李靜奇，張敬義，許慶廣

（北京中農(nóng)天陸微納米氣泡水科技有限公司，北京 100083）

在保證高效產(chǎn)出的前提下，如何降低灌溉定額（灌溉水在單位面積的投入總量）的投入，更加有效地利用水資源，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)所面臨的問題。但是對(duì)于該數(shù)量的水體投入田間的方式，即灌溉方式對(duì)灌溉水利用系數(shù)（即有效的灌溉水量與總的灌溉水總投入量的比值）的影響則無一確定的結(jié)論，只是普遍性地認(rèn)為：傳統(tǒng)的田間灌溉方式＜現(xiàn)代噴灌方式＜現(xiàn)代滴灌方式，但在同一種灌溉方式中沒有一個(gè)明確的可再提高灌溉水利用系數(shù)的結(jié)論。故有必要對(duì)灌溉質(zhì)量的影響因素進(jìn)行進(jìn)一步的探究與分析，即深入研究灌溉水利用系數(shù)和灌溉均勻度的影響因素。通過對(duì)該問題的分析，即對(duì)影響因素進(jìn)行控制與改良，可以提高灌溉水的均勻度，并指導(dǎo)具體灌溉技術(shù)的實(shí)施，以提高灌溉質(zhì)量，提高水資源的有效利用率。

1 對(duì)傳統(tǒng)灌溉方式的探究與分析

對(duì)傳統(tǒng)灌溉方式的灌溉均勻度的影響因素一般包括以下幾個(gè)方面：田間入水口位置的影響、灌溉供水流量的影響和地面坡度的影響。由于土壤的透水性為土壤的固有屬性，在短時(shí)間、低成本的條件下難以改變，故在此對(duì)該問題略去不談。

1.1 田間灌溉入水口的影響

如圖1所示，上圖表示田間灌溉入水口位置在田塊角點(diǎn)A處，其中水流擴(kuò)散的最長(zhǎng)路徑為AC線段；下圖表示田間灌溉入水口位置在田塊一邊的中點(diǎn)E處，其中水流擴(kuò)散的最長(zhǎng)路徑為ED（EC）線段。

就第2種布置方式而言，第1種的布置方式的擴(kuò)散路徑較長(zhǎng)，灌溉水的擴(kuò)散時(shí)間也較長(zhǎng)，故在田間入水口處的土壤飽和含水量持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，即在最長(zhǎng)擴(kuò)散路徑AC的最遠(yuǎn)點(diǎn)達(dá)到灌溉含水量時(shí)，其他區(qū)域基本處于飽和含水量，并產(chǎn)生了一定量的穩(wěn)定滲流。

假設(shè)其穩(wěn)定滲流量為Q，灌溉面積為A，則總的滲流量可以表示為：Q＝f（A，Q，t）。對(duì)比2種布置方式，顯然函數(shù)的A、Q是一樣的，唯一不同的是時(shí)間t，即第1種布置方式比第2種布置方式的滲流時(shí)間要長(zhǎng)，故第1種布置方式的滲透損失和均勻性不如第2種布置方式理想。

綜上所述，為提高灌溉均勻度，提高灌溉水利用系數(shù)，并降低滲透損失量，可以采取將田間入水口位置盡量布置在靠近田塊的形心位置。在條件允許的情況下，可以圍繞田塊的形心環(huán)繞布置。

1.2 灌溉供水量流量的影響

如圖2所示，供水口設(shè)置在E處，在E點(diǎn)供水量為Q1，在時(shí)間t＝t1，t＝t2，…，t＝tn時(shí)，測(cè)得田間的濕潤(rùn)鋒位置處于L1， L2，…，Ln處。

假定，t＝t1時(shí)，濕潤(rùn)鋒在L1處，當(dāng)時(shí)間由t1時(shí)刻持續(xù)到t2時(shí)刻，在該時(shí)段內(nèi)，濕潤(rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2，而在此期間，L1所包圍的區(qū)域處于飽和狀態(tài)，并且具有穩(wěn)定滲流，滲流持續(xù)時(shí)間為t2-t1，其滲流量q1可表示為：q1＝K（t2-t1）；其中：K為L(zhǎng)1區(qū)域內(nèi)的單位時(shí)間平均滲流量。

當(dāng)提高供水流量為Q2時(shí)，濕潤(rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2所需要的時(shí)間Δt肯定小于t2-t1，即滲流量q2為：q2＝KΔt，從公式中來看，Δt小于t2-t1，得出q2＜q1。

實(shí)際中，在供水流量較小的情況下，由于濕潤(rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2所需時(shí)間較長(zhǎng)，滲流持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，滲流損失較大，在灌溉過程中，使?jié)駶?rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2所需要投入的水量也較多， L1所包圍的區(qū)域處于飽和狀態(tài)并產(chǎn)生滲流的時(shí)間也較長(zhǎng)，故使得灌溉水利用系數(shù)偏低，灌水均勻度也較差。

反之，在提高供水流量的情況下，濕潤(rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2所需時(shí)間較短，滲流持續(xù)時(shí)間也較短，滲流損失較小，在灌溉過程中，使?jié)駶?rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2所需要投入的水量也較少， L1所包圍的區(qū)域處于飽和狀態(tài)并產(chǎn)生滲流的時(shí)間也較短，最后灌溉水利用系數(shù)偏高，灌水均勻度也較好。

在理論分析和實(shí)踐的相互印證下可知，在其他條件相同的前提下，供水流量越大，灌溉水的利用系數(shù)越高，其均勻性也越大。

1.3 田間坡度的影響

借鑒1.2分析的結(jié)論，濕潤(rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2所需時(shí)間的大小決定著滲流水量的多少和灌水均勻度的優(yōu)劣，即順坡與逆坡相比，陡坡與緩坡相比，濕潤(rùn)鋒由L1移動(dòng)到L2所需時(shí)間較短，滲透水量也較少。從灌溉質(zhì)量來看，陡坡優(yōu)于緩坡，順坡優(yōu)于逆坡。

但是，需要說明一點(diǎn)，此處所說的陡坡，不是水利工程中渠道中的陡坡。如果陡坡坡度大到一定程度的話，水流在運(yùn)動(dòng)過程中沒有得到充分的有效滲流，灌溉水利用系數(shù)不會(huì)得到提高，反而會(huì)因?yàn)樾纬奢^大的田面徑流而降低灌溉效果，并在田塊末端形成更大的徑流損失，降低灌溉水利用系數(shù)。因此，控制合理的田塊坡度，可以提高灌溉水利用系數(shù)，改善灌水均勻度。

2 對(duì)現(xiàn)代灌溉方式的探究與分析

2.1 噴灌

噴灌是現(xiàn)代灌溉中常見的一種灌溉方式，它是利用動(dòng)力加壓設(shè)備將水由田間布設(shè)的噴頭噴灑出去，以模擬自然降雨的形式達(dá)到灌溉植物的目的。這種灌溉方式與傳統(tǒng)的灌溉方式相比，由于其給水過程是區(qū)域性供水，比常規(guī)的點(diǎn)式供水具有無濕潤(rùn)鋒移動(dòng)或濕潤(rùn)鋒移動(dòng)范圍較小的優(yōu)勢(shì)，故區(qū)域內(nèi)無長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定滲漏的點(diǎn)，達(dá)到了提高灌溉水利用率的目的，有效地遏制了水肥的損失。

噴灌有局部微噴灌和全面噴灌2種灌溉方式。合理地選擇適合作物的灌溉方式，不僅可以提高水肥的利用率，還可以方便人員操作、管理，從而降低建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本，更大程度地發(fā)揮灌溉水的效益。

對(duì)于大田的密植蔬菜和矮莖蔬菜（如白菜、韭菜等），由于其種植密度較大、植株高度較低（與普通的果菜等植物相比），宜選用現(xiàn)代的全面噴灌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地面灌溉方式，其噴頭的選型可通過作物種類、耗水量以及葉面的抗打擊程度來確定。

對(duì)于打壟種植的爬藤作物（如黃瓜、豆角等），由于種植密度偏小且種植不均勻，而全面噴灌的灌溉區(qū)域?yàn)楣喔确秶鷥?nèi)的全部田面，對(duì)于沒有作物種植的區(qū)域，由于灌溉的水肥比較充足，給雜草的生長(zhǎng)提供了便利的條件，最后導(dǎo)致沒有種植作物的區(qū)域雜草叢生；因此，建議采用局部灌溉，該灌溉方式通過調(diào)整噴頭的位置和型號(hào)將無種植區(qū)域從灌溉區(qū)域中剔除，從根本上規(guī)避以上全面噴灌所引起的弊端。

綜上所述，對(duì)于大田密植蔬菜與大田矮莖蔬菜，適合采取噴灌系列中的全面灌溉；對(duì)于帶狀種植的爬藤類蔬菜，適合采取噴灌系列中的局部灌溉。

2.2 滴灌

滴灌也是現(xiàn)代節(jié)水灌溉中的一種新型灌溉技術(shù)，較之噴灌，具有節(jié)能、節(jié)水等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大田蔬菜和溫室蔬菜的種植灌溉中。

滴灌的種類有很多，根據(jù)其設(shè)計(jì)流量大致可以分成大流量、中流量和小流量3個(gè)檔次。對(duì)于一種特定的作物而言，應(yīng)該選擇與之相匹配的流量進(jìn)行滴灌。

如圖3所示，L1曲線為小流量滴頭的濕潤(rùn)范圍，L2曲線為大流量滴頭的濕潤(rùn)范圍，m曲線為根系的最大活動(dòng)層。小流量滴頭的濕潤(rùn)范圍L1已滿足作物的根系生理活動(dòng)的范圍；對(duì)于大流量的滴頭所形成的L2的濕潤(rùn)范圍，大大超過了根系生理活動(dòng)的范圍。其中，L1與L2之間的范圍，為作物不能利用的濕潤(rùn)范圍，只能作為滲漏損失，從而降低了灌溉水的有效利用率。

各種蔬菜對(duì)滴灌流量參數(shù)選擇原則主要為：對(duì)于小流量滴灌，主要適用于消耗水分偏少、根系活動(dòng)層較淺和需要進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉的蔬菜種類，例如：韭菜、油菜、小白菜等；而大流量作物主要用于水分消耗大、根系活動(dòng)層深的蔬菜種類，例如：番茄、辣椒、茄子。

土壤因素是影響滴灌流量選型的另外一個(gè)重要的因素，其選型的依據(jù)主要是土壤滲透性的大小。

如圖4所示，對(duì)于土壤滲透性偏大的砂性土土質(zhì)，大流量的滴灌，其濕潤(rùn)范圍為L(zhǎng)2所包圍的范圍；小流量的滴灌，濕潤(rùn)范圍為L(zhǎng)1所包圍的范圍，其具體選型應(yīng)該根據(jù)該種蔬菜根系生理活動(dòng)的范圍來確定，若選型不匹配，則會(huì)造成濕潤(rùn)范圍不足或者過大，最后引起多余滲漏損失。

如圖5所示，對(duì)于土壤滲透性偏小的黏性土質(zhì)，其滲透流量偏小，大流量的滴灌，濕潤(rùn)范圍為L(zhǎng)2所包含的范圍，其中地面以上部分是由于滴灌出水流量大于滲透流量所形成的地表徑流或積水；小流量的滴灌，濕潤(rùn)范圍為L(zhǎng)1所包圍的范圍。

通過以上分析，土壤滲透性偏小的土質(zhì)在大流量滴灌工作的條件下容易因?yàn)榈喂喑鏊髁看笥跐B透流量而形成地表徑流或積水，最終引起土壤板結(jié)等不良后果。故對(duì)于土壤的滲透性偏大或者偏小的土質(zhì)中，不宜使用大流量的滴灌設(shè)備進(jìn)行灌溉作業(yè)。但是，對(duì)于土壤滲透性偏大或適中，蔬菜根系活動(dòng)范圍較大的情形，可以采用大流量的滴灌設(shè)備進(jìn)行灌溉，以便于利用其流量大的特點(diǎn)使得土壤濕潤(rùn)鋒可以大范圍擴(kuò)散，并且少量的積水也可以在短時(shí)間內(nèi)因土壤滲透流量比較大而迅速排出，從而避免田面長(zhǎng)期積水而使土質(zhì)惡化。

氣象因素：對(duì)于氣溫較高、氣候干旱的區(qū)域，其蒸發(fā)損失較大。對(duì)于小流量滴灌而言，其灌溉時(shí)間較長(zhǎng)，灌溉過程中的蒸發(fā)損失時(shí)間較長(zhǎng)，最后使得總損失量較大，灌溉水的有效利用率降低；換而言之，對(duì)于大流量滴灌而言，其灌溉時(shí)間較短，灌溉過程中的蒸發(fā)損失時(shí)間也較短，最后使得總損失量較小，灌溉水的有效利用率提高。故對(duì)于氣溫較高、氣候干旱的情形，不宜采用小流量滴灌灌溉。

3 小結(jié)

針對(duì)不同蔬菜的種植特點(diǎn)，對(duì)不同灌溉方式的灌溉效果和灌溉水的利用情況進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和探究，并針對(duì)各種蔬菜的種植方式及品種提出了合理的灌溉方式。

由于蔬菜的種類眾多，不同的灌溉方式及灌溉的時(shí)期都會(huì)直接或者間接影響到蔬菜作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及水分利用效率，從而影響到蔬菜的品質(zhì)，必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蚣吧a(chǎn)條件，合理利用多種灌溉方式來滿足蔬菜的生長(zhǎng)要求，提高蔬菜產(chǎn)品的質(zhì)量與品質(zhì)。本文主要從理論分析的角度評(píng)價(jià)各個(gè)灌溉方式的灌溉水利用率以及灌溉均勻度的情況，并且從定性的角度初步擬定比較科學(xué)合理的灌溉方式的適用情形，最后得出合理性的指導(dǎo)選型方案。