精量灌溉系統(tǒng)及西紅柿膜下滴灌的推廣應(yīng)用

冀雅珍

山西省地處半干旱地區(qū)，農(nóng)業(yè)的季節(jié)性、區(qū)域性干旱缺水十分突出，但大部分農(nóng)村的灌溉方式仍以大水漫灌為主，不僅造成水資源的大量浪費，而且造成田間灌溉的不均勻性，對地形不平的農(nóng)田還會造成干旱和淹沒情況，進而影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人口的增長，水資源短缺的全球性問題愈來愈尖銳化，節(jié)約用水成了人們的共識。尤其是高效灌溉占據(jù)了農(nóng)業(yè)水利工作的主導(dǎo)地位?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中灌溉技術(shù)和農(nóng)藝技術(shù)對作物的生長及水的利用率影響越來越顯著，將自動化控制和農(nóng)藝技術(shù)應(yīng)用于灌溉已是未來發(fā)展的方向。

為有效節(jié)約水資源，減少對農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約，在試驗基地引進了精量灌溉系統(tǒng)及推廣應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)，對當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展起到了一定的促進作用。

1 膜下滴灌試驗基地概況

試驗基地位于山西省晉中市榆次區(qū)西長壽村，是國家“863”發(fā)展計劃項目示范區(qū)。該地降雨年際變化大，多年平均降雨量430mm，最大年降水量601.5mm，最小年降水量200.9mm，夏季降水約占全年降水量的60%，秋季降水約占全年降水量的24%，冬春季最少，其降水量分別占全年降水量的2%和14%。試驗區(qū)內(nèi)地形平坦，起伏不大，海拔高程在776～803m之間。主要土壤類型為淺色草甸土，全剖面質(zhì)地多為重壤土或黏土，土壤耕作層深度一般為20～25cm，田間持水量大，保水抗旱力強。

2 精量灌溉系統(tǒng)在膜下滴灌中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)介紹

精量灌溉系統(tǒng)由中央控制計算機、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、測控單元和土壤水分傳感器、流量傳感器、電磁閥、灌溉設(shè)備組成。該系統(tǒng)既可用于園林、綠化帶的治理，又可對農(nóng)田進行土壤墑情、灌水監(jiān)測預(yù)報。主要功能如下：通過埋設(shè)的土壤水分傳感器實時監(jiān)測土壤含水量；實現(xiàn)對噴灌、滴灌系統(tǒng)的自動控制；根據(jù)種植作物的不同設(shè)置土壤水分的上下限來實現(xiàn)對作物需水的信息監(jiān)控，從而及時對作物進行灌溉；系統(tǒng)采用微軟的Access數(shù)據(jù)庫，使用Odbc數(shù)據(jù)庫引擎。數(shù)據(jù)庫將自動記錄各個電磁閥的狀態(tài)改變?nèi)掌?、時間及每個傳感器所傳的土壤水分信息，自動繪制變量—時間關(guān)系曲線圖，使研究者及時了解當前的生產(chǎn)狀況。

2.2 工作機理

根據(jù)作物的需水信息，通過埋設(shè)的土壤水分傳感器采集土壤水分信息，并將這些信息通過灌溉系統(tǒng)監(jiān)控器傳輸給中央計算機進行分析處理，由其作出灌溉決策，當土壤水分傳感器的監(jiān)測值低于土壤含水量的下限值時，灌溉監(jiān)測系統(tǒng)將會發(fā)出報警信號，工作人員即可開啟系統(tǒng)電磁閥進行灌溉。當土壤水分傳感器實時監(jiān)測土壤含水量信息超過上限值時，灌溉監(jiān)測系統(tǒng)將自動關(guān)閉相應(yīng)的電磁閥開關(guān)，完成灌溉工作。利用該系統(tǒng)可以及時補充作物虧缺的水分，保證作物根部有充足的土壤含水量，滿足作物生長需求，而且使作物根系層的土壤含水率保持在預(yù)先設(shè)定值邊緣。同時避免了灌溉過量現(xiàn)象，節(jié)約了水資源，提高了水的利用效率，實現(xiàn)了按時、按需、按量自動供水。

3 西紅柿膜下滴灌的試驗方法

試驗將精量灌溉系統(tǒng)應(yīng)用于西紅柿膜下滴灌技術(shù)中，在西紅柿根系層10～20cm深處埋設(shè)土壤水分傳感器，并且根據(jù)西紅柿生長期的需水要求及當?shù)赝寥李悇e來設(shè)置土壤含水量的上下限值。西紅柿在整個生育期主要有苗期、開花坐果期、結(jié)果期三個生長階段，根據(jù)當?shù)毓嗨?jīng)驗和前人的研究，三個階段需水量各不相同。為了滿足豐產(chǎn)且不浪費水資源，設(shè)置土壤水分上下限值，苗期及生育后期為55%，開花及結(jié)果期為75%，上限值為田間持水量的90%。也就是說，當土層的平均含水量達到下限值時，表明西紅柿需進行灌水，系統(tǒng)便開啟精量灌溉系統(tǒng)進行新一輪灌溉，直至土壤含水量達到設(shè)定的灌水上限值90%時，系統(tǒng)自動停止灌溉，一次灌溉完成。

3.1 膜下滴灌的技術(shù)設(shè)備

試驗地膜下滴灌面積為0.067hm2，長84m，寬8m。滴灌設(shè)備主要有水源、水泵、管道系統(tǒng)、施肥灌等，滴灌帶選用Φ16mm，滴頭流量 2.7L/h，滴頭間距30cm，壓力 0.1MPa。

3.2 膜下滴灌和一般覆膜溝灌的種植模式

膜下滴灌和覆膜溝灌種植模式相同：西紅柿定植時間為2008年5月中旬，7月中、下旬開始采摘，10月份生育期結(jié)束；在西紅柿定植前，先灌水保墑，施農(nóng)家肥、耕翻等措施與當?shù)剞r(nóng)民的做法完全相同，而后起垅，每垅栽2行，行距70cm，株距50cm；待西紅柿苗移栽好后，苗床再次灌水，半個月內(nèi)不灌水，以保持較高的地溫，促進根系發(fā)育；生育期追肥二者相同。

不同之處在于：膜下滴灌是每行西紅柿布置一根滴灌帶，上面覆蓋地膜。緩苗后，膜下滴灌西紅柿根據(jù)精量灌溉土壤監(jiān)測系統(tǒng)采集的信息進行灌溉，覆膜溝灌西紅柿則根據(jù)農(nóng)民的實際經(jīng)驗進行灌溉。

3.3 兩種灌溉方式投入及節(jié)水增效比較3.3.1 投入情況

兩種方式在鋪膜、栽苗、施肥、全生育期的打理、采摘等情況下投入相同。不同之處在于膜下滴灌設(shè)備和毛管及灌溉系統(tǒng)費用高。膜下滴灌設(shè)備費用一次性投入4300元，根據(jù)折舊年限設(shè)計為5年，膜下滴灌的技術(shù)經(jīng)濟效果按靜態(tài)評價，每年折舊投入860元。系統(tǒng)設(shè)備、程序按每年維護費用2000元計算，兩種模式下投入收益見表1。

表1 覆膜西紅柿溝灌和膜下滴灌投入、收益情況表

從表1可以看出，膜下滴灌比覆膜溝灌平均增產(chǎn)12000kg/hm2，增產(chǎn)率17.78%，產(chǎn)值增加9600元/hm2，純收益增加 6740 元/hm2。

3.3.2 節(jié)水增效情況

從整個生育期灌溉控制系統(tǒng)輸出的結(jié)果可以看出，膜下滴灌西紅柿全生育期灌水12次左右。從數(shù)據(jù)庫灌溉記錄可知，每公頃膜下滴灌一次灌水量210m3左右，全生育期灌溉水量2520m3。

同等條件下，通過對當?shù)赜薪?jīng)驗的農(nóng)戶進行調(diào)查，覆膜溝灌的西紅柿每公頃溝灌一次灌水量在345m3左右，溝灌全生育期灌水9次左右，全生育期灌溉水量3105m3。兩種模式下節(jié)水增效情況見表2。

表2 覆膜西紅柿溝灌和膜下滴灌節(jié)水增效情況表

從表2可以看出，與覆膜溝灌相比，膜下滴灌灌溉水量減少585m3/hm2，節(jié)水效率達到42.03%，水產(chǎn)比覆膜溝灌高9.82kg/m3。水效益膜下滴灌比覆膜溝灌所創(chuàng)造的價值高7.86元/m3。

4 結(jié)語

在農(nóng)田灌溉中采用精量灌溉系統(tǒng)可以按時、按需、按量進行灌溉，實現(xiàn)水資源的高效利用，較人工灌溉省時、省工，達到了節(jié)水、節(jié)能、增產(chǎn)的目的。

采用膜下滴灌技術(shù)避免了地表徑流、滲漏、蒸發(fā)，具有明顯的保墑效果，可有效提高灌溉水的利用率和單位水量產(chǎn)值。

試驗表明，利用現(xiàn)代化的高科技信息手段，配以科學(xué)的種植模式，對提高農(nóng)民經(jīng)濟收入是一條極好的致富途徑。