覆膜滴灌技術(shù)研究進(jìn)展

孫云云，劉方明，高玉山，竇金剛，侯中華，劉慧濤

(吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，吉林 長(zhǎng)春130033)

0 引言

水資源短缺是干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)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(chǎn)量，近年來(lái)覆膜滴灌技術(shù)已在干旱、半干旱地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[1-2]。在我國(guó)西北干旱地區(qū)，滴灌技術(shù)廣泛應(yīng)用于棉花種植[3]。2012—2015年，國(guó)家在東北實(shí)施“節(jié)水增糧行動(dòng)”，鼓勵(lì)高效節(jié)水灌溉，由傳統(tǒng)灌溉方式轉(zhuǎn)為覆膜滴灌的耕地面積達(dá)135萬(wàn)hm2[4]。覆膜滴灌技術(shù)為提高用水效率、保障糧食安全和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供重要保障[5]。

1 發(fā)展進(jìn)程

我國(guó)覆膜滴灌技術(shù)發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，1974年從墨西哥引入滴灌技術(shù)和設(shè)備[6]。最初試驗(yàn)點(diǎn)僅3個(gè)，面積約5.3 hm2，試驗(yàn)取得顯著的增產(chǎn)和節(jié)水效果。1980年我國(guó)第1代成套滴灌設(shè)備研制生產(chǎn)成功[7]。20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)對(duì)滴灌技術(shù)進(jìn)行了理論及技術(shù)推廣應(yīng)用研究[8-10]。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師結(jié)合新疆干旱地區(qū)的氣候持點(diǎn)，從1995年開始，經(jīng)過(guò)多年研究，形成大田膜下滴灌技術(shù)體系，1996—1998年，對(duì)不同土壤條件下的不同作物進(jìn)行試驗(yàn)，獲得成功，1999年以農(nóng)八師為中心在全兵團(tuán)大面積推廣。2000年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)試驗(yàn)和示范面積達(dá)1.33萬(wàn)hm2，2002年膜下滴灌技術(shù)推廣到11.33萬(wàn)hm2，2016年約推廣330萬(wàn)hm2。目前，不僅在新疆，中國(guó)西部的甘肅、陜西和東北地區(qū)也開始大面積推廣和應(yīng)用這一節(jié)水新技術(shù)。覆膜滴灌技術(shù)除了在棉花種植中大面積應(yīng)用，也已經(jīng)推廣到玉米、蔬菜、瓜類、花卉、果樹和烤煙等[11]。

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

覆膜滴灌技術(shù)是將作物覆膜栽培種植技術(shù)與滴灌技術(shù)相結(jié)合的一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)[12]。覆膜滴灌技術(shù)為耕層創(chuàng)造了適宜作物生長(zhǎng)的條件。覆膜能有效降低土壤水分蒸發(fā)，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(jù)作物的實(shí)際生長(zhǎng)狀況，滴灌系統(tǒng)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(guò)滴灌系統(tǒng)穩(wěn)定地到達(dá)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(chǎn)量潛力[14-15]。此外，覆膜滴灌技術(shù)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(qū)，利于幼苗成活及作物生長(zhǎng)[16]。覆膜滴灌技術(shù)還可降低土壤中有害病菌及害蟲的繁殖，可省農(nóng)藥10%～20%。

相關(guān)學(xué)者做了許多關(guān)于覆膜滴灌對(duì)經(jīng)濟(jì)作物影響的研究，研究結(jié)果表明，覆膜滴灌技術(shù)創(chuàng)造了有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育的適宜的水、肥、氣和熱條件[17-19]?！肮?jié)水增糧行動(dòng)”實(shí)施后，覆膜滴灌對(duì)糧食作物(主要是玉米)的影響逐漸引起科學(xué)家的關(guān)注。如QIN Shujing等[20]研究表明，覆膜滴灌技術(shù)使玉米全生育期蒸散發(fā)總量減少了不到10%。ZHANG Yanqun等[4]在東北地區(qū)進(jìn)行為期3年的田間試驗(yàn)，分析了覆膜對(duì)農(nóng)田蒸散發(fā)、作物產(chǎn)量和水分利用效率的影響，結(jié)果表明，覆膜處理的總蒸散發(fā)比不覆膜處理低2.8%～5.2%，產(chǎn)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(shù)可使作物普遍增產(chǎn)15%～30%，低產(chǎn)田可增產(chǎn)50%以上[21-23]。

3 存在的問(wèn)題及解決方法

3.1存在的問(wèn)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(guó)廣泛使用。中國(guó)占全球塑料薄膜覆蓋使用量的40%。每年有2 000萬(wàn)hm2農(nóng)田覆蓋塑料薄膜。然而，并不是所有的塑料地膜在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用都是積極的。1999年全球有超過(guò)1 200萬(wàn)hm2的土地被塑料薄膜覆蓋。全球范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)塑料薄膜需求的增長(zhǎng)導(dǎo)致全球塑料產(chǎn)量每年平均增長(zhǎng)10%。2015年我國(guó)地膜覆蓋面積達(dá)0.183億hm2，使用量達(dá)145.5萬(wàn)t，而據(jù)預(yù)測(cè)，到2024年，我國(guó)地膜覆蓋面積將達(dá)0.22億hm2，使用量超過(guò)200萬(wàn)t。塑料薄膜大量使用的一個(gè)重要問(wèn)題是農(nóng)用塑料薄膜的回收率僅為5%。

農(nóng)用塑料薄膜最常見的處理方法是露天焚燒，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。中國(guó)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(dǎo)致“白色污染”，危及牲畜，污染河流和湖泊，地膜覆蓋技術(shù)從一個(gè)“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(cè)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(qiáng)的地膜產(chǎn)品。2017年10月，新修訂的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》發(fā)布，特別明確規(guī)定地膜厚度不得<0.01 mm，并規(guī)定自2018年5月1日起新國(guó)標(biāo)正式實(shí)施后，未達(dá)標(biāo)的地膜不再允許生產(chǎn)和銷售。

(2)用機(jī)器回收塑料薄膜殘留物，常見機(jī)器有滾筒、耙子等。我國(guó)從20世紀(jì)80年代就開始研發(fā)殘膜回收機(jī)械，先后有100多種機(jī)械，但是能真正達(dá)到使用要求的不多。2015年以來(lái)，陳學(xué)庚院士團(tuán)隊(duì)先后研制出16種殘膜回收機(jī)，獲得多項(xiàng)發(fā)明專利，部分機(jī)械的殘膜回收率可達(dá)80%～90%，這使我國(guó)機(jī)械回收殘膜有了很好開端。

(3)減少殘留物污染的一個(gè)非常重要的對(duì)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(lái)的主導(dǎo)?？山到馑芰媳∧さ膬?yōu)點(diǎn)是生物降解，降低污染。然而，大規(guī)模應(yīng)用生物降解膜也面臨一些挑戰(zhàn)，比如如何提高其機(jī)械操作的物理質(zhì)量、提高降解地膜保溫保墑的能力和降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本等。另外，要根據(jù)不同的作物和區(qū)域，選擇合理的降解地膜，并配套合適的農(nóng)藝技術(shù)和應(yīng)用模式，推廣應(yīng)用降解地膜。

4 技術(shù)要點(diǎn)與適用條件

4.1技術(shù)要點(diǎn)

(1)整地。膜下滴灌種植應(yīng)選擇地勢(shì)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(jìn)行。采用機(jī)械旋耕滅茬，滅茬深度≥15 cm，碎茬長(zhǎng)度<5 cm，漏茬率≤2%。施基肥，起壟，及時(shí)鎮(zhèn)壓。

(2)播種。一般年份播種可在4月27日—5月10日進(jìn)行，5 cm土層溫度穩(wěn)定通過(guò)10 ℃以上即可播種。適宜的種植密度為6.5萬(wàn)～8.5萬(wàn)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(xué)除草。除草劑要在鋪管覆膜前進(jìn)行均勻噴施，土壤封閉，噴藥后及時(shí)覆膜。

(4)鋪設(shè)滴灌管，覆膜。滴灌管帶的鋪設(shè)和覆膜同時(shí)進(jìn)行，管鋪放在大壟中間，毛面朝上，即流道向上，覆膜壓實(shí)。

(5)水肥一體化管理。灌水次數(shù)與灌水量依據(jù)玉米需水規(guī)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(nèi)降雨量總和要達(dá)到450～550 mm。根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量與土壤肥力情況，確定肥料施用量。所有的追施肥料均應(yīng)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(dāng)玉米第一片真葉展開后要及時(shí)破膜引苗，防止捂苗、燒苗，注意用土封嚴(yán)苗孔。在玉米生育期間，及時(shí)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(shí)修補(bǔ)。

4.2適用條件

覆膜滴灌種植技術(shù)是一項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)革命性措施，不僅在微觀農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有很好的綜合效益，且對(duì)宏觀農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)也有極其重要的作用。在推廣應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)時(shí)需考慮以下適用條件。

(1)適宜推廣的地區(qū)。適宜于地面蒸發(fā)量大的干旱而又具備一定灌溉水源的地區(qū)。

(2)適宜應(yīng)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(yīng)用效果都很好，但在使用中應(yīng)該注意作物的輪作倒茬問(wèn)題。

(3)適宜的生產(chǎn)規(guī)模和管理方式。由于膜下滴灌需要管網(wǎng)或渠系供水，最好具備連片條田的條件，或在一個(gè)灌溉井的范圍內(nèi)能統(tǒng)一種植和管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

覆膜滴灌技術(shù)是滴灌與覆膜技術(shù)的結(jié)合，初步實(shí)現(xiàn)了灌水、施肥一體化和可控化。覆膜滴灌技術(shù)由傳統(tǒng)的大水漫灌，轉(zhuǎn)向浸潤(rùn)式灌既，實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥節(jié)藥、省時(shí)省力和增產(chǎn)的效果。覆膜滴灌技術(shù)將引發(fā)中國(guó)農(nóng)業(yè)由生產(chǎn)方式到經(jīng)營(yíng)方式的深刻變革，對(duì)促進(jìn)中國(guó)農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、從粗放型農(nóng)業(yè)向集約型農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，對(duì)提高中國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平將產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

(1)必須解決好春、秋兩季殘膜回收的問(wèn)題。除規(guī)定農(nóng)用膜的厚度外，應(yīng)逐步推廣使用降解地膜，同時(shí)集中力量研制新型適用的地膜回收機(jī)。

(2)加快研究與膜下滴灌技術(shù)相配套的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)模式。品種是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和高效益的關(guān)鍵。

(3)深入研究膜下滴灌水、鹽和熱運(yùn)移的定性和定量關(guān)系，如不同深度的溫度和濕度變化規(guī)律、土壤層水分和熱流運(yùn)移規(guī)律、溫度與水分運(yùn)動(dòng)和鹽分遷移之間的耦合關(guān)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(jī)理等，同時(shí)關(guān)注灌溉施肥的環(huán)境效應(yīng)。

(5)加強(qiáng)節(jié)水器材的技術(shù)研發(fā)能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和費(fèi)用。