地下滴灌技術管理論文

導語：地下滴灌技術管理論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

引言地下滴灌是微灌技術的典型應用形式之一，它是指水通過地埋筆管上的灌水器緩慢出流，滲入附近土壤，再借助毛細管作用或重力作用將水分擴散到整個根層供作物吸收利用。由于灌水過程中對土壤結構擾動較小，有利于保持作物根層疏松通透的環境條件，并可減少土面蒸發損失，故地下滴灌技術具有明顯的節水增產效益。此外，田間輸水系統地埋后便于農田耕作和作物栽培管理，且地埋后管材抗老化性能增強，且不易丟失或人為損壞。本文試圖對地下滴灌技術的發展和應用現狀進行綜述，給出目前的研究狀況及存在的問題。

一、發展歷史

第二次世界大戰后，塑料工業的發展為滴灌技術應用帶來新機遇，地下滴灌技術作為滴灌技術的一種形式開始被采用。地下滴灌管一般采用尼龍或PVC材質，并在管壁鉆孔、扎也或切口制成灌器使用。這種地下滴灌系統運行于低水頭下，對水質和過濾設備要求較低，應用中面臨的主要問題是供水均勻性差，滴孔易堵塞。進入20世紀70年代后，伴隨著科技進步與發展，地面滴灌設備無論是在滴頭類型還是毛管性能方面均得到較大改善，但對地下滴灌系統，除在毛管鋪設方法及打孔手段上有所改觀外，灌水均勻性差、出水孔易堵塞等問題依舊存在，地下滴灌技術的發展速度遠遠落后于地面滴灌技術。從20世紀80年代至今，有關地下滴灌技術及其應用的研究主要集中在改進灌水器質量、優化系統設計參數、研制過濾器和施肥裝置等方面。與此相關的大量研究成果陸續涌現，其中最為醒目的是Mitcnell等人于1982年提出了地下滴灌系統設計、安裝和運行管理指南，這意味著地下滴灌技術開始步入成熟階段。

我國自1974年從墨西哥引入滴灌設備至今，地面滴灌技術應用和設備開發已取得長足的進展。但地下滴灌技術的初步應用則始于20世紀80年代初期，主要用于果樹作物。近年來，這些技術在山西省運城地區得到大面積應用，取得了一引起研究成果，但由于采用人工扎孔方式制成灌水器，應用中系統供水均勻性較差、出水孔易堵塞等問題沒有得到很好解決，影響到地下滴灌系統的正常使用和運行。

二、應用及效益

地下滴灌技術在國外已等到廣泛應用，服務對象以經濟作物最為常見，多集中在果樹、蔬菜和其他高產值作物上；大田作物中也有少量使用，以棉花和玉米作物為主。國內地下滴灌技術的應用以果樹為主，目前在山西運城地區7667h平方米的地下滴灌面積中，果樹、蔬菜和大田作物的比例分別占總數的78.3%、4.3%和17.4%，大田作物是棉花和冬小麥。

地下滴灌條件下的作物產量高于或至少等于其它灌水方法下的相應值，而灌溉用水量則顯著小于后者。Adamsen對地下滴灌和噴灌進行對比的結果表明，地下滴灌下的花生產量明顯高于噴灌方法下的產量，而對玉米產量，兩者間沒有顯著差別，然而前者省水約30%。DeTar等人對地下滴灌與地面溝灌進行對比試驗顯示出，砂壤土質下，地下滴灌的棉花產量較高，砂質土時，兩者產量基本相等，但無論對哪類土壤，地下滴灌用水量都較溝灌低40%。Hjenggeler對美國得克薩斯州西部地區進行大面積調查表明，地下滴灌與溝灌相比，棉花產量可提高20%。Phene等人的研究結果說明，在美國南卡洛雷納州，地下滴灌條件下的甜玉米產量比溝灌高1%～14%，番茄產量高20%，甘藍和夏季南瓜產量均提高35%，而玉米、棉花、高梁、甜瓜和部分蔬菜的產量基本持平。山西運城地區的資料表明，與地面灌溉方法相比，果樹可節水75%，增產50%，西瓜節水60%，增產30%，而對大田作物，平均節水達50%，增加產量30%以上。地下滴灌技術不僅節水增產效果明顯，還具有節省勞力、能源等諸多優點，此外還能有效地抑制雜草生長。Grattan等人發現，對應用地下滴灌的地塊在不使用除草劑條件下，田內雜草生產程度明顯低于使用溝灌和噴灌方法并施用除草劑的地塊，但在降雨較多的濕潤地區，效果并不明顯。

三、研究現狀

1.設備及灌水器

國外使用的地下滴灌設備均來自地面滴灌系統，灌水器采用內鑲式或帶有補償性能的滴頭以確保系統供水均勻性。由于系統停止供水時易在管內產生負壓，造成管外土壤顆粒內吸而引起滴頭堵塞，故常在系統上安裝真空破壞裝置，這對系統運行管理要求較高。由于作物根系的親水性，根系在毛管滴頭四周的旺盛發育有可能造成灌水器孔口堵塞，有人試圖在滴灌水器堵塞的目的。山西運城地區在地下滴灌中使用的灌水器是在毛管上利用簡易工具人工扎眼形成出水孔，該結構形式不具備防堵和壓力補償功能，有待改進和完善。中國水利水電科學研究院在北京大興縣開展的有關地下滴灌室內外試驗結果證明，對內鑲式或帶有補償性能的滴頭采用外包無紡布處理地埋后，既可獲得較為理想的防負壓堵塞效果，又能在適當的毛管間距布設范圍內獲得較高的灌水均勻度。對于滴頭防負壓堵塞問題，除考慮在地下滴灌系統中設置真空破壞裝置外，研制一種既可防止負壓堵塞，又具有良好壓力補償和調節功能的灌水器是十分必要的。

2.毛管埋深間距

毛管埋深通常需考慮以下幾個因素：一是田間耕作深度，避免因耕翻土壤造成系統管網損壞。對無需耕作的作物（如草皮、紫花苜蓿等），可根據土壤質地和作物根系發育深度等條件減小毛管埋設深度；二是土壤條件，對土壤導水性能較強的輕質土，則可適當增加埋深來減少因地表濕潤引起的無效土面蒸發損失。基耕層內含有透水性較差的黏土夾層時，毛管埋深要考慮其影響，如毛管埋在該夾層以下，會影響土壤水分向上運動，對作物生長發育不利。最后是作物生長發育期，由于幼苗根系較淺吸水范圍有限，毛管埋深較大無疑不利于作物生長，但較淺的埋深又將無法滿足作物后期對水分需求。有時為了保證苗期土壤墑情，作物生長前期使用其他灌溉方法，后期再采用地下滴灌方式，但會增加灌溉成本費用，降低收益率。綜合考慮上述因素，毛管埋深多介于20～70cm之間。以山西運城地區情況為例，果樹下的埋深一般在40～50cm，大田作物則為35～40cm較為適宜。

毛管埋設間距主要取決于當地氣候條件、土壤質地和作物種類。對于種植在沙性土壤或干旱地區的作物而言，較小的毛管間距有助于田間土壤水分均勻分布，當然這將增加投資成本。在多雨濕潤地區，可以使用較寬的間距，但這取決于作物類型、土壤條件和可接受的風險水平。一般較窄的間距多用于平播密植類作物，如草皮、小麥等，而較寬的間距則常見于蔬菜、果樹、棉花、玉米等行播作物，毛管應置于窄行間。運城地區的果樹滴灌一般采用3m間距，權株排列不正規的果園使用隨行布設形式，棉田的毛管間距是1.2～1.5m，小麥田多采用1.0～1.2m的距。

3.灌溉制度

地下滴灌制度一般以實測或計算的騰發量、土壤和作物特性為依據制定。若按作物耗水速度確定灌水時間，應按小定額多次灌水的方式；當土壤水分下降下某個限值時才考慮灌水，則需數天供水1次。對蔬菜等水分含量較多的作物通常使用前一種灌水頻率，果樹和大田作物則適宜于后一種灌溉制度。Caldwell等人的研究結果表明，只要土壤含水量保持在可允許范圍內，采用每日灌水1次與周灌水1次的灌溉制度對玉米產量沒有影響。EL-Gindy等人對每天灌水1次和每3天灌水1次的周期進行對比后發現，高頻次小流量的灌溉制度不僅能較大幅度地提高番茄和黃瓜的產量，還能改善根層內的土壤水分布，提高水分利用率，這非常適宜于地下滴灌系統的運行特點。在山西運城地區，蘋果樹年內一般滴灌3～5次，小麥通常灌溉2～3次，每次用水230～450m3/hm2。

4.化肥和農藥施用

滴灌技術的優點之一就是可以在整個作物生育期內，適時適量地通過微灌施肥技術高效地將肥料、微量元素和農藥等作物生長所必需的養分和物質按比例精確的施用到作物根區土壤，這既可以提高肥料利用率，又能減少因灌溉淋洗產生的溶質數量，減輕對地下水的污染，并節省大量施肥勞力。Mikkelsen根據研究結果得出結論，與地面灌溉方法相比，地下滴灌條件下磷肥施用量較少，主要原因就是因肥料被直接施用到作物根層，明顯減少了流失量。為延長地下滴灌系統使用壽命、防止灌水器堵塞，除對灌溉水進行適當過濾、清除雜質外，還可在系統中隨水注入適量稀鹽酸，定期清除地下滴灌系統內滋生的微生物以及灌水器內的沉淀物，這同時也能起到減輕灌溉水堿性的作用。這些措施在國外已得到普遍重視并投入實際應用，國內仍處于將化肥技術溶于灌溉水中應用的初級階段，對系統管件進行化學處理、清除根系和沉積物的應用研究還未提到議事日程。

5.設計與管理

地面滴灌系統的設計方法同樣適用于地下滴灌系統，特別是在管道水力學性能和灌水均勻性方面。地下滴灌系統的設計及管理具有自身的特殊性，首先設計中必須考慮在系統上安裝進排氣閥門，防止斷水進行更好的過濾處理，并對系統實施定期沖洗。與地面滴灌相比，地下滴灌系統的檢修更為困難，在設計和施工階段應對此問題給予重視。

6.經濟適宜性

Henggeler等人發現將棉花溝灌改為地下滴灌后，能獲得較高的經濟回報，對玉米大豆作物而言，與中心支軸式噴灌系統相比，地下滴灌方法具有較高的經濟可行性。山西運城地區的資料數據也表明，就當地使用的簡易地下滴灌系統而言，每公頃果園的投資成本是4500元、大田為6000元。該投入強度低于當地采用固定式噴灌的投入，雖高于地面灌溉的投資，但其節水、擴灌、增產效果非常明顯。當然僅就灌水技術本身，很難得出哪種方法更為經濟適宜的結論，它取決于自然和社會經濟兩大因素。其中關鍵因素是當地可利用的水資源數量以及獲取它的成本費用隨時間變化的趨勢。在類似山西運城這樣典型的干旱缺水地區，工業和城市用水激增導致可供農業使用的水量銳減，這對農業節水灌溉提出更高的要求。由于地下滴灌系統具有無可辯駁的節水增產效益，從而在一定程度上，增加了人們選擇地下滴灌方法的迫切性和必要性。

7.主要問題

由于地下滴灌系統埋設在地下，使得人們無法直接觀測到灌水器出流狀況和灌水效果。當系統需要進行檢修時，往往要比地面滴灌系統投入更多的時間，耗費更多的人力物力，管理費用也相對較高。其次，為防止水中雜質引起的灌水器堵塞以及滴頭負壓堵塞等問題，必須在系統內增加相應的附加設備，并對管路經常進行沖洗。沖洗閥及進排所閥的安裝勢必增加系統的造價和運行費用，在某些情況下將致使地下滴灌技術的經濟可行性大打折扣。

四、結論

作為滴灌技術的一種再現形式，地下滴灌技術表現出的特點和優越性使其從20世紀80年代初始，就作為一門獨立的灌水技術得到相應發展。由于這種灌水形式具有顯著的節水增產效果，在農業灌溉水資源日益緊缺的今天，其對灌溉農業可持續發展有著十分重要的意義和作用。

在地下滴灌系統設計、安裝和運行管理中，應對該項技術的特殊性給予足夠重視。其中毛管埋深與間距要根據當地土壤條件、作物種類、耕作措施等因素確定。為提高我國地下滴灌技術的應用水平，當務之急是研制出一種既可防止負壓堵塞、又具有較佳壓力補償性能的地下滴灌灌水器，與此同時，還要積極開發與地下滴灌技術田間適宜性研究相關的工作。