雷成霞 魏 闖 王振華 張建國(guó)

（1.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西運(yùn)城 044004；2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院 新疆石河子 832000）

水是人類生活、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵源泉。中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)代表大會(huì)明確表示，要實(shí)施國(guó)家節(jié)水行動(dòng)。新時(shí)期水管理工作所遵循的基本政策是“節(jié)水優(yōu)先”。社會(huì)在飛速進(jìn)步，人口在急劇上升，導(dǎo)致人均用水量呈劇烈上升變化趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展嚴(yán)重被制約，生態(tài)環(huán)境的全面改善被阻礙，歸根結(jié)底是水資源的短缺。棉花是新疆主要的農(nóng)產(chǎn)品之一，對(duì)溫度、光照和水分相當(dāng)敏感。新疆地處歐亞大陸中心，生長(zhǎng)季節(jié)熱量充沛，陽(yáng)光充足，地表有效積溫高，屬于典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)。然而，氣候干燥，降雨稀少，蒸發(fā)劇烈，因此，節(jié)水灌溉技術(shù)尤為重要。

1 問(wèn)題的引出

具有顯著節(jié)水效果，能實(shí)現(xiàn)少量灌溉，可使蒸發(fā)量得到有效的抑制，滴灌技術(shù)成為農(nóng)民灌溉時(shí)的第一選擇。據(jù)調(diào)查，膜下滴灌和地下滴灌技術(shù)目前在新疆被農(nóng)民廣泛應(yīng)用。膜下滴灌的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)覆蓋薄膜增加地面溫度，保濕、控制雜草持續(xù)生長(zhǎng)等[1-2]，但由于塑料薄膜無(wú)法自行分解（屬于高分子聚合物），如果不及時(shí)清理和回收，會(huì)對(duì)棉花根系形成危害，引起產(chǎn)量下降。此外，白色污染問(wèn)題將越來(lái)越嚴(yán)重，甚至影響了部分土地的耕種。地下滴灌（SDI）是微灌的一種，也是最復(fù)雜，最有效的灌溉方法。它可以同時(shí)達(dá)到最佳作物產(chǎn)量和水分利用效率[3-4]，但SDI也有其自身的問(wèn)題，部分學(xué)者對(duì)滴頭堵塞，灌溉不均勻，苗期灌溉等問(wèn)題已進(jìn)行了比較深入的研究[5-7]。然而，幼苗灌溉的問(wèn)題并沒有得到有效的解決。鑒于新疆棉區(qū)因塑料殘膜引起的白色污染問(wèn)題越來(lái)越重，出苗難度大，王振華等綜合考慮了棉苗移栽和地下滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提出無(wú)膜移栽棉花地下滴灌技術(shù)[8-9]。

2 無(wú)膜移栽棉花地下滴灌的優(yōu)勢(shì)和問(wèn)題

2.1 優(yōu)勢(shì)

1）節(jié)水效果凸顯。在地表下30～35 cm處，進(jìn)行滴灌帶埋設(shè)，直接向根部供水。地表徑流不易產(chǎn)生，表層土壤水分達(dá)到了最大程度的減少。在良好操作和管理的情況下，還可以有效地控制深度滲漏，有效地避免水資源浪費(fèi)的問(wèn)題。

2）避免了殘膜污染問(wèn)題。無(wú)膜移栽棉花沒有白色污染問(wèn)題，且保墑效果明顯。因?yàn)榭諝夂偷乇硐碌某睗裢馏w被表層的干燥土壤有效隔離。

3）有效解決了棉花出苗問(wèn)題。采用無(wú)膜移栽技術(shù)，避免了棉花不出苗的問(wèn)題。營(yíng)養(yǎng)缽中秧苗情況、移栽時(shí)的氣候以及栽培管理等因素，直接關(guān)系到棉籽最終產(chǎn)量的高低。因此，適宜移栽時(shí)機(jī)參數(shù)的確定，有著至關(guān)重要的作用。

4）肥料充分利用率高，環(huán)境效應(yīng)良好。棉花全生育期，該技術(shù)能高效適當(dāng)?shù)貙⒒屎娃r(nóng)藥準(zhǔn)確直接地輸送到作物根區(qū)附近。同時(shí)作物根區(qū)下方基本不存在深度滲漏和可溶鹽分的積累，土壤和地下水受污染的程度降低。

5）優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量。采用無(wú)膜移栽棉花地下滴灌技術(shù)，表面相對(duì)干燥，抑制雜草生長(zhǎng)，少量精準(zhǔn)有效的灌溉，不會(huì)造成土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，提高了根系活力，利于作物早熟和越冬，防止因新疆霜凍過(guò)早來(lái)臨而造成的棉花減產(chǎn)，同時(shí)減少或防止了病蟲害的發(fā)生。研究結(jié)果表明:在同一灌水定額和灌水次數(shù)情況下，對(duì)比覆膜直播，SDI全生育期天數(shù)縮短，植株較矮，脫蕾鈴率低；水分生產(chǎn)率提高9.3%，產(chǎn)量增加491.36kg/hm2，可從根本上減少殘膜污染問(wèn)題[10-11]。

6）節(jié)省勞動(dòng)力，機(jī)械化程度高。設(shè)備完成首次鋪設(shè)后，每年不需要安裝和回收，至少可以用5年。它節(jié)省了人力和投資成本，管理方便，不影響現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力和機(jī)械化工具的運(yùn)行，也延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

2.2 應(yīng)用問(wèn)題

1）毛管容易堵塞。主要原因有三方面:首先，在灌水過(guò)程中由細(xì)小顆粒引起的物理或化學(xué)堵塞；其次，灌溉中突然停水停電意外情況的發(fā)生，極易引起毛管負(fù)壓的產(chǎn)生，而灌水器出口相當(dāng)狹窄，易被雜質(zhì)堵塞；第三是由于作物根部的向水性，若采用薄壁管，極易侵入滴水孔發(fā)生阻塞。

2）灌水不均勻。灌水器流量因系統(tǒng)埋在地表以下，直接測(cè)量相對(duì)比較困難。灌溉均勻性主要受工作壓力，溫差和各個(gè)滴頭的出廠制造帶來(lái)偏差的影響。同時(shí)，因土壤質(zhì)地不同，也會(huì)對(duì)灌水器有所影響，因?yàn)槠涑隹谂c土壤表層直接接觸。因此，系統(tǒng)運(yùn)行的評(píng)估和灌溉均勻性的精準(zhǔn)確定很難。

3）運(yùn)行管理要求高。因系統(tǒng)的隱蔽性，在故障發(fā)生時(shí)很難檢查和修理，反復(fù)堵塞的機(jī)率會(huì)有所提高。此外，后期的檢查維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，成本高，要求日常的運(yùn)行和管理十分嚴(yán)格。

4）土壤次生鹽堿化問(wèn)題。無(wú)膜移栽棉花地下滴灌主要采用勤灌方式，隨著水的流動(dòng)，在干旱地區(qū)土壤表面產(chǎn)生鹽分積累幾乎是不可避免的，常年不進(jìn)行處理，鹽分積累影響根部生長(zhǎng)，不利于作物增產(chǎn)。目前廣泛使用的方法是在種植數(shù)年后進(jìn)行大水灌溉或噴灌淋洗鹽分。

3 注意事項(xiàng)和建議

1）無(wú)膜移栽棉花地下滴灌灌水時(shí)，一般應(yīng)首先沉淀，去除大顆粒沉淀物，然后通過(guò)過(guò)濾器去除細(xì)顆粒雜質(zhì)。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，最常見滴頭堵塞的問(wèn)題，特別是因負(fù)壓而起，因此進(jìn)排氣閥必須進(jìn)行安裝。應(yīng)用于大田作物時(shí)，優(yōu)先采用深埋式毛管，并盡量減小毛管的長(zhǎng)度和直徑，灌水器之間的距離等，同時(shí)盡可能加大灌水器的流量。

2）棉苗移栽能否成活、成活率高低對(duì)地下滴灌無(wú)膜移栽棉花起著至關(guān)重要的作用，研究結(jié)果表明:適宜的移栽溫度應(yīng)保持在15°C以上，10 cm的地面溫度應(yīng)在17°C以上。營(yíng)養(yǎng)缽中秧苗應(yīng)有2～3片真葉，在大棚中已具備30 d的苗齡期。移栽期內(nèi)適宜的日最低氣溫為18.4℃，最高氣溫為20℃。10～15 cm日平均地溫范圍為20.26℃～22.22℃。棉苗移栽10 d后，日氣溫有效積溫的范圍為66.46℃～83.28℃，日地溫有效積溫為104.72～106.71（地表以下 10 cm）[12]。

3）灌溉制度方面。灌水次數(shù)確定的情況下，試驗(yàn)小區(qū)各處理的灌水定額與棉籽產(chǎn)量存在正相關(guān)關(guān)系，但過(guò)量灌溉超過(guò)棉花需求水量的峰值時(shí)，反而會(huì)使棉籽產(chǎn)量降低。各個(gè)處理在灌水定額一定的情況下，灌水次數(shù)與小區(qū)各個(gè)處理的棉籽產(chǎn)量也有著相關(guān)性。即隨灌水次數(shù)增加，產(chǎn)量也有明顯上升的趨勢(shì)。但對(duì)3 300 m3/hm2和5 100 m3/hm2的定額處理影響不明顯。綜合考慮棉籽產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率的情況下，建議采用中等灌溉定額（3 900～4 500 m3/hm2）和灌水次數(shù)（19次）相結(jié)合的方法[13-15]。

4）需水量方面。整個(gè)生育期棉花需水量的變化為先上升后下降，遵循“慢-快-慢”規(guī)律。主要因?yàn)橐圃匝砻巛^小，幾乎裸露于地面，絕大部分水分主要以棉苗之間的蒸發(fā)為主,需水量較少。一旦進(jìn)入花齡期，棉苗不僅僅有營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，還存在生殖生長(zhǎng)，此時(shí)需水強(qiáng)度達(dá)到最大。進(jìn)入吐絮期后，棉籽產(chǎn)量基本穩(wěn)定，對(duì)水量的需求有所減少。各階段干物質(zhì)累積變化規(guī)律，和需水量相同?；g期棉花日均需水量最小值為4.88mm，對(duì)應(yīng)的干物質(zhì)的日增重量為3.79 g。干物質(zhì)花齡期日增重最大值達(dá)到4.99 g，對(duì)應(yīng)的需水量也達(dá)到峰值為7.41 mm[16]。在后期的研究中，應(yīng)采用相關(guān)模型進(jìn)一步驗(yàn)證，便于技術(shù)推廣應(yīng)用。

4 展望

與其他灌溉方式比較，無(wú)膜移栽棉花地下滴灌具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，但其設(shè)計(jì)理論尚不夠完善。如果該技術(shù)研究達(dá)到成熟階段，在大量節(jié)約水資源的同時(shí)，又會(huì)實(shí)現(xiàn)棉花以及其它作物的增產(chǎn)，還可以積極引導(dǎo)當(dāng)?shù)胤N植人們，從思想上祛除對(duì)塑料薄膜的依賴，有效避免白色污染問(wèn)題，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。如何將地下滴灌與農(nóng)業(yè)節(jié)水管理緊密融合，并對(duì)其特殊性和復(fù)雜性進(jìn)行深度研究，針對(duì)難題（如滴頭堵塞、灌水是否均勻等）著重解決，克服缺點(diǎn)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，使技術(shù)更加普及，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和科研具有研究意義，為推動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)以及可持續(xù)發(fā)展提供一定的技術(shù)參考。