金溝河灌區膜下滴灌技術應用效益及難點探討

熊文娟

（新疆金溝河流域管理局，新疆 沙灣 832100）

1 金溝河灌區概況

金溝河灌區位于新疆北部準葛爾盆地南緣塔城地區沙灣縣境內，東接石河子，西鄰奎屯市，分別與瑪納斯河石河子灌區和巴音溝河安吉海灌區相連，金溝河灌區位于干旱半干旱地區，呈典型的大陸性氣候，年平均氣溫7.1℃，最高氣溫可達42.8℃，多年平均徑流量3.24 億m3，水資源季節性分布極不均勻，灌區（2006 年）原設計灌溉面積7.72 萬hm2，2015 年灌區設計灌溉面積增加至8.14 萬hm2，膜下滴灌技術實施前水資源匱乏是制約灌區農業產業化發展的主要因素，因干旱而減產減收的情況普遍存在。依靠先進的農業科技，不斷改善傳統農業灌溉生產模式，推行膜下滴灌，堅持走節水型農業發展道路，是金溝河灌區農業可持續發展的必然選擇。

2 灌區膜下滴灌技術應用現狀

2.1 膜下滴灌工程建設內容

金溝河灌區膜下滴灌工程建設內容包括滴管工程及配套工程初期建設及改造完善兩個階段。2005 年金溝河灌區沙灣縣在縣農業局及農業技術推廣站的支持與指導下，在條件較好的棉田所進行的棉花作物膜下常壓軟管滴灌試驗取得了較好效果。次年，灌區便開始大面積推廣棉花膜下常壓軟管滴灌節水技術，基本完成灌區原設計灌溉面積膜下滴灌節水工程及配套工程的初步建設。灌區以棉花為主要作物，滴灌工程利用灌區原有7 眼機電井為主要水源，單井出水量90 m3/h，共建成了7 個獨立灌溉系統，單井控制灌溉面積為667 m2，機電井出水量基本滿足灌區農業灌溉要求。2008 年3 月完成了膜下滴灌系統全部建筑工程和地下工程的建設，4 月～5 月滴灌系統地面工程建設全部完成后試水試壓，通過后組織項目驗收。

隨著金溝河灌區灌溉面積及棉花種植規模從2006 年的4.07 萬hm2擴大到2015 年的6.93 萬hm2，需水量進一步增加，原膜下滴灌工程灌溉規模已經難以滿足灌區農業生產基本需要，必須進行原滴灌及配套工程的改造升級，提升棉花節水灌溉效率，克服常壓軟管滴灌技術所存在的對地勢條件要求嚴苛等技術難點，進一步擴大棉花節水灌溉面積。為此，2016 年，金溝河灌區開始進行膜下滴灌高新節水工程升級改造，工程的實施加快了棉田節水滴灌技術的推廣應用，對于棉田種植效率及灌區經濟效益的提升意義重大。

灌區膜下滴灌技術實現了滴灌技術和覆膜種植技術的有機結合，加壓水流經由過濾設施過濾后依次進入埋設于地下的輸水干管、支管、毛管以及敷設于地膜之下的滴灌管帶，管帶上的灌水器將灌溉水滴入作物根層土壤，以供作物根系吸收。當前，金溝河灌區升級改造后的膜下滴灌系統由水源工程、首部樞紐、輸配水管網、滴頭控制及量測、保護裝置等組成[1]，見圖1。

圖1 膜下滴灌系統

2.2 工程建設取得的效益

2.2.1 增產效益

膜下滴灌技術實施后棉花作物生產環境中水肥氣熱等條件明顯改善，耕地利用率更高，與傳統溝灌相比增產效果十分明顯。2006 年膜下滴灌節水工程及配套工程建成以來，棉花增產效果顯著，每公頃籽棉增產748.27 kg，按3.4 元/kg 的單價計算，則每公頃棉花產值增加2544.12 元。2016 年灌區膜下滴灌高新節水工程升級改造后增產效果進一步提升，每公頃籽棉增產1054.71 kg，按4.5 元/kg 的單價計算，則每公頃棉花產值增加4746.20 元。

2.2.2 直接經濟效益

膜下滴灌技術的推行既能導致作物產量增加，又能降低水、肥、藥及田間機械作業費和人工費等生產成本，單位公頃年直接經濟效益=年增產效益+年節約的生產成本- 工程建設及運行維護費用。2016 年灌區膜下滴灌高新節水工程升級改造后每公頃可將低年生產成本約為1333.6 元，年運行維護費用約1043.7 元，單位公頃年直接經濟效益約為2368.9 元。

2.2.3 間接經濟效益

根據工程實踐，膜下滴灌技術的節水率在50%及以上，所節約的水量能用于經濟林、牧草等種植以及林果、牧業的發展，還能擴大耕地面積，帶動塑料、化工、電子、農機等其他相關產業的發展。

2.2.4 社會及生態效益

膜下滴灌技術在灌區的推廣應用能促進勞動生產率的提升及產業結構優化，通過使農業生產者增收、企業增效，促進農業勞動生產率的普遍提高。膜下滴灌技術的應用還能大量減少地表水引用及地下水開采，促進涵養水源，有效防治土壤次生鹽漬化，改善土壤生態環境。

3 灌區膜下滴灌技術應用難點

3.1 滴灌帶滴頭堵塞問題

金溝河灌區膜下滴灌水源為機電井水，包括水中砂礫、粉粒、鐵銹、魚卵、作物種子、藻類、安裝時掉入的塑料碎屑等固體雜質容易導致滴灌帶、滴灌管、滴頭等的堵塞；此外，滴灌系統管網滋生出的藻類在無光線的環境中生長成黏性團加劇鐵、硫等沉淀外，還會將粉粒等雜質聚合而成較大團粒，堵塞滴灌帶、滴灌管及滴頭流道；工程機電井水水源普遍存在鈣鹽沉淀現象，沉淀物以鍍層形式附著于滴灌系統表面，并在pH 值影響下加速沉淀，通常而言，碳酸氫鈣含量為2.0 mg/L 的水在pH 值＞7.5 時就會出現嚴重沉淀，加劇滴灌帶、滴灌管及滴頭流道堵塞[2]。灌區膜下滴灌通常配合水肥一體化技術，施肥過程中，未完全溶解的化肥、農藥等固體顆粒也會堵塞滴灌管、滴灌帶和滴頭。灌區膜下滴灌水質情況評價標準[3]見表1。

表1 灌區膜下滴灌水質情況評價標準

金溝河灌區膜下滴灌機電井水源水質中懸浮固體物含量109.4 mg/L，總硬度285 mg/L，不溶性固體物含量2043 mg/L，pH 值8.1，Fe 含量、Mn 含量、H2S 含量分別為1.7 mg/L、1.4 mg/L和1.4 mg/L，所以滴灌管堵塞的可能性非常大。

為有效解決滴灌帶滴頭堵塞問題，金溝河灌區膜下滴灌系統必須進行過濾器的重新選配，具體應參照《農業灌溉設備、滴頭和滴灌管技術規范和試驗方法》（GB/T 17187-2009）所給出的過濾器選型依據[3]（見表2），金溝河灌區膜下滴灌系統應選擇沉淀池+砂過濾器+篩網過濾器或疊片過濾器，以砂過濾器進行機電井水中有機雜質一級過濾，再通過篩網或疊片過濾器二級過濾。

表2 過濾器選型參照表

3.2 滴灌管帶溫度控制問題

在夏季環境溫度達30℃以上，膜下內側水汽凝結成珠，在陽光照射后一定角度內發生聚焦以及黑色滴灌帶自身吸熱過多導致其局部溫度可達80℃，導致滴灌帶粘連或將地膜燙裂或熔穿，失去地膜保護的地面雜草叢生，保溫保墑性能退化，灌溉效率下降。

為有效解決這一問題，在播種機整地仿形輪后方增設一套壓溝裝置，并使其與播種機主梁架連接，由于滴灌帶寬70 mm ～80 mm，所以壓溝裝置滾輪直徑和輪緣寬均按100 mm設計，所壓溝深30 mm。將滴灌帶埋設于溝底，不與薄膜粘貼，并在膜上修筑防風壩，有效解決滴灌帶吸熱及膜下水珠聚焦陽光而發生的薄膜燙裂或熔穿問題。

3.3 殘膜回收問題

由于膜下滴灌作物的收獲主要依靠人工，卷毛管、打捆和拉運都會耗費大量人力，而對殘膜回收卻無暇顧及，白色污染的加劇導致田間地膜管帶大量殘留，直接影響作物出苗及生長發育等后作種植。

為有效解決殘膜回收問題，應大力推廣使用能自動降解的液態地膜，液態地膜比傳統地膜投資節省，且能減輕地膜鋪覆勞動強度，浸潤性能優良，水分蒸發抑制率在30%～50%之間，保水增濕作用顯著。作物幼苗長出后能坡膜而出，地膜生物降解后變成腐殖酸肥料，具有改善土壤團粒結構等積極作用。

4 結論

綜上，膜下滴灌技術在金溝河灌區的應用能有效緩解干旱區域農業灌溉用水匱乏的現狀，提升用水效率的同時，帶來顯著的增產效益。但是，灌區在應用膜下滴灌技術的過程中普遍面臨滴灌帶滴頭堵塞、滴灌管帶溫度控制、殘膜回收等問題，影響農業生產及膜下滴灌效益的順利發揮。灌區灌溉實踐證明，采用沉淀池+砂過濾器+篩網過濾器或疊片過濾器方案，以砂過濾器進行機電井水中有機雜質一級過濾，再通過篩網或疊片過濾器二級過濾能有效解決膜下滴灌管堵塞問題。上述幾點問題也是我國農業生產膜下滴灌技術推廣應用及農業產業化發展過程中亟待解決的技術難題，有待進一步深入探究。