精量灌溉系统及西红柿膜下滴灌的推广应用

冀雅珍

山西省地处半干旱地区，农业的季节性、区域性干旱缺水十分突出，但大部分农村的灌溉方式仍以大水漫灌为主，不仅造成水资源的大量浪费，而且造成田间灌溉的不均匀性，对地形不平的农田还会造成干旱和淹没情况，进而影响农业产量。随着工农业生产的发展和人口的增长，水资源短缺的全球性问题愈来愈尖锐化，节约用水成了人们的共识。尤其是高效灌溉占据了农业水利工作的主导地位。现代化农业中灌溉技术和农艺技术对作物的生长及水的利用率影响越来越显著，将自动化控制和农艺技术应用于灌溉已是未来发展的方向。

为有效节约水资源，减少对农业发展的制约，在试验基地引进了精量灌溉系统及推广应用膜下滴灌技术，对当地的经济发展起到了一定的促进作用。

1 膜下滴灌试验基地概况

试验基地位于山西省晋中市榆次区西长寿村，是国家“863”发展计划项目示范区。该地降雨年际变化大，多年平均降雨量430mm，最大年降水量601.5mm，最小年降水量200.9mm，夏季降水约占全年降水量的60%，秋季降水约占全年降水量的24%，冬春季最少，其降水量分别占全年降水量的2%和14%。试验区内地形平坦，起伏不大，海拔高程在776～803m之间。主要土壤类型为浅色草甸土，全剖面质地多为重壤土或黏土，土壤耕作层深度一般为20～25cm，田间持水量大，保水抗旱力强。

2 精量灌溉系统在膜下滴灌中的应用

2.1 系统介绍

精量灌溉系统由中央控制计算机、数据传输设备、测控单元和土壤水分传感器、流量传感器、电磁阀、灌溉设备组成。该系统既可用于园林、绿化带的治理，又可对农田进行土壤墒情、灌水监测预报。主要功能如下：通过埋设的土壤水分传感器实时监测土壤含水量；实现对喷灌、滴灌系统的自动控制；根据种植作物的不同设置土壤水分的上下限来实现对作物需水的信息监控，从而及时对作物进行灌溉；系统采用微软的Access数据库，使用Odbc数据库引擎。数据库将自动记录各个电磁阀的状态改变日期、时间及每个传感器所传的土壤水分信息，自动绘制变量—时间关系曲线图，使研究者及时了解当前的生产状况。

2.2 工作机理

根据作物的需水信息，通过埋设的土壤水分传感器采集土壤水分信息，并将这些信息通过灌溉系统监控器传输给中央计算机进行分析处理，由其作出灌溉决策，当土壤水分传感器的监测值低于土壤含水量的下限值时，灌溉监测系统将会发出报警信号，工作人员即可开启系统电磁阀进行灌溉。当土壤水分传感器实时监测土壤含水量信息超过上限值时，灌溉监测系统将自动关闭相应的电磁阀开关，完成灌溉工作。利用该系统可以及时补充作物亏缺的水分，保证作物根部有充足的土壤含水量，满足作物生长需求，而且使作物根系层的土壤含水率保持在预先设定值边缘。同时避免了灌溉过量现象，节约了水资源，提高了水的利用效率，实现了按时、按需、按量自动供水。

3 西红柿膜下滴灌的试验方法

试验将精量灌溉系统应用于西红柿膜下滴灌技术中，在西红柿根系层10～20cm深处埋设土壤水分传感器，并且根据西红柿生长期的需水要求及当地土壤类别来设置土壤含水量的上下限值。西红柿在整个生育期主要有苗期、开花坐果期、结果期三个生长阶段，根据当地灌水经验和前人的研究，三个阶段需水量各不相同。为了满足丰产且不浪费水资源，设置土壤水分上下限值，苗期及生育后期为55%，开花及结果期为75%，上限值为田间持水量的90%。也就是说，当土层的平均含水量达到下限值时，表明西红柿需进行灌水，系统便开启精量灌溉系统进行新一轮灌溉，直至土壤含水量达到设定的灌水上限值90%时，系统自动停止灌溉，一次灌溉完成。

3.1 膜下滴灌的技术设备

试验地膜下滴灌面积为0.067hm2，长84m，宽8m。滴灌设备主要有水源、水泵、管道系统、施肥灌等，滴灌带选用Φ16mm，滴头流量 2.7L/h，滴头间距30cm，压力 0.1MPa。

3.2 膜下滴灌和一般覆膜沟灌的种植模式

膜下滴灌和覆膜沟灌种植模式相同：西红柿定植时间为2008年5月中旬，7月中、下旬开始采摘，10月份生育期结束；在西红柿定植前，先灌水保墒，施农家肥、耕翻等措施与当地农民的做法完全相同，而后起垅，每垅栽2行，行距70cm，株距50cm；待西红柿苗移栽好后，苗床再次灌水，半个月内不灌水，以保持较高的地温，促进根系发育；生育期追肥二者相同。

不同之处在于：膜下滴灌是每行西红柿布置一根滴灌带，上面覆盖地膜。缓苗后，膜下滴灌西红柿根据精量灌溉土壤监测系统采集的信息进行灌溉，覆膜沟灌西红柿则根据农民的实际经验进行灌溉。

3.3 两种灌溉方式投入及节水增效比较3.3.1 投入情况

两种方式在铺膜、栽苗、施肥、全生育期的打理、采摘等情况下投入相同。不同之处在于膜下滴灌设备和毛管及灌溉系统费用高。膜下滴灌设备费用一次性投入4300元，根据折旧年限设计为5年，膜下滴灌的技术经济效果按静态评价，每年折旧投入860元。系统设备、程序按每年维护费用2000元计算，两种模式下投入收益见表1。

表1 覆膜西红柿沟灌和膜下滴灌投入、收益情况表

从表1可以看出，膜下滴灌比覆膜沟灌平均增产12000kg/hm2，增产率17.78%，产值增加9600元/hm2，纯收益增加 6740 元/hm2。

3.3.2 节水增效情况

从整个生育期灌溉控制系统输出的结果可以看出，膜下滴灌西红柿全生育期灌水12次左右。从数据库灌溉记录可知，每公顷膜下滴灌一次灌水量210m3左右，全生育期灌溉水量2520m3。

同等条件下，通过对当地有经验的农户进行调查，覆膜沟灌的西红柿每公顷沟灌一次灌水量在345m3左右，沟灌全生育期灌水9次左右，全生育期灌溉水量3105m3。两种模式下节水增效情况见表2。

表2 覆膜西红柿沟灌和膜下滴灌节水增效情况表

从表2可以看出，与覆膜沟灌相比，膜下滴灌灌溉水量减少585m3/hm2，节水效率达到42.03%，水产比覆膜沟灌高9.82kg/m3。水效益膜下滴灌比覆膜沟灌所创造的价值高7.86元/m3。

4 结语

在农田灌溉中采用精量灌溉系统可以按时、按需、按量进行灌溉，实现水资源的高效利用，较人工灌溉省时、省工，达到了节水、节能、增产的目的。

采用膜下滴灌技术避免了地表径流、渗漏、蒸发，具有明显的保墒效果，可有效提高灌溉水的利用率和单位水量产值。

试验表明，利用现代化的高科技信息手段，配以科学的种植模式，对提高农民经济收入是一条极好的致富途径。