不同节水灌溉技术对宁南山区马铃薯生长的影响

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  1、概述

  宁南山区十年九旱,水资源匮乏,农业用水供需矛盾日趋突出,调整产业结构,发展以种植马铃薯与蔬菜为主现代设施农业,大力推广节水农业灌溉技术是解决水资源危机的主要途径。近几年,通过当地政府实行土地流转,截至2012年底已经在西吉县蒋台堡、原州区中河、鸦儿沟、甘沟等地发展以种植马铃薯与蔬菜等为主导产业,建成万亩马铃薯抗旱增产示范基地11个共133.8万亩,千亩以上马铃薯机械化生产示范园区28个共10万亩,总面积达到210.6万亩,总产量315万t,其中节灌面积16万亩(地面灌6万亩、喷灌3.5万亩,滴灌6.5万亩)。灌溉形式主要采取地面灌、喷灌和滴灌,经济效益、节水效益明显。以种植马铃薯为例,本文重点介绍当地主要不同节水灌溉技术的特点及其对作物土壤水分分布状况、作物产量以及水分利用率等的影响。经过实践证明,采取滴灌技术适宜马铃薯等作物达到节水增效目的。

  2、灌溉技术研究

  2.1地面灌溉技术

  2.1.1地面灌溉技术的发展趋势

  宁南山区普遍存在田间工程不配套,灌水技术落后,灌水粗放,水量浪费严重的现象。灌溉水利用系数只有0.4左右,田间水的利用率仅为0.5~0.6左右。

  目前,地面灌溉仍是当今灌溉农业中占主要地位的灌水技术,主要发展趋势是输配水向低压管灌发展;田间灌水的节水技术较多,如水平畦灌、波涌灌溉等;在管理上采用科学手段,尽量达到精确灌水,满足作物不同生育期的需水;在田间规划上,土地平整度高,多以长沟、长畦、大流量进行田间灌水。

  2.1.2地面灌溉形式及其适用范围

  适合当地的地面灌溉技术主要包括土地平整技术、田间管灌系统、畦田灌溉技术。

  沟灌和畦灌:在水库灌区渠系配套不完善条件下,田间灌水方法以沟灌为好,宁南山区水库灌区很适宜这种灌水方法。沟灌时,应根据情况不同确定逐沟灌或隔沟灌,这样既能防止垄沟冲刷,节约用水,又能使灌水均匀一致。

  管灌:管灌技术是利用管网将灌溉水输送到田间灌溉方式。采用管灌后,消除了灌溉水在输送过程中的水量损失,田间灌水均匀度也大幅度提高,深层渗漏减少,灌水定额下降。管道输水小畦灌的投资费用低,主要适用于井灌区。

  2.2喷灌技术

  2.2.1喷灌技术的发展趋势

  喷灌是利用专门的系统(动力设备、水泵、管道等),给水加压通过喷头将水分散成细小水滴后均匀喷洒在田间的一种灌水方式。喷灌全部采用管道输水,可人为控制灌水量,对作物进行适时适量灌溉,并且适应于大部分地形和作物。节水、增产、节地、地形适应性强、省工等优点,适合于农田的集约化灌溉。

  喷灌最初用于大田灌溉是在2002年以后,随着自动或半自动喷灌机的出现,尤其是中心支轴式、平移式等大型喷灌机的应用,极大地减轻了劳动强度,提高了效率,降低了单位面积的投资。

  自从2005年以来,通过当地政府实行土地流转政策,发展集约型现代农业,在原州区的中河和鸦儿沟、甘沟等地发展大规模的种植马铃薯、枸杞、蔬菜等设施农业,面积达6万亩,灌溉形式采用大型喷灌和滴灌,水源采用机井和杨黄水。低压、节水、节能、标准化等一系列机械化和运行管理自动化的发展方向。

  2.2.2喷灌类型及其适用范围

  喷灌主要包括管道式喷灌、中小型喷灌机具和大型喷灌机。管道式喷灌根据管道的安装和布置形式又分为固定式喷灌(干管、分干管和支管全部埋在地下)、半固定式管道喷灌(干管和分干管埋在地下,支管移动)和移动式喷灌(所有管道全部在地面,移动使用)。大型喷灌机主要包括圆形(时针式)喷灌机和平移式喷灌机。

  固定式管道喷灌:固定式管道喷灌因干管、分干管和支管等全部埋在地下,管网投资费用和亩均投资高,往往用于经济作物(包括蔬菜、苗圃等),在粮食作物上使用较少。如原州区2007年建成的头营镇和彭堡镇闫堡蔬菜示范基地,面积0.2万亩,年产值150万元,比小麦亩均增加450元,亩均节水65m3。

  半固定式管道喷灌:半固定式管道喷灌的干管和分干管埋在地下,支管移动,亩均投资是固定式喷灌的20%~30%,适合用于粮食作物和经济作物。其缺点是劳动力费用(移动支管)较固定式喷灌高。

  移动式管道喷灌:移动式管道喷灌的干管、分干管和支管全部移动,亩均投资是固定式喷灌的10%左右,适合用于粮食作物和经济作物的补充灌溉。劳动力费用(移动干管、分干管和支管)比半固定式管道喷灌还要高。如原州区2006年建成的彭堡路粱五籽西瓜种植基地,面积0.15万亩,年产值120万元,比小麦亩均增加520元,亩均节水80m3。

  大型喷灌机:大型喷灌机(圆形和平移)的亩均投资介于固定式管道喷灌和半固定式管道喷灌之间,但使用寿命可达30年,是管道式喷灌设计年限的3倍,所以折合在年投资费用上要低于半固定式管道喷灌。由于单机控制面积大,所以适用于水源充足、土壤入渗系数较高、土地平整的集约化生产大型农场农作物种植作物相同的农村联社。原州区2008年实施后中河和鸦儿沟万亩马铃薯种植基地,面积3万亩,年产值1500万元,比小麦亩均增加600元,亩均节水60m3,效益可观。

  轻小型喷灌机:轻小型喷灌机有单机单喷头和带移动管道的两种形式,其投资费用低于半固定式管道喷灌,与移动式喷灌相当。适合于粮食作物或经济作物的补充灌溉。

  2.3微灌技术

  2.3.1微灌技术的发展趋势

  微灌是一种通过安装在土壤表面上方的灌水器,将水和液体肥料小流量、长时间、高频率地供应到作物根系分布范围土壤中的现代灌溉技术。微灌灌水均匀度高,对灌溉水量和深度可以控制,实现适时适量灌溉。节水、增产、省肥、提高作物品质、省工、节能(与喷灌相比)、抑制杂草生长、减少病虫害、可利用再生水资源进行灌溉,减少化肥农药对地下水的污染是微灌的主要特点。

  2.3.2微灌形式及其适用范围

  微灌主要包括滴灌、微喷灌和涌泉灌。滴灌又分地表滴灌(灌水器安装在地表)。微灌系统一般由水源(包括高位水池)、泵站、首部枢纽(过滤器、注肥器及压力控制装置等)、各级管网(包括干管、分干管、支管、毛管)以及灌水器等组成。

  地表滴灌:灌水器安装在地表,优点是滴灌带(管)发生破损或滴头发生堵塞时容易发现和维修,缺点是材料暴露在阳光中容易老化,而且有时影响到耕作等田间管理。随着塑料工业的迅速发展,投资成本大幅度降低。适合在经济价值较高的作物(马铃薯、玉米等)和经济作物(蔬菜、瓜果、花卉等)上使用。用地表滴灌利用微咸水和再生水灌溉,替代淡水资源,已经成为新的发展趋势。原州区的陶庄和甘沟是万亩枸杞和马铃薯种植示范基地,水源采用机井和扬黄水,灌溉方式采用地表滴灌,作物增产和节水效益明显。

  微喷灌:微喷灌由于灌水器的不同,分折射式和旋转式两种。折射式喷头的喷幅较小,而且灌水强度大,主要适合于土壤渗透系数较高的果树和育苗等。旋转式微喷灌的喷幅较大、喷灌强度较小,适用范围较折射式微喷灌广。由于微喷灌的雨滴直径小,受风的影响较大。所以除了冠层郁闭较好的树下灌溉和温室灌溉外,风较大时不宜使用。微喷灌的投资费用较高与滴灌相当。

  涌泉灌:灌水器安装在地表或一定高度处,有时一个灌水器用2~4条微管将水分布到几个点上。

  涌泉灌灌水器的通道比滴灌大,比滴灌抗堵塞。其投资费用与地表滴灌相当或略低,主要适合于果树灌溉。彭阳店洼和原州区上黄经济林示范基地种植早酥梨和桃杏,面积0.3万亩,亩均增收350元,亩均节水120m3。

  3、不同节水灌溉技术对土壤水分影响

  微灌高频率灌溉条件下,作物根区土壤水分含量维持在田间持水量状态下,且变化幅度小。地面灌溉条件下,轮灌周期长,每次灌溉水量大,作物根系层内土壤含水量变化幅度大,灌溉前土壤含水量较低,而灌水后土后土壤处于饱和状态,即灌溉前后土壤处于剧烈的干湿交替状态下。喷灌灌溉周期介于微灌和地面灌溉之间,土壤水分维持在田间持水量状态下,变化幅度较微灌大,但较地面灌溉小,如图1。

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  实践研究表明,喷灌灌溉频率相对较高,在15天左右灌溉1次,这样能够保证作物生育期灌溉阶段作物根系层处于较好的水分条件,土壤水分的变化范围主要在90cm深度的范围内,一般不出现明显的深层渗漏,如图2(a)。

  地面灌溉条件下,灌溉周期较长,在30天左右灌溉1次,灌溉前后作物根系层内土壤水分状况变化幅度大,土壤水分的变化范围可以达到120cm深度,如图2(b)。

  滴灌由于灌溉频繁,是1天灌溉1次,在灌水前后以及作物生育期灌溉阶段,作物根系层土壤水分状况变化不大,始终保持在一个较高的水平,如图2(c)。

  4、不同节水灌溉技术对作物产量的影响

  通过研究发现,与地面灌溉方式相比,不同天气条件(干旱少雨年份、较湿润年份、正常年份),喷灌与沟灌方式相比,不同天气条件(较湿润年份、正常年份),滴灌马铃薯的产量均较高,分别为沟灌条件下的2倍和1.2倍。

  5、不同节水灌溉技术对作物水分利用率的测算

  通过反复研究得知,不同天气条件(干旱少雨年份、较湿润年份、正常年份),喷灌条件下滴灌马铃薯的耗水量均比沟灌灌溉条件下低,仅为沟灌条件下的80%左右。

  6、存在问题和解决对策

  通过实践经验总结,种植马铃薯适宜滴灌形式,省力、节水,便于操作和管理。但是在设计中要合理选用滴头流量和间距,运行管理中要控制灌水量。

  6.1管理存在的主要问题

  6.1.1滴灌过量

  避免过量灌溉,一般使土层深度30~40cm保持湿润即可。过量灌溉不但浪费水,严重的是养分淋失到根层以下,浪费肥料,作物减产。特别是尿素、硝态氮肥(如硝酸钾、水溶性复合肥)极容易随水流失。

  6.1.2避免灌水不足

  (1)因为一次打开的灌区开关过多,运行压力低,水量不够。

  (2)田间漏水部位多,没有及时修补,运行压力低,水量不够。

  (3)系统设计面积大,轮灌区过多,灌水周期间隔时间长,导致不能及时灌溉。

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  6.2解决对策

  (1)确定滴头流量和间距两个重要参数。马铃薯用滴灌管流量1.38~2.0L/h,间距有30~40cm。

  (2)监测滴头流量与灌溉均匀度。在田间不同位置(如离水源最近和最远、管头与管尾、坡顶与坡谷等位置)选择几个滴头,测量在一定时间内滴头的流量(一般2min,要求不同位置流量的差异越小越好)。

  (3)计算每亩灌溉量。如马铃薯垄距为1.1m,每亩用滴灌管667/1.1=606m,滴头间距30cm,每亩有滴头数606/0.3=2021个,滴头流量1.38L/h,则每亩流量2021×1.38=2789L/h=2.8m3/h。滴灌一般灌水定额为10~15m3/亩,如果滴头流量1.38~2L/h,则灌溉时间约3.5~5.5d,或滴3~4d。近年来在宁南山区的原州区、彭阳、西吉县大力推广马铃薯利用滴灌试验取得成功,其经济效益远高于其它农作物,并获得了良好的效果。滴灌在使用过程中应随时检查各部件并及时维修,在霜冻前要及时将毛管中收拾干净,防止冻裂毛管。

  7、结语

  宁南山区发展以种植马铃薯主导产业在全国享有盛名,俗称“金豆豆”,种植面积大、投入少产量高、品质好、省水。从其土壤水分特性、耗水量及水分利用率与作物产量进行科学定性分析,由此证明当地种植马铃薯最适宜滴灌技术。

  (1)不受地形地貌的影响,减少水分蒸发和下渗,节约水资源。

  (2)精确地施肥,减少氮肥损失,提高养分利用率。

  (3)通过合理设计,便于机械进入田间作业。

  (4)可减少马铃薯冠层的湿度,降低马铃薯晚疫病发生的机会。与喷灌相比,可降低农药的开支,减少农化产品对环境的污染。有利于实现农业增产、农民增收,构建和谐社会和节水型社会。

  参考文献:
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