設施膜面軟體集雨窖水肥一體化新技術介紹

鄭育鎖，郭云峰，陳子學，劉志杰，張 滈

（天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心，天津 300061）

天津地區(qū)設施蔬菜生產(chǎn)主要依賴地下水進行灌溉，同時灌溉用水量較大，地面灌溉方式年平均450 m3以上。在當今水資源緊缺、地下水超采嚴重，設施農(nóng)業(yè)水肥消耗量大利用率低的形勢下，雨水是一種非常規(guī)、經(jīng)濟的水資源，在設施農(nóng)業(yè)領域，雨水收集和儲存尚處于初級利用階段[1]，本文總結(jié)集成設施大棚膜面、新型軟體集雨水窖和水肥一體化技術，在設施蔬菜作物上開發(fā)利用雨水資源。通過水窖收集的雨水，可有效補充水源，同時相比地表水，明顯改善水質(zhì)，尤其是在淺層地下水和地表水礦化度較重地區(qū)，難以滿足蔬菜種植水質(zhì)要求，集雨窖收集的雨水含鹽量低、中性或微酸性，適合作物生長水質(zhì)要求。

1 技術概念

設施膜面軟體集雨窖水肥一體化技術，是在設施農(nóng)業(yè)上通過集成設施棚膜膜面、軟體集雨窖和噴滴灌水肥一體化技術，充分利用自然降水，提高水肥利用效率，促進可持續(xù)發(fā)展的新型綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)技術措施。

2 適用范圍

設施膜面軟體集雨窖水肥一體化技術適用于水資源緊缺，年降雨量在400 mm 以上，一般要求設施農(nóng)業(yè)棚與棚之間距離在7 m 以上，且空間基本閑置的設施農(nóng)業(yè)種植區(qū)。尤其是在地下水超采嚴重，淺層地下水和地表水礦化度較高的設施農(nóng)業(yè)種植區(qū)技術需求更大。

3 技術體系組成

設施膜面軟體集雨窖水肥一體化技術系統(tǒng)，包括設施大棚棚膜面、軟體集雨窖和水肥一體化系統(tǒng)集成。軟體集雨窖安裝在棚與棚之間空地，設施大棚棚膜面與軟體集雨窖集雨面連接，集雨面軟體材料壓在棚膜下，重疊5 ～10 cm 即可；集雨窖體從底側(cè)連接出水管，出水口通過底部地埋PVC 管道與棚室管網(wǎng)連接。棚室內(nèi)管道上依次安裝逆止閥、水泵，分別通過PVCФ50向混肥池和棚室輸水，向棚室輸水管道上依次布置Ф50 管徑的球閥、過濾器，到棚室支管通過PVCФ50 管徑直接變?yōu)镻EФ40，毛管連接到PEФ40 支管上。

溫室大棚里水肥一體化系統(tǒng)由水源、首部、管網(wǎng)和灌水器4 個部分組成，首部主要包括閥門、過濾器和施肥器，管網(wǎng)包括棚內(nèi)支管和毛管，灌水器為毛管上的滴頭。另外泵前段從混肥池并聯(lián)PVCФ50 到主管道上，實現(xiàn)注肥功能，混肥池中并聯(lián)管道前段安裝逆止閥。水肥一體化系統(tǒng)多為滴灌水肥一體化方式，滴灌水肥一體化系統(tǒng)組成及參數(shù)：一般PE 支管Φ32，長60 ～90 m，滴灌管鋪設在壟中間，每根長8 ～10 m，間距0.8 ～1.2 m；滴灌管Φ16，壁厚0.4 mm，流量1.38 ～1.7 m2·h-1。過濾器一般選用網(wǎng)式過濾器，棚內(nèi)施肥裝置文丘里、比例施肥器或注肥泵，溶肥裝置選用棚內(nèi)3 m3軟體圓柱形混肥池。

4 操作要點

4.1 軟體水窖選型

一般根據(jù)棚室空間大小確定軟體集雨窖規(guī)格。軟體集雨窖一般可有2 種規(guī)格：

4.1.1 200 m3軟體集雨窖。主要針對寬8 m、長65 m 的日光溫室設施大棚，棚與棚空地間距應大于7 m。軟體集雨窖窖體可設計為寬3.15 m、長60 m、深1.1 m，水窖集雨面為寬5.15 m、長62 m，集雨面積319 m2，棚膜集雨面積496 m2。

4.1.2 300 m3軟體集雨窖。主要針對寬8 m、長90 m 長的日光溫室設施大棚，棚與棚空地間距應大于7 m。軟體集雨窖窖體可設計為寬3.15 m、長86 m、深1.1 m，水窖集雨面為寬5.15 m、長88 m，集雨面積453 m2，棚膜集雨面積720 m2。

玻璃連棟溫室可結(jié)合集雨槽進行管道集雨到水窖。水窖規(guī)格可根據(jù)棚室實際尺寸量身定做。

4.2 操作方法

在軟體集雨窖、棚內(nèi)水肥一體化系統(tǒng)都安裝并連接好后，主要是應用好設施膜面軟體集雨窖水肥一體化技術。具體操作方法分為2 個環(huán)節(jié)步驟：

4.2.1 設施膜面軟體集雨窖集雨面聯(lián)合設施棚膜集雨面收集雨水。在雨季時節(jié)，提前做好軟體集雨窖集雨面和設施棚膜面銜接，并清理水窖集雨面和設施棚膜銜接處雜物（包括雜草等），借助軟體集雨窖集雨面聯(lián)合設施膜面集雨面有效收集雨水。集雨過程不需要人工和能量消耗，只需提前做好清除雜物和棚膜與集雨窖面有效銜接即可。

4.2.2 設施作物水肥一體化操作。一般分單一灌溉和灌溉施肥。在需要灌水時，開啟集雨窖水源水泵，將水注入棚室內(nèi)水肥一體化管網(wǎng)中，實現(xiàn)灌溉。在灌溉同時需要施肥時，可打開棚內(nèi)施肥裝置文丘里或注肥泵，將混肥桶中提前溶好肥料的肥液同時注入管道中，實現(xiàn)灌溉施肥水肥一體化。施肥前先滴清水，壓力穩(wěn)定后再施肥，施肥后再滴清水清洗管道。施肥應注意肥液濃度，避免肥害。要定期檢查、及時維修系統(tǒng)設備，防止漏水，及時清洗過濾器。首次灌溉前和末次灌溉后應用清水沖洗系統(tǒng)。在設施溫室大棚冬季時使用，一般需要在灌溉3 d 前將溫度較低的軟體集雨窖收集的雨水提前抽取到棚內(nèi)混肥池中，進行棚內(nèi)提溫。

5 配套措施

設施膜面軟體集雨窖水肥一體化技術要發(fā)揮好作用，必須做好相關配套措施，主要包括水窖水位自動監(jiān)測、集雨窖集雨面與棚膜結(jié)合程度、配套棚內(nèi)混肥池、潛水泵等方面措施。

水窖水位自動監(jiān)測措施，由于水窖集雨面不透明，水窖水位無法目視，應配套在水窖里放置自動水位監(jiān)測儀，與水泵連接，保證水泵正常安全運行。

水窖集雨面與棚膜膜面銜接措施，在夏季降雨集中時設施大棚棚膜會不定期、不同程度打開下風口，因此應在降雨時及時放下下風口，并做好水窖集雨面與棚膜無縫銜接，最大限度發(fā)揮棚膜集雨面的功能。

配套棚內(nèi)3 ～4 m3混肥池和水泵措施，一方面可解決設施大棚灌溉水源水壓低問題影響水肥一體化有壓灌溉要求，一般先儲存到混肥池中，通過微小型離心泵，實現(xiàn)有壓灌溉和水肥一體化施肥；另一方面，通過配套混肥池儲存水作用，在設施大棚冬季灌溉前將水窖低溫水提前3 d 抽到混肥池中，可有效解決冬季水窖水低溫問題，提升灌溉水溫，保證灌溉水達到棚內(nèi)作物生長適宜溫度的問題。

6 應用效果

技術通過集雨窖、棚膜、水肥一體化技術集成，有效集雨、高效節(jié)水灌溉、水肥耦合的一體化集成，具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、改善水質(zhì)、增產(chǎn)、增效的效果。

6.1 替代地下水效果突出

由于設施農(nóng)業(yè)種植大多以反季節(jié)作物品種為主，致使作物需水時節(jié)與天然降水季節(jié)嚴重不符，往往需要較大容積的蓄水設施進行水量調(diào)節(jié)[2]。根據(jù)目前示范應用效果分析，土壤栽培實現(xiàn)雨水替代深層地下水80%以上，基質(zhì)栽培實現(xiàn)100%替代；技術最大效果就是提供優(yōu)質(zhì)雨水水源，解決了溫室冬季生產(chǎn)用水與夏季集中降雨時間上的不匹配。

6.2 改善灌溉水質(zhì)

相比淺層地下水或河溝地表水，雨水含鹽量明顯較低、中性或弱酸性。軟體水窖存儲雨水相對封閉，無綠苔，無異味，水質(zhì)透亮安全。通過棚窖收集的雨水，很少有雜質(zhì)進入，含鹽量低，EC 值不到200 μS·cm-1，水質(zhì)明顯優(yōu)于淺層地下水，甚至優(yōu)于深層地下水和地表河水，一方面適合微灌水肥一體化利用，另一方面有助于提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)。如表1 所示，天津市濱海地區(qū)淺井水pH 值為8.2，EC 值高達3 000 μS·cm-1，對設施蔬菜生長產(chǎn)生明顯障礙，導致產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低。

表1 天津市西青區(qū)設施基地不同水源水質(zhì)對比

6.3 軟體集雨水窖成本低

設施膜面軟體集雨窖水肥一體化技術配備的設備，水窖成本根據(jù)實際售價，按照建一個100 m3軟體集雨窖成本2.8 萬元，相比傳統(tǒng)磚砌水泥水窖約需成本5 萬元，成本降低了44%。

6.4 生態(tài)環(huán)保

軟體水窖符合中央“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新時代發(fā)展理念，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。技術最大生態(tài)優(yōu)勢，開辟優(yōu)質(zhì)新水源，通過收集雨水，降低地下水開采強度。軟體水窖可量身制作，不需硬化工程，產(chǎn)品使用后無需進行生態(tài)修復，只需簡單地面平整。不產(chǎn)生滲漏，防止水土流失，不破壞原土地植被系統(tǒng)，保持原有生態(tài)環(huán)境。軟體水窖無任何無機污染和有機污染，無土壤污染滲透，無污染物殘留。

7 應用前景

經(jīng)過技術示范實踐，形成了適合天津地區(qū)設施蔬菜不同生產(chǎn)模式的軟體集雨節(jié)水技術模式，驗證了應用效果，為大面積推廣奠定了堅實基礎。目前，在全國農(nóng)業(yè)技術推廣服務中心推動下，在華北地區(qū)20 多個市縣區(qū)設立50 多個示范區(qū)，針對10 多種作物開展試驗示范和模式集成，各級組織技術培訓和觀摩交流活動80 多次，專家技術指導活動12 次，培訓指導農(nóng)民4 000 多人次。集雨補灌技術列入了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部綠色技術導則，結(jié)合旱作農(nóng)業(yè)技術推廣、地下水超采綜合治理、高效節(jié)水灌溉等項目開展推廣應用。與產(chǎn)業(yè)扶貧緊密結(jié)合，全國累計推廣應用不同容積軟體集雨窖1 萬多套。如果按照天津地區(qū)設施溫室面積9 593 hm2推廣50%的規(guī)模，每667 m2配套300 m3水窖，每667 m2集雨量按300 m3計算，年可替代地下水2 158 萬m3，最大程度解決了設施蔬菜生產(chǎn)抽取地下水的矛盾，同時保障了設施蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。