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(guò)引進(jìn)北京普泉公司發(fā)明的痕量灌溉技術(shù)，在全國(guó)最干旱的哈密節(jié)水試驗(yàn)中心建立紅棗痕量灌溉試驗(yàn)區(qū)。根據(jù)不同工作壓力下痕量管控水頭流量，探索了長(zhǎng)距離鋪設(shè)條件下灌水均勻度，同時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕潤(rùn)范圍、土壤含水率變化及灌水總量，并與滴灌進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效的目標(biāo)，新疆自治區(qū)在全國(guó)范圍內(nèi)尋找更優(yōu)化的解決方案，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)節(jié)水技術(shù)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)近年來(lái)由我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的痕量灌溉技術(shù)，正在逐步試驗(yàn)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(yàn)和應(yīng)用[6,7]中都表現(xiàn)出來(lái)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(jìn)行紅棗適宜性試驗(yàn)研究，對(duì)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(yán)峻形勢(shì)具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

痕量灌溉試驗(yàn)區(qū)在新疆哈密市節(jié)水實(shí)驗(yàn)中心（以下簡(jiǎn)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(chǎng)、南湖鄉(xiāng)、五堡鄉(xiāng)、柳樹泉農(nóng)場(chǎng)、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(wú)霜期182d。日照時(shí)間長(zhǎng)，全年日照時(shí)數(shù)為3303h～3549h，年均日照為3358h。

該試驗(yàn)于2014年開始進(jìn)行，試驗(yàn)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(jī)質(zhì)含量為2.0%，土壤肥力偏低。試驗(yàn)用水源為井水。

1.2 試驗(yàn)方法

痕量灌溉管（以下簡(jiǎn)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(yàn)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(yàn)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(jìn)入水箱，由水泵加壓后，通過(guò)PEΦ50管輸送到試驗(yàn)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(yàn)區(qū)分為痕量灌溉試驗(yàn)區(qū)與滴灌對(duì)照區(qū),其中痕量灌溉試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理：工作壓力分別為10m、7.5m和5m，每一個(gè)工作壓力為一個(gè)處理（即一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)），滴灌對(duì)照區(qū)設(shè)置1個(gè)處理，為單獨(dú)的1個(gè)區(qū)（即四區(qū)）。每個(gè)試驗(yàn)處理均配置單獨(dú)的離心加壓水泵、減壓閥、控制閥、壓力表與水表。每個(gè)試驗(yàn)處理選擇3行棗樹,在各處理內(nèi)選則長(zhǎng)勢(shì)旺盛、無(wú)病蟲害、生長(zhǎng)位置遠(yuǎn)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(yàn)區(qū)每行棗樹長(zhǎng)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(duì)照區(qū)紅棗,每行棗樹長(zhǎng)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(cè)定項(xiàng)目與分析方法

痕灌管在不同工作壓力下流量的測(cè)定及灌水均勻度的計(jì)算參考滴灌的方法。此前的試驗(yàn)[6]證明，痕量管進(jìn)行長(zhǎng)距離鋪設(shè)時(shí)，有較好的灌溉均勻度，所以本試驗(yàn)中對(duì)痕量管控水頭流量的測(cè)定從距痕灌管首部250m處開始進(jìn)行，其后每隔50m選定3個(gè)連續(xù)控水頭進(jìn)行測(cè)定，每次同時(shí)測(cè)定2h，用電子天平稱重，連續(xù)測(cè)定4次，求其控水頭的平均值為計(jì)算值；土壤濕潤(rùn)范圍的測(cè)定，采用現(xiàn)場(chǎng)挖剖面進(jìn)行觀測(cè)，用卷尺測(cè)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(cè)定儀測(cè)定，在痕量灌溉各處理與滴灌對(duì)照區(qū)均布設(shè)土壤水分觀測(cè)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(gè)處理布設(shè)3根土壤水分觀測(cè)管，測(cè)量深度為100cm，分5層測(cè)定，分別為0cm～20cm、20cm～40cm、40cm～60cm、60cm～80cm、80cm～100cm。痕量灌溉試驗(yàn)區(qū)與滴灌對(duì)照區(qū)灌溉水量由安裝在各處理管網(wǎng)首部的水表單獨(dú)計(jì)量，痕量灌溉試驗(yàn)各處理每天7:30記錄水表讀數(shù)，滴灌對(duì)照區(qū)每次開泵前記錄水表讀數(shù)。

圖1 試驗(yàn)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(rùn)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(guò)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(cè)定工作壓力為10m、7.5m和5m時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度的增加，控水頭流量均逐漸減小，可將流量減小的過(guò)程分為兩個(gè)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(zhǎng)度從250m增至350m時(shí),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(zhǎng)度從350m增至500m時(shí),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(zhǎng)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(dá)到90%以上，且表現(xiàn)出在350m時(shí)，工作壓力越高，灌水均勻度越大。

2.2 土壤濕潤(rùn)范圍分析

痕量灌溉試驗(yàn)區(qū)采用長(zhǎng)時(shí)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(rùn)范圍能否與紅棗根系分布區(qū)域相適應(yīng)。對(duì)試驗(yàn)區(qū)持續(xù)一段時(shí)間的灌溉后，通過(guò)以痕量管為起點(diǎn)，垂直于痕量管方向向行間挖觀察剖面（剖面尺寸：長(zhǎng)度×深度×寬度=100cm×100cm×50cm），對(duì)土壤濕潤(rùn)范圍進(jìn)行測(cè)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(dá)到40cm，下滲深度達(dá)到60cm，土壤濕潤(rùn)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(yàn)區(qū)工作壓力10m處理與滴灌對(duì)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(yàn)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(shì):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(dá)到最小值，然后又逐漸增大，在100cm土層深度達(dá)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(duì)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(dá)到最小值，然后逐漸增加，在80cm～100cm深度達(dá)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(duì)痕量灌溉試驗(yàn)區(qū)及滴灌對(duì)照區(qū)從2014年4月10日～8月15日的灌溉用水量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。痕量灌溉試驗(yàn)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(duì)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(jì)灌水量為5000m3/hm2；滴灌對(duì)照區(qū)從4月10日～8月15日，10d～20d灌一次水，累計(jì)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(yàn)區(qū)灌溉水量較滴灌對(duì)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(rùn)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(duì)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(zhǎng)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(dá)到90%以上，且表現(xiàn)出在350m時(shí)，工作壓力越高，灌水均勻度越大。

（3）與滴灌對(duì)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(zhǎng)中后期采用痕量灌溉的條件下，痕量灌溉達(dá)到了比滴灌對(duì)照區(qū)節(jié)水34.8%的效果，如果在作物一個(gè)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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