丘陵地区水平棚架梨园节水灌溉技术研究

霍恒志,陈丙义,陈 成,万春雁

(江苏丘陵地区镇江农业科学研究所,江苏句容 212400)

梨是我国三大水果之一,据国家统计局数据,2018年中国梨栽培面积94.3万hm2,总产量1 607.8万t,中国梨栽培面积和总产量均占世界总量的70%左右。梨树是需水较多的果树品种,水是梨树健壮生长、丰产稳产的主要物质条件。成年梨树的年需水量为5 295～8 460 t/hm2,砂梨品种需水量更多。因此,灌溉是生产出高产、优质梨果的必要措施[1-3]。我国是一个水资源相对贫乏的国家,人均拥有量仅为2 300 m3,是世界上13个贫水国之一。全国农田灌溉用水量为3 500亿m3,占总水量的67%[4-5]。我国农业灌溉利用率较低,为30%～40%,农业灌溉用水利用率较高的国家的水资源灌溉利用率可达70%～80%。因此,发展节水灌溉高效农业是解决我国农业用水危机的必然选择[6-8]。我国地形种类多,山地丘陵面积较广,在丘陵山地上发展果树产业是常见的土地利用方式之一,但丘陵山地果园灌溉较平原灌溉难度大。在目前严峻的水资源危机和干旱化趋势下,传统的梨园灌溉必须转向节水灌溉。因此,科学设计灌溉系统,提高果园灌溉水利用效率是缓解水资源匮乏及实现水资源可持续发展的有效措施[9-13]。节水灌溉是在合理的时间和适量的范围内对果树进行灌溉,其是以果树的正常生长为前提,以最少的水量获得最大收益。简而言之,果园节水灌溉是用尽可能少的灌水量,生产出尽可能多的优质果品。丘陵山地果园,从简单、经济、实用、耐用的角度考虑,一般采用压力灌溉系统或自压驱动的灌溉系统[14-15]。目前节水灌溉技术发展较快,不同类型的农作物都有适用于自己的节水灌溉方式。比较流行的节水灌溉方式有滴灌、喷灌、微喷灌等。以上灌溉系统由水源、首部枢纽、输配水管道、灌水器4部分组成。丘陵地区水源一般有河流、水库、池塘、地下水等;首部枢纽包括电机、水泵、过滤器等;输配水管道包括主、干、支管道及管道控制阀门;灌水器包括滴头、微喷头、滴灌带和滴灌管等。笔者以水平棚架梨园为灌溉对象,对5种灌溉方式的成本投入、灌溉效果、节水可操作性进行分析,以期为筛选适合丘陵地区水平棚架梨园节水灌溉的有效技术和方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 灌溉试验地概况试验设在句容市华阳镇镇江市农业科学院梨试验园内。试验区面积为0.72 hm2,坡度为15°,长方形地块。栽培模式为梨水平棚架两主枝和三主枝栽培,8年生,株行距4 m×4 m,行向为顺坡,共31行,每行13株,主栽品种为翠冠、丰水、幸水。水源为池塘,水质一般。

1.2 材料首部枢纽为油浸式潜水电泵,上海钱涛机电制造有限公司生产,三相380 V,额定功率4 kW,流量12.5 m3/h,扬程50 m,配管50 mm。所用输配水管道及灌水器均为上海华为节水灌溉股份有限公司生产。主、干、支、毛管道为PE材料,规格分别为50、32、25、5 mm;滴灌带、滴灌管直径为16 mm,滴头间距15 cm;箭式滴头装置由一出四分配器、毛管及滴箭组成;平面雾化微喷装置由倒钩、毛管、重锤及平面雾化喷头组成;旋转微喷装置由倒钩、毛管、重锤及旋转微喷头组成。

1.3 方法2020年7—8月,在干旱天气下进行梨园灌溉试验,为了效果更加明显、清晰,试验前进行割草清耕。试验共设计5个处理,分别为滴灌带(Ⅰ)、滴灌管(Ⅱ)、箭式滴头(Ⅲ)、平面雾化微喷(Ⅳ)和旋转微喷(Ⅴ),均为顺坡进水灌溉。每处理1行,灌溉面积0.02 hm2,3次重复,进行3次灌溉试验。同时,以旋转微喷为调查对象,分别以灌溉行数和灌溉时间作为处理,分别设6个和7个处理。滴灌带、滴灌管采取地面铺设,行间距1.0 m,滴头间距0.3 m,通过旁通阀连接在干管上;箭式滴头的支管采取地面铺设,通过异径三通和球阀连接在干管上,行间距2.0 m,用一出四分配器,间距1.2 m,采用打孔方式连接在支管上,再用毛管连接,安装滴箭,滴箭间距0.3 m(可根据需要平移滴箭位置);平面雾化微喷和旋转微喷采用水平棚架上方铺设支管,每条支管通过异径三通和球阀连接在干管上,与梨树同行,行间距4.0 m,微喷头装置,通过双倒勾连接在支管上,间距2.0 m,以梨树为中心顺行上下各1.0 m安装,微喷头垂直离地0.5 m。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式投入成本由表1可知,各处理固定成本均为4 500元/hm2,包括水泵、主管、干管、过滤器、闸阀及连接配件的投入。处理Ⅰ滴灌带成本6 000元/hm2,处理Ⅱ滴灌管成本12 000元/hm2,处理Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ在支管、毛管和滴、喷头(套)分别投入9 300、10 080和10 080元/hm2成本。处理Ⅰ成本最低,仅10 500元/hm2,折算成本为3 495元/(hm2·a);处理Ⅱ成本最高,达16 500元/hm2,折算成本为4 125元/(hm2·a),为各处理中成本最高;处理Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ成本均在16 500元/hm2以下,处理Ⅲ折算成本为3 450元/(hm2·a),处理Ⅳ和Ⅴ折算成本最低,均为1 455元/(hm2·a)。

表1 九渡村文化资源基础情况

表1 不同灌溉方式的成本投入

2.2 不同灌溉方式的灌溉效果由表2可知,处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对水压力要求不高,分别是40～200、80～250和50～350 kPa,同时流量较小,均在2.0 L/h及以下,滴水渗透半径分别为0.4、0.4和0.8 m,过滤精度均为120目,对水质要求较高,抗堵性差;处理Ⅳ和Ⅴ对水压力要求稍高,为200～300 kPa,流量均为40.0 L/h,喷洒半径分别为1.5和2.5 m,对水质要求一般,抗堵性好。

表2 不同灌溉方式的灌溉效果

2.3 不同灌溉方式的基本排布及灌溉效果由表3可知,处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ排布的行间距1.0～2.0 m,滴、喷头间距0.3 m,灌溉均匀度50%～60%,水分利用率在45%～55%,节水率50%～60%,田间可操作性难;处理Ⅳ和Ⅴ喷头排布的行间距4.0 m,滴、喷头间距2.0 m,灌溉均匀度95%,水分利用率在90%,节水率在95%以上,田间可操作性容易。

表3 不同灌溉方式的基本排布及灌溉效果

2.4 旋转微喷不同灌溉面积对灌溉效果的影响以处理Ⅴ作为调查处理对象,共设6个处理,灌溉行数分别是8、10、12、14、16和18行。由表4可知,随着灌溉行数的增加,灌溉面积和所需微喷头个数也增加,此时支管水压力减小,喷头流量、喷射半径也减小。灌溉12行时,灌溉面积为0.248 hm2,微喷头数量为312个时,灌溉均匀度最高,达到100%,喷射半径为2.0 m,能覆盖全园,此时灌溉效果最好。

表4 旋转微喷不同灌溉面积对灌溉效果的影响

2.5 不同灌溉时间对灌溉效果的影响采用12行处理进行灌溉试验,共设7个处理,以不同灌溉时间作为处理,分别为1、2、3、4、5、6、7 h。由表5可知,随着灌溉时间的延长,每个喷头出水量和水分渗透土壤深度随之增加,以地表有无径流为标准,灌溉4和5 h处理水分渗透土壤深度分别为19和23 cm,地面无径流,灌溉效果最佳。

表5 不同灌溉时间对灌溉效果的影响

3 小结与讨论

该试验结果表明,对于丘陵山地,特别是有棚架的果园,适合灌溉方式有旋转微喷和平面雾化微喷。其方法与棚架的可利用性相结合,使灌溉支管排布或悬吊在棚架上,可顺着种植行进行排布,且喷头垂直离地有一定的距离,便于机械作业,与田间的刈草、打药、施肥等生产管理互不干扰,是目前最有效的精准灌溉方式之一。也可结合水溶性肥料实现水肥一体化,能达到简单易行、省工省心、节肥节水的效果,对于气象性、季节性的严重干旱,采取高效节水的灌溉系统,可最大限度地减少干旱带来的损失,是目前应对干旱最有效的手段之一,对于人力劳作不便的高落差丘陵山地来说更是如此[3]。

同时,果园灌溉时期一定要掌握好,因为各种果树需水量和需水规律不尽相同,同种果树在各生育期的需水量也不同。如梨的年生长周期中,在果实迅速膨大期,需水量最多,此时气温较高,同化作用强,叶面蒸腾量大,也是花芽大量分化期,如果缺水,不但会影响果实膨大,甚至会造成落叶、落果,降低产量,同时还影响花芽健壮分化及来年的产量[12-13]。

果园节水灌溉是一个系统性工程,在安装设计前,首先要根据果园的地形、面积的大小、水源的远近及扬程的高低,来确定水泵功率及流量的大小[5]。其次是考虑能同时灌溉多的面积,减少灌溉时间,合理配备主、干、支管道的粗度。此外,在安装的过程中必须进行调试,来确定喷头离地高度和喷嘴的大小,每一块果园地势坡度和坡长都不一样,这些都是必须考虑的因素。因此,只有科学地设计灌溉系统,才能提高果园灌溉水利用的效率,真正达到果园集约化管理的目的。

近年来,节水灌溉得到了快速发展,灌溉方式进一步向集约节约化转变,农田灌溉水有效利用系数也稳步提高。实践证明,发展高效节水灌溉是加快农业农村现代化的一项重要举措,要从“工程、农艺、品种”3方面全方位加快推进高效节水灌溉,进一步激发高效节水灌溉的创新发展。中国农业科学院农田灌溉研究所所长周国民提出,智慧灌溉就是应用新一代信息技术赋能灌溉工程,以数据知识为基础、模型算法为核心、装备产品和系统平台为载体,通过灌溉全过程全环节数字化、网络化和智能化,构建最适水田、作物关系,实现节水、高效、高产、优质协同。并从“多元感知、智能决策、精准作业、综合管理”4个方面构建智慧灌溉技术体系,面向不同区域、产业、场景提出智慧灌溉综合解决方案,增加智慧灌溉在农业全产业链的应用。