新型節(jié)水節(jié)能地面灌溉技術(shù)在新疆盆地區(qū)域的應(yīng)用研究

馬千雅

(新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心，新疆 烏魯木齊 83000)

自古以來，盆地綠洲便成為新疆經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ)，而其中綠洲農(nóng)業(yè)又是經(jīng)濟發(fā)展的主要支撐力量，綠洲農(nóng)業(yè)主要依靠灌溉，灌溉又離不開水資源，因此水資源的利用率變得尤為重要。據(jù)資料顯示，目前新疆農(nóng)業(yè)灌溉面積僅有39.2%采用了高效節(jié)水灌溉技術(shù)，仍有超過一半的農(nóng)業(yè)耕作面積未采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，農(nóng)業(yè)灌溉有效利用系數(shù)為0.47。如果節(jié)水灌溉技術(shù)能夠在新疆地區(qū)大面積推廣，會明顯提高該地區(qū)水資源利用率，極大減少水源浪費。因此，需要研究適用于新疆盆地農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉新技術(shù)。

國內(nèi)許多專家均對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)進行了調(diào)查研究，柴付軍、汪希成對新疆兵團棉花膜下滴灌技術(shù)進行了經(jīng)濟效益研究，提出了技術(shù)改進與經(jīng)濟、社會和生態(tài)之間的聯(lián)系[1]；王巧麗調(diào)查發(fā)現(xiàn)在我國北方地區(qū)，低壓管道輸水灌溉技術(shù)已逐漸成為主流灌溉技術(shù)[2]；孫曉琴研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)灌溉技術(shù)在灌溉周期內(nèi)平均水流速度只有波涌灌溉的1/3～1/2，并得到波涌灌溉節(jié)水效果顯著其水資源利用率較傳統(tǒng)灌溉提高18.82%[3]；康紹忠、杜太生、潘英華等對交替隔溝灌溉技術(shù)進行研究，發(fā)現(xiàn)該節(jié)水灌溉技術(shù)在提高水資源利用率的同時，也能保證農(nóng)作物的光合作用效果[4- 6]。本文在總結(jié)前人研究理論和技術(shù)的前提下，對新疆地區(qū)管渠灌溉這種新型地面節(jié)水灌溉裝置的適用性進行試驗研究，對于提高新疆盆地農(nóng)業(yè)用水效率具有重大意義。

1 工程概況

灌水試驗區(qū)選定新疆東北部，該地區(qū)海拔550～1250m，地勢平坦，起伏波動較小，最低處為湖泊，氣候特點屬于典型的溫帶大陸性氣候，降雨量少，氣候干燥，水資源匱乏[7]。據(jù)水文氣象資料顯示[8- 9]，試驗區(qū)年均降水量40mm，蒸發(fā)量320mm，地區(qū)耕地土壤分布特征垂直分布，且層間差異較大，土壤層以礫質(zhì)灰黃土、中礫石土為代表，土層中有機質(zhì)、全氮、速效氮含量豐富，整片區(qū)域地勢平坦、地質(zhì)松軟，適合大面積機械化耕種。試驗區(qū)的土壤基本物理參數(shù)見表1。

表1 試驗區(qū)表層土基本物理參數(shù)

2 灌溉試驗及評價指標

2.1 試驗設(shè)計

為獲取不同灌溉技術(shù)在新疆盆地的適用性，特選取新疆昌吉市示范農(nóng)田為試驗對象進行不同灌溉技術(shù)試驗研究，試驗選定15個相鄰田畦，田畦長120m，寬1.5m，其中1～5號為試驗P組，采用傳統(tǒng)聯(lián)系畦灌；6～10號為試驗S組，采用波涌流灌溉；11～15號為試驗T組，采用自動管渠灌溉。其中，所有試驗田開頭結(jié)結(jié)尾試驗田為緩沖畦，數(shù)據(jù)采集時不予考慮。分別在所有試驗田畦里種植行距60cm，株距20cm的玉米，玉米生長期間，所有田畦間整地至管理均統(tǒng)一進行，試驗過程中分別對各組田畦內(nèi)玉米在同時期采用不同灌溉技術(shù)進行澆灌。

2.2 評價指標

試驗過程中主要對3種不同灌溉方式下澆灌效果進行對比，選定評價指標分別為灌溉均勻度、節(jié)水率和灌溉水有效利用率進行分析，進而對灌溉效果進行評價。

灌溉均勻度是指灌溉水在田畦內(nèi)的均勻分布程度，評價方法為灌溉結(jié)束2d后，沿畦長方向不同深度處土壤含水率進行對比分析。

節(jié)水率是滿足澆灌前提下，相比較于傳統(tǒng)畦灌(P組)方式下每畦灌溉水量，用不同灌溉技術(shù)所能節(jié)約的水量，具體計算如下：

式中，Vc—畦灌水量；Qc—畦灌流量；tc—畦灌時間；Vs—波涌灌水量；Qs—波涌灌流量；tc—波涌灌時間；SR—節(jié)水系數(shù)。

灌溉水有效利用率是指灌溉水被能被作用有效利用的程度，文章研究是指灌溉1d后，作物根系計算區(qū)域范圍內(nèi)存儲水量與總灌溉量之間的比值，計算公式如下：

式中，Hi—第i個取樣點作物根區(qū)沿畦長方向滲水深，mm；Vi—第i個取樣點代表畦段作物根區(qū)沿畦長儲水量，m3；V1—灌溉1d后，作物根區(qū)儲水量，m3；bi—計算畦長寬度；Ea—灌溉水有效利用率；ΔWi—計算土層含水率變化值；Δhi—土層計算厚度，mm;Havg—計算田畦作物根區(qū)滲水深度平均值，mm；n—計算田畦長度方向段數(shù)；ΔH—第i個取樣點作物根系水入滲深度與該計算段平均入滲深度。

3 灌溉結(jié)果分析

3.1 灌溉均勻度分析

利用不同灌溉方式下，灌溉24h和48h后玉米在畦長方向和計算深度80cm范圍內(nèi)土壤含水率進行測量分析，詳細測量結(jié)果如圖1—2所示。

圖1 灌溉前24h土壤水分含量

由圖1中灌溉前24h土壤水分含量可以看出，灌溉前田畦內(nèi)水分沿畦長呈現(xiàn)無差異變化，整體變化幅度不大；沿深度方向整體呈現(xiàn)深度越大，土壤含水率越大的趨勢。

圖2 灌溉后48h土壤水分含量

由圖2中灌溉后48h土壤含水率隨著深度增加，土壤含水率逐漸增大明顯，對比圖1和圖2可以得到，土壤含水率在灌溉后出現(xiàn)明顯增加。分析圖2中，灌溉后土壤含水率沿畦長方向變化趨勢發(fā)現(xiàn)，沿畦長0～30cm范圍內(nèi)，3種灌溉技術(shù)下土壤含水率差異不大，均表現(xiàn)為沿畦長方向均勻變化；30～60cm范圍內(nèi)，3種灌溉技術(shù)下土壤含水率沿畦長方向開始表現(xiàn)出一定的差異性，但差異性較??；60～90cm范圍內(nèi)，3種灌溉技術(shù)下土壤含水率差異較為明顯，具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)畦灌技術(shù)灌溉時，畦尾與畦首測土壤含水率差異較大，波涌灌溉次之；管渠灌溉時，畦首和畦尾土壤含水率差異較小，均保持在33%～37%范圍內(nèi)。由此說明，管渠灌溉較其他兩種灌溉方式具備明顯的灌溉均勻性，使用管渠灌溉能夠有效提高灌溉均勻度[10- 13]。

3.2 節(jié)水率分析

依據(jù)試驗田3種灌溉技術(shù)作用下灌溉流量和灌溉時間，分別得到傳統(tǒng)畦灌、波涌灌溉和管渠灌溉下各畦田灌水量，得到相應(yīng)的節(jié)水率見表2。

由表2中不同灌溉方式下節(jié)水率關(guān)系可以看出，相比較傳統(tǒng)畦灌，波涌灌溉節(jié)水率為16.16%，管渠灌溉節(jié)水率為19.35%。對比可知，

表2 不同灌溉方式下灌溉節(jié)水率

管渠灌溉節(jié)水效果更為明顯。

3.3 灌溉水有效利用率分析

利用灌溉水有效利用率計算式對灌溉結(jié)束后48h作物灌溉水有效利用率進行計算，見表3。

表3 灌溉水有效利用率

由表3可知，傳統(tǒng)畦灌灌溉水有效利用率為42.53%，波涌灌溉水有效利用率為57.41%，管渠灌溉中灌溉水利用率為59.69%，即波涌灌溉和管渠灌溉較傳統(tǒng)畦灌灌溉水有效利用率分別提高14.88%和17.16%。由此說明，管渠灌溉水利用率最高，波涌灌溉次之，傳統(tǒng)畦灌最低，得出地面灌溉中使用管渠灌溉能夠有效提高灌溉水利用率，使灌溉水得到充分的利用[14- 15]。

3.4 渠灌技術(shù)與水質(zhì)要求

傳統(tǒng)畦灌和波涌灌溉由于其灌溉適用度大而被廣泛應(yīng)用，其對水質(zhì)要求不高，普通溝渠水即可直接使用。分析目前較為先進的微灌和噴灌技術(shù)，其具有明顯節(jié)水率高、受環(huán)境影響小等特點，但是微灌和噴灌技術(shù)投資高，需要專人進行維護和檢修，同時，微灌和噴灌技術(shù)需要使用專用噴灌設(shè)備，且澆灌過程需要水頭較大，因此，微灌和噴灌出水孔較小。所以對水質(zhì)要求較高，進一步增加了澆灌成本。對比之下，管渠灌溉制造過程經(jīng)濟，且制造過程簡單，由于其管道口徑大，管渠灌溉對水質(zhì)要求不高，值得進一步在其他地區(qū)進行推廣使用。

4 結(jié)語

為研究管渠灌溉技術(shù)在新疆盆地的應(yīng)用研究，利用疆昌吉市某試驗田進行了不同灌溉方式作用下試驗研究得到了如下結(jié)論：

(1)管渠灌溉后土壤不同深度含水率差異性最小，波涌灌溉次之，傳統(tǒng)畦灌最大，表明管渠灌溉具備較好的灌溉均勻性。

(2)相比較傳統(tǒng)畦灌，波涌灌溉節(jié)水率提升16.16%，管渠灌溉節(jié)水率提升19.35，表明管渠灌溉具備較好的節(jié)水性。

(3)傳統(tǒng)畦灌、波涌灌溉和管渠灌溉灌溉水利用率分別為42.53%、57.41%和59.69%，相較于傳統(tǒng)畦灌，波涌灌溉和管渠灌溉灌溉水利用率分別提升14.88%和17.16%，得出了管渠灌溉灌溉水利用率較高。

(4)管渠灌溉具備投資經(jīng)濟、適用性廣等特點，且對水質(zhì)要求較低，值得進一步推廣使用。