膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

張金萍，周勝利 ，張　奧

(1.水利部松遼水利委員會(huì)規(guī)研中心，吉林 長春 130021；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000)

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膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

張金萍1，周勝利1，張奧2

(1.水利部松遼水利委員會(huì)規(guī)研中心，吉林 長春 130021；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000)

膜下滴灌技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，它結(jié)合了地膜覆蓋技術(shù)與滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。近年來該技術(shù)在我國大田中逐步推廣，具有較高的節(jié)水、增產(chǎn)潛力，發(fā)展前景廣闊。文章將膜下滴灌對棉花、玉米、蔬菜、馬鈴薯、葡萄、甜瓜等多種作物的灌溉用水及產(chǎn)量的影響進(jìn)行了歸納和總結(jié)，并對推廣應(yīng)用和發(fā)展該技術(shù)提出了一些建議。

膜下滴灌； 節(jié)水 ；增產(chǎn)； 應(yīng)用；推廣

隨著人口的增長，人類對糧食的需求不斷上升，而淡水資源日益緊缺，水資源匱乏已經(jīng)威脅到農(nóng)業(yè)發(fā)展及糧食供應(yīng)安全。中國人均水資源量僅為世界平均水平的25%，水資源有效利用率只有0.3～0.4，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉方式用水浪費(fèi)極為嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)作為用水大戶,占全國總用水量的70%以上。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，國內(nèi)用水的結(jié)構(gòu)逐步改變，生活用水和工業(yè)用水量逐步增加，農(nóng)業(yè)可用水量被逐步擠占。因此發(fā)展節(jié)水灌溉，已成為解決水資源緊缺和糧食需求上漲之間矛盾的關(guān)鍵。

膜下滴灌技術(shù)改變了傳統(tǒng)的大水漫灌方式，是一種潛力較大的新型節(jié)水灌溉技術(shù)，增加了單位灌溉水量的產(chǎn)出。特別對于西部水資源嚴(yán)重匱乏的地區(qū)，節(jié)水50%的效益意味著在現(xiàn)有的水資源條件下可以灌溉比現(xiàn)有耕地多一倍的土地，這對糧食增產(chǎn)、保障我國糧食安全具有重要意義。我國膜下滴灌技術(shù)由新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)引入并推廣，研究最早始于1996年，經(jīng)過十幾年的研究和推廣，增產(chǎn)增收效益顯著[1]。

1　膜下滴灌技術(shù)

膜下滴灌技術(shù)結(jié)合了覆膜和滴灌各自的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，把滴灌帶(滴灌毛管)覆于地膜下，結(jié)合可控管道系統(tǒng)等其他先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)成膜下滴管系統(tǒng)。加壓水經(jīng)過過濾設(shè)施后，與水溶性肥料融合成肥水溶液，進(jìn)入輸水干管-支管-灌溉帶，再由灌溉帶的滴水器均勻、定時(shí)定量地浸潤作物根系區(qū)供根系吸收。這是一種結(jié)合了滴灌技術(shù)和覆膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的新型節(jié)水技術(shù)。

膜下滴灌技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)包括：

(1)高效節(jié)水、節(jié)肥

膜下滴灌能有效抑制棵間蒸發(fā)及土壤水分的蒸發(fā)，同時(shí)以高頻率、小流量的灌水方式進(jìn)行灌溉，不會(huì)形成徑流使土壤板結(jié)，且減少了滲漏損失。因而膜下滴灌既能使作物根區(qū)土壤經(jīng)常保持良好的水分條件，又能提高水分利用率。滴灌技術(shù)可以將溶有肥料的水分直接滴灌到農(nóng)作物的根部，既避免了浪費(fèi)，又減少了光照和降雨沖刷產(chǎn)生的損失。據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，膜下滴灌的節(jié)水效益顯著，平均用水量僅為傳統(tǒng)方式的12%,是噴灌用水量的50%,是露地滴灌用水量的70%。石河子墾區(qū)的試驗(yàn)研究表明，同等條件下膜下滴灌每公頃的氮肥使用量比溝灌減少了150 kg以上[2]。

(2)節(jié)省勞動(dòng)力

膜下滴灌技術(shù)將肥料、農(nóng)藥時(shí)溶入灌溉水里，隨滴灌帶直達(dá)作物根部，具有精準(zhǔn)高效的特點(diǎn)，大大降低田間灌水、施肥、鋤草的勞動(dòng)量和勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人工投入，極大提高了勞動(dòng)效率。

(3)抑鹽、驅(qū)鹽

膜下滴灌由于覆膜作用，減少了土壤中水分的蒸發(fā)，有效地阻止了伴隨土壤水分蒸發(fā)產(chǎn)生的返鹽現(xiàn)象,起到了抑鹽的作用，同時(shí)滴灌可以淋洗作物的主要根系,起到驅(qū)鹽的作用。

(4)減少病蟲害和雜草

膜下滴灌技術(shù)減少了田間水分散發(fā),有效降低田間濕度,從而抑制了病蟲害的發(fā)生的條件。K.N.Tiwari等[3]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用膜下滴灌的農(nóng)田雜草生長及蟲害、病害明顯低于使用溝灌和噴灌的農(nóng)田 。

(5)不破壞土壤結(jié)構(gòu)

滴灌減少機(jī)械作業(yè)次數(shù)的同時(shí)，降低了由于灌溉而造成的土壤板結(jié)，提高了根系活力。

(6)增產(chǎn)增收

膜下滴灌具有精準(zhǔn)的灌水施肥效果，保證作物得到適時(shí)、適量的水分和養(yǎng)分供給,為作物生長創(chuàng)造了有利條件，松散透氣的土壤結(jié)構(gòu),能促進(jìn)作物增產(chǎn)和農(nóng)民增收。

2　膜下滴灌技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1膜下滴灌技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用現(xiàn)狀

滴灌技術(shù)經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，逐漸成熟，投入所需成本逐步降低。自1996年起,新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)就開始應(yīng)用和推廣棉花膜下滴灌技術(shù)，并在鹽堿地上應(yīng)用成功。相對于常規(guī)地面灌溉膜下滴灌增產(chǎn)明顯[4]，在節(jié)水和增產(chǎn)的同時(shí)，還可提高肥效30%～40%，節(jié)省勞務(wù)50%[2]。這項(xiàng)技術(shù)在新疆推廣后，僅新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師一年節(jié)省的水量就達(dá)1.8×108m3，顯示出前所未有的節(jié)水能力[1]。隨后膜下滴灌在棉花、玉米、蔬菜、馬鈴薯、葡萄、甜瓜等多種作物的大田試驗(yàn)中也獲得了較好的效果。目前除新疆外，海南、山東、湖北、寧夏、安徽、內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、吉林等省區(qū)也已開始推廣，累計(jì)推廣面積已達(dá)66.67×104hm2。

2.2膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用效果分析

2.2.1棉花

王立洪[5]和申孝軍等[6]在新疆采用田間試驗(yàn)，探索棉田高效灌水模式，根據(jù)實(shí)測及調(diào)查資料對膜下滴灌的節(jié)水、增產(chǎn)機(jī)理和效益進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，與常規(guī)灌溉對比，膜下滴灌條件下節(jié)水效益顯著，灌溉水資源的利用效率明顯提高，節(jié)水與增產(chǎn)并不矛盾。

2.2.2玉米

劉一龍等[7]通過在大慶市的膜下滴灌大田試驗(yàn)，研究了不同水分處理對玉米生物量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響。結(jié)果顯示，在玉米整個(gè)生育期內(nèi)，在灌溉定額較小的情況下，適當(dāng)?shù)販p少灌水次數(shù)，可提高玉米產(chǎn)量。

謝夏玲[8]通過玉米膜下滴灌大田試驗(yàn)，研究了膜下滴灌條件下在全生育期內(nèi)各小區(qū)土壤水分變化、灌水效果以及作物的產(chǎn)量效應(yīng)。從膜下滴灌玉米和大田實(shí)際操作規(guī)程等條件考慮，研究得出膜下滴灌玉米生長期的灌溉定額2100 m3/hm2。

張曉偉等[9]對滴灌條件下玉米的產(chǎn)量和水分利用效率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：以灌溉量300 m3/hm2為例, 膜上滴灌較畦灌增產(chǎn)79.3%，露地滴灌較畦灌增產(chǎn)37.61%；以灌溉量900 m3/hm2為例,膜下滴灌較畦灌增產(chǎn)81.36% ,露地滴灌較畦灌增產(chǎn)42.65%；等灌溉量下膜下滴灌較露地滴灌產(chǎn)量高18.2%～31.2%；露地滴灌較畦灌產(chǎn)量高37.6%～42.4%。再從產(chǎn)量構(gòu)成的主要因素行粒數(shù)、百粒重綜合分析可以發(fā)現(xiàn)滴灌均與倍灌溉量的畦灌基本相當(dāng), 其灌溉效益增加了1倍。膜下滴灌較露地滴灌增加了水分的縱向運(yùn)動(dòng), 其較露地滴灌增加16.2%～27.4%, 更有利于玉米根系吸收。

2.2.3馬鈴薯

王志新[1]比較了馬鈴薯種植在膜下滴灌方式與普通滴灌方式下的各項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)果表明：與普通滴灌相比，膜下滴灌的節(jié)水量為150 m3/hm2，節(jié)水率達(dá)到25%，田間病蟲害發(fā)生率減小25%，鋤草次數(shù)減少3～4次，可增收8572.5元/hm2。

秦軍紅[10]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，馬鈴薯產(chǎn)量與生育期平均土壤含水量、單次灌水量、總灌水量和具有線性關(guān)系，而水分利用效率卻呈單峰曲線變化。兩年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示，膜下滴灌的土壤含水量較高，產(chǎn)量也較高，2010年產(chǎn)量和水分利用效率與露地滴灌的差異均不顯著，但比溝灌顯著增加了41.3%和69.1%；2011年產(chǎn)量和水分利用效率分別為2175.8 kg/667 m2和8.23 kg/(hm2·mm)，產(chǎn)量與溝灌的差異均不顯著，但顯著大于露地滴灌、隔溝灌和不灌溉處理，水分利用效率最大，比溝灌增加了6.8%。

秦軍紅等[11]以覆膜不滴灌為對照，采用田間小區(qū)試驗(yàn)和室內(nèi)測定分析相結(jié)合的方法，研究了膜下滴灌對馬鈴薯的生長、產(chǎn)量、品質(zhì)(淀粉和還原糖含量)、水分利用效率的影響。結(jié)果表明，膜下滴灌對馬鈴薯的莖葉生長、塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)、水分利用效率均有顯著影響。其產(chǎn)量和水分利用效率分別為覆膜不滴灌的2.86倍和1.02倍；且收獲時(shí)塊莖淀粉含量增加了0.94%，還原糖含量降低了0.02%。

2.2.4西紅柿

賈冬冬等[12]在甘肅石羊河流域開展了相應(yīng)的田間試驗(yàn)，試驗(yàn)以不同土壤水吸力為灌水控制下限，其分別為10 kPa、20 kPa、30 kPa、40 kPa、50 kPa，另設(shè)溝灌對照處理。結(jié)果表明，膜下滴灌方式下，隨著土壤水吸力控制下限的增加，西紅柿的產(chǎn)量逐漸降低，而水分利用效率逐漸增大。不同控制下限對西紅柿的品質(zhì)具有一定影響，土壤水吸力越高，西紅柿的維生素C(Vc)和可溶性固形物(TSS)含量越高，但對其硬度和有機(jī)酸含量無明顯影響。不同控制下限條件下單果重大小依次為40 kPa>10 kPa>30 kPa>20 kPa>溝灌>50 kPa。綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)和灌水量等因素，適合于該地區(qū)膜下滴灌土壤水吸力控制下限為40 kPa。

李玉義等[13]在新疆石河子研究了膜下滴灌對加工番茄耗水特征、水分利用效率和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，膜下滴灌處理番茄總耗水量較常規(guī)溝灌降低8.37%～59.33%，總耗水量也隨滴灌量的增加而增加。膜下滴灌番茄耗水量最高時(shí)期為盛果期，其次為開花座果期，成熟期和苗期最低,其日耗水強(qiáng)度表現(xiàn)出先升后降的變化趨勢。與常規(guī)溝灌相比，膜下滴灌能提高番茄果實(shí)硬度、番茄紅素、Vc、可溶性固形物、可溶性酸、總糖以及糖酸比。確定當(dāng)?shù)丶庸し涯は碌喂嗔恳?150 m3/hm2較為適宜。

2.2.5花生

蘇君偉等[14]在遼西半干旱區(qū)膜下滴灌條件下以花生品種阜花12號(hào)為材料，研究了膜下不同水肥滴灌量對花生土壤微生物量碳、產(chǎn)量及水分利用效率WUE的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了4個(gè)不同的處理，分別為：T1(苗期灌水1次,花針期+飽果期分別灌水2次)；T2(花針期+飽果期分別灌水1次)；T3(苗期灌水1次，花針期+飽果期分別灌水3次)；T4(裸地栽培無滴灌)。結(jié)果表明，膜下滴灌可適當(dāng)提高土壤微生物量碳含量；苗期灌水1次，花針期和飽果期分別灌水3次時(shí)，在整個(gè)生育期水肥滴灌量偏多，其產(chǎn)量低于較之灌水量少的兩個(gè)處理且WUE較低；苗期不灌水，僅在花針期和飽果期分別灌水1次時(shí)，其產(chǎn)量與WUE相對較高。

2.2.6黃瓜

膜下滴灌技術(shù)在平鄉(xiāng)縣廣泛應(yīng)用于溫室蔬菜種植，試驗(yàn)證明，膜下滴灌比溝畦灌棚內(nèi)氣溫高2～5 ℃。0～25 cm的蔬菜生長土層膜下滴灌比傳統(tǒng)溝畦灌地溫高2～8 ℃，使黃瓜早結(jié)果7～8 d，隨著溫室內(nèi)空氣濕度的降低，病蟲害明顯減少，每畝可減少農(nóng)藥投入80元以上。應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)，每畝蔬菜增產(chǎn)600～1000 kg，增產(chǎn)幅度達(dá)20%～30%。與溝畦灌比節(jié)水50%～70%，可使灌溉水利用率達(dá)到90%，氮肥當(dāng)季利用率達(dá)60%，節(jié)肥25%～30%[15]。

T.Yaghi等[16]在2009—2010年通過試驗(yàn)研究了兩種類型(透明和黑色)地膜覆蓋下滴灌對黃瓜的需水量和產(chǎn)量以及成熟時(shí)間的影響。試驗(yàn)設(shè)置了4個(gè)處理，分別為：透明地膜滴灌(DI+TM),黑色膜下滴灌(DI+BM),滴灌無覆蓋(DI)和表面溝灌(SI)。研究結(jié)果顯示，DI+TM的產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)均是最高的，分別為63.9 t/hm2和0.262 t/(hm2·mm)；(DI+BM)的處理方式次之，產(chǎn)量和WUE分別為57.9 t/hm2和0.238 t/(hm2·mm)；SI的產(chǎn)量和WUE是最低的，分別為37.7 t/hm2和0.056 t/(hm2·mm)?？梢娔は碌喂嗟漠a(chǎn)量和WUE均比表面溝灌的高。

2.2.7釀酒葡萄

羅順[17]通過對膜下滴灌與溝灌進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，研究分析不同灌水方式對葡萄物候期、產(chǎn)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膜下滴灌較溝灌各物候期明顯提前，萌芽率和坐果率均有所提高，果穗增重16.2%，果粒增重2.19%，平均增產(chǎn)20.09%，增產(chǎn)效果十分明顯，且品質(zhì)大大提高，減少病蟲害發(fā)生，降低產(chǎn)品的腐爛程度，延長了葡萄成熟后的掛果時(shí)間，搶占市場有利時(shí)機(jī)，加之節(jié)水、保肥、降低生產(chǎn)成本和減少用工、實(shí)際凈效益大大提高。

2.2.8煙草

國鴻薔等[18]在膜下滴灌條件下，設(shè)計(jì)了不同水肥處理，對煙草生長情況和產(chǎn)量進(jìn)行了觀測。結(jié)果表明，不同水肥設(shè)計(jì)對煙草生長有顯著影響；12 mm/次的滴灌量，結(jié)合施用15 t/hm2生物有機(jī)肥和3 g/株化肥，獲得了最大的煙草葉面積(4.2 m2)，對單株葉片干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量和品質(zhì)均有正面影響。

2.2.9甜瓜

桑艷朋等[19]開展了膜下滴灌方式下，不同滴灌量對甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究。試驗(yàn)對甜瓜整個(gè)生育期設(shè)置了3個(gè)不同灌水量處理，處理1(T1)田間持水量的0.6～0.7倍；處理2(T2)田間持水量的0.7～0.8倍；處理3(T3)田間持水量的0.8～0.9倍；試驗(yàn)以溝灌方式為對照。結(jié)果表明，膜下滴灌每個(gè)處理的甜瓜產(chǎn)量均高于溝灌。T2畝均增產(chǎn)達(dá)2049.91 kg；T3畝均增產(chǎn)1489.63 kg；T1畝均增產(chǎn)675.89 kg。

2.3結(jié)論

以上研究結(jié)果均表明，膜下滴灌技術(shù)可以節(jié)水、增產(chǎn)和提高水分利用效率。因此，應(yīng)用和推廣膜下滴灌技術(shù)是很有必要的。

3　膜下滴灌技術(shù)推廣存在的問題

(1)一次性投資較大

由于初始一次性投資和勞務(wù)投入較常規(guī)灌溉大很多，因此在農(nóng)村推廣起來比較困難。

(2)滴頭堵塞問題

堵塞是滴灌應(yīng)用中最主要的問題。由于滴灌水質(zhì)不達(dá)標(biāo)和過濾系統(tǒng)故障，造成流道堵塞，滴灌帶出水不均，甚至滴頭堵死，對系統(tǒng)正常運(yùn)行影響很大。

(3)地膜開裂問題

黑色滴灌管帶吸熱過多造成膜下局部溫度過高。氣溫達(dá)到30 ℃以上時(shí)，田間膜下溫度可達(dá)80 ℃左右，粘連和燙裂時(shí)有發(fā)生，保溫、保墑性能明顯弱化，灌水質(zhì)量下降。

(4)“灼燒”問題

我國膜下滴灌田間陸續(xù)出現(xiàn)了一些陽光灼傷導(dǎo)致滴灌帶熔融破洞(簡稱“灼傷”)的現(xiàn)象。滴灌帶的材料為聚乙烯塑料，其軟化溫度為75～120 ℃，夏天的聚焦陽光很容易達(dá)到這個(gè)溫度。其原理是：地膜下側(cè)結(jié)露(也有膜上集水)集成的水珠在陽光照射下變成“凸透鏡”將陽光聚焦。如果地膜與滴灌帶之間的間隙正好與水珠(凸透鏡)的焦距一致時(shí)，經(jīng)聚焦的高能量陽光所產(chǎn)生的高溫可使滴灌帶熔融并產(chǎn)生局部熔穿現(xiàn)象(通常稱之為陽光“灼傷”)。

(5)污染問題

膜下滴灌使用的大量塑料膜不能完全回收，滯留在土壤里引起土質(zhì)退化與土壤結(jié)構(gòu)破壞,影響作物正常出苗及生長發(fā)育，使得作物減產(chǎn)。

(6)操作不當(dāng)問題

受溝灌傳統(tǒng)思維影響，農(nóng)民缺乏節(jié)水意識(shí)，節(jié)水灌溉知識(shí)儲(chǔ)備不足，加之節(jié)水灌溉相應(yīng)管理制度不健全，運(yùn)行操作不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象較為普遍，造成灌溉水利用率低下，達(dá)不到預(yù)期的節(jié)水增產(chǎn)目的，對滴灌技術(shù)推廣和農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來不利影響。

4　推廣膜下滴灌技術(shù)的一些建議

(1)為防止滴灌帶“灼燒”現(xiàn)象的發(fā)生，在鋪設(shè)地膜和滴灌帶時(shí)，壓實(shí)壓緊地膜，防止地膜破洞，防止膜內(nèi)雜草滋生等，開溝淺埋時(shí)，滴灌帶應(yīng)無裸露。

(2)推廣各類可降解塑膜的使用，研究覆膜耕作的綜合配套技術(shù)。

(3)滴管帶或灌水器的堵塞是滴灌技術(shù)的難點(diǎn)，因此對滴灌帶堵塞問題有待進(jìn)一步研究。

(4)加強(qiáng)對更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的滴灌產(chǎn)品的研究，如一次性使用的滴灌帶。

(5)在農(nóng)村推廣時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對膜下滴灌節(jié)水知識(shí)的宣傳及正確操作方式，建立健全的管理制度。

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The research progress of drip irrigation under mulch

ZHANG Jinping1,ZHOU Shengli1,ZHANG Ao2

(1.SongliaoWaterResourcesCommission,MinistryofWaterResources,Changchun130021,China;2.ShaanxiProvinceLandEngineeringConstructionGroup,Xi'an710000,China)

Drip irrigation under mulch is the most advanced agricultural water saving technology,it combines the advantages of the mulching film with drip irrigation technology. In recent years, the technology has high water-saving and yield-increasing effects in the farmland of promotion，and the development prospect is broad. This paper has summarized and analyzed the influence of drip irrigation under mulch on water use efficiency and yield of cotton, corn, potato and other crops，and some suggestions were put forward for the application and development of the technology.

drip irrigation under mulch；water saving；increasing yield；application；promotion

張金萍(1980-)，女，高級(jí)工程師，主要從事水利規(guī)劃方面的工作。

S275.6

A

2096-0506(2016)09-0011-05