王 旭，孫兆軍，楊 軍,3，焦炳忠

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021； 2.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，銀川 750021；3.銀川能源學(xué)院，銀川 750105)

我國(guó)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)用水量大，占水資源總量的一半以上，水資源豐富但分布不均勻，人均占有量低。我國(guó)有50%的耕地處于半干旱、干旱地區(qū)，但由于降水受季風(fēng)的影響，時(shí)空分布不均、差異懸殊，導(dǎo)致季節(jié)性和區(qū)域性缺水問(wèn)題突出；根據(jù)水利部對(duì)全國(guó)水資源進(jìn)行的評(píng)估，中國(guó)水資源總量為2.8萬(wàn)億m3，居世界第6位，而我國(guó)人均水資源占有量不到2 220 m3，僅為世界人均水平的1/4[1]。預(yù)計(jì)2030年我國(guó)人口總數(shù)將達(dá)到16億人，糧食需求總量將達(dá)到7.2億t，而屆時(shí)我國(guó)的人均水資源占有量只有1 750 m3，是世界上13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。我國(guó)目前的糧食產(chǎn)量只有5億t，如何將現(xiàn)有的4 000億m3的灌溉水用到更多農(nóng)作物種植上，成為解決我國(guó)糧食安全的首要難題[2]?，F(xiàn)在，中國(guó)以6 000億m3左右的水資源，生產(chǎn)了40萬(wàn)億元GDP，如果今后每年經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)保持在6%左右，到2030年中國(guó)GDP可能超過(guò)120萬(wàn)億元。按照現(xiàn)在的用水水平，用水量要增加到1.8萬(wàn)億m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)水資源承載能力。因此，我國(guó)未來(lái)水資源形勢(shì)異常嚴(yán)峻，發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉刻不容緩。

農(nóng)業(yè)節(jié)水不僅是我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的客觀要求，同時(shí)也是我國(guó)水資源短缺、水資源配置失衡等嚴(yán)峻形勢(shì)所決定的[3]。我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，全國(guó)農(nóng)田灌溉水利用率平均僅為52%、農(nóng)田對(duì)自然水的利用率僅為56%，灌溉供水近一半未被利用，而發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)田灌溉水利用率為70%～80%，粗放式的灌溉水管理以及節(jié)水灌溉技術(shù)的落后，導(dǎo)致我國(guó)水資源利用率低于發(fā)達(dá)國(guó)家。如果我國(guó)農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)再提高0.1～0.15，每年可減少取水量400～500億m3，相當(dāng)于再造一條黃河。以色列的節(jié)水灌溉技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，20世紀(jì)60年代以色列人創(chuàng)造了滴灌技術(shù)，隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展與推廣，以色列境內(nèi)已基本滴灌化。美國(guó)的灌溉面積占總耕地的13.5%，隨著滴灌、噴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣，節(jié)水灌溉面積達(dá)0.89億hm2，占國(guó)內(nèi)總灌溉面積的37%[4]。目前，我國(guó)的灌溉面積約0.53億hm2，占我國(guó)耕地面積的40%，產(chǎn)出的糧食占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的80%，保障著我國(guó)的糧食安全[5]。2030年有效灌溉面積要達(dá)到0.7億hm2，每年需要增加80億m3灌溉用水，現(xiàn)有的灌溉用水滿足不了增加的部分。因此，提高灌溉用水效率，創(chuàng)新節(jié)水灌溉技術(shù)會(huì)對(duì)未來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。

1 我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)節(jié)水對(duì)保障國(guó)家糧食和生態(tài)安全，推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都具有重要的戰(zhàn)略意義。在農(nóng)業(yè)用水量不足與糧食需求量增加的矛盾下，我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)得到了較快的發(fā)展。2011年中央1號(hào)文件《關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》提出，農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)的滯后影響了我國(guó)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，未來(lái)將投資四萬(wàn)億用于農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)、加快節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用。灌溉水從水源到作物產(chǎn)出經(jīng)過(guò)4個(gè)環(huán)節(jié)[6]：水源取水，并通過(guò)輸水系統(tǒng)將灌溉用水送至田間；通過(guò)灌溉過(guò)程將灌溉水轉(zhuǎn)化為土壤水；通過(guò)作物的吸水過(guò)程，把土壤水轉(zhuǎn)化為生物水；在生物水的參與下，通過(guò)作物的一系列生理過(guò)程形成作物產(chǎn)量。每個(gè)環(huán)節(jié)都有水損失，前兩個(gè)環(huán)節(jié)涉及從水源到土壤水的過(guò)程，通過(guò)工程措施如修輸水管道和噴灌、滴灌和微灌等新技術(shù)的應(yīng)用來(lái)提高用水效率，節(jié)水潛力巨大，是當(dāng)前節(jié)水灌溉研究和發(fā)展的重要領(lǐng)域。

我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨的缺水問(wèn)題，主要采取節(jié)水措施予以解決，灌水方法的好壞直接影響水利用系數(shù)。目前，滴灌、微灌、低壓管道灌溉技術(shù)的應(yīng)用大大提高了用水效率，有效利用系數(shù)達(dá)到了0.45[7]?？到B忠院士提出了“控制性作物根系分區(qū)交替灌溉”的新方法[8]，采用控制性根系分區(qū)交替灌溉，能夠減少棵間蒸發(fā)和作物蒸騰耗水，達(dá)到節(jié)水的目的。我國(guó)在1974年引入了滴灌技術(shù)，且得到了快速發(fā)展，滴灌與覆膜種植結(jié)合的膜下滴灌技術(shù)，已應(yīng)用到了我國(guó)多種農(nóng)作物的種植上。理想的節(jié)水灌溉模式包括：在盡量大范圍和任意小流量的情況下，實(shí)現(xiàn)灌溉均勻穩(wěn)定；加入肥料、農(nóng)藥，灌溉均勻穩(wěn)定；無(wú)論地上還是地下都能實(shí)現(xiàn)均勻灌溉；長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，仍能實(shí)現(xiàn)灌溉的均勻穩(wěn)定性。灌水方式可分為局部灌溉和全面灌溉，目前研究和應(yīng)用的節(jié)水灌溉技術(shù)大部分屬于局部灌溉。我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，形成了種類形式多樣的灌溉技術(shù)，如膜下滴灌、痕量灌溉和微潤(rùn)灌溉等。

1.1 膜下滴灌

(1)膜下滴灌的特點(diǎn)。膜下滴灌是在引進(jìn)以色列滴灌技術(shù)的基礎(chǔ)上，將具有節(jié)水增產(chǎn)的局部浸潤(rùn)滴灌技術(shù)和具有保墑增溫等優(yōu)點(diǎn)的覆膜技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)融合，在生產(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造出來(lái)的新型節(jié)水灌溉技術(shù)[9]，屬于局部灌溉，水分入滲僅發(fā)生在滴頭附近的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，滴灌后土壤含水率最大值在距離地面10 cm處，不在地表。膜下滴灌為內(nèi)陸干旱地區(qū)發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)開(kāi)辟了新途徑，在我國(guó)西北干旱地區(qū)得到了大力推廣和廣泛使用。膜下滴灌是在大田膜下應(yīng)用滴灌技術(shù)，地表滴灌能夠有效減少水分的深層滲漏；覆膜能夠提高地溫，同時(shí)有效抑制作物棵間的無(wú)效蒸發(fā)；覆膜滴灌不僅節(jié)約灌溉用水，而且有利用于作物生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)的效益[10]。膜下滴灌過(guò)程中，加入可溶性肥料能夠使肥料隨水滴施入土壤，可以定時(shí)定量的對(duì)作物施水施肥。

膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生積極影響：?jiǎn)挝幻娣e農(nóng)業(yè)用水減少明顯，干旱地區(qū)的水庫(kù)也出現(xiàn)了相對(duì)過(guò)剩的現(xiàn)象，河道用水得到了較好的補(bǔ)充；將農(nóng)藥化肥加入滴灌中減少了對(duì)農(nóng)田環(huán)境的潛在污染，維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全。膜下滴灌對(duì)作物種植管理也產(chǎn)生重要影響：改變土地經(jīng)營(yíng)和管理模式，以家庭為單位的農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)模式，人員少且種植規(guī)模大，有利于發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)[11]；推動(dòng)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯促使當(dāng)?shù)剞r(nóng)民廣泛將技術(shù)應(yīng)用到棉花、葡萄等作物上，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用也對(duì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生積極影響：改變傳統(tǒng)農(nóng)田生產(chǎn)管理工序，減少了作業(yè)環(huán)節(jié)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，促進(jìn)勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移。

(2)膜下滴灌對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響。目前，膜下滴灌已形成一個(gè)種植技術(shù)體系，包括覆膜種植、滴灌技術(shù)、供水管道和機(jī)械作業(yè)等。滴灌流速和布置方式、滴孔流速、水質(zhì)、灌水定額和頻率是影響膜下滴灌作物生長(zhǎng)的重要因素，干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉既要滿足作物的需水，同時(shí)又擔(dān)負(fù)著調(diào)控農(nóng)田土壤鹽分、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的目標(biāo)和任務(wù)。膜下滴灌在干旱區(qū)鹽堿土改良利用方面發(fā)揮著重要作用，滴灌在根區(qū)可形成淡化的脫鹽區(qū)，覆膜抑制膜內(nèi)土壤的蒸發(fā)，使膜內(nèi)鹽分發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，深層滲漏的減少也防止了次生鹽漬化的發(fā)生。膜下滴灌流量和灌水量的大小影響土壤水鹽運(yùn)移和再分布，大滴頭流量水分的水平擴(kuò)散速度比垂直入滲速率大，滴灌結(jié)束后，膜下濕潤(rùn)區(qū)域土壤水鹽淡化[12]，滴頭間距小、灌水量大則交匯區(qū)獲得的水量就多，土壤鹽分淋洗效果也較好。隨著作物生育期的推后，垂直方向0～60 cm土層的鹽分逐漸增加，對(duì)60～100 cm的影響較小；水平方向露地部分中央土層處積鹽最多，滴頭處最少[13]。

(3)膜下滴灌的應(yīng)用。膜下滴灌最早在新疆實(shí)施，棉花作為新疆重要的經(jīng)濟(jì)作物，首先得到了應(yīng)用，也是目前應(yīng)用最廣泛的。胡曉棠等[14](2003年)為了探明膜下滴灌對(duì)棉花根際土壤環(huán)境的影響，在新疆開(kāi)展試驗(yàn)，研究了田間膜下滴灌對(duì)棉花根際土壤的水、熱、氣變化的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：覆膜滴灌有助于土壤增溫，膜下滴灌條件下作物根系淺層土壤含水量比深層土壤含水量高，根系淺層土壤干、濕間隔，有利于土壤氣體交換，節(jié)約灌溉水50%左右，增產(chǎn)20%左右，效果明顯。劉戰(zhàn)東等[15](2011年)為了探明不同灌水量對(duì)玉米產(chǎn)量、耗水量和水分生產(chǎn)效率的影響，應(yīng)用膜下滴灌，并設(shè)置不同灌水處理形成對(duì)照組，在大田玉米區(qū)開(kāi)展試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：膜下滴灌條件下的土壤水分運(yùn)移變化主要發(fā)生在0～60 cm，產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，穗長(zhǎng)、千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量等也隨灌水定額的增加呈遞增趨勢(shì)。鄧忠等[16](2013年)為了探明水氮調(diào)控對(duì)膜下滴灌棉花生長(zhǎng)的影響，通過(guò)設(shè)置低灌水量(4 950 mm/hm2)、中灌水量(5 850 mm/hm2)和高灌水量(6 750 mm/hm2)，在大田棉花膜下進(jìn)行滴灌試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著灌溉水量的增加，棉花的主莖葉數(shù)、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累和株高都顯著增加，中灌水條件下水分利用效率達(dá)1.45 kg/m3、氮肥利用效率達(dá)45.89%。

1.2 痕量灌溉

(1)痕量灌溉的節(jié)水原理。滴灌作為最早引入我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)，得到了廣泛應(yīng)用，是一種間斷式的灌水方法，但是滴灌在使用過(guò)程中的堵塞問(wèn)題一直阻礙著節(jié)水灌溉管材的發(fā)展，痕量灌溉的出現(xiàn)，解決了堵塞問(wèn)題。痕量灌溉控水頭在渾濁以及超低流量下，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)保證了其抗堵塞性，痕量灌溉將管道埋在地下，土壤干燥時(shí)，土壤中的毛細(xì)空隙會(huì)將滴灌中的水抽出，在灌水器內(nèi)部產(chǎn)生抽水力，土粒中的范德華力為水分運(yùn)動(dòng)提供了動(dòng)力[17]，土壤中的水勢(shì)差為水分在土壤中的運(yùn)動(dòng)提供持續(xù)動(dòng)力。痕量灌溉中每個(gè)灌水器獨(dú)立過(guò)濾且能控水，通過(guò)雙層結(jié)構(gòu)控水，以任意小的速率(1～1 000 mL/h)，直接將水或營(yíng)養(yǎng)液輸送到植物根系附近，濕潤(rùn)作物的根層土壤。痕量灌溉能夠及時(shí)少量的向植物根部供水，滿足植物的需水要求。

(2)痕量灌溉工作原理。痕量灌溉灌水器采用雙層二維結(jié)構(gòu)解決了三維流道堵塞的世界難題，實(shí)現(xiàn)了抗堵塞的效果。痕灌控水頭由痕灌膜和毛細(xì)管束兩種特點(diǎn)相反的雙層透水材料構(gòu)成，控水頭的出水口處由毛細(xì)材料填充，毛細(xì)管與土壤接觸后，土壤中的毛細(xì)空隙能夠?qū)⒖厮^中的水自動(dòng)抽出，不增加額外能源消耗的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、均勻、長(zhǎng)期的出水量[18]。毛細(xì)纖維管束的間隙遠(yuǎn)小于作物根系的直徑，能夠杜絕植物根系伸入出水流道而引發(fā)的堵塞問(wèn)題。痕量控水頭上層透水材料起過(guò)濾作用；下層透水材料起控水作用。

(3)痕量灌溉的抗堵原理及優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)滴灌依靠三維流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行單層控水，堵塞問(wèn)題不可避免，而痕量利用雙層結(jié)構(gòu)控水，使堵塞由三維立體問(wèn)題(滴灌三維流道結(jié)構(gòu)單層控水)變?yōu)槎S平面問(wèn)題(痕量雙層結(jié)構(gòu)控水)。堵塞物不會(huì)進(jìn)入三維孔道，植物根毛也不會(huì)侵入灌水器內(nèi)部，解決了堵塞問(wèn)題。常量灌溉通常采用t/h，微量灌溉采用L/h，而痕量灌溉采用mL/h，將地上灌溉改為地下灌溉，由輪灌短時(shí)間灌溉到長(zhǎng)時(shí)間灌溉，對(duì)傳統(tǒng)灌溉方式進(jìn)行了創(chuàng)新。將管道淺埋于地下，能夠遮光使其溫度低于地表溫度，同時(shí)，避免灌溉水中化學(xué)物質(zhì)結(jié)晶析出、藻類及微生物的生長(zhǎng)，有效避免化學(xué)性和生物性堵塞。

堵塞會(huì)導(dǎo)致灌水不均勻，痕量灌溉由于抗堵塞性能好，灌水均勻度高，垂直方向濕潤(rùn)范圍為20～80 cm，單根毛管濕潤(rùn)寬度為50～60 cm，沿毛管鋪設(shè)方向，濕潤(rùn)體相互搭接成一體，350 m內(nèi)出水均勻度達(dá)90%。單根痕灌管鋪設(shè)長(zhǎng)度達(dá)500 m，而滴灌單管鋪設(shè)長(zhǎng)度一般在80 m以下；單口出水量80 m3/h的水井同時(shí)灌溉的控制面積可達(dá)15 hm2以上，而滴灌小于3 hm2；痕灌只用2個(gè)閥門(mén)，減少了人工操作，有利于降低灌溉自動(dòng)化成本。

對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生積極影響：能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的地下水肥一體化；避免蒸發(fā)損失；使用壽命長(zhǎng)避免反復(fù)回收；無(wú)需覆蓋地膜，避免白色污染；不存在深層滲漏，也不會(huì)造成肥料農(nóng)藥的深層滲漏，減少農(nóng)業(yè)面源污染；提高作物品質(zhì)和安全性；適合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)；減少農(nóng)業(yè)用水量。為城市行道樹(shù)和草坪等特殊場(chǎng)所提供灌溉解決方案；為沙漠化治理、礦山修復(fù)等提供可行的灌溉技術(shù)。

(4)痕量灌溉的應(yīng)用。痕量灌溉在生菜、茴香、黃瓜和番茄上都得到了廣泛應(yīng)用。王志平等[19](2011年)以溫室大桃為試驗(yàn)對(duì)象，以滴灌和常規(guī)畦灌為對(duì)照，研究痕量灌溉對(duì)大桃產(chǎn)量和水分利用的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：痕量灌溉比畦灌節(jié)水80.1 m3、比滴灌節(jié)水40.0 m3，水分利用效率與對(duì)照組相比增長(zhǎng)10%以上。周繼華等[20](2013年)以生菜品種“北京101”和“皇帝”為試材，以滴灌為對(duì)照，研究了痕量灌溉系統(tǒng)對(duì)溫室生菜產(chǎn)量和水分利用效率的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：與常規(guī)滴灌相比，痕量灌溉不影響生菜的株高、單株凈菜干重，而痕量灌溉的水分利用效率較高，與其他處理相比提高了8.2～30.7 kg/m3。楊明宇等[21](2013年)以京茄1號(hào)為試材，研究了不同埋深的痕量灌溉對(duì)日光溫室栽培條件下茄子產(chǎn)量、灌水量和耗水量的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：不同埋設(shè)深度能夠促進(jìn)茄子的生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量，且埋深10 cm產(chǎn)量最高，與對(duì)照處理相比增產(chǎn)14.7%，水分生產(chǎn)效率也最高，達(dá)到23.5%。諸均等[22](2014年)將痕量灌溉應(yīng)用在茴香種植上，以滴灌作為對(duì)照，探討不同灌溉方式對(duì)茴香產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和水分利用效率的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：痕灌茴香球莖部分比滴灌重21.6%，地上部分(莖和葉)比滴灌重18%；痕灌的總耗水量顯著低于滴灌，痕灌耗水量為滴灌53%；痕量灌溉的水分利用率是滴灌的2.3倍。

1.3 微潤(rùn)灌溉

(1)微潤(rùn)灌溉的工作原理。滴灌系統(tǒng)耗能巨大，提水過(guò)程耗能而且需要配套設(shè)施，如電機(jī)、控制器、水泵等設(shè)備。在遠(yuǎn)離水源、電力缺乏的灌溉地區(qū)，體現(xiàn)不出優(yōu)勢(shì)，微潤(rùn)灌溉在這些地區(qū)能夠體現(xiàn)出高節(jié)水、低能耗的優(yōu)勢(shì)。微潤(rùn)灌溉是一種連續(xù)的微灌技術(shù)[23]，微量的水緩慢向土壤滲透進(jìn)行灌溉，能夠使土壤保持一定的濕潤(rùn)性，是一種新型地下精準(zhǔn)灌溉方式[24]，屬于局部灌溉。微潤(rùn)灌溉不同與滴灌，管道上沒(méi)有固定的滴頭作為灌水器，而是在管道上形成納米級(jí)微孔取代傳統(tǒng)的流道。微潤(rùn)灌溉以高分子半透膜微潤(rùn)管為核心，埋入地下以微量、緩慢、連續(xù)不斷的出水方式向農(nóng)作物根系供水供肥，使灌溉過(guò)程與植物的吸收過(guò)程在時(shí)間上同步、在數(shù)量上匹配，從而達(dá)到無(wú)脅迫灌溉效果，并能防止水分滲漏、蒸發(fā)等損失，具有高效節(jié)水、節(jié)肥、降低面源污染、增加土壤透氣性、減少水土流失、使作物增產(chǎn)增收等特征。

(2)微潤(rùn)灌溉的優(yōu)勢(shì)。微潤(rùn)灌溉能顯著提高土壤和空氣溫度，降低相對(duì)濕度，與溝灌相比，具有調(diào)控土壤溫度、水分的優(yōu)勢(shì)。微潤(rùn)灌溉屬于浸潤(rùn)式灌溉，土壤不易發(fā)生板結(jié)、團(tuán)粒不易被破壞，有效保護(hù)了土壤和生態(tài)環(huán)境。微潤(rùn)帶的出水孔密集均勻，水從出水孔出來(lái)類似線狀，是一種高效、省水、連續(xù)的地下灌溉技術(shù)[25]。微潤(rùn)灌溉的濕潤(rùn)體是以微潤(rùn)帶為軸心的柱狀體，而地下滴灌濕潤(rùn)體呈近似橢圓形，微潤(rùn)灌溉濕潤(rùn)面積略大于地下滴灌。地下滴灌濕潤(rùn)土壤水分分布不均勻，隨灌水-停止呈周期性變化，而微潤(rùn)灌溉均勻度比地下滴灌高。微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)有效降低了蒸發(fā)損失、滲漏損失和徑流損失，是滴灌用水量的1/5，大大提高了水資源利用系數(shù)。同時(shí)，在使用過(guò)程中不消耗動(dòng)力，灌溉水的驅(qū)動(dòng)力是微潤(rùn)管中水位的位能和土壤的勢(shì)能，只要有穩(wěn)定的水源，就能維持灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行。微潤(rùn)灌溉在作物生育期內(nèi)土壤水分變化幅度小，含水率維持在較低水平，能夠根據(jù)作物需水量和膜內(nèi)外水勢(shì)差自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的效果。

在灌水過(guò)程中將肥料加入其中，可以實(shí)現(xiàn)灌溉施肥，有效節(jié)省資源。通過(guò)灌溉系統(tǒng)施肥，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻施肥、平衡施肥、達(dá)到精準(zhǔn)施肥的目的，提高肥料利用率，同時(shí)節(jié)省勞動(dòng)力，可以節(jié)約50%的肥料[26]。滴灌施肥需要全水溶性的滴灌專用肥，價(jià)格較高，不利于推廣。而微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)能夠使用普通肥料，大大提高了適用性，有利于在用戶間推廣，且有利于水肥一體科學(xué)灌溉技術(shù)的普及。

(3)微潤(rùn)灌溉的應(yīng)用。何玉琴等[27](2012年)為了探明微潤(rùn)灌溉對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，以膜下滴灌為對(duì)照，研究了不同埋設(shè)深度、間距和壓力對(duì)玉米的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：微潤(rùn)灌溉水利用效率比膜下滴灌高，且有利于玉米籽粒的發(fā)育、籽粒飽滿，微潤(rùn)灌溉條件下壓力對(duì)水分利用效率及玉米產(chǎn)量影響較大，間距對(duì)耗水量的多少影響較大。牛文全等[28](2013年)為了探明微潤(rùn)灌土壤濕潤(rùn)體特性，通過(guò)室內(nèi)土箱試驗(yàn)，研究了微潤(rùn)灌溉中不同埋深與壓力對(duì)濕潤(rùn)體水分運(yùn)移的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：壓力水頭是決定微潤(rùn)灌流量的主要因素，微潤(rùn)帶埋深顯著影響土壤濕潤(rùn)體的形狀，土壤累計(jì)入滲量與埋深呈負(fù)相關(guān)，土壤濕潤(rùn)均勻系數(shù)與埋深呈正相關(guān)，且黏壤土微潤(rùn)灌最適宜的埋深是15～20 cm。薛萬(wàn)來(lái)等[29](2013年)為了探明微潤(rùn)灌溉對(duì)溫室番茄生長(zhǎng)的影響，通過(guò)滴灌和微潤(rùn)灌溉的對(duì)比試驗(yàn)，研究微潤(rùn)灌溉的水分利用效率以及對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：微潤(rùn)灌溉的土壤水分動(dòng)態(tài)變化比滴灌??；微潤(rùn)灌溉更有利于作物的生長(zhǎng)；微潤(rùn)的水分利用效率為60.42 kg/m3，滴灌的水分利用效率為53.33 kg/m3，微潤(rùn)灌溉水分利用優(yōu)于滴灌。張珂萌等[30](2015年)為探明間歇灌溉與連續(xù)灌溉過(guò)程中土壤水分運(yùn)動(dòng)和分布的異同，利用Hydrus-2D軟件模擬了微潤(rùn)灌溉和地下灌溉兩種灌溉方式下土壤水分的運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)灌水量一致時(shí)，微潤(rùn)灌溉的濕潤(rùn)面積比地下滴灌大，且濕潤(rùn)土壤水分分布均勻度達(dá)81%，大于地下滴灌。

2 存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)

2.1 存在的問(wèn)題與不足

(1)覆膜灌溉存在的問(wèn)題與不足。膜下滴灌產(chǎn)生的殘膜問(wèn)題給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了影響，有的試驗(yàn)區(qū)殘膜量大，使用之后殘留的殘膜會(huì)在耕層中的形成阻隔層，影響土壤的水、肥、氣和熱循環(huán)，不利于作物生長(zhǎng)[31]。同時(shí)，膜下滴灌只是調(diào)節(jié)作物根系層土壤鹽分的分布，鹽分并未排出，如果灌溉水含有一定鹽分，鹽分會(huì)逐步在作物根底積累，有可能會(huì)產(chǎn)生土壤積鹽爆發(fā)[32]。

(2)痕量灌溉存在的問(wèn)題與不足。痕量灌溉將管道埋在地下，在日光溫室中使用滲灌會(huì)導(dǎo)致次生鹽漬化現(xiàn)象加重[33]，痕量灌溉管道的埋深對(duì)根層土壤環(huán)境的影響鮮有報(bào)道。痕量灌溉單位時(shí)間供水量小，應(yīng)用到大田作物上，在作物高峰需水期無(wú)法滿足作物的需水[34]。

(3)微潤(rùn)灌溉存在的問(wèn)題與不足。微潤(rùn)灌溉流量小且長(zhǎng)期連續(xù)灌溉，但如何影響土壤鹽分的累計(jì)和運(yùn)移，相關(guān)研究較少。微潤(rùn)灌溉線源入滲濕潤(rùn)體的研究，土壤濕潤(rùn)體運(yùn)移[35]的研究尚處在室內(nèi)模擬階段。灌溉水中泥沙量及粒徑會(huì)對(duì)微潤(rùn)管的出水量產(chǎn)生影響[36]，粒徑大時(shí)，會(huì)堵塞溫潤(rùn)管，微潤(rùn)灌溉的生物堵塞問(wèn)題也不容忽視。

2.2 3種節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

(1)覆膜灌溉的發(fā)展趨勢(shì)。殘膜回收機(jī)械設(shè)備的開(kāi)發(fā)會(huì)對(duì)膜下滴灌產(chǎn)生積極影響，應(yīng)用機(jī)械設(shè)備回收殘膜能夠很好解決膜下滴灌帶來(lái)的潛在問(wèn)題；隨著數(shù)字化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以膜下滴灌技術(shù)為控制手段，通過(guò)電子計(jì)算機(jī)和傳感器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)精量施肥、精量灌水，將是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方面。

(2)痕量灌溉的發(fā)展趨勢(shì)。痕量灌溉單位時(shí)間供水量較小，在我國(guó)北方尤其西北干旱地區(qū)，作物的騰發(fā)量大，耗水強(qiáng)度高的作物需要在兩側(cè)鋪設(shè)管道，工程投入較大。因此，需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)可調(diào)節(jié)供水流量的新型控水頭，能夠根據(jù)作物的需水強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)調(diào)整供水量，以滿足作物的需水；優(yōu)化產(chǎn)品性能參數(shù)，生產(chǎn)多種型號(hào)痕灌產(chǎn)品；結(jié)合水肥一體化對(duì)不同種灌溉作物提供更精細(xì)的方案。

(3)微潤(rùn)灌溉的發(fā)展趨勢(shì)。如何將微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)從依賴化石能源中解放出來(lái)，將綠色新能源和灌溉系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，積極利用風(fēng)能太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，將是下一步研究的重點(diǎn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

如何運(yùn)用先進(jìn)的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和灌溉過(guò)程結(jié)合起來(lái)，從水力控制、機(jī)械控制到機(jī)械電子混合協(xié)調(diào)式控制，未來(lái)基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)控制、傳感技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的結(jié)合等，可以使灌溉過(guò)程可靠性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單，逐步實(shí)現(xiàn)智能化和精準(zhǔn)化程度高的灌溉模式。

農(nóng)業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是確保我國(guó)糧食安全，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。將灌溉過(guò)程與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，發(fā)展智慧節(jié)水農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)灌溉過(guò)程自動(dòng)化、檢測(cè)控制數(shù)字化、運(yùn)營(yíng)管理智能化。同時(shí)，節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)加快推進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的改進(jìn)，強(qiáng)化對(duì)灌溉用水的管理。發(fā)展節(jié)水灌溉新技術(shù)的同時(shí)需要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水政策、法規(guī)的制定和管理制度的完善，才能最大限度減少灌溉水在各個(gè)環(huán)節(jié)的損失，提高水資源的總利用效率，也是解決我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水不足的根本途徑。

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