水气耦合精量滴头设计与研发：助力我国农业节水灌溉技术发展

本文探讨了我国水资源短缺的现状及其对农业水利用效率的影响。我国农业水资源严重缺乏，农业水利用效率低，而过量灌溉是主要原因之一。习总书记在考察中提出‘农业要节水化’的重要发展思想，明确指出要大力发展高效生态农业。在此背景下，本文提出了‘高产、高效、生态’导向的农业节水灌溉理念，并探讨了加气滴灌和水气耦合精量滴头技术的发展现状和存在的问题。

我国是一个水资源十分紧缺的国家，正常年份农业缺水 300 亿 m3。特别是在我国的北方地区，农业水资源严重紧缺，农业水利用效率很低。据农业部门测算，我国农田自然降水利用率为 40% 左右，而美国等发达国家达到 60-70%。我国农田灌溉水利用系数为 0.5 左右，美国已经达到 0.75，还有 30% 的潜力。我国每方水的农业产出只有 0.83 公斤，比世界平均水平低 30%，也有 30% 的潜力。造成我国水分利用率低的主要是过量灌溉，进一步从深层次上分析我国水分利用效率低的原因，主要是灌溉技术严重脱节。在我国的大部分灌区，大水漫灌现象还很普遍，过量灌溉既造成了水分损失，又产生了肥料淋失，造成了农田面源污染，在盐碱化易发地区，可能产生土壤次生盐碱化。

2020 年，习总书记在贺兰县稻渔空间乡村生态观光园考察中提出‘农业要节水化’这一重要发展思想，明确指出要大力发展高效生态农业，“所谓高效，就是要体现发展农业能够使农民致富的要求；所谓生态，就是要体现农业既能提供绿色安全农产品又可持续发展的要求。” 坚持 ‘高产、高效、生态’ 导向，在保证作物产量的情况下提高水分利用效率，减少肥料淋失，改善农业生产对生态环境的作用，实现同步提高产量和降低环境污染风险已经成为现代农业重要的研究和实践方向。

21世纪以来，连续11个中央1号文件和中央水利工作会议，都要求把节水灌溉作为重大战略举措，在中央和地方一系列政策措施出台和不断加大投入的情况下，中国节水灌溉发展进入前所未有的快车道，产、学、研水平不断得到提升。近年来，在传统灌溉理论的基础上，农业节水灌溉的研究由传统的丰水高产型转向节水优产型灌溉，以提高水分利用效率为核心，研究重点由单一的注重节水技术向多种农业技术相结合、水、肥、药等多因素一体化以及节水提质等方向转变。加气滴灌通过滴灌管网将氧气或含氧介质直接输送至作物根区土壤，精准调控根区土壤的水、肥、气环境，优化作物根系生长环境，提高作物产量和品质。但是，向滴灌管网加气使得管网中的流体由单一的液相变为复杂的气液两相，产生的气泡会增加对水流的扰动，从而影响滴头的水力性能，造成滴灌带内水气分布不均，滴灌管网水气出流均匀性降低，影响作物产量。水气耦合精量滴头要综合考虑气液两相的均衡与二者交互影响，技术含量高，开发难度大，市场需求大，但国内产品相对缺乏，主要依赖进口，产业竞争力不足。因此本项目意在结合理论指导，将成果转化，开展水气耦合精量滴头的设计与研发，这对我国水气耦合智能灌溉技术的推广应用等方面具有具有重要和深远的意义。

本项目旨在结合理论指导，将成果转化，开展水气耦合精量滴头的设计与研发，以推动我国水气耦合智能灌溉技术的发展。