大田膜下滴灌高效節(jié)水工程體系的構建與應用意義解讀

□侯 薇（吉林省水利水電勘測設計研究院）

1 膜下滴灌技術概述

膜下滴灌是一種高效的節(jié)水灌溉技術，具體是指將農(nóng)作物覆膜栽植與滴灌技術有機結合到一起。所謂的滴灌實質上就是借助管道系統(tǒng)進行供水，使灌溉水成滴狀，緩慢、均勻、定量浸潤農(nóng)作物的根系區(qū)域，確保該區(qū)域的土壤始終保持最佳的含水狀態(tài)，而地膜覆蓋則能夠起到增加地表溫度，促進農(nóng)作物早發(fā)，減少水分蒸發(fā)的作用。膜下滴灌將兩種技術的優(yōu)勢集于一身，其在大田農(nóng)作物中進行了大面積的應用，不但節(jié)約了灌溉用水，而且還提高了作物產(chǎn)量。膜下滴灌的技術優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個方面：

1.1 省水省肥

滴灌技術本身是一種可控的局部灌溉方式，其能夠適量地進行灌水，灌溉水會緩慢、均勻地滲透到作物根系周圍的土壤當中，為作物正常生長提供所需的水分。覆膜栽培技術的運用，可以有效抑制棵間蒸發(fā)，同時，滴灌系統(tǒng)采用管道進行輸水，進一步減少了滲漏損失，與地面灌溉相比，膜下滴灌在作物生長期能夠節(jié)約水量40%-50%左右。此外，肥料可以隨著滴灌水流直接送達作物根部，不但有利于作物吸收，而且可以做好適量，在提高肥料利用效率的同時，可節(jié)省肥料20%左右。

1.2 可減少農(nóng)藥用量

由于灌溉水在滴灌系統(tǒng)的管道中是以封閉的方式進行輸送，從而有效防止了水對蟲害的傳播，灌溉過程中，地表基本不會出現(xiàn)積水現(xiàn)象，田間地面的濕度相對較小，不利于病菌和蟲害的滋生蔓延，所以可減少除草劑、殺蟲劑等農(nóng)藥的用量。

1.3 省地、省工、節(jié)能

膜下滴灌采用管道的方式進行輸水，不需要在田間設置農(nóng)渠，由此可以節(jié)省土地5%-7%左右；傳統(tǒng)的地面灌溉需要在田間進行挖土、堵口，工作環(huán)境差，人員勞動強度高，而膜下滴灌的主要工作是觀測儀表、操作閥門，既省工又省力；滴灌可以隨水施肥，作物行間基本沒有水，膜下及周邊也很少出現(xiàn)雜草，由此大幅度減少了田間人工作業(yè)和機械作業(yè)，節(jié)能效果非常明顯。

1.4 能增強抗災能力

采用膜下滴灌技術后，作物從下種到出苗期，可以得到適量的水分和肥料供給，所有的生長指標均能達到優(yōu)良，大幅度提高了作物的抗災能力。以棉花為例，采用地面灌溉若是遇到連續(xù)降雨或是降溫，會導致減產(chǎn)，通常一畝的產(chǎn)量均為180～200 kg，而用滴灌技術進行灌溉，減產(chǎn)的幅度較小，平均畝產(chǎn)量也保持在220～250 kg左右。

1.5 有利于提高作物質量

膜下滴灌技術可以為農(nóng)作物的生長營造出一個良好的條件，由此不僅可以使產(chǎn)量獲得大幅度提高，而且還能提升作物品質。以棉花為例，運用膜下滴灌其成熟度非常好，纖維長度可增加0.40～0.70 mm，纖維的整齊度較高，且外觀光澤好。

2 大田膜下滴灌高效節(jié)水工程體系的構建與應用意義

2.1 膜下滴灌節(jié)水系統(tǒng)構建

2.1.1 選擇水源

在高效節(jié)水區(qū)，可以采用地下水進行灌溉，以機電井進行取水，井深可控制在80～100 m左右，通常情況下，單井的出水量也達到80 m3/h，井與井之間的布置間距可以控制在500 m左右。

2.1.2 首部樞紐

在膜下滴灌節(jié)水系統(tǒng)中，首部樞紐主要是由以下幾個部分組成：水泵、過濾器、施肥和加藥裝置、控制設備等等。它的基本作用是從水源取水，加壓并注入農(nóng)藥、肥料，然后進行過濾，按時按量輸送給管網(wǎng)。首部樞紐擔負著系統(tǒng)驅動、測量和調控任務，是系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分之一。

2.1.3 管網(wǎng)

在該系統(tǒng)中管網(wǎng)的主要作用是將經(jīng)樞紐處理過的水按照要求輸送到各個灌水單元和滴頭。輸水管道可以兩級管道，并在支管上設置豎管通向地面，管材可選用UPVC材質，這種管材的耐腐蝕和抗老化性能較高，可以滿足滴灌工程的使用要求。為實現(xiàn)高效節(jié)水的目標，可在地面增設支管和毛管，具體可根據(jù)大田的實際情況而定。

2.1.4 滴頭

在膜下滴灌節(jié)水系統(tǒng)的構建過程中，滴頭的選擇至關重要，直接關系到工程投資和滴水質量。選擇滴頭的主要依據(jù)是作物種類和種植模式，同時，還需要考慮田間土壤的性質。例如，條播作物對土壤的濕潤比要求較高，而果樹或是一些較為高大的樹木，其行距較大，需要繞樹濕潤土壤。土壤本身的質地對滴灌入滲的效果具有較大影響，砂土應盡可能選用大流量的滴頭，這樣可以增大水分橫向擴散范圍；粘性土則應當選擇流量較小的滴頭，由此能夠避免地面徑流的情況發(fā)生。目前，大田膜下滴灌中應用較為普遍的滴頭流量和間距如表1所示。

表1 滴頭流量與間距的選擇表

2.2 系統(tǒng)關鍵參數(shù)的選取

2.2.1 土壤濕潤比

該參數(shù)具體是指被濕潤土體與計劃濕潤層土體體積的比值，它的大小一般取決于以下因素：作物種類、滴頭流量及間距、滴灌量、毛管間距和土壤理化特性等等。在膜下滴灌節(jié)水系統(tǒng)設計中濕潤比以地面以下20～30 cm處的平均濕潤面積與作物種植面積的百分比近似來表示。大田膜下滴灌的土壤濕潤比可通過下式進行計算：

式（1）中的P代表土壤濕潤比；SW代表滴頭潤濕帶的實際寬度（單位:m）；SL代表滴灌帶或是滴管的布置間距（單位:m）。

2.2.2 灌溉強度

作物的灌溉強度等于設計耗水強度減去有效降雨量及地下水補給得水量。通常情況下，在干旱地區(qū)，灌溉強度極為設計耗水強度?，F(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定，設計耗水強度可以采用設計年灌溉季節(jié)月平均耗水強度峰值結合當?shù)卦囼炠Y料進行確定，或是采用彭曼法結合當?shù)貧庀筚Y料進行推算。

2.2.3 灌水周期

采用大田膜下滴灌的方式對田間作物進行灌溉的過程中，灌溉水量中的一部分會被作物完全吸收，而另一部分則會在重力的作用下滲漏到土壤深層當中，這部分水無法被作物充分利用。為了達到灌溉水利用效率最大化的目標，在系統(tǒng)設計時，要盡可能使水量被作物吸收，減少滲漏，這樣既可以實現(xiàn)節(jié)水，又能提高灌溉效率。為此，灌水周期應當越短越好。但是如果周期設置的過短，則會導致閥門頻繁啟停，由此會造成勞動強度增大。按照多年的工程運行實踐，可將灌水周期設定為3-6 d。

2.2.4 灌水定額

當作物種類、灌溉強度、灌水周期、土壤濕潤比等參數(shù)均為已知時，可通過下式對灌水定額進行計算：

式（2）中，m代表灌水定額（單位：mm）；T代表灌水周期（單位：d）；la代表灌溉強度（單位：mm/d）；p代表濕潤比（%）。

2.3 應用意義

大田膜下滴灌高效節(jié)水系統(tǒng)的應用意義主要體現(xiàn)在綜合效益的提升上，在經(jīng)濟效益上，膜下滴灌不僅可以使作物增產(chǎn)20%左右，而且還能節(jié)省水、肥、人力、設備等費用，由此帶來的經(jīng)濟效益非?？捎^；在生態(tài)效益方面，膜下滴灌能夠節(jié)約用水量30%～50%左右，并且還可以減少深層滲漏及地面徑流，能夠有效防止土壤板結及次生鹽堿化。不僅如此，滴灌隨水施肥、施藥，大幅度節(jié)省了化肥和農(nóng)藥的用量，減少了對自然生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，節(jié)約的水資源還可用于生態(tài)建設，有利于改善生態(tài)環(huán)境；在社會效益方面，因滴灌水的利用效率顯著提升，使得滴灌面積不斷擴大，水資源緊缺的問題得以緩解，同時膜下滴灌具有較強的適應性，除了能夠在大田作物中進行應用外，還能在其它區(qū)域的種植中進行應用，這樣可以產(chǎn)生良好的社會效益。鑒于上述種種，應當加快推進膜下滴灌的應用，這對于我國農(nóng)業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

3 結論

綜上所述，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大田膜下滴灌技術的運用除了能夠有效節(jié)約水資源之外，還能帶來巨大的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益。為此，積極推進該技術的應用，有助于促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展。在未來一段時期，應當重點加大對膜下滴灌技術的研究力度，在現(xiàn)有的基礎上進行不斷改進和完善，使其能夠更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。

[1]郭永奇，張紅麗.基于膜下滴灌技術的農(nóng)業(yè)節(jié)水補償問題研究——來自新疆生產(chǎn)建設兵團石河子墾區(qū)的調查研究[J].科技與經(jīng)濟,2012(8)：99-101.

[2]劉一龍.黑龍江省西部半干旱區(qū)玉米膜下滴灌節(jié)水增產(chǎn)增溫效應試驗研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學，2013.

[3]闞國生.涼州區(qū)永昌灌區(qū)制種玉米大田膜下滴灌的節(jié)水效益分析[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2012(3)：77-79.

[4]范文波,吳普特.膜下滴灌技術生態(tài)-經(jīng)濟與可持續(xù)性分析——以新疆瑪納斯河流域棉花為例[J].生態(tài)學報,2012(12)：68-70.

[5]張芮.制種玉米膜下調虧滴灌優(yōu)化灌溉制度及土壤水熱高效利用研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2013(5)：66-69.

[6]王川鋒.民勤棉花膜下滴灌水分動態(tài)變化及滴灌增產(chǎn)模式研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011(12)：45-47.