溝灌在節水灌溉中的應用與發展

張巖

摘 要：溝灌作為地面灌溉方式的一種，在我國的農業灌溉中應用廣泛，有著低成本、環保等優點，但受到其管理方式和技術要素選取等因素的影響，溝灌的灌溉效率并不高。近年來隨著節水灌溉技術的不斷發展，溝灌這種傳統的灌溉方式也重新被重視，如寬壟溝灌、交替隔溝灌、覆膜溝灌和波涌溝灌等不同溝灌類型都有著各自的應用。溝灌技術的研究也在從灌水技術要素等微灌尺度向管理措施和評價體系等宏觀尺度轉變，使溝灌在節水灌溉技術中有著廣闊的應用前景。

關鍵詞：溝灌;節水灌溉;技術要素;發展方向

中圖分類號：S278 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200430024

在全球迎接水資源挑戰的情況下，缺水問題同樣制約著我國社會經濟的可持續健康發展，農業用水則是消耗可利用淡水資源的主要途徑之一。據水利部發布的《2018年中國水資源公報》[1]可知，2018年農業用水與2017年相比減少了73.3億m3，在全國總用水量總體持平的同時，農業用水呈現減少趨勢，由此可見，水資源短缺的現狀已經成為我國的農業發展和糧食安全的制約[2]，節水灌溉技術的發展顯得尤為重要。在各種各樣的農業灌溉方式中，溝灌技術應用廣泛，有著投資少、成本低等優點，但由于受到其管理方式和技術要素選取等因素的影響，溝灌的灌溉效率并不高，所以溝灌的研究對于節水灌溉技術的發展具有重要意義。

1 不同溝灌類型在節水灌溉中的應用

1.1 壟作溝灌

相對于傳統的平作溝灌，起壟能夠擴大土壤和大氣的接觸面積，可以減少溝中灌水等灌溉措施對壟上作物的影響，而且起壟可以使土壤孔隙度增加，有利于根系生長時水分和養分的吸收。在我國，壟作溝灌開始只用于種植一些經濟作物，如馬鈴薯、蔬菜和棉花等，20世紀末才開始用于種植水稻、小麥和玉米等大田作物。壟作溝灌中，寬壟溝灌和一體化壟作溝灌應用較多[3]，相較于較窄的壟，寬壟溝灌更能增加土壤蓄水保水能力;一體化壟作溝灌可以通過改變微地形來實現土壤結構的優化，有效提高作物的水分利用率，產生良好的節水效果。其中，小麥、玉米一體化壟作溝灌種植模式應用廣泛，這種模式把小麥和玉米當作一個整體，通過合理的管理措施發揮其優勢，保證二者均高產節水。

1.2 交替隔溝灌

基于對傳統灌溉技術的改進，交替灌溉這種方式被提出，并取得了良好的節水成效[4]。其中，交替隔溝灌具有可以提高水肥利用效率，增加光能截獲量，抑制病害危害等優勢，被廣泛運用于水稻、玉米、大豆、棉花等農作物生產過程中。不僅可以減少用水量，還可以減少水分的深層滲漏，為大田灌溉提供了新途徑，在干旱半干旱等缺水地區，有著廣闊的應用前景。交替隔溝灌可以通過水位的高低，在豐水期和干旱期均在有效節水的條件下獲得高產[5];不僅適用于傳統溝灌常種植的寬行作物，還適用于窄行密植作物如小麥等[6];在玉米的交替隔溝灌溉過程中，不同生長期采用對應的灌溉制度可在保證產量的同時明顯提高其水分利用效率[7]。

1.3 覆膜溝灌

覆膜灌溉比裸露灌溉更加符合節水灌溉的要求，通過減少土壤蒸發來提高土壤水分儲存量，起到保溫保墑的作用[8]。溝灌的側向入滲比垂向入滲更加有實際意義，張新燕提出了覆膜側滲溝灌技術，即在灌水溝底部覆上不透水膜，可以減少垂向入滲，加快水流的推進速度，提高灌水均勻度達到節約用水的目的[9]。同樣為覆膜溝灌，不同的覆膜方式也會對節水灌溉的效果產生不同的影響。綜合入滲情況、土壤含水量分布以及均勻系數得出，溝底全覆膜和溝底部分覆膜的溝灌方式比不覆膜和溝坡覆膜的溝灌方式有著更好的溝灌效果[10]。

1.4 波涌溝灌

在傳統的溝灌條件下，溝口連續供水，溝道水流也連續向前推進，因而田間入滲為連續積水入滲。在波涌溝灌條件下，溝口為周期性的供水，田間水流亦間歇性地逐次向前推進，而田間入滲則形成間歇性的積水入滲，具有灌水效率高，灌水均勻度好等優點。波涌溝灌的節水原理是土壤間歇入滲形成了減滲效果，在灌水過程中溝表面糙率減小，水流推進速度加快，所以水量損失較小[11]。波涌溝灌適用于小定額灌溉，如非充分灌溉條件下，波涌溝灌可以提供玉米生育期所需水量，相較于噴灌更有節水效果[12]，同樣在丘陵山區的小定額集雨灌溉條件下，也可以進行推廣應用。

2 溝灌的發展方向

2.1 技術要素

在提升溝灌灌水質量的措施中，灌水技術要素的優化是非常重要的，包括溝壟規格、入溝流量、田面坡度和田面糙率等，不同的技術要素組合的節水灌溉效果也不盡相同。張新燕等[13]通過室內試驗分析了溝水深、溝底寬、土壤導水率及初始含水量等因素對水分運移的影響，得出溝中水深減小使水平側向入滲增大，而溝寬減小使垂向入滲減小;張新民等[14]研究了溝寬、溝深對土壤濕潤鋒運移特性的影響，得出結論粘土的合理壟寬為20～35cm，砂壤土的合理壟寬20～50cm;張永久[15]分析了不同壟寬下小麥產量，得出合理壟寬75cm，溝寬15cm條件下小麥產量較高;高傳昌等[16]對壟作溝灌種植模式的壟寬、溝深、溝寬和田面坡度4個灌水技術要素進行正交試驗，確定了最優的灌水技術要素組合為壟寬70cm、溝寬40cm、溝深20cm和坡度2‰;聶衛波等[17]以灌水均勻度和灌水效率均在85%以上作為標準，利用軟件Win SRFR模擬研究溝灌區域各個試驗點的灌水質量，達到了優化溝灌灌水技術要素的目的。

2.2 田間管理

除了優化溝灌灌水技術要素之外，田間的管理措施也在很大程度上影響著節水灌溉的效果，田間管理措施包括激光控制土地平整技術、3S系統、田間灌水控制技術、秸稈還田、增施有機肥等。借助激光控制技術、GPS與GIS技術、計算機模擬技術、自控技術等現代高科技手段，可以獲得顯著的節水、增產、環保效果。經過激光控制技術和3S系統的發展，田間土地平整精度越來越高，從而改善田面微地形狀況，使地表水流在平順的下界面推進，均勻入滲至土壤，而在土地精平的條件下進行田間實時反饋控制，即使是地面灌溉的灌溉效率也可以達到85%以上[18]。另外，田間輸配水系統沒有固定的控制設施，灌水過程比較費時費力不夠精確，所以提高田間輸配水系統與田間工程的配套程度也是改善措施的重要一步[19]。而有效運用秸稈還田、增施有機肥等農業措施，一定程度上可以改善土壤的有機質含量、作物產量和水分利用率，達成節水和生態雙贏的狀態[20]。

2.3 評價體系

為了更加合理利用農業水資源，達到好的節水灌溉效果，灌水技術研究中需制定一套合理的評價體系。早期的農業水資源利用效率評價主要是基于田間尺度或作物尺度等微觀尺度來開展，包括田間灌溉水有效利用率、田間灌水均勻度和田間灌溉水儲存率等指標，這些評價指標對于灌溉工程的設計管理有著重要的作用。近年來，隨著水環境愈發惡劣，不同區域間水資源需求的競爭也更加激烈，微灌尺度的評價指標已經不能滿足農業用水要求，相關研究基于水量平衡的原理由田間尺度向流域尺度轉變，由農業用水效率評價向農業用水效用評價轉變。在節水灌溉技術中，用水量少不是唯一的指標，一個較高的灌水效率并不一定能反映出好的灌溉管理水平，應同時把作物的產量考慮在內。因此水分生產率的概念被提出，即單位體積或單位價值水量所生產出的產品數量或價值[21]，在采用水分生產率指標進行節水評價時，研究對象是整個區域農業水資源，比傳統的水分利用率評價指標擁有更廣的適應范圍。近年來，一些研究將水資源生產率評價與經濟效益評價相結合，讓經濟學融入農業水資源利用評價中去，這一經濟效益概念的提出可以使經濟效益最大化[22]，從更加全面的角度對農業水資源利用情況進行評價。

3 結語

本文分析了寬壟溝灌、交替隔溝灌、覆膜溝灌和波涌溝灌等不同溝灌類型在節水灌溉技術中的應用，并根據農業水資源利用現狀提出了溝灌技術的3個發展方向。說明了溝灌技術不僅能夠節約成本、生態環保，更有著巨大的節水潛力，應該重視對溝灌的研究，做到微灌與宏觀結合、生態與技術兼顧。

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（責任編輯 李媛媛）