种方法被认为是一种水集中方法。

地下灌溉系统的工作原理

大多数商业和住宅灌溉系统都是“地下”系统，这意味着所有东西都埋在地下。管道、喷头和灌溉阀都隐藏起来，这使得景观更清洁、更美观，无需人工移动花园软管或其他物品。

水源和管道

喷灌系统的起点是水源。这通常是连接到现有（城市）自来水管的龙头，或者是从井或池塘中抽水的泵。水从水源流经管道，通过阀门到达喷头。从水源到灌溉阀门的管道称为“主管道”，从阀门到喷头的管道称为“侧管道”。如今，大多数灌溉系统中使用的管道都是 HDPE 和 MDPE 或 PVC 或 PEX 塑料压力管道，因为它们易于安装且耐腐蚀。经过水源后，水通常会流经反向流防止装置。这可以防止灌溉管道中的水回流到干净的供水系统中，并污染干净的供水系统。

控制器、区域和阀门

大多数灌溉系统都分为区域。一个区域是一个单独的灌溉阀门和一个或一组通过管道连接的喷头。灌溉系统被划分为区域，因为通常没有足够的压力和可用流量来同时为整个院子或运动场运行喷头。每个区域都有一个电磁阀，它通过电线由灌溉控制器控制。灌溉控制器是一个机械或电子设备，它在特定时间发出信号让一个区域打开，并将其打开特定时间。“智能控制器”是最近使用的术语，用来描述能够根据当前环境条件自动调整浇水时间的控制器。智能控制器通过当地历史天气数据、湿度传感器（水势或水分含量）、气象站或它们的组合来确定当前条件。

喷头

当一个区域打开时，水会流经侧管道，最终到达灌溉喷头。大多数喷头底部都有螺纹管接头，可以将配件和管道连接到它们。喷头通常安装在头部顶端与地面齐平的位置。当水加压时，头部会从地面弹起，并浇灌所需区域，直到阀门关闭并关闭该区域。当侧管道中不再有水压时，喷头会缩回地面。

学术资源

• Irrigation Science，ISSN: 1432-1319（电子版） 0342-7188（纸质版），施普林格
• Journal of Irrigation and Drainage Engineering，ISSN: 0733-9437，美国土木工程师学会出版物

参考资料

• "杰斯·斯特赖克的景观灌溉教程". Retrieved August 1, 2005.
• Dillehay TD，Eling HH Jr，Rossen J (2005)。“秘鲁安第斯山脉的陶器前灌溉渠”。《美国国家科学院院刊》。102 (47): 17241–4。 PMID 16284247.{{cite journal}}：CS1维护：作者列表有重复姓名 (link)
• “RW 环境智能控制器辅助” (PDF). 检索于 2006年12月18日.
• “用更少的水保持优质草坪的技术”. 检索于 2014年5月24日.

外部链接

• “灌溉技术”. USGS. 检索于 2005年12月8日.
• “灌溉协会”. 检索于 2005年12月8日.
• 皇家工程师博物馆 19世纪印度灌溉
• 水统计 粮农组织关于水和农业的全球信息系统
• 相关文章 在Appropedia上，这是一个非维基百科（项目和实用的“如何操作”）内容的维基。