極端干旱區(qū)紅棗痕量灌溉技術(shù)研究

王成福諸鈞曹偉

（1.新疆維吾爾自治區(qū)水利科技推廣總站新疆烏魯木齊830000；2.北京普泉科技有限公司北京100044；3.新疆維吾爾自治區(qū)水資源管理中心新疆烏魯木齊830000）

極端干旱區(qū)紅棗痕量灌溉技術(shù)研究

王成福1諸鈞2曹偉3

（1.新疆維吾爾自治區(qū)水利科技推廣總站新疆烏魯木齊830000；2.北京普泉科技有限公司北京100044；3.新疆維吾爾自治區(qū)水資源管理中心新疆烏魯木齊830000）

本文通過引進北京普泉公司發(fā)明的痕量灌溉技術(shù)，在全國最干旱的哈密節(jié)水試驗中心建立紅棗痕量灌溉試驗區(qū)。根據(jù)不同工作壓力下痕量管控水頭流量，探索了長距離鋪設(shè)條件下灌水均勻度，同時監(jiān)測土壤濕潤范圍、土壤含水率變化及灌水總量，并與滴灌進行了試驗對比。研究為痕量灌溉技術(shù)在極端干旱地區(qū)的應(yīng)用和推廣提供理論依據(jù)與技術(shù)參數(shù)。

極端干旱區(qū)；紅棗；灌水均勻度;痕量灌溉

為了進一步實現(xiàn)節(jié)水增效的目標，新疆自治區(qū)在全國范圍內(nèi)尋找更優(yōu)化的解決方案，通過對國內(nèi)節(jié)水技術(shù)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)近年來由我國自主知識產(chǎn)權(quán)的痕量灌溉技術(shù)，正在逐步試驗與應(yīng)用。痕量灌溉技術(shù)是北京普泉科技有限公司發(fā)明的新型節(jié)水灌溉技術(shù)[5]，在此前的試驗和應(yīng)用[6,7]中都表現(xiàn)出來突出的節(jié)水效果。因此將痕量灌溉技術(shù)引入到極端干旱的新疆哈密地區(qū)，進行紅棗適宜性試驗研究，對于探索適用于本地區(qū)的新型節(jié)水灌溉技術(shù)和高效灌溉技術(shù)模式，有效節(jié)約灌溉用水，緩解水資源嚴峻形勢具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

痕量灌溉試驗區(qū)在新疆哈密市節(jié)水實驗中心（以下簡稱“節(jié)水中心”）內(nèi)，該節(jié)水中心位于哈密市區(qū)以西38km處二堡鎮(zhèn)，周邊與紅星二場、南湖鄉(xiāng)、五堡鄉(xiāng)、柳樹泉農(nóng)場、西山鄉(xiāng)接壤，該區(qū)域?qū)俚湫偷臏貛Т箨懶愿珊禋夂?，干燥少雨，年平均降雨?8mm，蒸發(fā)量3300mm，晝夜溫差大，年平均氣溫10.0℃；年平均最高氣溫17℃；年平均最低氣溫3℃，全年無霜期182d。日照時間長，全年日照時數(shù)為3303h～3549h，年均日照為3358h。

該試驗于2014年開始進行，試驗區(qū)紅棗品種為哈密大棗，定植6年，樹莖5cm～9cm，株行距：2m×3m，地形坡度1/240。土壤為砂壤土（土層深度80cm左右存在不透水層），容重1.42g/cm3，田間持水量為20.0%（體積含水率），有機質(zhì)含量為2.0%，土壤肥力偏低。試驗用水源為井水。

1.2 試驗方法

痕量灌溉管（以下簡稱“痕灌管”），規(guī)格Φ16mm，控水頭流量0.18L/h，控水頭間距0.3m。試驗區(qū)管網(wǎng)布置于2014年4月10日開始，6月6日鋪設(shè)完成。試驗區(qū)供水水源首部建設(shè)一座鐵質(zhì)帶蓋水箱（容積為9m3），箱體內(nèi)部粉刷防銹漆，距離水箱底部10cm處設(shè)置出水口，出水口后安裝離心加壓水泵，灌溉水進入水箱，由水泵加壓后，通過PEΦ50管輸送到試驗區(qū)。為了設(shè)置工作壓力與記錄灌溉水量，在加壓泵后安裝有減壓閥、控制閥、壓力表與水表。

如圖1所示，試驗區(qū)分為痕量灌溉試驗區(qū)與滴灌對照區(qū),其中痕量灌溉試驗設(shè)置3個處理：工作壓力分別為10m、7.5m和5m，每一個工作壓力為一個處理（即一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)），滴灌對照區(qū)設(shè)置1個處理，為單獨的1個區(qū)（即四區(qū)）。每個試驗處理均配置單獨的離心加壓水泵、減壓閥、控制閥、壓力表與水表。每個試驗處理選擇3行棗樹,在各處理內(nèi)選則長勢旺盛、無病蟲害、生長位置遠離田埂及地頭的哈密大棗棗樹作為研究樣樹。痕量灌溉試驗區(qū)每行棗樹長度500m,在每行棗樹的兩側(cè)，距樹基部0.5m處各布置一根痕灌管，埋深0.25m，在管網(wǎng)系統(tǒng)充滿水后回填管溝；滴灌對照區(qū)紅棗,每行棗樹長度50m，在每行棗樹的兩側(cè)，地表距樹基部0.5m處各布置一根內(nèi)鑲式滴灌帶,滴灌帶規(guī)格Φ16mm，滴頭流量2.2L/h，滴頭間距0.3m。

1.3 測定項目與分析方法

痕灌管在不同工作壓力下流量的測定及灌水均勻度的計算參考滴灌的方法。此前的試驗[6]證明，痕量管進行長距離鋪設(shè)時，有較好的灌溉均勻度，所以本試驗中對痕量管控水頭流量的測定從距痕灌管首部250m處開始進行，其后每隔50m選定3個連續(xù)控水頭進行測定，每次同時測定2h，用電子天平稱重，連續(xù)測定4次，求其控水頭的平均值為計算值；土壤濕潤范圍的測定，采用現(xiàn)場挖剖面進行觀測，用卷尺測定痕量管控水頭平面的旁滲半徑、上滲和下滲距離；土壤體積含水率采用Trime水分測定儀測定，在痕量灌溉各處理與滴灌對照區(qū)均布設(shè)土壤水分觀測管，布設(shè)位置位于一根痕量管（或滴灌帶）旁、垂直于該痕量管（或滴灌帶）左右0.5m各一根，即每個處理布設(shè)3根土壤水分觀測管，測量深度為100cm，分5層測定，分別為0cm～20cm、20cm～40cm、40cm～60cm、60cm～80cm、80cm～100cm。痕量灌溉試驗區(qū)與滴灌對照區(qū)灌溉水量由安裝在各處理管網(wǎng)首部的水表單獨計量，痕量灌溉試驗各處理每天7:30記錄水表讀數(shù)，滴灌對照區(qū)每次開泵前記錄水表讀數(shù)。

圖1 試驗區(qū)處理布置圖

圖2 不同工作壓力下痕量灌溉控水頭流量

表1 痕量灌溉均勻度分析表

表2 不同工作壓力下痕量灌溉土壤濕潤范圍

2 結(jié)果分析

2.1 不同工作壓力下痕量灌溉控水頭流量和灌水均勻度分析

通過調(diào)節(jié)加壓水泵后的減壓閥和控制閥門，調(diào)節(jié)不同的工作壓力，測定工作壓力為10m、7.5m和5m時痕量灌溉控水頭流量。

由圖2可看出，痕量灌溉在工作壓力分別為5m、7.5m、10m，痕量管鋪設(shè)長度500m,工作壓力大的控水頭流量大于工作壓力小的控水頭流量,隨著鋪設(shè)長度的增加,不同工作壓力下痕量灌溉控水頭流量差距逐漸減?。缓哿抗喔瓤厮^在250m處的流量分別為0.197L/h、0.135L/h和0.124L/h，隨著痕灌管鋪設(shè)長度的增加，控水頭流量均逐漸減小，可將流量減小的過程分為兩個區(qū)：急劇減小區(qū)與緩慢減小區(qū),以350m為界。痕量管鋪設(shè)長度從250m增至350m時,不同工作壓力下的痕灌管控水頭流量均急劇減小,且表現(xiàn)為工作水頭越高,減小的幅度越大；痕量管鋪設(shè)長度從350m增至500m時,不同工作壓力下的痕灌灌溉控水頭流量緩慢減小,在0.08L/h～0.11L/h之間，并逐漸趨于平穩(wěn)。

由表1可看出,在痕量管鋪設(shè)長度為500m的情況下，不論痕量灌溉工作壓力的高低，在350m范圍內(nèi)痕量管灌水均勻度能達到90%以上，且表現(xiàn)出在350m時，工作壓力越高，灌水均勻度越大。

2.2 土壤濕潤范圍分析

痕量灌溉試驗區(qū)采用長時間灌溉,每天灌溉13.5h，即每天7:30～21:00。

考察不同工作壓力下痕量灌溉土壤濕潤范圍能否與紅棗根系分布區(qū)域相適應(yīng)。對試驗區(qū)持續(xù)一段時間的灌溉后，通過以痕量管為起點，垂直于痕量管方向向行間挖觀察剖面（剖面尺寸：長度×深度×寬度=100cm×100cm×50cm），對土壤濕潤范圍進行測量，結(jié)果見表2，痕量灌溉在工作壓力10m的情況下，控水頭平面的旁滲半徑達到40cm，下滲深度達到60cm，土壤濕潤范圍基本與紅棗根系分布區(qū)域一致。

2.3 土壤含水率變化分析

圖3、圖4分別是痕量灌溉試驗區(qū)工作壓力10m處理與滴灌對照區(qū)連續(xù)7天土壤體積含水率變化圖。

由圖3可以看出,痕量灌溉試驗區(qū)工作壓力10m,不同土層土壤含水率隨土壤深度呈反“S”型變化趨勢:低-高-低-高的變化，即在0cm～20cm土層土壤含水率最小,50cm～60cm處土壤含水率較大，然后隨著土壤深度的增加逐漸降低，在80cm深度達到最小值，然后又逐漸增大，在100cm土層深度達到最大。連續(xù)7天內(nèi)各土層土壤含水率變化不大。

圖3 痕量灌溉土壤含水率

由圖4可以看出,滴灌對照區(qū)土壤含水率隨土壤深度的增加，先逐漸降低，在50cm深度達到最小值，然后逐漸增加，在80cm～100cm深度達到最大值。土層0cm～40cm與60cm～80cm含水量變化較大，40cm～60cm與80cm～100cm含水量變化不大。灌水后3天土壤含水率變化較灌水前3天明顯，特別是0cm～20cm土壤含水率變化顯著。

圖4 滴灌土壤含水率

2.4 灌溉用水量分析

對痕量灌溉試驗區(qū)及滴灌對照區(qū)從2014年4月10日～8月15日的灌溉用水量進行了監(jiān)測。痕量灌溉試驗區(qū)在4月10日～6月6日施工期間，采用滴灌灌溉，灌溉水量與灌水次數(shù)與滴灌對照區(qū)相同，約20天灌一次水，灌水3次，灌溉用水量2475m3/hm2。從6月15日～8月15日使用痕量灌溉，工作水頭為10m，累計灌水量為5000m3/hm2；滴灌對照區(qū)從4月10日～8月15日，10d～20d灌一次水，累計灌水量為7822.5m3/hm2。在紅棗產(chǎn)量相近的情況下，痕量灌溉試驗區(qū)灌溉水量較滴灌對照區(qū)節(jié)約用水2722.5m3/hm2（34.8%）。

3 結(jié)論

（1）痕量灌溉工作壓力為10m，每天灌水13.5h的情況下，土壤濕潤范圍基本與紅棗根系分布區(qū)域一致，且連續(xù)7天各土層土壤含水率變化不大；滴灌對照區(qū)灌水后3天土壤含水率變化較灌水前3天明顯，特別是0cm～20cm土壤含水率變化顯著。

（2）在痕量管鋪設(shè)長度為500m的情況下，不論痕量灌溉工作壓力的高低，在350m范圍內(nèi)痕量管灌水均勻度能達到90%以上，且表現(xiàn)出在350m時，工作壓力越高，灌水均勻度越大。

（3）與滴灌對照區(qū)相比，痕量灌溉具有更加優(yōu)異的節(jié)水性能。在紅棗生長中后期采用痕量灌溉的條件下，痕量灌溉達到了比滴灌對照區(qū)節(jié)水34.8%的效果，如果在作物一個生育周期內(nèi)全部使用痕量灌溉，節(jié)水效果將更加顯著。陜西水利

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（責(zé)任編輯：暢妮）

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