無膜移栽棉花地下滴灌技術應用初探

雷成霞 魏 闖 王振華 張建國

（1.山西水利職業(yè)技術學院 山西運城 044004；2.石河子大學水利建筑工程學院 新疆石河子 832000）

水是人類生活、社會、經濟和生態(tài)環(huán)境的關鍵源泉。中國共產黨第十九次全國代表大會明確表示，要實施國家節(jié)水行動。新時期水管理工作所遵循的基本政策是“節(jié)水優(yōu)先”。社會在飛速進步，人口在急劇上升，導致人均用水量呈劇烈上升變化趨勢。農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展嚴重被制約，生態(tài)環(huán)境的全面改善被阻礙，歸根結底是水資源的短缺。棉花是新疆主要的農產品之一，對溫度、光照和水分相當敏感。新疆地處歐亞大陸中心，生長季節(jié)熱量充沛，陽光充足，地表有效積溫高，屬于典型的綠洲灌溉農業(yè)。然而，氣候干燥，降雨稀少，蒸發(fā)劇烈，因此，節(jié)水灌溉技術尤為重要。

1 問題的引出

具有顯著節(jié)水效果，能實現少量灌溉，可使蒸發(fā)量得到有效的抑制，滴灌技術成為農民灌溉時的第一選擇。據調查，膜下滴灌和地下滴灌技術目前在新疆被農民廣泛應用。膜下滴灌的優(yōu)點是通過覆蓋薄膜增加地面溫度，保濕、控制雜草持續(xù)生長等[1-2]，但由于塑料薄膜無法自行分解（屬于高分子聚合物），如果不及時清理和回收，會對棉花根系形成危害，引起產量下降。此外，白色污染問題將越來越嚴重，甚至影響了部分土地的耕種。地下滴灌（SDI）是微灌的一種，也是最復雜，最有效的灌溉方法。它可以同時達到最佳作物產量和水分利用效率[3-4]，但SDI也有其自身的問題，部分學者對滴頭堵塞，灌溉不均勻，苗期灌溉等問題已進行了比較深入的研究[5-7]。然而，幼苗灌溉的問題并沒有得到有效的解決。鑒于新疆棉區(qū)因塑料殘膜引起的白色污染問題越來越重，出苗難度大，王振華等綜合考慮了棉苗移栽和地下滴灌技術的優(yōu)點，提出無膜移栽棉花地下滴灌技術[8-9]。

2 無膜移栽棉花地下滴灌的優(yōu)勢和問題

2.1 優(yōu)勢

1）節(jié)水效果凸顯。在地表下30～35 cm處，進行滴灌帶埋設，直接向根部供水。地表徑流不易產生，表層土壤水分達到了最大程度的減少。在良好操作和管理的情況下，還可以有效地控制深度滲漏，有效地避免水資源浪費的問題。

2）避免了殘膜污染問題。無膜移栽棉花沒有白色污染問題，且保墑效果明顯。因為空氣和地表下的潮濕土體被表層的干燥土壤有效隔離。

3）有效解決了棉花出苗問題。采用無膜移栽技術，避免了棉花不出苗的問題。營養(yǎng)缽中秧苗情況、移栽時的氣候以及栽培管理等因素，直接關系到棉籽最終產量的高低。因此，適宜移栽時機參數的確定，有著至關重要的作用。

4）肥料充分利用率高，環(huán)境效應良好。棉花全生育期，該技術能高效適當地將化肥和農藥準確直接地輸送到作物根區(qū)附近。同時作物根區(qū)下方基本不存在深度滲漏和可溶鹽分的積累，土壤和地下水受污染的程度降低。

5）優(yōu)化農產品質量，增加產量。采用無膜移栽棉花地下滴灌技術，表面相對干燥，抑制雜草生長，少量精準有效的灌溉，不會造成土壤內部結構的破壞，提高了根系活力，利于作物早熟和越冬，防止因新疆霜凍過早來臨而造成的棉花減產，同時減少或防止了病蟲害的發(fā)生。研究結果表明:在同一灌水定額和灌水次數情況下，對比覆膜直播，SDI全生育期天數縮短，植株較矮，脫蕾鈴率低；水分生產率提高9.3%，產量增加491.36kg/hm2，可從根本上減少殘膜污染問題[10-11]。

6）節(jié)省勞動力，機械化程度高。設備完成首次鋪設后，每年不需要安裝和回收，至少可以用5年。它節(jié)省了人力和投資成本，管理方便，不影響現場勞動力和機械化工具的運行，也延長系統(tǒng)的使用壽命。

2.2 應用問題

1）毛管容易堵塞。主要原因有三方面:首先，在灌水過程中由細小顆粒引起的物理或化學堵塞；其次，灌溉中突然停水停電意外情況的發(fā)生，極易引起毛管負壓的產生，而灌水器出口相當狹窄，易被雜質堵塞；第三是由于作物根部的向水性，若采用薄壁管，極易侵入滴水孔發(fā)生阻塞。

2）灌水不均勻。灌水器流量因系統(tǒng)埋在地表以下，直接測量相對比較困難。灌溉均勻性主要受工作壓力，溫差和各個滴頭的出廠制造帶來偏差的影響。同時，因土壤質地不同，也會對灌水器有所影響，因為其出口與土壤表層直接接觸。因此，系統(tǒng)運行的評估和灌溉均勻性的精準確定很難。

3）運行管理要求高。因系統(tǒng)的隱蔽性，在故障發(fā)生時很難檢查和修理，反復堵塞的機率會有所提高。此外，后期的檢查維護時間長，成本高，要求日常的運行和管理十分嚴格。

4）土壤次生鹽堿化問題。無膜移栽棉花地下滴灌主要采用勤灌方式，隨著水的流動，在干旱地區(qū)土壤表面產生鹽分積累幾乎是不可避免的，常年不進行處理，鹽分積累影響根部生長，不利于作物增產。目前廣泛使用的方法是在種植數年后進行大水灌溉或噴灌淋洗鹽分。

3 注意事項和建議

1）無膜移栽棉花地下滴灌灌水時，一般應首先沉淀，去除大顆粒沉淀物，然后通過過濾器去除細顆粒雜質。在應用該技術時，最常見滴頭堵塞的問題，特別是因負壓而起，因此進排氣閥必須進行安裝。應用于大田作物時，優(yōu)先采用深埋式毛管，并盡量減小毛管的長度和直徑，灌水器之間的距離等，同時盡可能加大灌水器的流量。

2）棉苗移栽能否成活、成活率高低對地下滴灌無膜移栽棉花起著至關重要的作用，研究結果表明:適宜的移栽溫度應保持在15°C以上，10 cm的地面溫度應在17°C以上。營養(yǎng)缽中秧苗應有2～3片真葉，在大棚中已具備30 d的苗齡期。移栽期內適宜的日最低氣溫為18.4℃，最高氣溫為20℃。10～15 cm日平均地溫范圍為20.26℃～22.22℃。棉苗移栽10 d后，日氣溫有效積溫的范圍為66.46℃～83.28℃，日地溫有效積溫為104.72～106.71（地表以下 10 cm）[12]。

3）灌溉制度方面。灌水次數確定的情況下，試驗小區(qū)各處理的灌水定額與棉籽產量存在正相關關系，但過量灌溉超過棉花需求水量的峰值時，反而會使棉籽產量降低。各個處理在灌水定額一定的情況下，灌水次數與小區(qū)各個處理的棉籽產量也有著相關性。即隨灌水次數增加，產量也有明顯上升的趨勢。但對3 300 m3/hm2和5 100 m3/hm2的定額處理影響不明顯。綜合考慮棉籽產量和水分生產效率的情況下，建議采用中等灌溉定額（3 900～4 500 m3/hm2）和灌水次數（19次）相結合的方法[13-15]。

4）需水量方面。整個生育期棉花需水量的變化為先上升后下降，遵循“慢-快-慢”規(guī)律。主要因為移栽秧苗較小，幾乎裸露于地面，絕大部分水分主要以棉苗之間的蒸發(fā)為主,需水量較少。一旦進入花齡期，棉苗不僅僅有營養(yǎng)生長，還存在生殖生長，此時需水強度達到最大。進入吐絮期后，棉籽產量基本穩(wěn)定，對水量的需求有所減少。各階段干物質累積變化規(guī)律，和需水量相同。花齡期棉花日均需水量最小值為4.88mm，對應的干物質的日增重量為3.79 g。干物質花齡期日增重最大值達到4.99 g，對應的需水量也達到峰值為7.41 mm[16]。在后期的研究中，應采用相關模型進一步驗證，便于技術推廣應用。

4 展望

與其他灌溉方式比較，無膜移栽棉花地下滴灌具有不可替代的優(yōu)勢，但其設計理論尚不夠完善。如果該技術研究達到成熟階段，在大量節(jié)約水資源的同時，又會實現棉花以及其它作物的增產，還可以積極引導當地種植人們，從思想上祛除對塑料薄膜的依賴，有效避免白色污染問題，達到保護生態(tài)環(huán)境的目的。如何將地下滴灌與農業(yè)節(jié)水管理緊密融合，并對其特殊性和復雜性進行深度研究，針對難題（如滴頭堵塞、灌水是否均勻等）著重解決，克服缺點，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，使技術更加普及，對實際生產和科研具有研究意義，為推動當地農業(yè)節(jié)水增產以及可持續(xù)發(fā)展提供一定的技術參考。