一、技术诞生背景与初期探索
新疆地处干旱地区，年降水量极少，仅为 50 - 300mm，而蒸发量却高达 2000 - 3000mm，是典型的灌溉农业区，没有灌溉就没有新疆的农业。农业用水紧张成为制约新疆农业发展的关键问题。为了解决这一难题，新疆开始探索新的节水技术。
1997 年，新疆石河子 121 团进行了滴灌试验，当年就取得了成功。与传统的大水漫灌相比，滴灌技术可以节省 50% 的用水量，而且灌溉的均匀度更好，使得作物生长得更为茂盛。有了这个基础，在尹飞虎院士的引领下，开始思考在拥有滴灌条件的情况下，改变传统的施肥方式。过去，传统的施肥方式主要是在犁地前全程生施，或者是中耕追肥。但是有了滴灌技术，就可以将肥料溶于水，实现水肥一体化的应用。
虽然国外已经有这种技术，但是国外的水溶性肥料成本较高，对于新疆的大田作物来说并不适用。所以要在新疆的大田作物上应用，就必须找到低成本的水溶性肥料来解决这个问题。于是，新疆开始了对低成本滴灌管与国产器材的研发，以及水溶性肥料的研发，共同推动水肥一体化技术快速发展。
二、试验阶段的突破与发展
（一）初试、小试、中试的历程
1996 - 1998 年，新疆结合生产在棉花地里进行了初试、小试、中试三个阶段的膜下滴灌技术试验。1996 年在 121 团 1.667h㎡（25 亩）弃耕的次生盐渍化地下进行首次膜下滴灌试验研究。结果为棉花生长期净灌溉定额 2700m³/h㎡，比地面灌节水 50% 以上，单产皮棉 1335kg/h㎡，是盐碱地上从未有过的产量。1997 年试验扩大到相距各为 100 多 km，处于不同地点的三个团场的 42.8h㎡（642 亩）棉田上进行，土地大部分是盐碱地或次生盐渍化地，土壤质地差，土壤肥力为中下等，结果是平均省水 50%，平均增产 20%，其中低产田增产达 35%。1998 年进行中试。面积扩大到 99.133h㎡（1487 亩），其中 13.333h㎡（200 亩）是蕃茄，试验内容深入到探索合理的灌溉制度、灭虫、化控、施肥、防滴灌带堵塞、与农业技术措施紧密配合、降低成本等等。试验在上述各方面均取得进展，并进一步验证了前两年所取得的成果。
（二）技术优势初显
新疆棉田加压节水滴灌技术在实用性方面表现突出。该技术能够适应新疆干旱的气候条件和复杂的土壤环境，尤其是在盐碱地和次生盐渍化土地上也能取得良好的效果。通过膜下滴灌，水滴直接渗到作物根层周围的土壤中，供棉花根系吸收，极大地提高了水的使用效率。与地面灌相比，在棉花生长期内，可省水 40％ - 50％。例如石河子地区 2000 年测试，平均每公顷省水 3000m³，节水率 44.7％。同时，该技术也成为精准农业的重要技术措施。肥料随滴灌水流直接送达作物根系部位，易被作物根系吸收，提高了利用率，平均可省肥 20％左右。此外，由于棉田实施覆膜栽培，抑制了棵间蒸发，滴灌系统采用管道输水，减少了渗漏，使得水资源得到更加有效的利用。这一技术的出现，为新疆农业的可持续发展提供了有力的支撑。
三、推广应用与模式完善
（一）管网结构与轮灌方式的形成
随着新疆棉田加压节水滴灌技术的不断发展，大田膜下滴灌技术的管网结构与轮灌方式逐渐定型。在管网结构方面，形成了以干管、支管和毛管三级管道相互垂直的布局模式，这种布局能够使管道长度和水头损失最小。通常情况下，出水毛管平行于种植方向，支管垂直于种植方向，以提高灌溉效率。
在轮灌方式上，支管付管轮灌模式成为主流。一般干管长度设 1000m 左右，支管长度 90 - 120m，间距 130 - 150m；每条支管安装 5 - 6 条附管，每条附管接毛管的数量需根据土壤质地而定。砂质土可接毛管 14 条，粘质土可接毛管 24 条，毛管长度 65 - 75m。这种轮灌模式能够有效提高灌水均匀度，满足不同土壤质地的灌溉需求。未来，随着技术的不断进步，管网结构和轮灌方式将更加智能化、高效化，为新疆棉田的可持续发展提供更加坚实的保障。
（二）首部水源过滤设备国产化
在大田滴灌技术推广初期，首部水源水质处理设备主要依赖进口，成本较高，且维护不便。然而，随着国内技术的不断进步，如今国产设备已能满足需求。例如，新型自清洗网式过滤器等国产过滤设备，在过滤效果、稳定性和使用寿命等方面都取得了显著的进步。这些国产设备不仅价格相对较低，而且售后服务更加便捷，为新疆棉田加压节水滴灌技术的推广应用提供了有力的支持。
（三）田间地面管网连接管件定型
在大田膜下滴灌管网连接件方面，随着技术的不断发展，一些管件逐渐被淘汰，新的管件被广泛应用。例如，PE 给水管等新型管件，具有连接方便、施工简便、密封性好等优点，逐渐取代了传统管件。这些新型管件的应用，提高了田间地面管网的连接质量和稳定性，为新疆棉田加压节水滴灌技术的高效运行提供了保障。
四、技术应用的多样化发展
（一）不同滴灌方式的现状
1.膜下自压软管滴灌：膜下自压软管滴灌也叫 “膜下自压软管微孔灌”，在阿克苏地区曾是主要的棉花节水灌溉方式之一。此方式利用农田渠水与灌溉地的自然水位差产生压力，通过安装在渠口上的支管和铺设的膜下微管上的小孔以细流方式将水灌到作物根部土壤中。其成本费用低，投入产出比高，对水质要求低，节约能源，灌水效果好，可改良土壤，降低劳动强度，有利于扩大规模化生产，每公顷灌溉材料成本一般为 900 - 975 元。但由于水源不能按时到达、条田平整度差、设施不配套等原因，致使灌溉效果不够理想，有些点甚至出现因不能及时滴灌造成棉田严重受旱，农民被迫采用沟灌方式进行灌水的现象，使得这一技术的推广受到较大影响。
2.膜下有压滴灌：棉花膜下有压滴灌技术主要是通过输电线路、沉淀池（机井）、水泵供水系统、控制阀、压力表、流量计、过滤器，地埋干管、支管、毛管等设备，将水源加压后输送到灌溉系统中，再由地面毛管输送到作物根部。此滴灌方式相对于自压软管滴灌方式一次性投资较大，运行成本较高，但同时也具有可控性强，滴水均匀，速度快，效果好的特点。最重要的是能将肥料、农药等通过滴灌系统精量输送给作物，可节省大量劳力，增产及节水效果较为显著。它是目前运用面积最大、效果最好的技术模式之一。该技术目前在本区应用最早，技术运用最为成熟，增产效果最好。
3.地下滴灌：农作物耕层地下滴灌，是将输水毛管埋于地下 35cm 处，通过滴头对农作物进行水肥渗透灌溉，一次性铺管可使用 8 年以上。田间输水系统埋于地下后，便于农田耕作和农作物栽培管理。由于是自下而上灌溉，水通过地埋毛管上的灌水器缓慢渗入附近土壤，再借助毛细管作用或重力扩散到整个作物根层，可以使地表 5cm 保持干燥，从而抑制杂草的生长和病虫害的发生。但该滴灌技术后期使用及维护较麻烦，因此推广应用较少。
（二）水肥一体化的国内外发展
1.国外水肥一体化发展情况：
以色列的滴灌起步较早，90% 以上的农业采用了水肥一体化技术，由电脑自动将掺入肥料的水通过塑料管道渗入植株根部，实现精确控制。与此同时，以色列的水肥一体化工厂可以生产 400 多个溶液配方，实现了与水肥一体设备的同步发展，满足各种作物不同生长阶段的要求，达到了节水、节肥、节工、优质、高产、高效的目的。
美国是世界上微灌面积最大的国家，在加州建成了完善的水肥一体化设施及服务体系，在水溶肥料、控制装置上的投入也很大，液体肥料占总肥料的 40% 左右，液体肥料工厂近 3000 家，主要的液体肥料品种有聚磷酸铵溶液、氨溶液、硝酸铵钙溶液、尿素溶液、稀磷酸溶液、液氨、硫代硫酸铵溶液和各种配比的氮磷钾溶液等。此外，水肥一体化技术及其配套的水溶液研制和生产在德国、荷兰、西班牙、意大利等发达国家已形成完善的设备生产、肥料配制、推广服务体系。目前，外国学者认为地下滴灌技术是今后微灌发展的方向之一。
美国已将地下滴灌技术应用于玉米、棉花、蔬菜、果树等 30 多种作物的灌溉中。澳大利亚在棉花上运用地下灌溉技术，出现了诸多问题，从而得到了相关经验：一是制定地下滴灌安装和管理规范，对地下滴灌用户进行管理知识培训；二是在安装之前，除去作物残留根系，防止扎破滴灌带；三是过滤器、管网要定时冲洗；四是在施工过程中，地下滴灌用户要主动参与；五是对于一些地面金属设备，为了防止其生锈，要用涂料进行养护，对于塑料管道，要避免碰撞产生裂缝。
2.国内水肥一体化发展情况：我国根据不同地区气候特点、水资源现状、农业种植方式及水肥耦合技术要求，主要分为 4 种水肥一体化技术模式。
棉花、玉米、马铃薯膜下滴灌水肥一体化技术模式。该模式是集地膜覆盖、微灌、施肥为一体的灌溉施肥模式，适用于西北、东北等水资源紧缺，且有一定灌溉条件的地区。
小麦、玉米微喷水肥一体化技术模式。该模式在灌溉时，采用管道输水和微喷带进行灌溉，适用于华北、长江中下游等水资源短缺等地区。
设施农业、果蔬滴灌水肥一体化技术模式。该模式是以机井水或地表水为水源，借助滴灌进行灌溉和施肥，适用于全国范围的设施农业。
果园滴灌、微喷灌水肥一体化技术。该模式是集微灌和施肥为一体的灌溉施肥模式，每行果树沿树行布置一条灌溉支管，借助微灌系统进行灌溉，适用于全国有水源条件的果园。
（三）棉田水肥一体化技术研究及应用
棉花是我国的重要经济作物之一，具有耐干旱的特征，研究棉花膜下滴灌水肥一体化技术具有十分重要的意义。新疆地区的棉花膜下滴灌是我国应用节水灌溉技术最早的大田作物灌溉地区，1999 年研发了适于大面积应用的低成本滴灌带。膜下滴灌作为现阶段棉花水肥一体化的最佳方案，越来越多的国内专家对其进行研究。王立洪等对棉花膜下滴灌技术的节水、增产机理进行了分析，结果显示，与常规灌溉对比，节水 35% - 63%，棉花增产 18.5% - 44.0%。柴付军等对棉花膜下灌溉效果及经济效益进行分析，结果表明，膜下灌溉不仅可以提高劳动生产率，还能有效缓解土壤次生盐碱化程度，改善土壤环境。汪希成等对膜下滴灌与常规灌溉下棉花的经济效益进行对比，并对棉花膜下滴灌的影响因素进行探讨，提出了当前的问题和今后发展的意见。
马富裕等在新疆棉花膜下滴灌技术的发展与完善研究中指出，实现经济效益、社会效益和生态效益的统一是当前急需解决的主要问题。马英杰等对滴灌技术的发展趋势进行了分析，提出滴灌技术迅速推广和持续发展的关键因素有两点，一是投资减少，二是作物产量提高。赵成义等通过膜下滴灌田间试验，研究了塔里木灌区棉田土壤盐分运移特征，指出了塔里木灌区现行棉花膜下滴灌制度存在的积盐问题，对完善干旱区膜下滴灌灌溉制度具有一定的指导意义。
张伟等从不同生育期、垂直方向、水平方向对膜下滴灌棉田水盐运移规律进行了研究，为新疆棉田土壤次生盐渍化防治、膜下滴灌棉田的水盐动态监测提供了理论依据。戈鹏飞等通过对棉花膜下滴灌进行试验研究，分析了不同灌溉定额和灌水周期对土壤水盐分布及棉花生长的影响，认为灌水周期 5d 的处理能够达到棉花最适宜的土壤水分范围。
五、未来展望与总结
（一）发展成就总结
新疆棉田加压节水滴灌技术自诞生以来，历经多年探索与发展，取得了显著成就。从最初的试验阶段到如今的广泛应用，该技术在节水、增产、提高肥效利用率、减少劳动力投入等方面发挥了重要作用。
在节水方面，与传统地面灌相比，可省水 40％ - 50％，极大地缓解了新疆农业用水紧张的问题。例如石河子地区 2000 年测试，平均每公顷省水 3000m³，节水率 44.7％。在增产方面，王立洪等研究显示，与常规灌溉对比，棉花增产 18.5% - 44.0%。同时，肥料随水入的方式提高了肥效利用率，一般比常规灌溉增产 15% - 20%，中低产田效果尤为明显。此外，通过滴灌药随水进，可控制棉蚜等害虫，减少了化学防治对环境的影响。
在技术模式方面，形成了多种滴灌方式和水肥一体化技术模式，适应了不同地区的气候、土壤和水资源条件。如膜下自压软管滴灌成本低、投入产出比高；膜下有压滴灌可控性强、效果好；地下滴灌便于农田耕作和管理。国内的水肥一体化技术模式也为新疆棉花种植提供了更多选择。
（二）面临挑战分析
尽管新疆棉田加压节水滴灌技术取得了巨大成就，但仍面临一些挑战。首先，部分地区的基础设施建设还不完善，如水源不能按时到达、条田平整度差、设施不配套等问题，影响了膜下自压软管滴灌等技术的推广效果。其次，地下滴灌技术后期使用及维护较麻烦，限制了其广泛应用。再者，基层技术人员专业技能不足，推广不到位，影响了新技术的普及。同时，政策还需进一步完善，以更好地支持加压滴灌技术的发展。
（三）未来发展潜力
新疆棉田加压节水滴灌技术未来发展潜力巨大。一方面，随着科技的不断进步，管网结构和轮灌方式将更加智能化、高效化。例如，利用物联网技术实现对灌溉系统的远程监控和精准调控，提高灌水均匀度和水资源利用效率。另一方面，水肥一体化技术将不断创新和完善。研发更加高效、环保的水溶性肥料，优化灌溉施肥制度，进一步提高棉花的产量和品质。此外，加强对基层技术人员的培训，提高其专业技能水平，加大政策扶持力度，完善相关政策措施，将有助于推动新疆棉田加压节水滴灌技术的持续发展。
总之，新疆棉田加压节水滴灌技术在过去的发展中取得了显著成就，尽管面临一些挑战，但未来发展潜力巨大。通过不断创新和完善，该技术将为新疆棉花产业的可持续发展提供有力支撑，同时也为我国干旱地区农业节水灌溉提供宝贵经验。
