自動化節(jié)水灌溉與高效栽培管理技術(shù)應(yīng)用研究

周葛

摘要：我國是世界上 13 個貧水國之一，人均水資源缺乏。近年來，城市的快速發(fā)展和人口的迅速膨脹，使水資源的需求量日益增長，水資源緊缺已成為我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的制約因素。灌溉作為我國的用水大戶，用水量約占總水資源量的 65%，且利用率低、浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)是解決我國水資源短缺問題的必由之路[1-3 ].北京是嚴(yán)重缺水的特大城市。水資源緊缺已經(jīng)成為制約首都發(fā)展的主要瓶頸。加強(qiáng)節(jié)約用水管理，推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)，是北京可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。目前大興區(qū)各業(yè)用水全部為地下水。由于連年超采，大興區(qū)的地下水位總體呈下降趨勢，水資源供需矛盾日益尖銳。因此，節(jié)水長期以來一直是大興區(qū)的重中之重，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)和節(jié)水林業(yè)則是大興區(qū)節(jié)水戰(zhàn)略和措施的重要組成部分。

關(guān)鍵詞：自動化;節(jié)水灌溉;栽培管理

前言：

滴灌施肥是將施肥與滴灌結(jié)合起來的一項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)，按照植物對水和肥的要求，通過低壓管道系統(tǒng)，將含有養(yǎng)分的水溶液以較小流量，均勻準(zhǔn)確地直接輸送到植物根部附近的土壤表面，以水珠形式滴入土層中。目前，滴灌系統(tǒng)主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，20世紀(jì)90年代中期，大興現(xiàn)代化蔬菜科技示范區(qū)的創(chuàng)建，才使得噴灌、微灌等現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)得以大面積推廣[4 ]。林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還相對較少。該科技成果是一項(xiàng)節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)能、高效的現(xiàn)代林業(yè)技術(shù)，應(yīng)用本科技成果可以使我國北方沙地或?yàn)┑貤顦涞乳熑~樹人工林的生產(chǎn)力水平比現(xiàn)有水平大幅提高。此外，使用自動化滴灌技術(shù)在北方沙地培育楊樹等闊葉樹人工林還能夠大幅節(jié)約水資源和能源。

本文通過建成具有計(jì)算機(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙控的自動化滴灌系統(tǒng)示范區(qū)200畝，實(shí)現(xiàn)對推廣示范林的自動化灌溉與施肥管理;探索和總結(jié)刺槐、欒樹等人工幼林的科學(xué)灌溉方式;對推廣示范區(qū)人工林的生長發(fā)育規(guī)律、土壤水分變化規(guī)律以及投入等情況進(jìn)行總結(jié)和評價。對滴灌栽培人工林的經(jīng)營管理提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1研究區(qū)概括

1.1自熱條件

本項(xiàng)目建立的自動化滴灌示范區(qū)在北京市大興區(qū)六合莊林場內(nèi)。該林場位于大興區(qū)永定河故道沙地。氣候特點(diǎn)是四季分明，春旱多風(fēng)，夏熱多雨，秋高氣爽，冬寒干燥。年平均氣溫11.6℃，平均 ≥ 0℃積溫4831.2℃;年平均降水量568.9mm，主要集中在6、7、8三個月，占全年降水量的65%左右;年均無霜期209天。

1.2土壤條件

土壤類型以風(fēng)沙土為主，pH值為8.8～9.1，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，一般為0.06%—0.4%。地下水位深 36 m，土壤密度（1. 46 ± 0. 15）g·cm^-3，土壤田間持水量為 10%（體積含水量），有機(jī)質(zhì)含量低于2. 0 g·kg^-1，堿解氮含量 1. 27 mg·kg^?-1，有效磷含量 1. 47 mg·kg^-1，有效鉀含量 16. 48 mg·kg^-1，是具有漏水、漏肥特性的貧瘠土壤。

1.3林地現(xiàn)狀

選取六合莊林場內(nèi)刺槐、欒樹、銀杏等人工林共計(jì)200畝，由于土壤貧瘠、保水保肥能力較差，因此人工林長勢一般，生產(chǎn)力未凸顯出優(yōu)勢。另外選取 畝作為對照，正常管護(hù)。示范區(qū)和示范區(qū)外的林木長勢在最初并未有明顯差別。

2研究方法

2.1試驗(yàn)應(yīng)用設(shè)計(jì)

2016年4月-5月，在已營造的200畝示范林上進(jìn)行安裝與調(diào)試自動化滴灌系統(tǒng)，保證系統(tǒng)有效運(yùn)行。這套滴灌系統(tǒng)能對試驗(yàn)示范區(qū)進(jìn)行定時定量灌溉與施肥。該試驗(yàn)示范區(qū)總面積200畝，分為9個可獨(dú)立控制的小區(qū)（每個小區(qū)的信息見表2），通過電腦或手機(jī)等智能終端設(shè)備能實(shí)現(xiàn)對每個小區(qū)進(jìn)行不同灌溉量和施肥量的獨(dú)立控制。

根據(jù)實(shí)地走訪調(diào)查，大興區(qū)永定河故道沙地平原防護(hù)林的當(dāng)?shù)毓喔确绞綖闇瞎?。因此選取除200畝以外的地塊采取溝灌的灌溉方式，按每年施肥3次，每次13.0kg/畝施肥.自動化滴灌系統(tǒng)一般將每年的施肥量分9次施完，施肥時期從5月初樹木快速生長至8月底樹木生長基本結(jié)束。其他管護(hù)措施均一致。

2.2數(shù)據(jù)調(diào)查與處理

2.2.1生長量調(diào)查、蓄積量分析與計(jì)算

選取刺槐、銀杏、欒樹等7種典型人工林，分別監(jiān)測了示范初期和末期的胸徑、樹高以及冠幅等數(shù)據(jù)。通過對試驗(yàn)示范區(qū)與對照區(qū)生長指標(biāo)進(jìn)行方差分析。通過立木材積計(jì)算示范林年蓄積生長量。

2.2.2成本分析

通過對200畝試驗(yàn)區(qū)和對照的用水用電以及人工成本分析，計(jì)算出單次和全年灌溉量。

3結(jié)果與分析

3.1生長量調(diào)查比較

本項(xiàng)目利用自動化滴灌系統(tǒng)栽培的刺槐、欒樹等平原防護(hù)林生長表現(xiàn)良好，選取刺槐、銀杏、欒樹等樹種，分別監(jiān)測了示范初期和末期的胸徑、樹高以及冠幅等數(shù)據(jù)，通過對試驗(yàn)示范區(qū)與對照區(qū)生長指標(biāo)進(jìn)行方差分析可知，三種指標(biāo)均表現(xiàn)出節(jié)水滴灌高效栽培技術(shù)下的平原防護(hù)林生長發(fā)育要顯著優(yōu)于其對照的常規(guī)灌溉平原防護(hù)林（見表9）。

3.2年蓄積生長量比較

從表10可以看出，5種平原防護(hù)林在項(xiàng)目實(shí)施期間的年蓄積增長量均比常規(guī)灌溉對照平原防護(hù)林有大幅提高，刺槐、銀杏、椿樹、法桐以及欒樹5種示范人工林的立木蓄積生長量比當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉栽培的分別提高133.0%、93.4%、32.1、60.9%和43.3%。

3.3滴管管理與常規(guī)管理用水用電對比

本項(xiàng)目示范區(qū)自動化滴灌200畝防護(hù)林全年需要使用電量3000KWH。同時，常規(guī)溝灌200畝防護(hù)林單次灌溉使用電量為2808KWH，全年則需要使用電量8424KWH。結(jié)果表明，滴灌單次灌溉用電量比常規(guī)溝灌節(jié)約2433KWH，減幅可達(dá)86.6%，全年總用電量比常規(guī)溝灌節(jié)約5424KWH，減幅可達(dá)64.4%。

3.4滴灌管理與常規(guī)管理200畝防護(hù)林的人工成本對比

滴灌管理人工費(fèi)在單次灌溉所需工日、人工數(shù)、工作時間、灌溉次數(shù)、全年總工日、運(yùn)行周期內(nèi)灌溉總費(fèi)用都顯著低于常規(guī)灌溉。另外，在除草人工成本上，每年200畝單次除草所需工日、人工數(shù)、灌溉次數(shù)、全年總工日、人工費(fèi)（元/工日）、除草總費(fèi)用（元）等數(shù)據(jù)沒有差別，但是在5年郁閉后每年除草費(fèi)用（元）和運(yùn)行周期內(nèi)除草費(fèi)用（萬元）上，滴灌管理明顯優(yōu)于常規(guī)管理。

3.5運(yùn)行周期內(nèi)滴灌與常規(guī)灌溉管理成本對比

綜合考慮打井、設(shè)備與安裝、動力、人工成本等因素，自動化滴灌系統(tǒng)在一個運(yùn)行周期（10年）內(nèi)比當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)常規(guī)灌溉管理可以節(jié)省23.4萬元。

結(jié)語

滴灌與常規(guī)灌溉相比，在林木生長量、年蓄積量上發(fā)生顯著差異。此外，滴灌在用水用電的使用量上均顯著優(yōu)于常規(guī)灌溉，大大節(jié)省了水資源與用電量;在產(chǎn)生的人工成本上滴灌也明顯低于常規(guī)灌溉，大大節(jié)省了人工費(fèi)用;管理成本上，滴灌也存在很大優(yōu)勢，節(jié)約了管理費(fèi)用。綜上所述，為了使平原防護(hù)林更好的發(fā)揮作用，促進(jìn)水資源高效利用，提高林木的栽培管理水平，推薦使用滴灌進(jìn)行平原生態(tài)林的灌溉。

參考文獻(xiàn)

[1]池光玉. 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程及技術(shù)應(yīng)用[J] . 吉林蔬菜，2011（1）：79 - 80.

[2]中國農(nóng)村科技編輯部. 節(jié)水灌溉：水資源可持續(xù)利用的必然選擇[J] . 中國農(nóng)村科技，2011（2）：48 - 49.

[3]宋秀瑜，張小霞，王繡茹，等. 城市綠地節(jié)水灌溉自動控制研究[J] . 中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27（6）：317 - 321.

[4]李珠懷，韓 ?青，北京市郊區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析[J] .水利經(jīng)濟(jì)2009，27（6）51-53

[5]嚴(yán)程明，張江周，石偉琦，劉亞男，馬海洋，不同灌溉方式在菠蘿上的效應(yīng)及成本分析.節(jié)水灌溉，2014，39（30）：