張巖

摘 要：溝灌作為地面灌溉方式的一種，在我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉中應(yīng)用廣泛，有著低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但受到其管理方式和技術(shù)要素選取等因素的影響，溝灌的灌溉效率并不高。近年來隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的不斷發(fā)展，溝灌這種傳統(tǒng)的灌溉方式也重新被重視，如寬壟溝灌、交替隔溝灌、覆膜溝灌和波涌溝灌等不同溝灌類型都有著各自的應(yīng)用。溝灌技術(shù)的研究也在從灌水技術(shù)要素等微灌尺度向管理措施和評(píng)價(jià)體系等宏觀尺度轉(zhuǎn)變，使溝灌在節(jié)水灌溉技術(shù)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：溝灌;節(jié)水灌溉;技術(shù)要素;發(fā)展方向

中圖分類號(hào)：S278 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200430024

在全球迎接水資源挑戰(zhàn)的情況下，缺水問題同樣制約著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展，農(nóng)業(yè)用水則是消耗可利用淡水資源的主要途徑之一。據(jù)水利部發(fā)布的《2018年中國(guó)水資源公報(bào)》[1]可知，2018年農(nóng)業(yè)用水與2017年相比減少了73.3億m3，在全國(guó)總用水量總體持平的同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，由此可見，水資源短缺的現(xiàn)狀已經(jīng)成為我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全的制約[2]，節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展顯得尤為重要。在各種各樣的農(nóng)業(yè)灌溉方式中，溝灌技術(shù)應(yīng)用廣泛，有著投資少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但由于受到其管理方式和技術(shù)要素選取等因素的影響，溝灌的灌溉效率并不高，所以溝灌的研究對(duì)于節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

1 不同溝灌類型在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

1.1 壟作溝灌

相對(duì)于傳統(tǒng)的平作溝灌，起壟能夠擴(kuò)大土壤和大氣的接觸面積，可以減少溝中灌水等灌溉措施對(duì)壟上作物的影響，而且起壟可以使土壤孔隙度增加，有利于根系生長(zhǎng)時(shí)水分和養(yǎng)分的吸收。在我國(guó)，壟作溝灌開始只用于種植一些經(jīng)濟(jì)作物，如馬鈴薯、蔬菜和棉花等，20世紀(jì)末才開始用于種植水稻、小麥和玉米等大田作物。壟作溝灌中，寬壟溝灌和一體化壟作溝灌應(yīng)用較多[3]，相較于較窄的壟，寬壟溝灌更能增加土壤蓄水保水能力;一體化壟作溝灌可以通過改變微地形來實(shí)現(xiàn)土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，有效提高作物的水分利用率，產(chǎn)生良好的節(jié)水效果。其中，小麥、玉米一體化壟作溝灌種植模式應(yīng)用廣泛，這種模式把小麥和玉米當(dāng)作一個(gè)整體，通過合理的管理措施發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，保證二者均高產(chǎn)節(jié)水。

1.2 交替隔溝灌

基于對(duì)傳統(tǒng)灌溉技術(shù)的改進(jìn)，交替灌溉這種方式被提出，并取得了良好的節(jié)水成效[4]。其中，交替隔溝灌具有可以提高水肥利用效率，增加光能截獲量，抑制病害危害等優(yōu)勢(shì)，被廣泛運(yùn)用于水稻、玉米、大豆、棉花等農(nóng)作物生產(chǎn)過程中。不僅可以減少用水量，還可以減少水分的深層滲漏，為大田灌溉提供了新途徑，在干旱半干旱等缺水地區(qū)，有著廣闊的應(yīng)用前景。交替隔溝灌可以通過水位的高低，在豐水期和干旱期均在有效節(jié)水的條件下獲得高產(chǎn)[5];不僅適用于傳統(tǒng)溝灌常種植的寬行作物，還適用于窄行密植作物如小麥等[6];在玉米的交替隔溝灌溉過程中，不同生長(zhǎng)期采用對(duì)應(yīng)的灌溉制度可在保證產(chǎn)量的同時(shí)明顯提高其水分利用效率[7]。

1.3 覆膜溝灌

覆膜灌溉比裸露灌溉更加符合節(jié)水灌溉的要求，通過減少土壤蒸發(fā)來提高土壤水分儲(chǔ)存量，起到保溫保墑的作用[8]。溝灌的側(cè)向入滲比垂向入滲更加有實(shí)際意義，張新燕提出了覆膜側(cè)滲溝灌技術(shù)，即在灌水溝底部覆上不透水膜，可以減少垂向入滲，加快水流的推進(jìn)速度，提高灌水均勻度達(dá)到節(jié)約用水的目的[9]。同樣為覆膜溝灌，不同的覆膜方式也會(huì)對(duì)節(jié)水灌溉的效果產(chǎn)生不同的影響。綜合入滲情況、土壤含水量分布以及均勻系數(shù)得出，溝底全覆膜和溝底部分覆膜的溝灌方式比不覆膜和溝坡覆膜的溝灌方式有著更好的溝灌效果[10]。

1.4 波涌溝灌

在傳統(tǒng)的溝灌條件下，溝口連續(xù)供水，溝道水流也連續(xù)向前推進(jìn)，因而田間入滲為連續(xù)積水入滲。在波涌溝灌條件下，溝口為周期性的供水，田間水流亦間歇性地逐次向前推進(jìn)，而田間入滲則形成間歇性的積水入滲，具有灌水效率高，灌水均勻度好等優(yōu)點(diǎn)。波涌溝灌的節(jié)水原理是土壤間歇入滲形成了減滲效果，在灌水過程中溝表面糙率減小，水流推進(jìn)速度加快，所以水量損失較小[11]。波涌溝灌適用于小定額灌溉，如非充分灌溉條件下，波涌溝灌可以提供玉米生育期所需水量，相較于噴灌更有節(jié)水效果[12]，同樣在丘陵山區(qū)的小定額集雨灌溉條件下，也可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

2 溝灌的發(fā)展方向

2.1 技術(shù)要素

在提升溝灌灌水質(zhì)量的措施中，灌水技術(shù)要素的優(yōu)化是非常重要的，包括溝壟規(guī)格、入溝流量、田面坡度和田面糙率等，不同的技術(shù)要素組合的節(jié)水灌溉效果也不盡相同。張新燕等[13]通過室內(nèi)試驗(yàn)分析了溝水深、溝底寬、土壤導(dǎo)水率及初始含水量等因素對(duì)水分運(yùn)移的影響，得出溝中水深減小使水平側(cè)向入滲增大，而溝寬減小使垂向入滲減小;張新民等[14]研究了溝寬、溝深對(duì)土壤濕潤(rùn)鋒運(yùn)移特性的影響，得出結(jié)論粘土的合理壟寬為20～35cm，砂壤土的合理壟寬20～50cm;張永久[15]分析了不同壟寬下小麥產(chǎn)量，得出合理壟寬75cm，溝寬15cm條件下小麥產(chǎn)量較高;高傳昌等[16]對(duì)壟作溝灌種植模式的壟寬、溝深、溝寬和田面坡度4個(gè)灌水技術(shù)要素進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定了最優(yōu)的灌水技術(shù)要素組合為壟寬70cm、溝寬40cm、溝深20cm和坡度2‰;聶衛(wèi)波等[17]以灌水均勻度和灌水效率均在85%以上作為標(biāo)準(zhǔn)，利用軟件Win SRFR模擬研究溝灌區(qū)域各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的灌水質(zhì)量，達(dá)到了優(yōu)化溝灌灌水技術(shù)要素的目的。

2.2 田間管理

除了優(yōu)化溝灌灌水技術(shù)要素之外，田間的管理措施也在很大程度上影響著節(jié)水灌溉的效果，田間管理措施包括激光控制土地平整技術(shù)、3S系統(tǒng)、田間灌水控制技術(shù)、秸稈還田、增施有機(jī)肥等。借助激光控制技術(shù)、GPS與GIS技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、自控技術(shù)等現(xiàn)代高科技手段，可以獲得顯著的節(jié)水、增產(chǎn)、環(huán)保效果。經(jīng)過激光控制技術(shù)和3S系統(tǒng)的發(fā)展，田間土地平整精度越來越高，從而改善田面微地形狀況，使地表水流在平順的下界面推進(jìn)，均勻入滲至土壤，而在土地精平的條件下進(jìn)行田間實(shí)時(shí)反饋控制，即使是地面灌溉的灌溉效率也可以達(dá)到85%以上[18]。另外，田間輸配水系統(tǒng)沒有固定的控制設(shè)施，灌水過程比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力不夠精確，所以提高田間輸配水系統(tǒng)與田間工程的配套程度也是改善措施的重要一步[19]。而有效運(yùn)用秸稈還田、增施有機(jī)肥等農(nóng)業(yè)措施，一定程度上可以改善土壤的有機(jī)質(zhì)含量、作物產(chǎn)量和水分利用率，達(dá)成節(jié)水和生態(tài)雙贏的狀態(tài)[20]。

2.3 評(píng)價(jià)體系

為了更加合理利用農(nóng)業(yè)水資源，達(dá)到好的節(jié)水灌溉效果，灌水技術(shù)研究中需制定一套合理的評(píng)價(jià)體系。早期的農(nóng)業(yè)水資源利用效率評(píng)價(jià)主要是基于田間尺度或作物尺度等微觀尺度來開展，包括田間灌溉水有效利用率、田間灌水均勻度和田間灌溉水儲(chǔ)存率等指標(biāo)，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于灌溉工程的設(shè)計(jì)管理有著重要的作用。近年來，隨著水環(huán)境愈發(fā)惡劣，不同區(qū)域間水資源需求的競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈，微灌尺度的評(píng)價(jià)指標(biāo)已經(jīng)不能滿足農(nóng)業(yè)用水要求，相關(guān)研究基于水量平衡的原理由田間尺度向流域尺度轉(zhuǎn)變，由農(nóng)業(yè)用水效率評(píng)價(jià)向農(nóng)業(yè)用水效用評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變。在節(jié)水灌溉技術(shù)中，用水量少不是唯一的指標(biāo)，一個(gè)較高的灌水效率并不一定能反映出好的灌溉管理水平，應(yīng)同時(shí)把作物的產(chǎn)量考慮在內(nèi)。因此水分生產(chǎn)率的概念被提出，即單位體積或單位價(jià)值水量所生產(chǎn)出的產(chǎn)品數(shù)量或價(jià)值[21]，在采用水分生產(chǎn)率指標(biāo)進(jìn)行節(jié)水評(píng)價(jià)時(shí)，研究對(duì)象是整個(gè)區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源，比傳統(tǒng)的水分利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)擁有更廣的適應(yīng)范圍。近年來，一些研究將水資源生產(chǎn)率評(píng)價(jià)與經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)相結(jié)合，讓經(jīng)濟(jì)學(xué)融入農(nóng)業(yè)水資源利用評(píng)價(jià)中去，這一經(jīng)濟(jì)效益概念的提出可以使經(jīng)濟(jì)效益最大化[22]，從更加全面的角度對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 結(jié)語

本文分析了寬壟溝灌、交替隔溝灌、覆膜溝灌和波涌溝灌等不同溝灌類型在節(jié)水灌溉技術(shù)中的應(yīng)用，并根據(jù)農(nóng)業(yè)水資源利用現(xiàn)狀提出了溝灌技術(shù)的3個(gè)發(fā)展方向。說明了溝灌技術(shù)不僅能夠節(jié)約成本、生態(tài)環(huán)保，更有著巨大的節(jié)水潛力，應(yīng)該重視對(duì)溝灌的研究，做到微灌與宏觀結(jié)合、生態(tài)與技術(shù)兼顧。

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（責(zé)任編輯 李媛媛）