高效利用棚面雨水實現設施蔬菜節水灌溉的原因探析

王周平張偉兵任平趙偉張鋒李英梅*

（1陜西省園藝技術工作站，陜西西安 710003；2陜西省生物農業研究所，陜西西安 710043；3渭南市農業技術推廣中心，陜西渭南 714000）

設施蔬菜灌溉用水幾乎全部依靠地下水，蔬菜生產長期處于封閉或半封閉的環境，天然降雨難以對土壤產生淋溶效應，加之連作現象普遍，導致土壤鹽漬化現象比較普遍[1－3]。蔬菜種植屬于高耗水產業，以陜西關中為例，主要蔬菜作物年平均需水量為700～1 000 m3，蔬菜生產用水占農業用水的30%。淡水資源短缺是制約陜西省設施農業可持續發展的主要瓶頸[4]，如何解決水資源短缺、建立節水型農業、協調灌溉用水和設施蔬菜產業發展之間的矛盾已經成為現代農業發展中急需解決的焦點問題。針對西北地區設施蔬菜灌溉用水幾乎全部依靠地下水、水資源日益緊張、土壤鹽漬化日益嚴重、蔬菜品質和產量雙下降的突出問題，人們提出了高效利用棚面集雨結合水肥一體化滴灌、微噴灌技術，收集的雨水在年降雨量500 mm的區域能夠基本滿足主要蔬菜全生育期的灌溉用水需求，在年降雨量350 mm的地區能夠滿足主要蔬菜全生育期80%的灌溉用水需求。應用該技術可發揮雨水對土壤的淋溶作用，改善土壤鹽漬化程度和蔬菜品質，降低連作障礙的產生，提高蔬菜產量，實現設施蔬菜雨養或半雨養的目標。筆者根據多年實踐經驗和調研，建議開展棚面集雨實現對棚面雨水的高效利用和對設施蔬菜的節水灌溉。現將主要原因總結如下。

1 利用雨水可以有效補充淡水資源

沒有水，就沒有生命。沒有優質的水源就無法生產出優質的蔬菜。水已經不是一種“取之不盡，用之不竭”的自然資源。作為世界上嚴重干旱的國家之一，中國干旱半干旱地區占國家土地面積的47%，占總耕地面積的51%，被世界水資源與環境發展聯合會列為13個貧水國之一。中國干旱區域主要集中在西北、西南區域。西北黃土高原半干旱區域地處內陸，遠離海洋，大部分地區年降雨量不足400 mm，年際和年內降水分配不均勻。以陜西為例，從時間來看，65%的降水集中在7—8月；從區域來看，71%的降水集中在陜西南部的安康、漢中、商洛地區。設施大宗蔬菜黃瓜全生育期的適宜灌水量為4 065～4 275m3/hm2[5－6]，番茄全生育期適宜灌水量在 1969.17～2 171.11 m3/hm2之間[7]，需水量較大。陜西省作為西北地區設施蔬菜發展規模最大的省份，淡水資源遠低于國際社會公認的最低標準。通過集蓄豐水期的雨水資源，能夠有效實現枯水期的淡水資源補充，對破解關中東部地區及陜北地下水含鹽量大的地區淡水供需問題尤為重要。

2 棚面集雨可以滿足設施蔬菜對水質的要求

蔬菜是需水量較大的作物，對水分的反應較小麥、玉米等大田作物敏感。當用EC值低于5 mS/cm的水灌溉時，小麥、玉米、棉花等農作物均能正生長發育[8－9]，但該水質對蔬菜影響比較大。有學者采用電導率分別為3.3 mS/cm的井水、1.9 mS/cm的井水和0.3 mS/cm的棚面集雨對番茄進行灌溉，結果表明，隨著灌溉水電導率的增加，表層土層鹽分富集，番茄株高、莖粗、莖葉根鮮重均顯著降低，說明礦化度高的灌溉水會影響設施番茄生長。土壤電導率是直接反映土壤中混合鹽含量的重要指標，設施蔬菜栽培土壤長期得不到雨水的充分淋洗，鹽分在土壤表層不斷聚集，土壤含鹽量逐年升高，導致土壤電導率及地下水的電導率也不斷升高，這也是土壤酸化和次生鹽漬化現象產生的原因之一[10]。

黃瓜苗期用電導率較高的水灌溉，會導致生長發育停滯，最后枯死；成株期以后灌溉，葉片變小變硬，易出現畸形瓜，最后提早拔秧清園。小白菜、菠菜、芹菜、生菜等葉菜類蔬菜播種前用高電導率的水灌溉，幾乎不能出苗。辣椒、茄子等蔬菜雖然對高電導率灌溉水的反應不及黃瓜、葉菜類蔬菜敏感，但全生育期灌溉會造成植株矮小、結果量少、單果重低，辣椒疫霉根腐病等根部病害發生嚴重，進而造成嚴重減產。

3 集雨補灌可預防或延緩土壤退化

2019—2020年連續2年對陜西省72個縣（市）設施蔬菜灌溉用地下水的電導率進行抽樣檢測，結果表明：漢中、安康、商洛等地區用來灌溉的地下水水質較好，電導率在0.7 mS/cm左右，比自然降雨的電導率高20%～40%；渭南、咸陽、銅川、延安等地區的電導率平均檢測值高達3.0 mS/cm左右，比自然降雨高出5倍以上。使用地下水灌溉，水分下滲、蒸發或被作物吸收， 但 Ca2+、Mg2+、SO42－、CO32－等離子只有少量被作物吸收，大多仍留在土壤耕作層中，導致土壤板結、結構變差、退化程度加重[10]。改地下水灌溉為棚面集雨回流補灌，可以間接起到雨水的淋溶作用，避免或大幅減少土壤耕作層中富余的鹽離子，有效預防或延緩土壤退化。

4 利用雨水資源灌溉具備條件且技術成熟

日光溫室、塑料大棚等蔬菜種植設施完整，利用棚面集雨，實際操作性強，收集率高，僅需在日光溫室前沿底部、塑料大棚兩側底部增加導流槽，將降落在棚面上的雨水匯集到導流槽內，通過沉沙池初步沉淀后流入蓄水池，再利用水肥一體化設施直接用于田間灌溉。所有硬件投入僅有導流槽、沉沙池和蓄水池，也可利用廢舊棚膜和普通磚塊在兩棚間的走道內修建低成本的防滲導流槽和蓄水池。不同材質的大棚每個直接成本投入在500～1 000元之間，其中日光溫室寬度為10 m左右、長度為70～90 m，塑料大棚寬度為8～12 m、長度為70～90 m。在降雨量約500 mm的地區，利用棚面收集的雨水配合使用滴灌或微噴灌技術，基本可滿足番茄、辣椒、茄子、西葫蘆、黃瓜等大多數蔬菜正常生長發育所需的水分。即使在降雨量350 mm左右的區域，棚面收集的雨水也能滿足大多數蔬菜作物70%左右的需水量，只需要通過灌溉部分地下水即可滿足作物全生育期的用水需求。因此，利用棚膜雨水資源灌溉設施蔬菜條件具備、技術成熟，可以大面積推廣。

5 集雨灌溉增產效果與經濟效益明顯

在渭北地區開展的小區對比試驗表明，與使用EC值3.3 mS/cm的地下水灌溉相比，使用棚面集雨灌溉后，番茄、黃瓜、辣椒、小青菜、菠菜、蒜苗和香菜分別平均增產 26.6%、42.0%、69.0%、68.5%、84.4%、26.3%和96.3%，蔬菜普遍增產效果顯著。不同區域地下水EC值不同，使用棚面集雨回灌增產幅度有差異，即使地下水EC值在1.5 mS/cm左右，增產幅度也均在15%以上。棚面集雨能夠為設施蔬菜生產提供優質的淡水資源，有利于提高蔬菜產量和品質。此外，棚面集雨灌溉能夠降低地下水的開采強度，可實現節水、節肥、省工、增產、增效，符合國家綠色生態的發展理念，投入產出比高，具有廣闊的推廣前景。