干旱缺水地區(qū)根系分區(qū)交替灌溉技術(shù)探討

湯萬龍，張俊潔，付幫磊

（1.北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100048；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

1 根系分區(qū)交替灌溉技術(shù)

蒸騰蒸發(fā)值（ET）包括作物蒸騰量和株間土壤蒸發(fā)量，是灌溉設(shè)計中的一項重要參數(shù)。研究采取何種田間灌溉技術(shù)與控制方法，以有利于降低灌溉過程中的ET損耗量，同時提高作物水分生產(chǎn)率，對于保障干旱缺水地區(qū)水資源與灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

在干旱、半干旱地區(qū)，土壤質(zhì)地不均引起水分不均勻擴散以及降水在時間上的分配不均，使作物的部分或整個根系在生長發(fā)育過程中經(jīng)常處于短暫或長期的水分虧缺情況下。許多研究發(fā)現(xiàn)[1]：土壤水分虧缺下根系能夠輸出一種根信號，這種“根信號”由根傳遞到葉片，使氣孔開度變小甚至關(guān)閉，蒸騰大幅度下降。但是這種適應(yīng)大多數(shù)是以犧牲作物的產(chǎn)量為前提。如果能設(shè)計一種灌水方式，始終控制一部分根系干燥，使植物的水分脅迫防衛(wèi)系統(tǒng)在長時間被觸發(fā)，根源信號連續(xù)地供給作物葉片，以減小氣孔開度和降低蒸騰，而另一部分根系從土壤中吸收水分滿足作物生理需求，這將會在節(jié)水及提高作物產(chǎn)量方面作出貢獻。

作物根系分區(qū)交替灌溉是通過人為干預(yù)，使根系活動層的土壤在水平或垂直剖面的某個區(qū)域干燥，作物根系始終有一部分生長在干燥或較為干燥的土壤區(qū)域中，限制該部分根系吸水。同時，為保證作物正常的生長功能，交替調(diào)整灌溉水在作物根系層分布，使水平或垂直剖面根系的干燥區(qū)域交替出現(xiàn)。有關(guān)研究表明，這種灌溉控制技術(shù)既能滿足植物水分需求又能控制其蒸騰耗水，是常規(guī)節(jié)水灌溉技術(shù)的新突破[2-4]。在玉米、小麥、果樹應(yīng)用此種灌溉技術(shù)的研究表明[5-7]，采用交替灌溉技術(shù)達到了提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)同時大量節(jié)水的目的。

2 設(shè)計方法

灌溉發(fā)展至今，地表灌溉技術(shù)在國內(nèi)外推廣應(yīng)用已比較成熟。地下滴灌技術(shù)國外應(yīng)用較多，國內(nèi)還處于試驗研究階段，實際推廣應(yīng)用較少?？到B忠等提出了適于果樹根系分區(qū)交替灌溉的四種應(yīng)用模式[2]：交替隔溝灌溉系統(tǒng)、移動式交替滴灌系統(tǒng)、環(huán)狀自動控制式交替滴灌系統(tǒng)和交替隔管滲灌系統(tǒng)。在國內(nèi)，地表滴灌與地下滴灌相結(jié)合的分根交替灌溉模式少有研究。本文探討一種地下滴灌與地表滴灌相結(jié)合的根系分區(qū)交替灌溉模式。

2.1 滴灌帶單行直線布置

同時沿作物種植方向單行直線鋪設(shè)地表滴灌帶（1，2，3）及地下滴灌帶（1’，2’，3’），見圖1。地表及地下滴灌帶單行直線布置可應(yīng)用于氣候較濕潤、作物需水量較小的地區(qū)。

這種布置方式將作物根系分為兩個干燥或濕潤區(qū)域，能實現(xiàn)作物上側(cè)根系與下側(cè)根系的交替灌溉。只灌溉上側(cè)根系時開啟所有地表滴灌帶1，2，3，……；只灌溉下側(cè)根系時開啟所有地下滴灌帶1’，2’，3’，……。

2.2 滴灌帶雙行直線布置

同時沿作物種植方向雙行直線鋪設(shè)地表滴灌帶（1，2，3，4，5，6）及地下滴灌帶（1’，2’，3’，4’，5’，6’），見圖2。氣候干燥，作物需水量大的地區(qū)，地表及地下滴灌帶可采用雙行直線布置。

這種布置方式可以將作物根系分為四個干燥或濕潤區(qū)域，采用不同的組合方式實現(xiàn)四個根系區(qū)的交替灌溉。

（1）作物上部根系交替灌溉：交替開啟地表滴灌帶1，3，5，……與2，4，6，……；

（2）作物下部根系交替灌溉：交替開啟地下滴灌帶1’，3’，5’，……與2’，4’，6’，……；

（3）作物上部根系與下部根系交替灌溉，分為多種工況：

1）所有上部根系與所有下部根系的交替灌溉。灌溉所有上部根系，開啟所有地表滴灌帶1，2，3，4，5，……；灌溉所有下部根系，開啟所有地下滴灌帶1’，2’，3’，4’，5’，……；

2）部分上部根系與部分下部根系的交替灌溉。分為四種情況：

a.同時開啟地表滴灌帶1，3，5，……與地下滴灌帶1’，3’，5’，……；

b.同時開啟地表滴灌帶1，3，5，……與地下滴灌帶2’，4’，6’，……；

c.同時開啟地表滴灌帶2，4，6，……與地下滴灌帶1’，3’，5’，……；

d.同時開啟地表滴灌帶2，4，6，……與地下滴灌帶2’，4’，6’，……；

滴灌帶布置的其它類型還有地表滴灌帶雙行直線布置，地下滴灌帶單行直線布置；或地表滴灌帶單行直線布置，地下滴灌帶雙行直線布置等。

作物灌溉制度根據(jù)生育期灌水定額及灌溉周期確定，交替灌溉方式可根據(jù)灌溉制度及輪灌分組實施。分區(qū)交替灌溉控制可以通過閥門實施人工控制，也可以通過電磁閥、控制器等實行計算機自動化控制[8-9]。滴灌帶布置間距以及埋深可以根據(jù)不同土壤條件、不同作物根系深度、耕作要求等確定。對于不同作物應(yīng)有相應(yīng)的毛管埋深，并應(yīng)根據(jù)土壤導(dǎo)水性能加以設(shè)定[10]。

3 討論

（1）針對不同區(qū)域，不同作物的灌溉，可采用地表及地下滴灌帶單行直線布置方式或雙行布置方式實現(xiàn)根系分區(qū)交替灌溉。但從滴灌帶用量、工程施工及運行管理、工程投資分析，對于固定式滴灌系統(tǒng)，與在地表及地下均雙行鋪設(shè)滴灌帶或其異型的布置模式相比，在地表及地下均單行鋪設(shè)滴灌帶的布置模式易于在生產(chǎn)實際中推廣應(yīng)用，見表1分析。

表1 生產(chǎn)實際推廣應(yīng)用分析評價表

（2）地表滴灌帶可以設(shè)計為毛管移動式滴灌系統(tǒng)，不僅能較好實現(xiàn)作物根系的分區(qū)交替灌溉，而且能節(jié)省滴灌帶用量，減少工程投資。

（3）相比一般滴灌系統(tǒng)，根系分區(qū)交替灌溉方式進一步降低了土壤濕潤比，減小無效蒸騰損失量，有利于提高灌溉水利用系數(shù)，節(jié)水效果顯著。

4 結(jié)論

（1）利用根系分區(qū)交替灌溉原理，探討了地表滴灌與地下滴灌相結(jié)合的根系分區(qū)交替灌溉模式。

（2）對于固定式滴灌系統(tǒng)，相比在地表及地下均雙行鋪設(shè)滴灌帶或其異型，地表及地下均單行鋪設(shè)滴灌帶在生產(chǎn)實際中較易推廣。根系分區(qū)交替灌溉地表滴灌帶可以采用移動式滴灌系統(tǒng)，以降低工程投資。

（3）地表及地下滴灌在國內(nèi)外都有不同程度的研究和應(yīng)用，針對不同作物，將兩者有機結(jié)合，實行根系分區(qū)交替灌溉能降低ET損耗，節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，將是干旱缺水地區(qū)未來科學(xué)灌溉發(fā)展的一個方向。

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