微潤灌溉技術(shù)研究及其應(yīng)用

胡雅 魏靜

摘 要：對(duì)近年來國內(nèi)外微潤灌溉技術(shù)的研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，探討未來研究方向。重點(diǎn)分析微潤灌溉技術(shù)條件下，土壤滲潤的機(jī)理研究、對(duì)作物品質(zhì)及生長(zhǎng)狀況影響的性能研究，以及該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況，提出未來應(yīng)該更加關(guān)注該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用推廣，并注重解決推廣過程中遇到的科學(xué)問題。

關(guān)鍵詞：微潤灌溉;現(xiàn)狀;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S-1 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530023

引言

我國是農(nóng)業(yè)用水大國，干旱缺水已成為制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與水資源短缺之間的矛盾引起了全世界的關(guān)注。隨著全球水資源供需矛盾的加劇，世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家，都把發(fā)展節(jié)水灌溉作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一[1]。一直以來傳統(tǒng)的灌水方法是地面灌溉，20世紀(jì)80年代后期，水平畦灌、長(zhǎng)畦分段灌、波涌灌等這些新的灌水方法被用于作物灌溉，節(jié)水效果得到了很大的改善[2]。噴灌和滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是輸水效率高、地形適應(yīng)性強(qiáng)，并能夠改善田間小氣候，與除草、施肥及用藥等農(nóng)業(yè)措施配套使用，節(jié)水增產(chǎn)效果好。然而，目前應(yīng)用的灌溉技術(shù)，無論是地面灌溉還是微灌（噴灌、滴灌、滲灌），都存在灌溉具有間歇性、水氣平衡困難、灌溉用水效率低、灌水均勻度差的問題。因此，基于半透膜原理的新型微灌技術(shù)為節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的指導(dǎo)[3]。

微潤灌溉是一種利用半透膜的連續(xù)灌水技術(shù)，屬于局部灌溉。微潤灌溉采用功能半透膜材料制成灌溉裝置，由膜內(nèi)外水勢(shì)梯度驅(qū)動(dòng)，根據(jù)作物對(duì)水分的需求，以慢速流出的方式持續(xù)不斷地自動(dòng)、實(shí)時(shí)、適時(shí)、適量地向作物根部區(qū)域注水[4]。微潤灌溉的一個(gè)重要技術(shù)特點(diǎn)是很容易使土壤水分處于水/氣最佳狀態(tài)并且可以使這一狀態(tài)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的保持下去，使作物在全生命期內(nèi)處于最佳灌溉條件下生長(zhǎng)。采用微潤灌溉有利于土壤有效養(yǎng)分的分解，改善作物的營養(yǎng)狀況，既不會(huì)造成水土流失、肥料流失，也不會(huì)破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能使得土壤通氣性良好、氧氣充足，作物根系發(fā)達(dá)、枝干健壯。此外，微潤灌溉技術(shù)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)力是水勢(shì)能和土壤勢(shì)能，不需要?jiǎng)恿υO(shè)備，運(yùn)行成本低[5]。

1 微潤灌溉的機(jī)理研究進(jìn)展

微潤灌溉的過程是微潤管逐漸濕潤附近的土壤，隨著滲出水量的增加，土壤水分向微潤管周邊循環(huán)擴(kuò)散，土壤最終形成濕潤體。土壤中水分的擴(kuò)散遷移速度受土壤孔隙率、初始含水量、微潤管內(nèi)部水壓力、管道埋深等參數(shù)的影響，掌握微灌過程中土壤水分入滲和潤濕體形成及變化特征是認(rèn)識(shí)微潤灌溉灌水機(jī)理的關(guān)鍵。

陶濤等研究了土壤類型和埋深對(duì)微潤管入滲的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微潤灌溉單位時(shí)間的入滲量與水頭呈線性相關(guān)，灌水時(shí)間內(nèi)的累積入滲隨埋藏深度的增大而減小[6]。薛萬來、牛文全等研究了土壤容重、初始含水量、管道深度和壓力水頭對(duì)土壤入滲與濕潤鋒隨時(shí)間變化關(guān)系的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在相同的入滲時(shí)間內(nèi)，濕潤鋒的遷移距離隨著土壤容重的增大而減小，隨著土壤初始含水量和壓力水頭的增大有增大的趨勢(shì)[7]，同時(shí)其還研究了水質(zhì)礦化度對(duì)土壤水分入滲特性的影響，發(fā)現(xiàn)微潤灌溉技術(shù)模式下礦化度對(duì)濕潤體的形狀影響小，而對(duì)濕潤體體積影響大[8]。張俊、牛文全等分析了土壤質(zhì)地和土壤密度對(duì)濕潤體特征的影響，發(fā)現(xiàn)微潤灌溉濕潤體是以微潤管為軸心，濕潤峰的水平和垂直遷移距離與灌溉時(shí)間呈顯著冪函數(shù)關(guān)系，濕潤體特征受土壤密度和質(zhì)地的影響較大[4]。李朝陽等發(fā)現(xiàn)微潤管下層土壤含水率大于上層土壤含水率，微潤灌溉技術(shù)灌水均勻度較高，且表層土壤能夠形成干土層，減少了表層土壤水分蒸發(fā)[9]。謝香文、祁世磊等研究了灌溉水中泥沙量和粒徑對(duì)管道出口流量的影響，發(fā)現(xiàn)在渾水條件下管道流量隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸減小，初始出流量會(huì)隨著含沙量的增加而降低[10]。

2 微潤灌溉的性能研究進(jìn)展

微潤灌溉技術(shù)的研究應(yīng)用基礎(chǔ)是其節(jié)水增收效果[3]。現(xiàn)有的微潤灌溉性能研究主要是針對(duì)玉米、番茄、黃瓜等作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[5]。該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于溫室大棚蔬菜、花卉等作物灌溉，同時(shí)也應(yīng)用于果樹等作物灌溉[10]。

何玉琴對(duì)微潤灌溉玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的研究，發(fā)現(xiàn)微潤灌溉有利于玉米籽粒發(fā)育，使籽粒飽滿，百粒重量增加[11]。張明智對(duì)微潤管布置方式下夏玉米生長(zhǎng)的研究，發(fā)現(xiàn)隨著微潤管布置密集程度增加，株高、莖粗與地上鮮物質(zhì)重量均有所增加[12]。于秀琴對(duì)溫室黃瓜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的研究發(fā)現(xiàn)微潤灌溉能夠促進(jìn)黃瓜株高和莖粗的生長(zhǎng)，并使其增產(chǎn)4.4%[13]。董瑾通過比較微潤灌溉和滴灌對(duì)草莓生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)微潤灌溉處理的草莓維生素C含量、葉片總含水量、平均生長(zhǎng)速率、根長(zhǎng)及根系數(shù)量與其它灌溉方式相比均較高[14]。田德龍等對(duì)鹽漬化灌區(qū)向日葵生長(zhǎng)的研究發(fā)現(xiàn)微潤管埋深20cm時(shí)向日葵的生長(zhǎng)最好，且該項(xiàng)技術(shù)能提高向日葵產(chǎn)量和水分利用效率[15]。薛萬來等通過對(duì)比微潤灌溉和滴灌條件下溫室番茄的生長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)微潤灌溉條件下的番茄株高、莖粗及產(chǎn)量均較滴灌處理高[16]。深圳市微潤灌溉技術(shù)有限公司以臍橙為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行微潤灌水肥一體化試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)樹冠直徑、新稍長(zhǎng)、臍橙果徑和單果均較降雨灌溉增大[17]。

3 微潤灌溉的應(yīng)用及推廣情況

微潤灌溉技術(shù)能夠應(yīng)用于高效農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城市綠化節(jié)水，其最大優(yōu)勢(shì)是突破了自動(dòng)灌溉的技術(shù)瓶頸，解決了一直以來山地丘陵區(qū)、荒漠化和鹽堿地治理難題，為治理類似地區(qū)土地提供了有效的解決方案。

在濟(jì)源市丘陵區(qū)采用微潤灌溉新技術(shù)后，山楂果實(shí)長(zhǎng)勢(shì)快且長(zhǎng)相好，灌溉水量節(jié)約60%～80%，肥料節(jié)約30%，人工節(jié)省80%，李英紅認(rèn)為該技術(shù)能最大限度地利用和發(fā)揮區(qū)內(nèi)有限的水資源，具有廣闊的應(yīng)用前景[18]。余瑩瑩認(rèn)為微潤灌溉技術(shù)在徐州地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)和荒山治理中具有廣闊的應(yīng)用前景[19]。張丹認(rèn)為吸力式微潤灌溉技術(shù)在田間有較好的工作性能，在遼寧省西部干旱地區(qū)的推廣和應(yīng)用獲得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益[1]。張興華認(rèn)為微潤灌從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益方面都優(yōu)于其它灌溉模式，清原縣項(xiàng)目區(qū)的應(yīng)用說明其具有可靠性和實(shí)用性，為微潤灌溉技術(shù)在遼寧東部山區(qū)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)[20]。新型微潤灌溉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在灌溉作物節(jié)水增產(chǎn)的同時(shí)，無需人工看管，還能將常規(guī)生產(chǎn)中的追肥、施藥和灌水融為一體，達(dá)到“水、肥、藥一體化”，既節(jié)水增產(chǎn)，又節(jié)省勞動(dòng)力。

4 結(jié)語

微潤灌溉以其連續(xù)低流量灌溉的灌水優(yōu)勢(shì)，使得灌溉水量與作物耗水量以及水分吸收生理過程保持同步，通過地下埋設(shè)管道的方式直接向作物供應(yīng)水分，使水分和養(yǎng)分直接作用于植物根部，提高了灌溉水利用效率，避免地表蒸發(fā)損失及滲漏損失，同時(shí)達(dá)到改善作物質(zhì)量，增加產(chǎn)量的目的。已有較多學(xué)者參與了微潤灌溉的機(jī)理研究和性能研究，未來應(yīng)該更加關(guān)注該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用推廣，并注重解決推廣過程中遇到的科學(xué)問題。

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（責(zé)任編輯 常陽陽）