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标题 棚室滴灌灌溉制度特点分析
范文 焦艳平+王福田+武兰春等

摘要：滴灌技术是一种小流量、长时间、高频率和灌水均匀的局部灌水方式。通过对拟定滴灌灌溉制度的主要参数进行取值分析，提出了滴灌灌溉制度的灌水特点；总结了滴灌灌溉制度对土壤水分、土壤结构以及棚室温湿度的调控功能；提出了实现滴灌灌溉制度的技术措施；给出了实用型滴灌灌溉计划的制定方法。
关键词：滴灌；灌溉制度；灌水定额；灌水周期；蒸发皿系数；土壤水势监测；变频控制
中图分类号：S275.6；S274.1文献标志码：A文章编号：
1672-1683（2015）001-0066-03
Analysis on features of drip irrigation schedule in Greenhouse
JIAO Yan-ping1，2，WANG Fu-tian1，2，WU Lan-chun1，2，GU Bao-qun1，2，ZHANG Lin1，2
（1.Hebei Provincial Academy of Water Resources，Shijiazhuang 050051，China；2.Hebei Engineering Research Center for Water Saving in Agriculture，Shijiazhuang 050051，China；）
Abstract：Drip irrigation technology is a low-flow，long-time，high-frequency and good-uniformity of local irrigation methods.By analyzing the main parameters of the irrigation schedule，the features of drip irrigation system were proposed，regulation effects on soil water content，soil structure，interior soil temperature and air humidity were summed up.The design measures of drip irrigation system were proposed，as well as the applied methods for drip irrigation scheduling.
Key words：drip irrigation；irrigation schedule；irrigation quota；irrigation interval；pan evaporation coefficient；soil water potential monitoring；variable frequency control
滴灌是通过管道系统将水输送到灌溉地段，利用安装在末级管道上的灌水器，将作物所需要的水和养分一滴一滴，均匀而又缓慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水方法[1]。与传统的沟畦地面灌溉技术相比，滴灌是小流量、长时间、高频率和灌水均匀的局部灌水方式。滴灌技术特有的灌溉制度对土壤水分状况、土壤结构特性和棚室温湿度都具有良好的调控功能，但是需要进行分组轮灌或变频技术保证工程安全运行，并可通过监测土壤水分或作物生长环境要素来制定相应的灌溉计划。
1滴灌灌溉制度拟定
1.1 灌水定额
灌水定额计算公式如式（1）[2]。
m=0.001γZP（θmax-θmin）/η（1）
式中：m为灌水定额，单位灌溉面积上一次灌水量（mm）；γ为土壤容重（g/cm3）；Z为土壤计划湿润层深度，需水关键期作物主要根系活动层深度（cm）；P为设计土壤湿润比，地表下20～30 cm深度的湿润面积与总面积的比值（%）；θmax、θmin为适宜土壤含水率（重量百分比）上下限（%）；η为灌溉水利用系数。
公式（1）是各种灌水方式下拟定作物灌溉制度时灌水定额的通用计算公式。但不同的灌水方式下，公式中参数的取值存在很大差异，参数取值的大小导致灌水定额的高低。
滴灌与传统地面灌相比，由于计划湿润层深度小，设计土壤湿润比小，适宜土壤含水率上限降低，下限提高，灌溉水利用系数提高，最终计算出灌水定额减小具体见表1。
对于一般蔬菜作物而言，滴灌次灌水量为5～10 mm左右，沟畦灌次灌水量为10～15 mm左右。
表1滴灌与传统地面灌灌水定额计算参数取值对比
灌溉方式计湿润层深度设计土壤湿润比适宜土壤含水率上下限灌溉水利用系数
滴灌一般为20～30 cm60%～90%滴灌含水率上限比传统地面灌数值小一般为0.95
传统地面灌比滴灌数值大等于1滴灌含水率下限比传统地面灌数值大一般为0.8
1.2灌水周期
灌水周期计算公式如式（2）[2]。
T=（m/Ea）×η（2）
式中：T为灌水周期，满足作物需水要求两次灌水之间的时间间隔（d）；Ea为设计耗水强度，一般情况下，露地蔬菜耗水强度为4～7 mm/d，棚室蔬菜耗水强度2～4 mm/d。
与地面沟畦灌相比，滴灌次灌水量小，在二者设计耗水强度相差不大的情况下，滴灌的灌水周期也相应缩短，即所谓滴灌的小水“勤灌”。
一般情况下，蔬菜滴灌的灌水周期为1～5 d，蔬菜沟畦灌的灌水周期为3～10 d左右。
1.3一次灌水延续时间
一次灌水延续时间计算公式如式（3）[2]。
t=mSeSl/q（3）
式中：t为一次灌水延续时间（h）；m为设计灌水定额；q为滴头流量（L/h）；Se为滴头间距（m）；Sl为毛管间距（m）。
由于滴灌滴头流量小，一般情况下棚室蔬菜滴头流量为2～3 L/h，滴头间距20～30 cm，滴灌管线行距为0.8～1.2 m左右，一垄一行种植作物时取小值，一垄双行种植作物时取大值，一次灌水时间一般为2 h左右。沟畦灌水时，单井出水量在40 m3/h时，单个棚室一次灌水时间一般小于1 h。
通过以上灌溉制度的拟定过程可知，滴灌灌水与传统沟畦灌相比，滴灌属于小流量、高频率和长时间的灌水方式。
2滴灌灌溉制度的优势
2.1维持土壤较优的水分状况
传统地面灌溉灌水以后土壤含水量迅速增加，当土壤含水量高于田间持水量时，多余的水分在重力作用下向下运动，造成水分和肥料的深层渗漏，同时使得土壤中空气减少，影响根系的活性。
滴灌的小流量高频灌溉，作物生育期土壤平均含水量大、土壤储水量变化小[3]，可以控制根区土壤长时间保持适宜棚室果蔬生长的水分状况，有利于果蔬生长发育和产量品质的提高。
2.2保持土壤疏松的结构特性
传统地面灌溉灌水周期长、次灌水量大，水分入渗过程剧烈，当土壤入渗能力小于供水能力时，在土壤表层形成一定厚度水层，冲蚀土壤表层结构，破损土壤表层团聚体，并且土壤水分运动主要在通气孔等大孔隙中进行，破碎的表团聚体随水下渗，造成土壤孔隙的堵塞和土壤板结。
滴灌以点水源扩散的方式向土壤供水，水分一滴一滴缓慢均匀地渗入土壤，渗水压力极小，水分主要在土壤的毛管孔隙中运动，是一种不饱和的运动方式，对土壤结果影响最小，土壤表层结构疏松，土壤孔隙多为土壤团粒之间的细小孔隙，分布均匀[3]，土壤孔性良好的土壤能够满足作物对水分和空气的要求，有利于养分状况的调节，有利于植物根系的伸展。
2.3控制棚室适宜的温湿度
传统沟畦灌的棚室，一次灌水量大，地温快速下降，且回升缓慢；另外棚室内地面全面灌溉，蒸发量加大，室内湿度增高。
滴灌属于小流量局部灌溉，滴头流量根据土壤的入渗率和扩散率确定，均匀缓慢地向根系土壤层供水，地表湿润范围小，土壤表面大部分保持干燥，能较好地稳定地温，减少水分蒸发，降低室内湿度。采用膜下滴灌，保温减湿效果更佳。棚室覆膜滴灌可以实现果蔬提前上市，减少病虫害发生。
3滴灌灌溉制度的技术措施
3.1合理规划，分组轮灌
目前河北省广大井灌区棚室农业生产中，单眼机井的出水量一般为15～50 m3/h左右，棚室生产采用传统地面沟畦灌水方式时，可以采用一棚一户一井的灌水方式。
滴灌用水与传统沟畦灌水不同，大部分单个棚室的滴灌流量远远小于机井的出水量，采用滴灌系统灌溉时，不仅要考虑单个棚室的灌水时间，更要注意单个棚室的灌溉流量，合理组合多个棚室进行同步灌溉。
以河北省典型日光温室的规模8 m×80 m为例，单条滴管带长度7.5 m，滴头间距0.3 m，滴管带行距0.9 m，滴头流量2.5 L/h，则单条滴灌带滴头数量25个，温室布置滴管带88条，单个温室灌溉流量5.5 m3/h，机井出水量为15～50 m3/h时，同时工作的温室数量应为3～9个。
3.2科学设计，变频控制
实际棚室农业生产中，由于土地家庭承包导致的棚室细碎化布局和作物杂乱化种植现象严重，棚室农户之间经常出现随机用水现象，不能按照设计的轮灌组制度进行灌溉。在这种情况下，水泵上安装变频控制系统就是最科学的选择。
常见变频控制系统由压力传感器和变频器（含可编程控制器）组成，安装在管网中的压力传感器用于检测管网中的水压值，将压力转变为电流信号提供给可编程控制器与变频器，变频器是水泵电机的控制设备，按照水压恒定需要，将频率信号供给水泵电机，调整其转速。出现用水量变化、水压不够或断水的情况下，变频器就会在设定好的参数下开始自动调节工作，用水量较小的时候变频器设定的输出频率就会降低，已达到既满足供水要求又能节电的目的。水泵的变频调速属于无级变速恒压供水，不同于阀门调节，可以实现流量的连续调节和机组的稳定运行。
4实用型滴灌灌溉制度制定方法
4.1蒸发皿系数法
用蒸发皿水面蒸发量Epan为参数估算作物需水量的方法，被国内外广泛应用于大田和温室作物。蒸发皿和小型蒸发器测定值包含温度、湿度、风速和太阳辐射等多种因素的影响，很多国家将小型蒸发器用于灌溉时间和灌溉量的确定。用蒸发皿测定的水面蒸发量，通过换算系数可以转化为参考作物的蒸散值，可以以旬为单位累计计算，也可以逐日计算。通过监测作物水分状况以及土壤水分状况，建立作物灌溉计划，与置于作物冠层（或者具有代表地点）的蒸发皿的水面蒸发量建立关系，找出不同作物的蒸发皿系数，或者同一作物不同生长阶段的蒸发皿系数。
原保忠[4]对大田马铃薯研究表明：滴灌条件下，对于20 cm口径蒸发皿，当蒸发皿系数小于0.75时，产生水分胁迫，蒸发皿系数为1.0和1.2时，马铃薯产量差距不明显。原保忠[5]对滴灌条件下日光温室番茄研究发现，在整个生育期，番茄耗水量与室内20 cm 蒸发皿水面蒸发量比值为1.0左右。王舒[6]对山西温室黄瓜研究得出盛瓜期耗水量与室内蒸发量的比值1∶1。在广西甘蔗产区，综合考虑甘蔗产量、品质、含糖量和灌溉水利用效率，选择冠层顶部水面蒸发量的1.00倍作为甘蔗栽培的灌溉量[7]。
康跃虎总结出[8]：在冠层顶部放置一个 20 cm标准蒸发皿，灌溉频率一定，将一个灌水周期内蒸发皿的蒸发量乘以比例系数作为下一个灌水周期的灌水量。对于大部分日光温室和塑料大棚栽培的作物来说，只要将这个比例系数定为1，灌水周期定为每天1 次、每 2 天 1 次或每 3 天 1 次，就能获得比较理想的产量。
4.2土壤水势监测法
在作物主要吸水根系附近埋设监测土壤水分或土壤水势的传感器，当土壤干燥到一定程度时，便开始灌水，从而确定灌溉时间。土壤基质势是用来衡量土壤基质对水的吸附能力，在作物灌溉计划的制定方面是一个非常重要的指标，利用土壤基质势制定灌溉计划是一个非常实用的方法。国内外很多学者通过试验对多种作物的适宜土壤基质势控制水平进行了研究。华北平原露地覆膜滴灌栽培条件下，土层20 cm 处茄子的适宜土壤基质势控制在-50 kPa[9]。河北太行山山前平原日光温室覆膜滴灌栽培条件下，土层20 cm 处彩椒的适宜土壤基质势控制在-20～-30 kPa[10]。
康跃虎总结出[8]：将真空表负压计埋在滴头正下方 20 cm深度处监测土壤水势，每次的灌水量相同，或者将作物整个生育期分为2～3 个生长阶段，每个生长阶段内每次的灌水量相同，只要土壤水势超出预定的范围，就进行灌溉。对于大部分作物，只要每次的灌水量在 5 mm左右，土壤水势保持在-25～-35 kPa的范围内，就能获得比较理想的产量。
5结语
与传统地面沟畦灌水方式相比，滴灌小流量、长时间、高频率的灌水方式，决定了拟定棚室作物滴灌灌溉制度的特点：单次灌水量减少，一次灌水时间趋长，生育期灌水次数增多，灌水周期缩短。针对滴灌灌溉制度的特定，在工程规划设计中必须采用分组轮灌或变频控制技术保证工程安全运行，并可利用实用的蒸发皿系数法和土壤水势监测法制定滴灌灌溉计划。
参考文献：
[1]
水利部农村水利司，中国灌溉排水发展中心.微灌工程技术[M].郑州：黄河水利出版社，2012.
[2]GB/T 50485-2009，灌工程技术规范[S].
[3]梁小宏.喷灌对作物生长影响的机理研究[D].北京：中科院地理科学与资源研究所，2007.
[4]Yuan B Z，Soichi N，Kang Y H.Effects of different irrigation regimes on the growth and yield of drip-irrigated potato.Agricultural Water Management[J].2004（67）：63-76.
[5]原保忠，康跃虎.番茄滴灌在日光温室内耗水规律的初步研究[J].节水灌溉，2000（3）：25-27.
[6]王舒，李光永，孟国霞，等.日光温室滴灌条件下滴头流量和间距对黄瓜生长的影响[J].农业工程学报，2005，21（10）：167-170.
[7]李毅杰，王维赞，何红，等.基于蒸发皿水面蒸发量的甘蔗滴灌栽培灌溉量研究[J].南方农业学报，2013（7）：1130-1134.
[8]康跃虎.实用型滴灌灌溉计划制定方法[J].节水灌溉，2004（3）：11-15.
[9]万书勤，康跃虎，蒋树芳，等.整枝和滴灌灌溉制度对番茄产量品质和耗水的影响[J].节水灌溉，2013（5）：17-21.
[10]焦艳平，张艳红，赵勇.日光温室滴灌条件下土壤基质势对彩椒生长的影响研究[J].
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更新时间：2025/3/15 19:49:59