蔬菜种植节水灌溉技术试验对比分析

方 芳

(北票市抗旱服务队，辽宁 北票 122100)

1 工程概况

北票市隶属于辽宁省朝阳市，全市人均耕地面积3 hm2，主要粮食作物有玉米、水稻、小麦等，占总耕地面积的65%，主要经济作物为蔬菜(西红柿、黄瓜、辣椒等)，占总耕地面积的23%，其余为果园面积。北票市节水灌溉建设启动较晚，2010年后进入快速发展时期，目前覆盖面达到总耕地面积的35%左右，市场潜力较大。新立村位于北票市以西25 km处，是重要的西红柿、黄瓜种植基地，本次选取新立村2 hm2蔬菜大棚作为试点，为北票地区节水灌溉技术推广积累经验。

2 试验设计

2.1 基本情况

本次选取的种植对象有：西红柿、黄瓜、辣椒、茄子4类。选择的地块情况基本一致，经过测定，土壤主要营养元素含量见表1所示。

表1 选取地块土壤主要营养元素含量

2.2 试验设计

2.2.1 种植标准

在北票地区温室大棚中，西红柿在2月中旬种植，进入6月份果实便可成熟。为保证试验结果的准确性，本试验规定西红柿品种统一为“皖粉2号”，种植行间距统一为50 cm×60 cm，采用“双杆整枝”，每枝结果数量20个左右。在盛花期喷西红柿素，浓度20 mg/L。

2.2.2 灌溉标准设计

西红柿植株定植后，统一灌水一次再进行试验水分处理。本项目设定灌水下限：20 cm深土壤水分吸力40 kPa(测定土壤水分吸力为6 kPa)。据此，滴灌湿润层深度设计40 cm，沟灌湿润层深度设计40 cm，渗灌湿润层深度设计30 cm；滴灌、沟灌设计湿润比均为0.5，渗灌湿润比为1.0[1]。

本试验的灌溉标准是计算田间持水量和设定的灌水下限相应含水量之差，计算出对应土层应灌溉水量(以每10 cm埋深为一个计算单位)，之后将各层应灌溉水量相加便得到一次灌水量。三种灌溉方式其他田间管理措施保持一致[2]。

3 结果与分析

本试验主要对比结果指标包括3个：西红柿总产量、总耗水量、灌溉水利用效率。为保证试验准确性，每种灌溉形式分别设计3块地，每块地面积统一定为0.067 hm2，在此分别对这3个指标进行分析。

3.1 总产量分析

通过观察统计，西红柿产量呈现“前期增长缓慢，中期增长快速，后期增长放缓”的特点。在此利用“逻辑斯蒂方程”来估算每种灌溉形式下的西红柿总产量Y，公式如式(1)所示[3]。经过与实际称重量对比，得出该方程计算误差率可控制在5%以内。

Y=C1/[1+exp(C2-C3T)]

(1)

式中：Y为西红柿总产量，kg/hm2;C1为在足够长采摘周期内，理论上西红柿总产量最大值，kg/hm2；C2为采摘时产量初始速度，kg/(hm2·d)；C3为采摘时产量增长速率,%；T为西红柿移栽后天数,d。

经计算，三种灌溉形式下西红柿总产量对比见图1所示。从图1可知：对比西红柿产量，滴灌>沟灌>渗灌>对照组，其中滴灌相对于渗灌多出7500 kg/hm2，产量增加显著。因此单从产量因素分析，滴灌是最好的。

图1 西红柿产量对比

3.2 总耗水量分析

在此为方便计算，将灌溉用水量近似看作总耗水量。通过观察统计，西红柿生长期间耗水量同样呈现“前期增长缓慢，中期增长快速，后期增长放缓”特点[4]，因此也利用“逻辑斯蒂方程”来估算每种灌溉形式下西红柿总耗水量W，公式如式(2)所示：

W=D1/[1+exp(D2-D3T)]

(2)

式中：W为西红柿总耗水量，m3/hm2;D1为在足够长生长周期内，理论上西红柿耗水量最大值，m3/hm2；D2为移栽后耗水量初始速度，m3/(hm2·d)；D3为移栽后耗水量增长速率,%；T为西红柿移栽后天数,d。

经计算，三种灌溉形式下西红柿总耗水量对比见图2所示，从图2可知：对比耗水量，对照组>沟灌>滴灌>渗灌，其中滴灌和渗灌耗水量基本一致，相差180 m3/hm2，均远远低于沟灌耗水量。因此单从耗水量因素分析，渗灌是最好的[5]。

图2 西红柿生长周期内总耗水量对比

3.3 灌溉水生产效率分析

灌溉水生产效率(1 m3灌溉水所能生产的果实产量)是评价节水灌溉效果的最重要指标之一，在此对三种灌溉形式灌溉水生产效率统计见表2所示

表2 灌溉水生产效率对比

(η=Y/W)[6]。由表2数据可知：η渗灌>η滴灌>η沟灌，渗灌和滴灌基本一致。因此单从灌溉水生产效率分析，渗灌和滴灌都是最好的选择。

4 滴灌和渗灌技术对比分析

通过对北票地区西红柿大棚种植不同灌溉形式对比分析，滴灌和渗灌技术在果实产量、单位面积耗水量、灌溉水生产效率等方面差别很小，都是当前最为先进的节水手段。所以在此对比一下这两种技术的优缺点，为当地农田水利建设提供技术支持。

4.1 水肥运移模式对比

4.1.1 滴灌系统

滴灌系统是利用低压管道以水滴形式浸润植物根系，可最大限度保证水分吸收，降低水分蒸发[7]。施工简单，终端管可灵活调整。滴灌为地表灌溉，水肥从地表逐渐入渗至根系被吸收，为一个“三维入渗过程”[8]，水分水平移动中主要依靠基质势梯度，会比较缓慢，若无地膜覆盖，则会产生蒸发，不利于水分、肥料被快速吸收。

4.1.2 渗灌系统

渗灌系统又称为“地下管道灌溉”，渗灌管埋置于地下一定深度(0.5 m左右)，可最大限度地防止水分蒸发。初期施工复杂，但从长远来看，也是较为先进的灌溉手段。渗灌为地下灌溉，水肥被吸收是一个“单维入渗过程”，重力作用下会使水肥更容易快速到达根系，从水肥运移模式分析比滴灌好。

4.2 工程维护、投资、寿命对比

4.2.1 滴灌系统

滴灌系统目前的主要问题是滴头堵塞，而且大部分是由于水源水质较差，因此日常维护的主要工作是保证过滤系统正常。该系统造价主要由设计费、材料费、安装费等构成，目前北票地区一套滴灌系统设计使用寿命为8年，初期投资约为12 000元/hm2。

4.2.2 渗灌系统

渗灌系统的主要问题也是渗管堵塞，因此对水质要求和滴灌系统一致，过滤系统也需要日常维护。目前北票地区一套渗灌系统设计使用寿命为8～10年，初期投资约为15 000元/hm2，性价比不如滴灌系统[9]。

从实际使用及综合分析，在北票地区农业种植中，浅根系和一年生作物比较适用于滴灌，深根系多年生作物适用于渗灌。

5 结 语

通过对比试验，最终确定了北票地区西红柿种植适合选用滴灌作为灌溉手段，节水灌溉技术的适用性对指导农田水利建设意义重大。建议在这一过程中应确保政府资金补贴到位，尽量降低农民负担，让他们真切感受到好处，这才能使灌溉节水取得成果。