自动化节水灌溉与高效栽培管理技术应用研究

周葛

摘要：我国是世界上 13 个贫水国之一，人均水资源缺乏。近年来，城市的快速发展和人口的迅速膨胀，使水资源的需求量日益增长，水资源紧缺已成为我国经济和社会发展的制约因素。灌溉作为我国的用水大户，用水量约占总水资源量的 65%，且利用率低、浪费严重。因此，发展节水灌溉技术是解决我国水资源短缺问题的必由之路[1-3 ].北京是严重缺水的特大城市。水资源紧缺已经成为制约首都发展的主要瓶颈。加强节约用水管理，推进节水型社会建设，是北京可持续发展的重大战略。目前大兴区各业用水全部为地下水。由于连年超采，大兴区的地下水位总体呈下降趋势，水资源供需矛盾日益尖锐。因此，节水长期以来一直是大兴区的重中之重，发展节水农业和节水林业则是大兴区节水战略和措施的重要组成部分。

关键词：自动化;节水灌溉;栽培管理

前言：

滴灌施肥是将施肥与滴灌结合起来的一项现代技术，按照植物对水和肥的要求，通过低压管道系统，将含有养分的水溶液以较小流量，均匀准确地直接输送到植物根部附近的土壤表面，以水珠形式滴入土层中。目前，滴灌系统主要应用在农业领域，20世纪90年代中期，大兴现代化蔬菜科技示范区的创建，才使得喷灌、微灌等现代节水灌溉技术得以大面积推广[4 ]。林业领域的应用还相对较少。该科技成果是一项节水、节肥、节能、高效的现代林业技术，应用本科技成果可以使我国北方沙地或滩地杨树等阔叶树人工林的生产力水平比现有水平大幅提高。此外，使用自动化滴灌技术在北方沙地培育杨树等阔叶树人工林还能够大幅节约水资源和能源。

本文通过建成具有计算机控制和网络远程遥控的自动化滴灌系统示范区200亩，实现对推广示范林的自动化灌溉与施肥管理;探索和总结刺槐、栾树等人工幼林的科学灌溉方式;对推广示范区人工林的生长发育规律、土壤水分变化规律以及投入等情况进行总结和评价。对滴灌栽培人工林的经营管理提供理论和实践依据。

1研究区概括

1.1自热条件

本项目建立的自动化滴灌示范区在北京市大兴区六合庄林场内。该林场位于大兴区永定河故道沙地。气候特点是四季分明，春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒干燥。年平均气温11.6℃，平均 ≥ 0℃积温4831.2℃;年平均降水量568.9mm，主要集中在6、7、8三个月，占全年降水量的65%左右;年均无霜期209天。

1.2土壤条件

土壤类型以风沙土为主，pH值为8.8～9.1，土壤有机质含量低，一般为0.06%—0.4%。地下水位深 36 m，土壤密度（1. 46 ± 0. 15）g·cm^-3，土壤田间持水量为 10%（体积含水量），有机质含量低于2. 0 g·kg^-1，碱解氮含量 1. 27 mg·kg ^-1，有效磷含量 1. 47 mg·kg^-1，有效钾含量 16. 48 mg·kg^-1，是具有漏水、漏肥特性的贫瘠土壤。

1.3林地现状

选取六合庄林场内刺槐、栾树、银杏等人工林共计200亩，由于土壤贫瘠、保水保肥能力较差，因此人工林长势一般，生产力未凸显出优势。另外选取 亩作为对照，正常管护。示范区和示范区外的林木长势在最初并未有明显差别。

2研究方法

2.1试验应用设计

2016年4月-5月，在已营造的200亩示范林上进行安装与调试自动化滴灌系统，保证系统有效运行。这套滴灌系统能对试验示范区进行定时定量灌溉与施肥。该试验示范区总面积200亩，分为9个可独立控制的小区（每个小区的信息见表2），通过电脑或手机等智能终端设备能实现对每个小区进行不同灌溉量和施肥量的独立控制。

根据实地走访调查，大兴区永定河故道沙地平原防护林的当地灌溉方式为沟灌。因此选取除200亩以外的地块采取沟灌的灌溉方式，按每年施肥3次，每次13.0kg/亩施肥.自动化滴灌系统一般将每年的施肥量分9次施完，施肥时期从5月初树木快速生长至8月底树木生长基本结束。其他管护措施均一致。

2.2数据调查与处理

2.2.1生长量调查、蓄积量分析与计算

选取刺槐、银杏、栾树等7种典型人工林，分别监测了示范初期和末期的胸径、树高以及冠幅等数据。通过对试验示范区与对照区生长指标进行方差分析。通过立木材积计算示范林年蓄积生长量。

2.2.2成本分析

通过对200亩试验区和对照的用水用电以及人工成本分析，计算出单次和全年灌溉量。

3结果与分析

3.1生长量调查比较

本项目利用自动化滴灌系统栽培的刺槐、栾树等平原防护林生长表现良好，选取刺槐、银杏、栾树等树种，分别监测了示范初期和末期的胸径、树高以及冠幅等数据，通过对试验示范区与对照区生长指标进行方差分析可知，三种指标均表现出节水滴灌高效栽培技术下的平原防护林生长发育要显著优于其对照的常规灌溉平原防护林（见表9）。

3.2年蓄积生长量比较

从表10可以看出，5种平原防护林在项目实施期间的年蓄积增长量均比常规灌溉对照平原防护林有大幅提高，刺槐、银杏、椿树、法桐以及栾树5种示范人工林的立木蓄积生长量比当地常规灌溉栽培的分别提高133.0%、93.4%、32.1、60.9%和43.3%。

3.3滴管管理与常规管理用水用电对比

本项目示范区自动化滴灌200亩防护林全年需要使用电量3000KWH。同时，常规沟灌200亩防护林单次灌溉使用电量为2808KWH，全年则需要使用电量8424KWH。结果表明，滴灌单次灌溉用电量比常规沟灌节约2433KWH，减幅可达86.6%，全年总用电量比常规沟灌节约5424KWH，减幅可达64.4%。

3.4滴灌管理与常规管理200亩防护林的人工成本对比

滴灌管理人工费在单次灌溉所需工日、人工数、工作时间、灌溉次数、全年总工日、运行周期内灌溉总费用都显著低于常规灌溉。另外，在除草人工成本上，每年200亩单次除草所需工日、人工数、灌溉次数、全年总工日、人工费（元/工日）、除草总费用（元）等数据没有差别，但是在5年郁闭后每年除草费用（元）和运行周期内除草费用（万元）上，滴灌管理明显优于常规管理。

3.5运行周期内滴灌与常规灌溉管理成本对比

综合考虑打井、设备与安装、动力、人工成本等因素，自动化滴灌系统在一个运行周期（10年）内比当地常规常规灌溉管理可以节省23.4万元。

结语

滴灌与常规灌溉相比，在林木生长量、年蓄积量上发生显著差异。此外，滴灌在用水用电的使用量上均显著优于常规灌溉，大大节省了水资源与用电量;在产生的人工成本上滴灌也明显低于常规灌溉，大大节省了人工费用;管理成本上，滴灌也存在很大优势，节约了管理费用。综上所述，为了使平原防护林更好的发挥作用，促进水资源高效利用，提高林木的栽培管理水平，推荐使用滴灌进行平原生态林的灌溉。

参考文献

[1]池光玉. 农业节水灌溉工程及技术应用[J] . 吉林蔬菜，2011（1）：79 - 80.

[2]中国农村科技编辑部. 节水灌溉：水资源可持续利用的必然选择[J] . 中国农村科技，2011（2）：48 - 49.

[3]宋秀瑜，张小霞，王绣茹，等. 城市绿地节水灌溉自动控制研究[J] . 中国农学通报，2011，27（6）：317 - 321.

[4]李珠怀，韩  青，北京市郊区现代农业节水灌溉技术的经济效益分析[J] .水利经济2009，27（6）51-53

[5]嚴程明，张江周，石伟琦，刘亚男，马海洋，不同灌溉方式在菠萝上的效应及成本分析.节水灌溉，2014，39（30）：