覆膜滴灌技術研究進展

孫云云，劉方明，高玉山，竇金剛，侯中華，劉慧濤

(吉林省農業科學院農業資源與環境研究所，吉林 長春130033)

0 引言

水資源短缺是干旱、半干旱地區農業發展的難題。覆膜滴灌不僅能有效緩解水資源短缺，還能提高作物產量，近年來覆膜滴灌技術已在干旱、半干旱地區得到廣泛應用[1-2]。在我國西北干旱地區，滴灌技術廣泛應用于棉花種植[3]。2012—2015年，國家在東北實施“節水增糧行動”，鼓勵高效節水灌溉，由傳統灌溉方式轉為覆膜滴灌的耕地面積達135萬hm2[4]。覆膜滴灌技術為提高用水效率、保障糧食安全和實現農業現代化提供重要保障[5]。

1 發展進程

我國覆膜滴灌技術發展始于20世紀70年代，1974年從墨西哥引入滴灌技術和設備[6]。最初試驗點僅3個，面積約5.3 hm2，試驗取得顯著的增產和節水效果。1980年我國第1代成套滴灌設備研制生產成功[7]。20世紀80年代開始，我國對滴灌技術進行了理論及技術推廣應用研究[8-10]。新疆生產建設兵團農八師結合新疆干旱地區的氣候持點，從1995年開始，經過多年研究，形成大田膜下滴灌技術體系，1996—1998年，對不同土壤條件下的不同作物進行試驗，獲得成功，1999年以農八師為中心在全兵團大面積推廣。2000年新疆生產建設兵團試驗和示范面積達1.33萬hm2，2002年膜下滴灌技術推廣到11.33萬hm2，2016年約推廣330萬hm2。目前，不僅在新疆，中國西部的甘肅、陜西和東北地區也開始大面積推廣和應用這一節水新技術。覆膜滴灌技術除了在棉花種植中大面積應用，也已經推廣到玉米、蔬菜、瓜類、花卉、果樹和烤煙等[11]。

2 技術優勢

覆膜滴灌技術是將作物覆膜栽培種植技術與滴灌技術相結合的一種高效節水灌溉技術[12]。覆膜滴灌技術為耕層創造了適宜作物生長的條件。覆膜能有效降低土壤水分蒸發，提高表層土壤溫度，保持適宜的土壤水熱條件[13]。另一方面，根據作物的實際生長狀況，滴灌系統可以將肥料隨水施入土壤中。水肥一體化可以保證適量的水和肥料通過滴灌系統穩定地到達作物根部。因此，覆膜滴灌不僅提高了水肥的利用效率(平均可省肥20%左右)，而且增加了作物的產量潛力[14-15]。此外，覆膜滴灌技術還可以防止土壤的退化，膜下滴灌可使作物根系周圍形成低鹽區，利于幼苗成活及作物生長[16]。覆膜滴灌技術還可降低土壤中有害病菌及害蟲的繁殖，可省農藥10%～20%。

相關學者做了許多關于覆膜滴灌對經濟作物影響的研究，研究結果表明，覆膜滴灌技術創造了有利于作物生長發育的適宜的水、肥、氣和熱條件[17-19]。“節水增糧行動”實施后，覆膜滴灌對糧食作物(主要是玉米)的影響逐漸引起科學家的關注。如QIN Shujing等[20]研究表明，覆膜滴灌技術使玉米全生育期蒸散發總量減少了不到10%。ZHANG Yanqun等[4]在東北地區進行為期3年的田間試驗，分析了覆膜對農田蒸散發、作物產量和水分利用效率的影響，結果表明，覆膜處理的總蒸散發比不覆膜處理低2.8%～5.2%，產量提高5.9%～8.8%，水分利用效率提高10.7%～13.1%。也有研究表明覆膜滴灌技術可使作物普遍增產15%～30%，低產田可增產50%以上[21-23]。

3 存在的問題及解決方法

3.1存在的問題

地膜覆蓋是塑料薄膜栽培最廣泛使用的一種形式，目前在中國廣泛使用。中國占全球塑料薄膜覆蓋使用量的40%。每年有2 000萬hm2農田覆蓋塑料薄膜。然而，并不是所有的塑料地膜在農業上的應用都是積極的。1999年全球有超過1 200萬hm2的土地被塑料薄膜覆蓋。全球范圍內農業塑料薄膜需求的增長導致全球塑料產量每年平均增長10%。2015年我國地膜覆蓋面積達0.183億hm2，使用量達145.5萬t，而據預測，到2024年，我國地膜覆蓋面積將達0.22億hm2，使用量超過200萬t。塑料薄膜大量使用的一個重要問題是農用塑料薄膜的回收率僅為5%。

農用塑料薄膜最常見的處理方法是露天焚燒，會導致嚴重的環境污染。中國使用的地膜較多為薄的聚乙烯塑料，其厚度僅為0.08 mm，難于回收，從而導致“白色污染”，危及牲畜，污染河流和湖泊，地膜覆蓋技術從一個“白色革命”演變成“白色污染”。使用塑料薄膜10年之后，耕地中可檢測到殘留的地膜為50～260 kghm2。

3.2解決方法

(1)提倡一膜多用，降低覆蓋比例，減少地膜投入量，選用厚度適中、韌性好和抗老化能力強的地膜產品。2017年10月，新修訂的強制性國家標準《聚乙烯吹塑農用地面覆蓋薄膜》發布，特別明確規定地膜厚度不得<0.01 mm，并規定自2018年5月1日起新國標正式實施后，未達標的地膜不再允許生產和銷售。

(2)用機器回收塑料薄膜殘留物，常見機器有滾筒、耙子等。我國從20世紀80年代就開始研發殘膜回收機械，先后有100多種機械，但是能真正達到使用要求的不多。2015年以來，陳學庚院士團隊先后研制出16種殘膜回收機，獲得多項發明專利，部分機械的殘膜回收率可達80%～90%，這使我國機械回收殘膜有了很好開端。

(3)減少殘留物污染的一個非常重要的對策是使用可降解的塑料薄膜代替聚乙烯。該方法具有巨大潛力，并將成為未來的主導。可降解塑料薄膜的優點是生物降解，降低污染。然而，大規模應用生物降解膜也面臨一些挑戰，比如如何提高其機械操作的物理質量、提高降解地膜保溫保墑的能力和降低農業生產成本等。另外，要根據不同的作物和區域，選擇合理的降解地膜，并配套合適的農藝技術和應用模式，推廣應用降解地膜。

4 技術要點與適用條件

4.1技術要點

(1)整地。膜下滴灌種植應選擇地勢平坦、地力較高，有井灌條件的連片田塊。滅茬、整地可在秋收后或春季播種前進行。采用機械旋耕滅茬，滅茬深度≥15 cm，碎茬長度<5 cm，漏茬率≤2%。施基肥，起壟，及時鎮壓。

(2)播種。一般年份播種可在4月27日—5月10日進行，5 cm土層溫度穩定通過10 ℃以上即可播種。適宜的種植密度為6.5萬～8.5萬株hm2，地力較高、水肥充足的地塊可采用種植密度的上限，地力低的地塊可采用種植密度的下限。采用大壟雙行-膜下滴灌的種植方式。

(3)化學除草。除草劑要在鋪管覆膜前進行均勻噴施，土壤封閉，噴藥后及時覆膜。

(4)鋪設滴灌管，覆膜。滴灌管帶的鋪設和覆膜同時進行，管鋪放在大壟中間，毛面朝上，即流道向上，覆膜壓實。

(5)水肥一體化管理。灌水次數與灌水量依據玉米需水規律、灌前土壤含水量及降雨情況確定。保證灌水用量與玉米生育期內降雨量總和要達到450～550 mm。根據目標產量與土壤肥力情況，確定肥料施用量。所有的追施肥料均應用水溶性肥料或液體肥料，按玉米生育期各階段比例配比，采用旁通施肥罐或文丘里施肥器施入。

(6)田間管理。膜下播種地塊，當玉米第一片真葉展開后要及時破膜引苗，防止捂苗、燒苗，注意用土封嚴苗孔。在玉米生育期間，及時噴施化控防倒制劑。勤檢查管道接頭，防止漏水；檢查滴灌管是否有鼠嗑，如有孔洞要及時修補。

4.2適用條件

覆膜滴灌種植技術是一項農業生產革命性措施，不僅在微觀農業生產領域有很好的綜合效益，且對宏觀農業經濟發展和農業綜合開發也有極其重要的作用。在推廣應用膜下滴灌技術時需考慮以下適用條件。

(1)適宜推廣的地區。適宜于地面蒸發量大的干旱而又具備一定灌溉水源的地區。

(2)適宜應用的作物。目前除棉花外，番茄、葡萄、辣椒、玉米和瓜果類等作物的應用效果都很好，但在使用中應該注意作物的輪作倒茬問題。

(3)適宜的生產規模和管理方式。由于膜下滴灌需要管網或渠系供水，最好具備連片條田的條件，或在一個灌溉井的范圍內能統一種植和管理。

5 結束語

覆膜滴灌技術是滴灌與覆膜技術的結合，初步實現了灌水、施肥一體化和可控化。覆膜滴灌技術由傳統的大水漫灌，轉向浸潤式灌既，實現節水節肥節藥、省時省力和增產的效果。覆膜滴灌技術將引發中國農業由生產方式到經營方式的深刻變革，對促進中國農業從傳統農業向現代農業、從粗放型農業向集約型農業的轉變，對提高中國農業的現代化水平將產生積極而深遠的影響。

(1)必須解決好春、秋兩季殘膜回收的問題。除規定農用膜的厚度外，應逐步推廣使用降解地膜，同時集中力量研制新型適用的地膜回收機。

(2)加快研究與膜下滴灌技術相配套的高產穩產技術模式。品種是優質、高產和高效益的關鍵。

(3)深入研究膜下滴灌水、鹽和熱運移的定性和定量關系，如不同深度的溫度和濕度變化規律、土壤層水分和熱流運移規律、溫度與水分運動和鹽分遷移之間的耦合關系等。

(4)深入研究膜下滴灌需水量與需肥量、灌溉制度與施肥制度及膜下滴灌水肥耦合機理等，同時關注灌溉施肥的環境效應。

(5)加強節水器材的技術研發能力，提高產品質量，降低產品成本和費用。