太原市城区草坪微润灌溉试验研究

王新生

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

近年来，随着太原市城市化改造工程的逐步加快，城中村逐渐地消失，交通立交桥拔地而起，城中的绿地公园和人工湿地明显增多，特别是自北向南横贯太原市境内的汾河，其两岸的绿化工程快速延伸，建植了大面积的草坪。城市草坪具有美化环境、净化空气、调节气温、保持水土，为人们提供休闲娱乐场地等多种功能[1]。草坪绿地覆盖面积的大小，已经成为衡量一个城市环境质量现代化的重要指标之一[2]。草坪也以其特殊的美学和生态价值日益受到广大市民的青睐[3]。

大面积的草坪持续生长需水量很大，太原市长期以来严重缺水，属于水资源相对严重短缺的城市，随着近年来太原市经济发展的不断提速，更是加剧了这种水资源供需的矛盾。发展草坪节水灌溉技术变得十分必要。目前，太原市草坪灌溉的灌溉模式主要有地面灌溉和地下灌溉，其中地面灌溉主要包括大水漫灌、喷灌、滴灌，地下灌溉主要是渗灌。微润灌溉是近年来开发的一种新型高效的节水灌溉技术，是国家“863”和水利部“948”项目重点支持和推广的技术，本文通过对太原地区草坪微润灌试验研究，为该技术在山西的推广应用提供科学的参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区自然概况

试验区在山西省水利水电科学研究院节水示范基地，该基地地里位置位于太原市小店区西温庄乡，属于温带季风性气候，冬无严寒，夏无酷暑，昼夜温差大，无霜期长，日照充足。年均气温9.5℃，年均降水量约为440 mm，降水主要集中在6-9月。土壤质地为黏壤土，0～160 cm平均容重1.4g/cm3。试验区土壤0～20 cm基本性状见下表1。

表1 试验区土壤0～20 cm深度基本性状

1.2 试验区选用的节水灌溉产品

（1）微润管。选用深圳微润灌溉技术有限公司生产的，一种以半透膜为核心材料制成的软管状给水器，该技术充分利用功能性纳米半透膜材料对膜两侧能差的“感知-反馈”功能，以地下供水方式向植物根部24h缓慢、连续地直接供水，以膜内外水势梯度为驱动，自动实时灌溉。

（2）滴灌带。选用杭州奥特普灌溉设备有限公司生产的流延式滴灌带，选用的产品型号ATP-DGD16-0.15-10-500，该产品在工作压力范围内，100 m滴灌带90%均匀度状况下，每小时流量500 L/（100 m·h）。

（3）喷灌。选用美国陀螺公司生产的TORO670Z标准型系列地埋散射喷头，射程：-5.5m，工作流量：0.01～0.02m3/h，工作压力范围：1.4～3.5kg/cm2。

1.3 试验设计

1.3.1 试验方案设计

草坪草种选用冷季型草坪草高羊茅，该草坪已经建植5年，灌溉方法选用微润灌、滴灌、喷灌3种灌溉方式，为了便于在试验小区控制灌水量的精准度，用8L的喷壶替代选用的地埋式喷灌。试验的时间段选取草坪的一个生育期，即从每年的3月浇返青水开始，至11月浇冬水为止。根据已有的研究结果表明：该草种6-8月份为日耗水量最大的时间段，土壤含水率在田间持水率的70%～90%之间，是草坪正常快速生长的区间段[4]。试验地块的田间持水率为21%（重量含水率），0～25cm土壤平均容重为1.4g/cm3。设计最大含水率为田间持水率的90%，最小含水率为田间持水率的70%。设计的灌溉湿润层深度为25cm。

试验小区共9个，每个试验小区面积为6.67m2，每个小区周围用塑料布隔开，塑料布的埋深为1m，每种灌溉方式3次重复，每种灌溉方式之间用保护行分隔，防止土壤水分的地下交换。

1.3.2 试验数据的测取

土壤含水率采用土钻法测定，每隔7天测取一次土样，在小区的不同位置选点打钻取样，土钻取样的深度为10 cm和25cm。每个小区选取3个点测定草的生长高度，每周测一次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 三种灌溉方式的灌水量、综合灌溉成本对比分析

三种灌溉方式的灌水量及综合灌溉成本见表2。

微润灌溉管的给水方式是24h连续不间断地供水，灌溉系统中不含动力设备，系统运动的驱动能量是水位能和土壤势能。只要水源的水位能保持在微润灌溉管的设计承压范围之内，灌溉水就会通过微润管半透膜缓缓地向植物提供正常生长的需水量，在作物的全生育期实现同步供需水。从表中得知，在草坪的整个生育期内，每天·次的灌水量，微润灌溉相比较喷、滴灌，分别节水93.8%和95.8%，一个生育期内，累计总灌水量，微润灌溉相比较喷、滴灌，分别节水69.4%、74.2%。显然，这种灌溉状态是一种精准灌溉，也是一种革命性的节水灌溉方式。

表2 3种灌溉方式的平均灌水量、综合灌溉成本对比分析

微润灌溉相比较喷、滴灌，后两者要实现24h不间断供水，将无法承受自身高额的动力运行费用。微润灌溉是地下灌溉，一般埋深至少在地表10 cm以下，湿润体距离地表的干土层至少还有3～5cm的距离，相比较喷、滴灌的地面灌溉，有效地抑制了地面径流损失、蒸发损失，灌溉水在湿润体中以毛管水的状态存在，也不会发生渗漏损失，微润管灌溉避免或者大幅度降低了农田水分的以上三种主要损失，减少了水分的浪费。而且该灌溉模式不受地形和刮风等气候环境的影响，只要在工作压力范围内，可以在坡地、丘陵、山地都可以方便使用。喷、滴灌在以上地形和刮风天气使用时，滴灌和喷洒的均匀度就会受到限制，严重的情况还会导致压力不稳定，损坏滴灌灌水器和地喷喷头。

微润灌溉同时也是水肥一体化的理想载体。微润灌溉的施肥罐，由罐体、过滤芯、滤袋三部分组成，使用时，将计算量的肥料装入滤袋内，当水流流经施肥罐时，肥料在滤袋内逐渐滤出，相比较滴灌，有充裕的时间使可溶部分肥料穿过滤袋进入水中，并随水直接到达植物根部。无效的残渣仍留在滤袋内，不会对系统的正常运行造成不良影响。相比较地面施肥，可有效地避免或者减少挥发损失、淋溶损失和土壤固结损失，在施肥效果不减的前提下，大幅度地减少了肥料的使用量，同时也减轻了农业面源污染。

微润灌溉相比喷、滴灌，没有水泵、水表、变频柜、逆止阀、排气阀等复杂结构，仅有自动水位控制器和减压阀的简单装置。按照目前山西草坪灌溉投资水平，从表2中的综合成本可以看出微润灌溉相比较喷、滴灌，同面积下平均综合成本投资节省11.3%、15.5%。但是，目前微润灌还没有得到大面积的推广应用，主要是由于微润灌溉技术比较喷、滴灌是新开发的高新技术，设备的初始投资价位偏高，随着逐步的推广使用，它的造价也会逐步降低。微润灌溉系统灌溉过程中无需外加电力、机械动力驱动和人为管理，在简化灌溉系统的同时实现灌溉自动化，从而相比较后两者，节省了劳动力的投入，在劳动力价格日益增长的同时，无疑是节省了一笔可观的日常系统维护费用。

2.2 草坪土壤10 cm含水率变化情况

草坪土壤10 cm含水率变化情况见图1。

图1 草坪土壤10 cm含水率变化

由图1可知，微润灌溉的土壤含水率变化不明显，而喷、滴灌的变化幅度比较大。这表明微润灌溉湿润体形成后，微润管通过半透膜缓慢、持续地向土壤供水，草坪根部吸收水分后，通过草的叶片上升到地面蒸发，土壤湿润体内水分处于平衡状态，土壤含水率不会随时间上下波动，而是长时间的稳定在同一水平。

喷、滴灌的土壤含水率变化幅度大，是由于停止灌水后，地表水分会很快蒸发，强烈的蒸腾作用，地面以下10 cm以内的土壤水分会以毛管水的状态向上蒸发，进而快速挥发到大气中。

2.3 草坪土壤25cm含水率变化情况

草坪土壤25cm含水率变化情况见图2。

图2 草坪土壤25cm含水率

由图2可知，这三种灌溉方式下，25cm深土层含水率变化趋于平缓，并无大幅度的跳跃，表明此深度草坪湿润层内土壤含水率基本达到供需平衡。

2.4 草坪草观测期内的生长情况

高羊茅草在三种不同的灌溉方式下，微润灌溉条件下的平均生长速度为0.42cm/d，滴灌条件下0.40 cm/d，喷灌条件下0.45cm/d，距离高羊茅草坪0.35cm/d的良好标准有波动，这可能是由于试验观测期内，灌溉水量相对充足，蒸发快，高羊茅草的相对生长速度快的原因造成。这三种灌溉方式下，草的颜色大致相同，长势情况也基本差别不大。

3 结论

（1）高羊茅草在三种不同的灌溉方式下，在为期一个生育期的观测时间段内，草的长势基本相同，微润灌溉累计灌水量135m3/667 m2，滴灌累计灌水量264 m3/667 m2，喷灌累计灌水量396 m3/667 m2，微润灌溉相比较喷、滴灌，分别节水48．9％、65．9％；在施肥方面，微润灌溉相比较滴灌，施肥量更加精准，过滤的更加充分。相比较地面施肥，大幅度地减少了肥料的使用量，同时也减轻了农业面源污染；微润灌溉相比喷、滴灌，同面积下平均综合成本投资节省11．3％、15．5％。

（2）微润管铺设在草坪10 cm 处，土壤湿润体的含水率变化趋于稳定，湿润体内的水量供需达到平衡。微润灌条件下，草坪的计划湿润层深度应为10 cm。喷、滴灌条件下，草坪10 cm 处土壤含水率变化幅度大，不稳定。在25 cm 土壤含水率变化幅度小，趋于稳定。在喷、滴灌条件下，草坪的计划湿润层深度应为25 cm。

[1] 王在升，黄顶，严学兵。现代城市草坪节水技术初探［J］．草原与草坪，2005，113（6）：8－10.

[2] 杨芳，陈国菊。西宁地区草坪灌溉制度与灌水技术的确定［J］．节水灌溉2003，（5）：6－7.

[3] 张新民，孙新章，胡林，边秀举，赵炳祥.北京地区常用草坪草的耗水规律及适宜灌溉量研究．作物水肥耦合效应的研究综述［J］．农业工程学报，2004，20（6）：77－80.

[4] 孙强，韩建国，蒋丽，李鹏.草坪蒸散量及水分管理的研究［J］．草地学报，2004，12（1）：51－55.