大田膜下滴灌高效节水工程体系的构建与应用意义解读

2015-11-26吉林省水利水电勘测设计研究院

河南水利与南水北调 2015年19期

□侯薇（吉林省水利水电勘测设计研究院）

1 膜下滴灌技术概述

膜下滴灌是一种高效的节水灌溉技术，具体是指将农作物覆膜栽植与滴灌技术有机结合到一起。所谓的滴灌实质上就是借助管道系统进行供水，使灌溉水成滴状，缓慢、均匀、定量浸润农作物的根系区域，确保该区域的土壤始终保持最佳的含水状态，而地膜覆盖则能够起到增加地表温度，促进农作物早发，减少水分蒸发的作用。膜下滴灌将两种技术的优势集于一身，其在大田农作物中进行了大面积的应用，不但节约了灌溉用水，而且还提高了作物产量。膜下滴灌的技术优势体现在如下几个方面：

1.1 省水省肥

滴灌技术本身是一种可控的局部灌溉方式，其能够适量地进行灌水，灌溉水会缓慢、均匀地渗透到作物根系周围的土壤当中，为作物正常生长提供所需的水分。覆膜栽培技术的运用，可以有效抑制棵间蒸发，同时，滴灌系统采用管道进行输水，进一步减少了渗漏损失，与地面灌溉相比，膜下滴灌在作物生长期能够节约水量40%-50%左右。此外，肥料可以随着滴灌水流直接送达作物根部，不但有利于作物吸收，而且可以做好适量，在提高肥料利用效率的同时，可节省肥料20%左右。

1.2 可减少农药用量

由于灌溉水在滴灌系统的管道中是以封闭的方式进行输送，从而有效防止了水对虫害的传播，灌溉过程中，地表基本不会出现积水现象，田间地面的湿度相对较小，不利于病菌和虫害的滋生蔓延，所以可减少除草剂、杀虫剂等农药的用量。

1.3 省地、省工、节能

膜下滴灌采用管道的方式进行输水，不需要在田间设置农渠，由此可以节省土地5%-7%左右；传统的地面灌溉需要在田间进行挖土、堵口，工作环境差，人员劳动强度高，而膜下滴灌的主要工作是观测仪表、操作阀门，既省工又省力；滴灌可以随水施肥，作物行间基本没有水，膜下及周边也很少出现杂草，由此大幅度减少了田间人工作业和机械作业，节能效果非常明显。

1.4 能增强抗灾能力

采用膜下滴灌技术后，作物从下种到出苗期，可以得到适量的水分和肥料供给，所有的生长指标均能达到优良，大幅度提高了作物的抗灾能力。以棉花为例，采用地面灌溉若是遇到连续降雨或是降温，会导致减产，通常一亩的产量均为180～200 kg，而用滴灌技术进行灌溉，减产的幅度较小，平均亩产量也保持在220～250 kg左右。

1.5 有利于提高作物质量

膜下滴灌技术可以为农作物的生长营造出一个良好的条件，由此不仅可以使产量获得大幅度提高，而且还能提升作物品质。以棉花为例，运用膜下滴灌其成熟度非常好，纤维长度可增加0.40～0.70 mm，纤维的整齐度较高，且外观光泽好。

2 大田膜下滴灌高效节水工程体系的构建与应用意义

2.1 膜下滴灌节水系统构建

2.1.1 选择水源

在高效节水区，可以采用地下水进行灌溉，以机电井进行取水，井深可控制在80～100 m左右，通常情况下，单井的出水量也达到80 m3/h，井与井之间的布置间距可以控制在500 m左右。

2.1.2 首部枢纽

在膜下滴灌节水系统中，首部枢纽主要是由以下几个部分组成：水泵、过滤器、施肥和加药装置、控制设备等等。它的基本作用是从水源取水，加压并注入农药、肥料，然后进行过滤，按时按量输送给管网。首部枢纽担负着系统驱动、测量和调控任务，是系统中不可或缺的重要组成部分之一。

2.1.3 管网

在该系统中管网的主要作用是将经枢纽处理过的水按照要求输送到各个灌水单元和滴头。输水管道可以两级管道，并在支管上设置竖管通向地面，管材可选用UPVC材质，这种管材的耐腐蚀和抗老化性能较高，可以满足滴灌工程的使用要求。为实现高效节水的目标，可在地面增设支管和毛管，具体可根据大田的实际情况而定。

2.1.4 滴头

在膜下滴灌节水系统的构建过程中，滴头的选择至关重要，直接关系到工程投资和滴水质量。选择滴头的主要依据是作物种类和种植模式，同时，还需要考虑田间土壤的性质。例如，条播作物对土壤的湿润比要求较高，而果树或是一些较为高大的树木，其行距较大，需要绕树湿润土壤。土壤本身的质地对滴灌入渗的效果具有较大影响，砂土应尽可能选用大流量的滴头，这样可以增大水分横向扩散范围；粘性土则应当选择流量较小的滴头，由此能够避免地面径流的情况发生。目前，大田膜下滴灌中应用较为普遍的滴头流量和间距如表1所示。

表1 滴头流量与间距的选择表

2.2 系统关键参数的选取

2.2.1 土壤湿润比

该参数具体是指被湿润土体与计划湿润层土体体积的比值，它的大小一般取决于以下因素：作物种类、滴头流量及间距、滴灌量、毛管间距和土壤理化特性等等。在膜下滴灌节水系统设计中湿润比以地面以下20～30 cm处的平均湿润面积与作物种植面积的百分比近似来表示。大田膜下滴灌的土壤湿润比可通过下式进行计算：

式（1）中的P代表土壤湿润比；SW代表滴头润湿带的实际宽度（单位:m）；SL代表滴灌带或是滴管的布置间距（单位:m）。

2.2.2 灌溉强度

作物的灌溉强度等于设计耗水强度减去有效降雨量及地下水补给得水量。通常情况下，在干旱地区，灌溉强度极为设计耗水强度。现行的规范规定，设计耗水强度可以采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值结合当地试验资料进行确定，或是采用彭曼法结合当地气象资料进行推算。

2.2.3 灌水周期

采用大田膜下滴灌的方式对田间作物进行灌溉的过程中，灌溉水量中的一部分会被作物完全吸收，而另一部分则会在重力的作用下渗漏到土壤深层当中，这部分水无法被作物充分利用。为了达到灌溉水利用效率最大化的目标，在系统设计时，要尽可能使水量被作物吸收，减少渗漏，这样既可以实现节水，又能提高灌溉效率。为此，灌水周期应当越短越好。但是如果周期设置的过短，则会导致阀门频繁启停，由此会造成劳动强度增大。按照多年的工程运行实践，可将灌水周期设定为3-6 d。

2.2.4 灌水定额

当作物种类、灌溉强度、灌水周期、土壤湿润比等参数均为已知时，可通过下式对灌水定额进行计算：

式（2）中，m代表灌水定额（单位：mm）；T代表灌水周期（单位：d）；la代表灌溉强度（单位：mm/d）；p代表湿润比（%）。

2.3 应用意义

大田膜下滴灌高效节水系统的应用意义主要体现在综合效益的提升上，在经济效益上，膜下滴灌不仅可以使作物增产20%左右，而且还能节省水、肥、人力、设备等费用，由此带来的经济效益非常可观；在生态效益方面，膜下滴灌能够节约用水量30%～50%左右，并且还可以减少深层渗漏及地面径流，能够有效防止土壤板结及次生盐碱化。不仅如此，滴灌随水施肥、施药，大幅度节省了化肥和农药的用量，减少了对自然生态环境的污染和破坏，节约的水资源还可用于生态建设，有利于改善生态环境；在社会效益方面，因滴灌水的利用效率显著提升，使得滴灌面积不断扩大，水资源紧缺的问题得以缓解，同时膜下滴灌具有较强的适应性，除了能够在大田作物中进行应用外，还能在其它区域的种植中进行应用，这样可以产生良好的社会效益。鉴于上述种种，应当加快推进膜下滴灌的应用，这对于我国农业稳定、持续发展具有非常重要的现实意义。