張艷霞

蘭州市西固區(qū)工農(nóng)渠電灌站，甘肅 蘭州 730060

滴灌是一種很重要的節(jié)水灌溉技術(shù)，而地下滴灌技術(shù)是其中一種滴灌技術(shù)，是滴灌的一個(gè)重要組成部分，美國(guó)早在1996年就將地下滴灌定義為“地下滴灌是通過地表下灌水器（滴頭）滴水，而灌水器流量范圍與地表滴灌大致相同”[1]。將灌水器與管道鋪設(shè)在耕作層，把作物生長(zhǎng)所需要的水肥直接輸送到作物的根區(qū)，再由重力和毛管作用分散水分。地下滴灌與其他的方法相比，有著很好的節(jié)水效果，對(duì)于肥料的浪費(fèi)也相對(duì)較小，對(duì)于作物產(chǎn)量與品質(zhì)的提高有很大的幫助，并能夠改善土壤環(huán)境。雖然這種技術(shù)也有許多缺點(diǎn)，但其卻有著廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)地下滴灌的發(fā)展與應(yīng)用作出綜述，并對(duì)地下滴灌的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行概括。

一、國(guó)內(nèi)外地下滴灌技術(shù)的研究發(fā)展歷程

（一）國(guó)外地下滴灌的發(fā)展

美國(guó)的House在1913年就對(duì)地下滴灌開始了研究，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)水平限制，其并沒有得出這種技術(shù)能夠增加土壤根區(qū)的含水量[2]。到1920年，美國(guó)加利福尼亞州的Charle 申請(qǐng)了一個(gè)多孔灌溉瓦罐的技術(shù)專利，被認(rèn)為是世界上最早的地下滴灌技術(shù)[3]，這也是地下滴灌的原型。在1940年后，由于塑料領(lǐng)域的發(fā)展，這種灌溉技術(shù)開始被采用，但同時(shí)因?yàn)閲婎^較差的均勻度和易堵塞的問題未能解決，直到20世紀(jì)80年代一直都沒有較大的發(fā)展，導(dǎo)致其發(fā)展在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都落后于地面灌溉。80年代之后，由于各種技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低，人們又重新燃起了對(duì)地下滴灌濃厚的興趣，大量的學(xué)者做了很多的相關(guān)工作，取得了很大的發(fā)展。這其中最突出的是Mitcnell等人提出的地下滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行管理指南，這也表示這種技術(shù)逐漸的步入了成熟的時(shí)期。

（二）我國(guó)地下滴灌的發(fā)展

我國(guó)地下滴灌起源于地下水浸潤(rùn)灌溉[4]，一千多年前修建的臨汾龍子祠的泉水灌溉工程就是一種地下灌溉工程，而河南省的濟(jì)源合瓦地就是目前已知的我國(guó)最早的地下滴灌工程。我國(guó)早在1974年就從墨西哥引入了現(xiàn)代的滴灌設(shè)備，在這40多年間，地面灌溉在我們國(guó)家已經(jīng)取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步。最早這項(xiàng)技術(shù)主要用于灌溉果樹，近些年來(lái)也被廣泛的應(yīng)用于我國(guó)的其他地區(qū)，而正是因?yàn)檫@種技術(shù)有著一般滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用的設(shè)備不容易丟失且對(duì)耕作沒有影響，讓我國(guó)相關(guān)方面的研究人員做了很多的嘗試，同時(shí)也取得了一些研究成果，但灌水均勻度和易堵塞的問題一直未能得到很好的解決，導(dǎo)致了大部分工程的失敗?！熬盼濉逼陂g，中國(guó)水利水電科學(xué)院在北京對(duì)自己制造研發(fā)的滴灌專用灌水器進(jìn)行了田間的試驗(yàn)研究。取得了明顯的節(jié)水和增產(chǎn)效果以及相當(dāng)不錯(cuò)的社會(huì)效益。

二、地下滴灌技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）地下滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.節(jié)水效果明顯。相對(duì)于其他的灌水方法，地下灌溉節(jié)水效果明顯。地面灌溉是我國(guó)最早的灌溉方式，水分由地表逐漸濕潤(rùn)到作物的根系，在這期間伴隨著物理蒸發(fā)與地表滲漏，而地表越濕潤(rùn)，蒸發(fā)量就越大。地下滴灌改用管道輸水，有效的減少了輸水過程中的水力損失與滲漏損失，且灌溉時(shí)地表相對(duì)比較干燥，沒有地表水的形成，有效的減少了物理蒸發(fā)，而同時(shí)計(jì)劃濕潤(rùn)層的含水率也低于土壤的飽和含水率，不會(huì)產(chǎn)生深層滲漏。有研究表明，對(duì)不同作物進(jìn)行地下滴灌，灌溉用水只會(huì)占到地表用水的50%～70%。美國(guó)佛吉尼亞州對(duì)玉米用兩種灌溉方式進(jìn)行了試驗(yàn)，兩種灌溉水質(zhì)和方法下產(chǎn)量基本相同，但是運(yùn)用地下滴灌卻節(jié)約了30%的灌溉用水[5]。

2.能夠提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)。因?yàn)檎舭l(fā)量的減少，地下滴灌能夠減少田間小氣候的濕度，保持相對(duì)比較高的地面溫度和土壤溫度，為植物的生長(zhǎng)提供了較好的環(huán)境，讓作物能夠吸收更多的水分，將肥料溶解在水分中安全、有效的輸送到植物的根系，還可以隨時(shí)隨地添加作物生長(zhǎng)不同階段所需的化學(xué)藥品。地下滴灌不會(huì)產(chǎn)生深層滲漏，對(duì)地下水和土壤的污染都相對(duì)減小。對(duì)于作物早熟、越冬都有著比較大的幫助。而且根區(qū)的土壤大多都沒有飽和，為微生物的生長(zhǎng)提供了環(huán)境，減少了病害。有研究表明，對(duì)不同的作物采用地下灌溉技術(shù)進(jìn)行灌溉，其作物的產(chǎn)量和品質(zhì)均有著不同程度的增加。如廣西、廣東的甘蔗種植，應(yīng)用地下滴灌技術(shù)，甘蔗單產(chǎn)從60～74t/hm2提高到120～150t/hm2；甘蔗糖分從11.0%～13.0%提高到14.0%～15.5%[6]。Henggeler在美國(guó)德克薩斯州西部的幾個(gè)縣的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明地下滴灌的棉花產(chǎn)量要比溝灌的棉花產(chǎn)量增產(chǎn)20%左右[7]。

3.自動(dòng)化高，勞動(dòng)生產(chǎn)率大。這種灌溉技術(shù)和現(xiàn)在廣泛使用的一次性滴灌不同，不需要每年都對(duì)設(shè)備進(jìn)行回收和安裝，可以對(duì)其配套自動(dòng)化設(shè)備，可節(jié)省勞力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。可以利用全自動(dòng)的水肥輪灌組進(jìn)行輪灌，控制閘門相對(duì)較少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作便捷。灌溉過程前后地面相對(duì)較為干燥，相對(duì)雜草較少，不需要進(jìn)行較多的田間處理作業(yè)，而且機(jī)械化機(jī)具進(jìn)行田間勞作的影響相對(duì)較小，節(jié)約了人工成本。

4.有較長(zhǎng)的使用壽命，運(yùn)行費(fèi)用較低。將管道埋置在地下，可以很好的避免陽(yáng)光的暴曬，溫度升高和凍脹變化。而且由于埋置在地下，耕作對(duì)其的影響也微乎其微，田間動(dòng)物對(duì)管道的啃食相對(duì)也減弱，這些都延緩了管道的老化，提高了管道的使用壽命。而且通過合理的布置，可以在小流量、低水頭的條件下工作，設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，節(jié)約了能源。

5.對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)沒有破壞。不像地面灌溉那樣對(duì)土壤有著較大的沖刷，土體結(jié)構(gòu)并不會(huì)被破壞。地下滴灌并不會(huì)降低土壤的密實(shí)度，根系相對(duì)具有較高的活力。

（二）地下灌溉技術(shù)的缺點(diǎn)

1.對(duì)各種指標(biāo)的測(cè)量比較困難。地下滴灌系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)是滴灌系統(tǒng)埋入地下，對(duì)灌水器流量不能進(jìn)行直接測(cè)量[8]。因此就很難對(duì)系統(tǒng)的灌水均勻度進(jìn)行評(píng)價(jià)，而灌水的均勻度是對(duì)地下滴灌進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重要的指標(biāo)，灌水的均勻度不僅與灌水器的制造工藝有關(guān)，還與土壤的性質(zhì)有密切的關(guān)系，同時(shí)灌水均勻度較難測(cè)量。

2.毛管容易堵塞。由于地下滴灌的管道通常都埋置在地下，滴頭的出水量較小，且作物根系具有親水性，故容易產(chǎn)生堵塞，植物的根系可能會(huì)進(jìn)入滴頭從而導(dǎo)致灌水器堵塞，應(yīng)當(dāng)定期在灌水設(shè)備內(nèi)加入除草劑。滴灌的灌水器也容易被田間土壤中的細(xì)小顆粒和微生物等堵塞，故應(yīng)當(dāng)減小灌水器的間距，盡量加大灌水器的流量。除了上述的幾種物理化學(xué)堵塞，還有另外一種可能會(huì)導(dǎo)致堵塞的原因：當(dāng)輪灌組停止工作時(shí)，管道內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，可能會(huì)將土壤內(nèi)的土顆粒壓入灌水器而造成灌水器的堵塞。應(yīng)當(dāng)增加空氣閥和排氣閥等設(shè)施，當(dāng)毛管中空氣壓力大時(shí)進(jìn)行排氣，停機(jī)時(shí)加氣減少毛管中的負(fù)壓以防止土壤顆粒進(jìn)入滴頭從而導(dǎo)致堵塞。

3.對(duì)種子發(fā)芽、出苗有不利影響。因?yàn)榈叵碌喂嗟墓艿缆癫卦谕寥纼?nèi)一定的深度，而且滴頭的流量相對(duì)非常小，人們已經(jīng)知道這種灌溉方式土壤的表層相對(duì)來(lái)說(shuō)比較干燥，而且由于滴頭供水不充分，對(duì)于種子發(fā)芽、出苗的影響是非常大的。但往往作物種植之后降雨量并不能保證，為了能夠讓種子發(fā)芽、出苗，還應(yīng)當(dāng)采用其他的輔助灌水設(shè)備來(lái)保證，這樣不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，而且也增加了系統(tǒng)的投資。

4.設(shè)備運(yùn)行期間管理要求高、受環(huán)境影響較大。地下滴灌的管道埋置于地下，運(yùn)行時(shí)檢修復(fù)雜，使得二次堵塞的可能性加大。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，需要的檢修時(shí)間也會(huì)大大增加，且檢修費(fèi)用普遍較高。因此在平常的運(yùn)行管理中要求要嚴(yán)格，要定期的對(duì)管道和灌水器進(jìn)行沖洗，除去附著在管壁和灌水器上的顆粒。由于這種系統(tǒng)自動(dòng)化較高，機(jī)械在地面上的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致土體本身壓縮或破壞，使得管道變形，大大降低灌水器的流量和灌水的均勻度。

5.研究、應(yīng)用起步較晚。相對(duì)于其他的節(jié)水灌溉技術(shù)來(lái)說(shuō)，地下滴灌的技術(shù)研究少、應(yīng)用少，仍然不是很成熟，是否要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)大力推廣還需要進(jìn)一步的研究。

三、結(jié)論

地下滴灌技術(shù)是一項(xiàng)新發(fā)展起來(lái)的節(jié)水灌溉技術(shù)，對(duì)于農(nóng)業(yè)的節(jié)水與增產(chǎn)有著較為顯著的效果。2000年10月，在南非召開的第6次國(guó)際微灌大會(huì)上，地下灌溉技術(shù)被列為今后微灌發(fā)展的方向之一[9]。美國(guó)加利福尼亞州大學(xué)技術(shù)中心主任Dvid F.Zoldoske在第6次國(guó)際微灌大會(huì)上寓言“灌溉的未來(lái)將是地下滴灌”[9]?？梢哉f(shuō)地下滴灌具有良好的發(fā)展前景。在全球水資源緊張的大背景下，發(fā)展地下滴灌技術(shù)是非常有必要的，但目前我國(guó)對(duì)這種技術(shù)的研究并不能達(dá)到實(shí)踐的要求。在地下滴灌技術(shù)的研究中，水的研究是毋庸置疑的，但現(xiàn)代的新型農(nóng)業(yè)本質(zhì)上是利用化學(xué)技術(shù)，所以如何配合肥料的利用、讓水肥的利用率得到提高應(yīng)受到重視，同時(shí)應(yīng)當(dāng)重視利用化學(xué)肥料對(duì)土體和地下水造成的危害，并應(yīng)當(dāng)最大程度的避免。人們應(yīng)當(dāng)努力避免這種灌溉技術(shù)的缺點(diǎn)，大力發(fā)展其的優(yōu)點(diǎn)。灌水器的均勻度較差一直都是困擾地下滴灌發(fā)展的一個(gè)重要因素，在美國(guó)、澳大利亞等西方國(guó)家已經(jīng)有了灌水均勻度較好的設(shè)備，并且技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較成熟，但是價(jià)格卻相對(duì)非常昂貴，這對(duì)我國(guó)是不適用的，我國(guó)應(yīng)當(dāng)發(fā)展屬于自己的，較為便宜且運(yùn)行管理較為簡(jiǎn)單的地下滴灌設(shè)備，探索發(fā)明能解決堵塞，能夠進(jìn)行壓力補(bǔ)償?shù)墓嗨鳎贫ǖ叵碌喂喈a(chǎn)品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，建立自己的技術(shù)體系。