极端干旱区红枣痕量灌溉技术研究

2016-05-15王成福诸钧曹伟

陕西水利 2016年3期

王成福诸钧曹伟

（1.新疆维吾尔自治区水利科技推广总站新疆乌鲁木齐830000；2.北京普泉科技有限公司北京100044；3.新疆维吾尔自治区水资源管理中心新疆乌鲁木齐830000）

极端干旱区红枣痕量灌溉技术研究

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本文通过引进北京普泉公司发明的痕量灌溉技术，在全国最干旱的哈密节水试验中心建立红枣痕量灌溉试验区。根据不同工作压力下痕量管控水头流量，探索了长距离铺设条件下灌水均匀度，同时监测土壤湿润范围、土壤含水率变化及灌水总量，并与滴灌进行了试验对比。研究为痕量灌溉技术在极端干旱地区的应用和推广提供理论依据与技术参数。

极端干旱区；红枣；灌水均匀度;痕量灌溉

为了进一步实现节水增效的目标，新疆自治区在全国范围内寻找更优化的解决方案，通过对国内节水技术的调研，发现近年来由我国自主知识产权的痕量灌溉技术，正在逐步试验与应用。痕量灌溉技术是北京普泉科技有限公司发明的新型节水灌溉技术[5]，在此前的试验和应用[6,7]中都表现出来突出的节水效果。因此将痕量灌溉技术引入到极端干旱的新疆哈密地区，进行红枣适宜性试验研究，对于探索适用于本地区的新型节水灌溉技术和高效灌溉技术模式，有效节约灌溉用水，缓解水资源严峻形势具有积极意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

痕量灌溉试验区在新疆哈密市节水实验中心（以下简称“节水中心”）内，该节水中心位于哈密市区以西38km处二堡镇，周边与红星二场、南湖乡、五堡乡、柳树泉农场、西山乡接壤，该区域属典型的温带大陆性干旱气候，干燥少雨，年平均降雨量38mm，蒸发量3300mm，昼夜温差大，年平均气温10.0℃；年平均最高气温17℃；年平均最低气温3℃，全年无霜期182d。日照时间长，全年日照时数为3303h～3549h，年均日照为3358h。

该试验于2014年开始进行，试验区红枣品种为哈密大枣，定植6年，树茎5cm～9cm，株行距：2m×3m，地形坡度1/240。土壤为砂壤土（土层深度80cm左右存在不透水层），容重1.42g/cm3，田间持水量为20.0%（体积含水率），有机质含量为2.0%，土壤肥力偏低。试验用水源为井水。

1.2 试验方法

痕量灌溉管（以下简称“痕灌管”），规格Φ16mm，控水头流量0.18L/h，控水头间距0.3m。试验区管网布置于2014年4月10日开始，6月6日铺设完成。试验区供水水源首部建设一座铁质带盖水箱（容积为9m3），箱体内部粉刷防锈漆，距离水箱底部10cm处设置出水口，出水口后安装离心加压水泵，灌溉水进入水箱，由水泵加压后，通过PEΦ50管输送到试验区。为了设置工作压力与记录灌溉水量，在加压泵后安装有减压阀、控制阀、压力表与水表。

如图1所示，试验区分为痕量灌溉试验区与滴灌对照区,其中痕量灌溉试验设置3个处理：工作压力分别为10m、7.5m和5m，每一个工作压力为一个处理（即一区、二区、三区），滴灌对照区设置1个处理，为单独的1个区（即四区）。每个试验处理均配置单独的离心加压水泵、减压阀、控制阀、压力表与水表。每个试验处理选择3行枣树,在各处理内选则长势旺盛、无病虫害、生长位置远离田埂及地头的哈密大枣枣树作为研究样树。痕量灌溉试验区每行枣树长度500m,在每行枣树的两侧，距树基部0.5m处各布置一根痕灌管，埋深0.25m，在管网系统充满水后回填管沟；滴灌对照区红枣,每行枣树长度50m，在每行枣树的两侧，地表距树基部0.5m处各布置一根内镶式滴灌带,滴灌带规格Φ16mm，滴头流量2.2L/h，滴头间距0.3m。

1.3 测定项目与分析方法

痕灌管在不同工作压力下流量的测定及灌水均匀度的计算参考滴灌的方法。此前的试验[6]证明，痕量管进行长距离铺设时，有较好的灌溉均匀度，所以本试验中对痕量管控水头流量的测定从距痕灌管首部250m处开始进行，其后每隔50m选定3个连续控水头进行测定，每次同时测定2h，用电子天平称重，连续测定4次，求其控水头的平均值为计算值；土壤湿润范围的测定，采用现场挖剖面进行观测，用卷尺测定痕量管控水头平面的旁渗半径、上渗和下渗距离；土壤体积含水率采用Trime水分测定仪测定，在痕量灌溉各处理与滴灌对照区均布设土壤水分观测管，布设位置位于一根痕量管（或滴灌带）旁、垂直于该痕量管（或滴灌带）左右0.5m各一根，即每个处理布设3根土壤水分观测管，测量深度为100cm，分5层测定，分别为0cm～20cm、20cm～40cm、40cm～60cm、60cm～80cm、80cm～100cm。痕量灌溉试验区与滴灌对照区灌溉水量由安装在各处理管网首部的水表单独计量，痕量灌溉试验各处理每天7:30记录水表读数，滴灌对照区每次开泵前记录水表读数。

图1 试验区处理布置图

图2 不同工作压力下痕量灌溉控水头流量

表1 痕量灌溉均匀度分析表

表2 不同工作压力下痕量灌溉土壤湿润范围

2 结果分析

2.1 不同工作压力下痕量灌溉控水头流量和灌水均匀度分析

通过调节加压水泵后的减压阀和控制阀门，调节不同的工作压力，测定工作压力为10m、7.5m和5m时痕量灌溉控水头流量。

由图2可看出，痕量灌溉在工作压力分别为5m、7.5m、10m，痕量管铺设长度500m,工作压力大的控水头流量大于工作压力小的控水头流量,随着铺设长度的增加,不同工作压力下痕量灌溉控水头流量差距逐渐减小；痕量灌溉控水头在250m处的流量分别为0.197L/h、0.135L/h和0.124L/h，随着痕灌管铺设长度的增加，控水头流量均逐渐减小，可将流量减小的过程分为两个区：急剧减小区与缓慢减小区,以350m为界。痕量管铺设长度从250m增至350m时,不同工作压力下的痕灌管控水头流量均急剧减小,且表现为工作水头越高,减小的幅度越大；痕量管铺设长度从350m增至500m时,不同工作压力下的痕灌灌溉控水头流量缓慢减小,在0.08L/h～0.11L/h之间，并逐渐趋于平稳。

由表1可看出,在痕量管铺设长度为500m的情况下，不论痕量灌溉工作压力的高低，在350m范围内痕量管灌水均匀度能达到90%以上，且表现出在350m时，工作压力越高，灌水均匀度越大。

2.2 土壤湿润范围分析

痕量灌溉试验区采用长时间灌溉,每天灌溉13.5h，即每天7:30～21:00。

考察不同工作压力下痕量灌溉土壤湿润范围能否与红枣根系分布区域相适应。对试验区持续一段时间的灌溉后，通过以痕量管为起点，垂直于痕量管方向向行间挖观察剖面（剖面尺寸：长度×深度×宽度=100cm×100cm×50cm），对土壤湿润范围进行测量，结果见表2，痕量灌溉在工作压力10m的情况下，控水头平面的旁渗半径达到40cm，下渗深度达到60cm，土壤湿润范围基本与红枣根系分布区域一致。

2.3 土壤含水率变化分析

图3、图4分别是痕量灌溉试验区工作压力10m处理与滴灌对照区连续7天土壤体积含水率变化图。

由图3可以看出,痕量灌溉试验区工作压力10m,不同土层土壤含水率随土壤深度呈反“S”型变化趋势:低-高-低-高的变化，即在0cm～20cm土层土壤含水率最小,50cm～60cm处土壤含水率较大，然后随着土壤深度的增加逐渐降低，在80cm深度达到最小值，然后又逐渐增大，在100cm土层深度达到最大。连续7天内各土层土壤含水率变化不大。

图3 痕量灌溉土壤含水率

由图4可以看出,滴灌对照区土壤含水率随土壤深度的增加，先逐渐降低，在50cm深度达到最小值，然后逐渐增加，在80cm～100cm深度达到最大值。土层0cm～40cm与60cm～80cm含水量变化较大，40cm～60cm与80cm～100cm含水量变化不大。灌水后3天土壤含水率变化较灌水前3天明显，特别是0cm～20cm土壤含水率变化显著。

图4 滴灌土壤含水率

2.4 灌溉用水量分析

对痕量灌溉试验区及滴灌对照区从2014年4月10日～8月15日的灌溉用水量进行了监测。痕量灌溉试验区在4月10日～6月6日施工期间，采用滴灌灌溉，灌溉水量与灌水次数与滴灌对照区相同，约20天灌一次水，灌水3次，灌溉用水量2475m3/hm2。从6月15日～8月15日使用痕量灌溉，工作水头为10m，累计灌水量为5000m3/hm2；滴灌对照区从4月10日～8月15日，10d～20d灌一次水，累计灌水量为7822.5m3/hm2。在红枣产量相近的情况下，痕量灌溉试验区灌溉水量较滴灌对照区节约用水2722.5m3/hm2（34.8%）。