地下滴灌技術節(jié)水潛力及機理研究進展*

要家威,齊永青,李懷輝,沈彥俊**

(1.中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農業(yè)資源研究中心/中國科學院農業(yè)水資源重點實驗室/河北省節(jié)水農業(yè)重點實驗室石家莊 050022;2.中國科學院大學 北京 100049;3.甘肅農業(yè)大學水利水電工程學院 蘭州 730070)

灌溉在全球糧食生產中起著極為關鍵的作用,實現灌溉水資源的高效利用是保證糧食安全的重中之重[1]。世界上眾多農業(yè)地區(qū),水土資源不匹配,可利用水量占比小,水資源利用率低,地下水開采過量,水資源成為農業(yè)發(fā)展的制約因素[2],尤其是在中國華北平原[3]、印度河平原[4]和美國高平原和中央山谷地區(qū)[5]。利用高效的微灌技術取代地面灌溉方式,可以提高用水效率,減緩水資源短缺問題,保障農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[6]。滴灌是最為高效的微灌技術,其水分利用效率遠高于噴灌(60%～80%)與地面灌溉(50%～60%),最高可達90%,節(jié)水效果顯著[7]。地下滴灌是在滴灌基礎上形成的高效節(jié)水的新型灌溉技術,即通過鋪設在耕層中的滴灌管網系統(tǒng)將水和液體肥料小流量、長時間、高頻率直接灌入作物根區(qū),供作物生長發(fā)育利用,達到節(jié)水、節(jié)肥、增產等目的[8]。地下滴灌系統(tǒng)能有效減少深層滲漏和土壤蒸發(fā),提高水分利用效率,同時節(jié)省勞動力并提高運行管理效率[9],是節(jié)水效率最高的灌溉方式之一。

目前地下滴灌技術的節(jié)水潛力與節(jié)水機理尚未得到系統(tǒng)的論述。本文將通過梳理地下滴灌農田應用、控制試驗及模型模擬的研究成果,對比多種灌溉方式下的作物產量、灌溉量與蒸散量,闡述地埋點源多因素影響的土壤水分運動過程,總結地下滴灌數值模擬及模型的發(fā)展與應用,探究地下滴灌技術的節(jié)水潛力,并指出其關鍵技術參數及應用難點,提出需進一步解決的問題。本文旨在為地下滴灌系統(tǒng)的廣泛應用、大幅提升缺水地區(qū)用水效率提供有效途徑。

1 地下滴灌技術的發(fā)展與趨勢

1913年美國學者House首先對地下滴灌技術進行了研究,受當時技術條件限制,未能增加根區(qū)土壤含水量,并因其應用成本過高而放棄[10]。1920年美國加利福尼亞的Charles發(fā)明了能使周圍土壤濕潤的多孔瓦罐,被認為是地下滴灌技術的雛型[11]。進入20世紀70年代,世界各地對地下滴灌技術進行了較大規(guī)模的田間試驗,主要應用于果樹及大田作物[12]。1978年山西省水土保持科學研究所開展了為期4年的大田作物地下滴灌試驗[13],1979年美國亞利桑那州建成第一個棉花(Gossypium hirsutum)地下滴灌系統(tǒng),到1985年約有8000 hm2棉田安裝了滴灌管道,被稱為“亞利桑那系統(tǒng)”[13]。但由于當時技術條件的限制,早期地下滴灌系統(tǒng)存在灌水均勻性差,灌水器易堵塞,系統(tǒng)運行維護及管理難度大等問題。

20世紀80年代以后,地下滴灌技術的研究集中在改進灌水器質量、優(yōu)化系統(tǒng)設計參數、研制過濾器和施肥裝置等方面[14]。1982年Mitchell等[15]編寫了《地下滴灌系統(tǒng)設計、安裝和運行管理指南》,標志著地下滴灌技術進入規(guī)范化運行階段。1989年前后美國堪薩斯州立大學進行了連續(xù)多年的研究,對地下滴灌系統(tǒng)設計、維護和經濟性及長期效應做出了廣泛的討論,編寫了多種技術材料[16]?！熬盼濉逼陂g,中國水利水電科學院在北京市昌平區(qū)建成13.3 hm2的地下滴灌試驗示范區(qū),自主研發(fā)地下滴灌專用灌水器及田間配套技術,取得了顯著的節(jié)水增產成果[17]。

21世紀以來,國內外學者對瓜果蔬菜、棉花、苜蓿(Medicago truncatula)和玉米(Zea mays)等作物開展了大量田間試驗,主要研究了地下滴灌技術對作物生長發(fā)育的影響及其節(jié)水增產效益。部分研究基于數值模擬方法,對多種土壤條件下土壤水與溶質運移規(guī)律進行了探討,并給出了最適的技術參數,有效解決了地下滴灌系統(tǒng)灌溉過程中不可見的難題[18]?，F階段地下滴灌系統(tǒng)的研究熱點主要集中在水肥氣一體化的田間應用中,2006年,Bhattarai等[19]對加氣灌溉進行了研究,指出使用地下滴灌加氣技術能夠緩解長時間地下滴灌產生的土壤通透性減弱問題,增強根際土壤通透性,提高土壤酶活性與氧氣擴散率,促進根系呼吸作用,進而增加作物產量[20-21]。

2 地下滴灌節(jié)水潛力與理論基礎

2.1 地下滴灌節(jié)水潛力概述

節(jié)水農業(yè)的本質是充分利用降水并高效利用灌溉水。地面灌溉方式水資源浪費嚴重,無法保證缺水地區(qū)的水資源供給平衡,與地面灌溉相比,噴灌技術可節(jié)水40%～50%,滴灌可節(jié)水80%[22],其中水分損失主要來自輸水過程中灌溉水的流失、田間土壤蒸發(fā)以及深層滲漏。作物生長發(fā)育用水主要來自植物蒸騰,土壤蒸發(fā)是作物無法利用的非生產性水資源,地下滴灌技術在減少非生產性耗水方面具有明顯優(yōu)勢,可以有效降低表層土壤含水率,控制灌溉水留存于作物根區(qū),并減少約10%的蒸散量,緩解水資源短缺問題[23]。

地面灌溉、噴灌和地下滴灌3種灌溉方式對作物產量、灌溉量與蒸散量的影響有顯著差異,主要是由3種不同方式的灌水強度以及不同的土壤水分分布特征引起的。相對地面灌溉方式,地下灌水可增加作物根區(qū)20～55 cm處的土壤含水率,降低土壤表層的水利傳導系數,減少土壤水分向地表運動,保持表層干燥,土壤蒸發(fā)量顯著降低39.8%[24]。Bordovsky等[25]發(fā)現地下滴灌的棉花產量和水分利用效率均高于低壓管灌,在灌水強度為2.54 mm·d?1時地下滴灌可提高14%的棉花產量,提高灌水強度對增產效果影響不顯著。郭學良等[26]試驗表明,地下滴灌灌溉水主要分布在10～35 cm土層,噴灌灌溉水位于10～40 cm土層,地面灌溉水分運移至60 cm以下;與地面灌溉相比,地下滴灌和噴灌分別減少50.8%和37.5%的灌溉量,苜蓿產量分別提高21%和11%,灌溉水利用效率分別提高148%和41%。多數研究結果表明,與其他灌溉方式相比,地下滴灌可以將更多的灌溉水留存于植物根區(qū),減少土壤蒸發(fā)量與深層滲漏量,提高作物產量與灌溉水利用效率。充分說明地下滴灌技術在降低灌溉量與提升用水效率方面的優(yōu)勢,具有極高的節(jié)水潛力。

滴灌技術主要分為地下滴灌和地表滴灌兩類,兩者對作物產量、灌溉量與蒸散量的影響同樣顯著。地下滴灌與地表滴灌的對比研究發(fā)現,地下滴灌技術在節(jié)水增產方面具有明顯優(yōu)勢,在作物產量相同的前提下,柑橘(Citrus reticulata)使用地下滴灌技術可以減少23%的灌溉量[27];在灌溉量相同的條件下,地下滴灌提高9%～12%的葡萄(Vitis viniferaL.)產量和9%～11%的水分利用效率[28];在低灌溉量條件下,地下滴灌對作物生長發(fā)育影響較大,可有效提高玉米光合速率以及干物質與氮素積累量,水分利用效率增加7%左右[29]。相對地表滴灌,地下滴灌的土壤濕潤體形狀深度更大、半徑更小,且在地表形成10 cm左右的干土層[30],降低土壤蒸發(fā)量。Valentín等[31]發(fā)現玉米地下滴灌的蒸散量相對地表滴灌降低39%,土壤蒸發(fā)量在整個生育期內減少約40 mm,灌溉水生產力提高25%。Umair等[32]指出冬小麥(Triticum aestivum)地下滴灌蒸散量相對地面灌溉與地表滴灌減少約80 mm與40 mm,且在生育期后期地下滴灌的日蒸散量比地面灌溉平均降低2 mm·d?1。地下滴灌技術的蒸散量低于地表滴灌,主要原因是兩者之間的土壤蒸發(fā)量不同,地表滴灌需要更多的灌水量以彌補土壤蒸發(fā)所帶來的損失。綜上所述,地下滴灌技術有著更高的產量、更低的灌溉量與蒸散量,尤其土壤蒸發(fā)得到有效降低,在水資源匱乏地區(qū),地下滴灌技術可作為高效節(jié)水方案。

2.2 地下滴灌節(jié)水機理概述

前述大量田間試驗指出地下滴灌技術能在保證產量的前提下,有效減少灌溉量。針對地下滴灌技術減少灌溉用水的原因,大量學者通過控制試驗建立經驗公式的方法對土壤水分運移情況進行了機理上的研究,指出減少土壤蒸發(fā)和地下滲漏是提高用水效率的關鍵[33]。

地下滴灌土壤水分運動過程主要是土壤質地、滴頭流量、灌水時間、土壤初始含水率及滴灌帶埋深等多種因素共同影響[34]。灌水完成時濕潤體形態(tài)呈紡錘形,外部輪廓呈拋物線形,土壤含水率在滴頭附近處最高,沿濕潤峰方向逐漸降低;經水分再分布后,濕潤鋒垂直向下運移距離大于垂直向上運移距離[35]。地下滴灌土壤水分運動主要受土壤基質勢和重力勢驅使,其中重力勢是導致土壤水分向上運移距離小于向下運移距離的主要原因。

眾多學者研究了土壤水分運動特征的影響因素及驅動力,指出滴頭流量和滴灌帶埋深是地下滴灌性能的較為重要的參數,而土壤質地是決定兩參數的重要因素[36]。濕潤峰運移距離主要受土壤質地影響,在砂土中運移距離最大,壤土及砂壤土次之,黏壤土中最小[37-38]。同時濕潤鋒運移距離與滴頭流速和灌水時長有關,其關系可以通過冪函數[37]描述:

式中:D為濕潤鋒在水平/垂直方向的運移距離(cm),I為滴頭流量(mL·min–1),t為灌水時間(min),k、a、b均為經驗系數。其中運移距離與灌水時間呈正相關,而滴頭流量對運移距離的影響與土壤質地有關。當流量小于土壤飽和導水率時,運移距離與流量呈正相關;當滴頭流量大于土壤飽和導水率時,運移距離與流量呈負相關;土壤黏性越高,減小幅度越大[37-40]。土壤初始含水率越高,向上運移的距離越小,運移速率也越小,向下運移距離和速度與之相反[39]。某一點距滴頭的距離與土壤含水率之間符合二次函數關系[41],公式如下:

式中:ω為水平/垂直方向的土壤含水率(%),x為距滴頭水平/垂直方向距離(cm),A、B、C均為經驗系數。含水率隨距滴頭距離的增加而減小。室內雙點源交匯入滲情形下,兩濕潤體交匯界面處濕潤鋒垂直向下運移距離總是大于垂直向上的距離,經過水分再分布后,濕潤體體積隨滴頭間距增大而增大[41]。張松等[42]發(fā)現滴頭在砂土中埋深20 cm的情況下,在地下5 cm處含水率達較適含水率時,其余深度的含水率已超過飽和含水率,不利于作物生長;而埋深在15 cm時,田間的土壤水分情況較好,有利于作物生長。

相關學者就地下滴灌水氮及養(yǎng)分的運移情況進行討論,指出土壤養(yǎng)分的空間分布主要由水分運移進行調控,土壤堿解氮與有效鉀的含量沿濕潤鋒方向逐漸增加,有效磷的趨勢相反[43]。低濃度肥液將導致硝態(tài)氮在濕潤鋒邊緣聚集;高濃度肥液易于使硝態(tài)氮在滴頭處積累,分布與土壤含水率趨勢相同[44]。相對其他灌溉方式,地下滴灌根據不同土壤和作物類型選擇適宜參數后,可將含有養(yǎng)分的濕潤體合理分布在作物主要根區(qū)處,減少水分與養(yǎng)分的損失,使作物更充分地利用水肥,達到節(jié)水增產的目的。

現有成果已就大多數土壤條件下土壤濕潤體的形態(tài)特征與運移過程進行了研究,分析了各因素之間的相互關系,但現有研究大多在控制條件下進行,無法對土壤真實情況進行還原。實際應用中易出現的如滴灌管壁導水作用引起的土壤水分橫向運移、沿管壁形成的土壤水力沖蝕通道等情況[45],對土壤水氮分布以及土壤蒸發(fā)的影響需進一步研究。

2.3 地下滴灌土壤水分運動模型

地下滴灌土壤水分運動過程的影響因素眾多,依靠經驗公式或試驗方法耗時費力,并且試驗過程中不確定因素對結果影響較大。數值模擬方法可清晰直觀地實現土壤內部水分運動過程可視化,為各種土壤條件提供預測結果。在實際應用過程中使用模型對地下滴灌水氮運移影響因素進行模擬,有助于提高技術參數優(yōu)化效率,選擇最符合節(jié)水農業(yè)的技術參數,造成不必要的水分損失。

數學模型是土壤水分運動模型軟件的內在核心,建立符合實際情況的土壤水分運動模型極為關鍵。Philip等[46-48]基于二維和三維地埋點源滴灌土壤水分運動模型,研究了各種無限、半無限區(qū)域的水分運動過程,利用球型波函數得到模型的精確解,通過將穩(wěn)態(tài)流中的非線性方程轉換為線性方程,給出了在非飽和土壤中的水分運動方程。土壤水運動理論和溶質運移對流-彌散方程是地下滴灌數學模型最常用的2個工具:程先軍等[49]基于此建立了地埋點源土壤水運動和溶質運移數學模型,計算結果與室內試驗結果具有較好的吻合性,指出對模型滴頭邊界進行簡化后仍能較好地分析土壤水分運移;劉玉春等[50]利用相同理論構建了水氮運移數學模型,發(fā)現在滴頭埋深25 cm時,地表干土層較薄,水氮向下運移距離相對較小,利于減少土壤蒸發(fā)。

HYDRUS-2D[51-53]、SWMS-2D[54]和WMTrace[55]等模型軟件均可對地埋點源條件下土壤水分運動進行模擬,其中HYDRUS-2D軟件具有模擬精度高、應用范圍廣等優(yōu)點,受到學者的廣泛使用。使用VG模型求解[55]、HYDRUS-2D軟件反演[56]或試驗實測所得土壤水力特征參數,計算分析多因素對地下滴灌土壤水分分布的影響,模擬結果與前文所述的試驗現象吻合良好。Evett等[57]優(yōu)化了ENWATBAL模型,模擬地表、地下15 cm和30 cm滴頭的能量平衡和水平衡,結果發(fā)現,滴頭埋深15 cm和30 cm時,地下滴灌蒸發(fā)量與地表滴灌相比分別少51 mm和81 mm;使用埋深30 cm的滴頭最大節(jié)水量可達季節(jié)性降水和灌水量總和的10%。

為減小模擬過程的復雜程度,現階段大部分模型均進行一定的簡化,忽略了田間土壤異質性或土壤分層等情況,以及作物根系對土壤水分運動的影響,導致模型與實際情況存在一定差別。因此,建立更符合實際的數學模型仍是今后研究的重點。

3 地下滴灌關鍵技術參數

3.1 地下滴灌灌水設備及灌水均勻度

地下滴灌技術可與精準施肥技術和自動化控制系統(tǒng)集成為水肥一體化系統(tǒng),實現精準灌溉施肥,這也是節(jié)水農業(yè)的發(fā)展趨勢。實現地下滴灌技術在農業(yè)生產中的廣泛應用,降低水資源的無效損失,需對其關鍵技術參數進行選擇,根據作物種類、土壤質地、氣候條件等因素制定最優(yōu)灌溉制度與滴灌帶布設參數,選擇滿足對應要求的灌溉設備及滴灌帶種類。

現階段地下滴灌系統(tǒng)使用的灌溉設備源自地表滴灌,兩者最主要區(qū)別表現在滴灌帶類型與過濾裝置等方面。相較于地表滴灌,地下滴灌滴頭堵塞是系統(tǒng)應用的難點之一。仵峰等[58]對使用了8年的迷宮式、微管式和孔口式灌水器進行調查,發(fā)現堵塞率分別達16.7%、25.0%和63.8%,并對其堵塞原因進行了分析。在此基礎上,李云開等[59]指出灌溉水水質差、負壓吸泥及根系入侵等是導致灌水器堵塞的主要原因,通常滴頭采用內鑲式或壓力補償式可保證系統(tǒng)供水的穩(wěn)定性,減少滴頭堵塞。

灌水均勻度是地下滴灌系統(tǒng)運行的重要參數,也是評價系統(tǒng)灌水質量的重要指標?，F行規(guī)范中指出系統(tǒng)實測灌水均勻度不應小于80%,灌水均勻度的降低將會導致部分作物可利用水量的減少,影響作物正常生長發(fā)育,作物產量下降[60]。灌水均勻度通常采用克里斯琴森公式,使用系統(tǒng)的流量偏差率計算,水力流量偏差與制造流量偏差對系統(tǒng)流量偏差率影響最大[61]。滴頭與施肥裝置類型對灌水、施肥均勻度影響較大,滴頭堵塞以及制造偏差導致的出流量降低,同樣會減少灌水均勻度。Warrick等[62]發(fā)現低流速、多滴頭的壓力補償式滴灌帶可以在很多土壤條件下獲得較高的灌水均勻度;對具有壓力調節(jié)作用的內鑲式滴灌管,采用無紡布外包方式處理后可提高灌水均勻度[17]。現有研究大部分以灌水均勻度作為指標,評價地下滴灌系統(tǒng)的設計質量,但對作物產量及耗水特征的影響研究較少。降低灌水均勻度能否保證作物不減產、減少灌溉水損失仍需深入研究。

3.2 地下滴灌農田灌溉管理

灌溉制度是地下滴灌系統(tǒng)運行最為關鍵的技術參數,包括灌溉定額和灌水頻率兩個方面。地面灌溉單次灌溉量大,灌溉周期長,而地下滴灌技術的單次灌溉量小,灌溉頻率高,通常為一天1次至一周1次。地下滴灌的少量高頻灌溉可以有效將水分存儲在作物根區(qū),減少水分損失,符合按需供水、精準灌溉的要求。

地下滴灌的灌溉制度一般以作物種類、耗水特征以及土壤的保水能力和透水性能作為依據,綜合考慮土壤含水量和蒸散量,多以作物需水量或田間持水量作為標準進行設計。李興強等[63]指出茄子(Solanum melongena)在灌溉定額為225 mm的條件下,水分利用效率相對灌溉定額為275 mm處理提高8%,增加灌溉量茄子產量并不會得到明顯提高。Ma等[28]發(fā)現相較灌溉定額為65%作物需水量的處理,80%作物需水量的葡萄產量提高6%,而水分利用效率降低12%。產量與水分利用效率往往不具有同步性,適當降低灌溉量可提高作物水分利用效率。孫章浩等[64]研究表明相較于灌水下限為60%田間持水量,灌水下限為80%田間持水量處理單次灌溉量低、灌溉頻率高,可以有效提高小麥的株高、葉面積指數、干物質積累量以及產量,同時能延緩灌漿期旗葉葉綠素含量降低。適宜的灌水頻率可以保證作物根區(qū)在整個生育期內擁有良好的水分與養(yǎng)分條件。有研究指出,在土壤水分虧缺量小于20%時,從1天1次到7天1次的灌水頻率對玉米產量無明顯影響[65];哈密瓜(Cucumis melovar.Saccharinus)的產量周灌大于日灌,洋蔥(Allium cepa)則與之相反[66];蘿卜(Raphanus sativus)根系發(fā)育狀況良好的最適灌溉頻率為每3天1次[67]。一般來說,蔬菜等作物通常采用高頻灌溉,而果樹或大田作物可將灌水周期適當延長。地下滴灌技術的灌溉制度最符合精準灌溉施肥的要求,這也是節(jié)水農業(yè)的發(fā)展趨勢。

在實際生產過程中,充分供給灌溉水雖可提高產量,但會造成水資源與能源的浪費,其凈效益并非最大,不符合節(jié)水農業(yè)要求。由于地下滴灌系統(tǒng)的特殊性,仍需進一步完善不同土壤、不同作物的合理灌溉制度,設計中的不合理之處會影響作物的正常生長,過多的灌水量將會產生更大的蒸發(fā)損失與深層滲漏。

3.3 地下滴灌滴灌帶布設參數

滴灌管的埋深和間距是地下滴灌系統(tǒng)設計的重要參數,關系到埋設時的工作量和工程造價。確定滴灌帶埋深和間距時既要避免耕翻土壤等機械作業(yè)對地下管網的破壞,同時也需使作物根系處于生長過程中最適的土壤水分環(huán)境下。

滴灌帶埋深與間距主要由氣候條件、土壤性質、田間耕作以及作物種類等因素決定。滴灌帶埋深多位于地下20～70 cm,大田作物選擇埋深20～40 cm較為合適[68]。較小的滴灌帶間距適用于如小麥、苜蓿等密植作物、沙質土壤以及氣候干旱地區(qū),玉米等稀植作物以及氣候濕潤地區(qū)可以使用較大的滴灌帶間距。廉喜旺[69]指出滴灌帶埋深對作物各生育期生物量及產量的影響大于間距,采取間距80 cm、埋深30 cm布設方式的苜蓿產量和水分利用效率最高。Sidhu等[70]評估了不同間距和埋深對作物產量和灌溉水生產率的影響,結果表明埋深15 cm的小麥產量高于埋深20 cm,同時指出滴灌帶埋深和間距會影響產量與灌溉水利用效率,但影響未達顯著;Grabow等[71]發(fā)現當滴灌帶間距為91 cm時,棉花產量和灌溉水利用效率均高于間距182 cm的處理,但產量同樣沒有達到顯著差異;Camp等[72]得出了相同結論,認為使用更寬的滴灌帶間距可以降低地下滴灌的成本。部分學者針對滴灌帶滴頭的間距進行研究,Enciso等[73]分析了15 cm、20 cm和30 cm滴頭間距對洋蔥產量的影響,發(fā)現滴頭間距對洋蔥產量沒有顯著影響。多數研究指出滴灌帶埋深與間距對作物產量和灌溉水生產率的影響并不顯著,灌溉量與氣候條件對作物生長發(fā)育與產量的影響更大[74],滴灌帶布設參數對應用成本影響較大,滴灌帶間距的增加可以減少工作量與工程造價[75]。

在水分供給充足的條件下,滴灌帶埋深與間距兩因素主要作用在于調控土壤水分分布,適宜的滴灌帶間距可以使土壤水分均勻分布在作物根區(qū),適宜的滴灌帶埋深可以有效控制土壤濕潤體位置,減少土壤蒸發(fā)和深層滲漏。目前地下滴灌滴灌帶布設參數研究主要關注對作物生長發(fā)育的影響,而對作物影響下土壤蒸發(fā)的定量研究較少。

4 地下滴灌發(fā)展方向及應用難點

地下滴灌系統(tǒng)在灌溉過程中可保持地表相對干燥、大幅減少土壤表面蒸發(fā)、有效降低深層滲漏,具有極高的節(jié)水潛力。系統(tǒng)操作簡潔,可與自動化設備配套使用,顯著提高勞動生產率,一定程度上降低施肥和耕作的農藝成本,使田間管理更加省工省時,對水資源保護和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。但現階段地下滴灌技術仍存在一系列應用難點。

1)地下滴灌系統(tǒng)為減少土壤蒸發(fā),導致土壤表層長時間處于低水分狀態(tài),不利于作物出苗及早期生長,這是地下滴灌系統(tǒng)難以廣泛使用的重要原因之一?，F階段大多數解決方案是使用其他灌溉方式保證作物出苗,而針對播種技術層面上的改良,能否有效解決出苗問題值得進一步探究。

2)地下滴灌系統(tǒng)的土壤含鹽量沿濕潤鋒方向逐漸增加,導致濕潤體上邊緣的土壤含鹽量增大,在氣候干旱地區(qū)地表20 cm以上出現土壤鹽分表聚現象;半濕潤區(qū)受夏季集中降雨影響,該問題并不顯著。為解決干旱地區(qū)土壤表層積鹽問題,國內外目前解決方案仍為大水淋洗,可供采用的優(yōu)質方案仍需探究。

3)灌水器堵塞是影響地下滴灌系統(tǒng)使用壽命的關鍵問題,也是地下滴灌技術應用最主要的難點。堵塞導致滴頭流速與灌溉量變化,灌水均勻度降低,影響土壤水分運移過程,致使作物生長發(fā)育受限。灌溉水水質差、負壓吸泥及根系入侵等是導致灌水器堵塞的主要原因[59],研究灌水器堵塞的發(fā)生特征與誘發(fā)機理,建立堵塞控制方法,提高灌水均勻度是保障系統(tǒng)長期高效運行的關鍵。

4)地下滴灌系統(tǒng)管網與灌水設備均埋于地下,難以評估管理操作和實際情況的一致性,因此對其安裝精度與運行管理要求較高。當安裝、運行和維護不當時,系統(tǒng)設備易產生故障,故障檢查時間長,維修成本高,都是該系統(tǒng)應用的難點所在。

綜上所述,進一步探究地下滴灌系統(tǒng)的特殊性和復雜性,充分發(fā)揮節(jié)水增效的優(yōu)勢,優(yōu)化關鍵技術參數,解決現階段存在問題,可為地下滴灌技術提供科學依據和技術支撐,對我國節(jié)水灌溉技術的發(fā)展有重要的意義。