美国雨鸟喷头-节水灌溉的发展历史
2019/7/19 14:35:23
生命之起源，水为必然条件。没有了水，地球上的生命将会枯竭。人类文明之数千年历史，为水而奋斗是极其重要的篇章。如我国的郑渠、灵渠及都江堰，埃及尼罗河两岸历史悠久的灌溉工程都是很好的例证。
20世纪以前，经过数个世纪的探索，人类学会了拦河蓄水，筑渠引水，开畦灌溉的技术。但用水效率低下，局限了灌溉面积的扩大。生产足够的粮食，为迅猛增长的人口提供食品，怎样提高水的利用率成了20世纪一大难题。
喷灌技术
1894年，一位名叫查尔斯·斯凯纳的美国依阿华州人，发明了一种非常简单的喷水系统，开拓了人类利用机械设施节水灌溉的先河。1933年，美国加州一个叫澳滕·英格哈特的农民发明了世界第一只摇臂喷头，并注册专利，由著名的雨鸟公司制造。这种新型喷头的问世，对此后农业节水灌溉起到了革命性的推动作用。采用摇臂喷头喷水系统后，水的利用率大大提高，比大水漫灌可提高约50%以上。这样，同样的水可多灌50%的面积。美国农业工程师协会（ASAE）在1990年举行的“农业工程50周年庆典”上为此授予雨鸟公司“历史里程碑奖”。
二次世界大战以后，美国的经济、技术飞速发展，以皮尔斯(Pierce)为先导的灌溉企业制造出多种快速连接铝合金接头，与薄壁铝管连接，诞生了半固定及固定式薄壁喷灌系统，使得大面积采用喷灌系统成为可能。半固定系统的优点是造价低廉，对田间耕作无影响。缺点是人工搬动劳动强度大。固定式喷灌系统的优点是劳动强度小，但造价高，对田间耕作有影响，适合于多年生作物灌溉。
为充分利用半固定式喷灌系统造价低的优点，克服其劳动强度高的缺点，一种由机械驱动的类似于半固定系统的喷灌机在30年代晚期由一位叫哈里·法里斯通(Harry.Firestone)的人发明并投入使用。现在仍有数家公司，如美国的维德(WadeCo.)，莱克(Lake)、皮尔斯(Pierce)等在制造这种被称为滚移式喷灌机(SideRoll或WheelMoving)的机器。其优点是造价比固定式喷灌系统低，劳动强度比半固定式、手工搬管系统低，维修方便。这种机器结构简单，由一台小马力汽油机驱动。滚动轮由薄壁镀锌钢板做成，管道为薄壁铝合金管。适用于低干作物，如棉花、小麦、蔬菜、草皮、草场等的灌溉。
进入50年代，由于经济的快速发展，美国的劳务成本迅速上升。农场主迫切需要劳动成本比滚移式喷灌机还要低廉的机器。
1952年，一位名叫弗兰克(Frank)的科罗拉多州的农民发明了一种水力驱动，自动转圈，上边悬挂喷头的喷灌机具，取名为中心支轴式喷灌机(CenterPivot)。后来这种机器的生产权售给内巴拉斯加州的伐利公司（即现在的维蒙特）。这种机器在70年代前多配置雨鸟公司生产的摇臂喷头。其优点是自动化程序高，灌溉劳务成本非常低；地形适应性强，不需要平地。缺点是土地利用率低（约78%）。60年代后，这种机器在地广人稀、地势不平坦的美国中部农业区科罗拉多、内巴拉斯基、堪萨斯广泛推广开来。
70年代，由于石油危机的影响，中心支轴式喷灌机的喷头由摇臂喷头改为低压微喷喷头，以达到节约能源的目的。此后，水力驱动也逐渐改变为电力驱动，可靠性越来越高。目前，美国总灌溉面积中，约31%采用中心支轴式系统灌溉。为提高土地利用率，后来又开发出平移式喷灌机(LateralMoving)，但使用并不多。因为成本较高，维修不方便，能耗高。
著名的中心支轴式喷灌机制造商有美国的伐利及林赛。
还有一种叫卷盘式喷灌机的灌溉机具，广泛流行于欧洲各地，起源于法国，适合于中、小农场。整套机具配一支大喷枪，流量及射程非常大。这种机器使用灵活、方便，劳务成本低。但能耗高，喷水均匀度不好，对土壤侵蚀严重，对作物打击强度太大。
尽管喷灌的用水效率大大高于传统的地面灌溉技术，但对于十分干旱少雨的地方来说，仍是不尽人意。因为喷灌要全面积湿润，作物颗间的蒸发基本上是无效的。
滴灌技术
40年代末期，一位叫希姆克·伯拉斯(Symcha.Blass)的以色列农业工程师在英国发明了滴灌技术。50年代，他将此种技术带回以色列的内格夫沙漠地区，应用于温室内灌溉。从60年代初开始，滴灌在以色列、美国加州得到广泛推广，主要应用于水果及蔬菜灌溉。滴灌的用水效率高达90%以上，主要归因于无输水损失，管理好的话可无深层渗漏，无地面径流损失，直接入渗于根区使得作物棵间蒸发损失非常小。除用水效率非常高外，利用滴灌系统施肥，其效果更佳。可根据作物不同生长期需肥要求，准确地随灌溉水施入不同的肥料，可使作物生长于最优水、肥环境中。滴灌不只使作物产量提高，节约水资源，而且可大大提高作物品质。目前仍是全球最为蓬勃发展的灌溉技术。
著名的滴灌制造商有：以色列的耐特费姆(Netafim)、美国的雨鸟公司、T-System等。
20世纪，喷灌、滴灌技术除在农业上得到空前发展之外，城市园林绿化上也广泛采用。草坪灌溉多用地埋式喷灌技术，采用地埋式，主要出于景观美化的目的。著名的制造商有美国雨鸟公司、Toro公司及Hunter公司。
80年代以来，不少企业及研究人员开始探讨地下滴灌技术（简称SDI），将滴灌技术的优点发挥到极致（无地面蒸发损失）。澳大利亚的昆士兰，美国的加州、夏威夷等地，SDI广泛应用于灌溉甘蔗及蔬菜，取得良好效果。雨鸟公司在我国新疆南部将滴灌带埋于地下30厘米，用于铁路防风林带灌溉，也取得良好效果。SDI也有应用于草坪灌溉的，但取得较好效果的报告不多见，推广较缓慢。雨鸟公司开发了一系列应用于园林花卉、行道树灌溉的滴灌设备，在美国、加拿大等地广受欢迎。
我国的节水灌溉技术发展
我国从70年代开始引进喷灌、滴灌技术，80年代中期曾一度得到迅速发展。但因为经济及技术落后，不几年即纷纷下马。进入90年代中期，国家充分意识到我国水资源的短缺，重新大力推广节水技术。经过数年努力，已取得长足进步。引进消化吸收及仿制了不少条滴灌生产线。产品质量比80年代有了很大进步。截至到2015年底，全国灌溉面积达到10.81亿亩，其中，耕地灌溉面积9.88亿亩，我国高效节水灌溉达到2.69亿亩，其中，管道输水灌溉1.34亿亩，喷灌0.56亿亩，微灌0.79亿亩。全国灌溉水利用系数达到0.536。在2.69亿亩高效节水灌溉面积中，华北地区面积1.07亿亩，占全国高校节水灌溉面积的40%，是全国高效节水灌溉面积占比最大的地区。
