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国内外果园节水灌溉技术的发展

花匠小妙招
2024-09-16 02:24

果树是农业生产中的一个重要组成部分，是农村经济的一个重要来源。因地制宜地发展果树生产，对于调整农业结构，丰富市场，改善人民的食品结构，满足人民的生活需要，提高农民收入有重要意义。我国水果种植面积一直处于一个高速发展的阶段；据统计，1999年全国果园面积已达866.73hm2，占世界果园总面积的18%。果树的耗水量较大，果树种植面积的不断扩大，将使农业水资源危机不断加剧。

果树种植面积的扩大，不仅在于外在客观因素，也因为果树自身的优点：一是果树自身的经效益高于其它许多农副产品。山西省有关资料报道，旱地苹果经济效益至少5倍于棉花，10倍于小麦。而且发展苹果业能促进贮藏业、运输业、以及乡镇企业的发展，能够大幅度加速聚集社会财力，改善农业生产条件，优化农村产业结构等好处。二是果树不仅有一定的抗旱能力而且在旱地上较其它农作物具有不可比拟的可浇灌性。这一点非常适应当前水资源缺乏，节水灌溉呼声很高的种植要求。果树的一切生命活动与水有密切关系，不仅在果树的整个营养生长期需要足够的水分供应，就是在休眠期也要有一定的水分供应。果树以早熟高产为目标，而合理地进行适时适量灌溉不仅可以促进果树生长健壮，结果早，高产稳产，而且还会影响来年果树的生长发育结果状况，甚至还会影响果树的寿命。

果园要高产优质，需要在果树生长发育的各个阶段，根据植株水生理需求供应适量的水分，这是毫无疑问的。当前中国果业种植中面积大、总产少，大部分果园无水灌溉是主要的原因；水显然是一项最主要的限制产量的因素。要成倍的在短期内将果品产量翻一番，途径之一是成倍的增加分配给果业用的灌溉水资源份额，在现有的基础上成倍的增加果园灌溉面积。途径之二是成倍的提高灌溉水的有效利用率，用同样的水资源分配份额在现有的基础上成倍的增加果园灌溉面积。北京作为我国政治、经济、文化的中心，水资源短缺也尤为严重，近几年来的地下水位下降达1m，而且随着工业的迅猛发展和城市人口的不断增加，各行业的需水量只会增加不会减少，因此要增加农业用水的分配份额是比较困难的。

可见，从总的水资源形势来说，中国果业增产所需水量的缺口，在很大程度上要依靠提高水的利用效率来解决。可见，传统的果树灌溉大水漫灌型必须完成向节水型的转变，切实提高水分利用率和利用效率，发展节水、优质、高产、高效型果业。果树以早熟高产为目标，而合理地进行适时适量灌溉不仅可以促进果树生长健壮，结果早，高产稳产，而且还会影响来年果树的生长发育结果状况，甚至还会影响果树的寿命。在果树发育过程中，对水分的需求十分敏感，水分供应适量时，细胞分裂迅速树叶生长旺盛。水分充足时促进果实膨大并有利于着色。水分供应不足时，果实较小产量低经济效益低。因此只有适时适量地灌水才能保证果实的正常发育和着色。传统的果园灌溉是以大水漫灌为主的地面灌水方式，这种灌水方式不仅浪费了大量的水资源，而且又破坏了土壤结构，费时费工，因此这种灌水方式逐渐被现代节水灌溉技术所替代[6-10]。

1、改进地面灌溉

地面灌溉是最传统的一种灌水方法，也是应用最为普遍的。我国地面灌溉面积占全国灌溉面积的98%以上，大部分果园也采用地面灌溉。这类方法投资少，但费水费工。目前改进的果园地面灌水方法有:沟灌、分区灌、盘灌、穴灌[11-12]。

（1）沟灌

沟灌是在整个果园的果树间开灌水沟，由输水沟或输水管道供水的灌溉方法。灌水沟的间距视土壤类型及其透水性而定。一般易透水的轻质土壤沟距为60-70cm，有结构的中壤土和轻壤土的沟距为80-90cm，重壤土的沟距为100-120cm，灌水沟深度取决于灌水沟距离果树树干的远近而定。距树干远的灌水沟应深一些，反之应浅些。一般灌水沟深约为20-25cm，近树干的灌水沟深约12-15cm，单沟灌水的流量通常为0.5-1.0l/s，灌水沟的长度，在土层厚、土质均匀的果园可达到130cm左右。若土层较浅土质不均匀，则沟长不易大于90cm.沟灌的主要优点是湿润土壤均匀、灌水量损失小，可以减小土壤板结和对土壤结构的破坏。土壤通气良好，并方便机械化耕作。因此，沟灌是果园中较合理而又节水的一种地面灌水方法。缺点是开沟劳动量大，坡地易造成土壤冲刷。

（2）分区灌

分区灌是在果树间筑土埂，埂高一般为15-20cm，把果园划分成许多长方形或正方形的小区，由输水沟向各小区供水的灌溉方法，称分区灌。一般一棵树为一个独立的小区。这种灌水方法能使灌溉水分与果树根系相接触，使整个根系受水均匀。但其主要却缺点是破坏土壤结构，使土壤表面板结，需培筑许多纵横土埂，既费劳力又妨碍机械化耕作。

（3）盘灌

盘灌是在每棵树干周围的地面上，用土埂围成圆形或方形浅坑如盘状，由输水沟或输水管道引水入浅坑的灌水方法。盘灌方法简单易行，但土壤水分仅分布在树根附近，根群部分水量较少，从而缩小了果树根系的湿水范围，并会影响机械耕作，土壤易板结，以及还有灌水效率不高等缺点。

（4）环灌

环灌是修筑直径为树冠直径2/3-3/4并带有土埂的环形沟，由输水沟向环形沟供水的灌溉方法。环灌湿润土壤范围较小，主要湿润果树根群部分的土壤，因此灌水量较小，用水较经济。此外，环灌对土壤结构的破坏也较小，但对机械化耕作仍有一定程度的妨碍。环灌多应用于幼龄果树，是一种较好的果园节水灌水方法。

（5）穴灌

穴灌是在树冠下挖穴并向穴内注水进行灌水的方法。开挖穴数随树冠大小而定，一般采用10个左右，穴深一般为60-80cm，直径约为30cm.近年来穴灌已与贮肥、施肥技术相结合这样一来既增肥又保墒。此灌水技术在水源较远，又无灌溉设施，需要人工运水的山丘的地区应用较多。穴灌因开挖穴数过多会造成伤根，而且需要花费的人力、物力多。

2、喷灌

喷灌是用压力管道输水，再由喷头将水喷射到空中形成细小雨滴均匀地洒落到地面湿润土壤，以满足作物的需水要求。喷灌始于19世纪末，在第二次世界大战后开始走向成熟并在欧美国家推广应用。我国于20世纪70年代中期引进喷灌技术，先应用于果园后推广至大田，到目前为止已获得了显著的经济效益和社会效益。目前全国喷灌面积约120万hm2，用水量所占总灌溉用水量的比例很小。喷灌具有如下优点:（1）省水。与地面灌水法相比可省水20%-30%，灌水均匀度为80%-90%；（2）省地、省工、增产。采用喷灌可节省占地面积7%-10%，喷灌可调节田间小气候有利于作物生长，一般可提高产量10%-20%；（3）对地形、作物、土壤等条件适应性强。但喷灌无法避免对土壤的冲刷，在山丘区更为如此，还可能会引起树干病害，灌水均匀度容易受到果树的影响。同时喷灌一次性投资成本大、能耗大，在经济不足、能源紧张的地区使用受到限制。且喷灌受风影响很大，水的飘移损失较严重，所以在受风影响大的地区就不宜采用[12]。

3、微喷灌

微喷灌技术是近年发展起来的一种节水灌溉技术。微喷技术的特点它是通过有压管网将首部加压的水输送到田间，再经过特制的雾化喷头将水喷洒呈雾状进行灌溉。雾灌雨滴直径小于0.5mm，喷水如“牛毛细雨”，使作物处于雾覆盖中，既补充了土壤水分，同时又可增加作物的株间湿度，调节株间温度，改善田间小气候。特别在干旱高温、低湿时，雾灌能使作物株间湿度提高20％以上，温度降低3-5℃，叶片相对含水量增加10％-15％，从而减缓或消除因高温、低湿抑制作物光合作用的“午睡”现象，促使作物正常生长。由于雾滴小，无打击力，不会损伤作物的嫩叶幼芽，不会引起土壤板结。但容易产生堵塞问题，灌溉质量受地形影响，工程造价较高，适用于经济作物灌溉，管理要求高，难度大[12-13]。

4、渗灌

果园渗灌法是指通过地埋毛管上的灌水器缓慢出流渗入附近土壤，再借助于毛细管作用将水分扩散到整个根层供作物吸收利用的方法。渗灌水切口的流量是一个变值，流量随管壁周围土壤水分增大而减小，而滴灌切口的流量是一个定值。渗灌于80年代初期主要用于果树作物。1982年Mitchell等人提出了渗灌系统设、安装和运行管理指南，意味着渗灌技术开始步入成熟阶段。我国于80年代以后对不同管材为渗水管进行了田间试验研究。但该方法的技术要素及设备等问题仍有待进一步研究。渗灌溉投资成本虽低于喷灌，但存在着地下渗口堵塞不易检修等问题使得灌溉设备寿命降低，投资回收率也较低，而且在无降雨的地区单纯滴灌果树，湿润土层较浅而局部根系横向生长差，使其抗旱与抗风能力降低[14-15]。

5、小管出流灌溉

小管出流灌溉系统是中国农业大学水利与土木工程学院研究开发成功的一种微灌系统。它主要是针对微灌系统在使用过程中，灌水器易被堵塞的难题和我国农业生产管理水平不高的现实，打破微灌灌水器流道的截面通常尺寸（一般直径为0.5~1.2mm），而采用超大流道，以φ4PE塑料小管代替滴头，并辅以田间渗水沟，形成一套以小管出流灌溉为主体的符合实际要求的微灌系统。这些特点正好与当前我国果树栽培管理水平相适应，因而该项技术自1978年在北京市海淀区果园试验以来，很快得到推广应用[16]。

6、滴灌

滴灌是“滴水灌溉”的简称，它是利用滴灌系统的设备把灌溉水和溶于水的化肥溶液加压（或利用水源的自然势能）、过滤后，通过各级管道（一般为塑料制品）输送到田间，再通过滴头将水以水滴形式不断地湿润作物根系最发达部分的土体的一种局部灌水技术。滴灌是人们一直追求发展但迄今仍未很好解决的问题[17-22]。滴灌的发展可以追溯到1880年，德国人利用排水瓦管进行的地下灌溉试验，结果发现作物产量成倍增加，CharlesLee在1920年申请了瓦管灌溉的专利。1920年德国首次采用穿孔管灌溉，使水沿着管道输送时从孔眼流出，这就是孔口式滴头的雏形，在出流方面取得重大突破，但由于在制造技术上的问题，这种灌水方法未能得到发展。1934年Robey在其研究中利用帆布管渗水灌溉，成为滴灌的另一种形式。50年代后期以色列成功研制了长流道滴头，使滴灌技术取得了突破性的进展。60年代以后，先进的塑料加工技术进一步促进了滴灌事业的发展，出现了各种性能优良、适用多种条件的滴灌设备。特别是近十年来，滴灌在世界各国开始了飞速发展。以色列在微（滴）灌产品的开发利用上走在了世界的前列，尤其是迷宫式流道灌水器和压力补偿滴头滴头、滴灌带的研制，使滴灌设备在防堵性能和出水均匀度方面得到了极大改善。

我国在不断改进传统地面灌水技术的同时，自1974年由墨西哥引进首套滴灌系统代以来，滴灌技术得到了大力发展。经过众多科研、生产以及政府主管部门的大力合作和对国外滴灌技术引进、消化吸收得基础上，我国研制开发了大流道微管式滴头系列及组合式滴头、大流量隔板式滴头、大孔口滴头系列、压力补偿式滴头、双上孔滴灌带和内嵌式滴灌带。1991年北京绿源公司引进了以色列第三、第四代的补偿式和台风式滴头生产技术；1994年河北龙达公司引进了以色列第二代迷宫式滴灌管的生产技术与生产线[17-20]。以色列在沙漠地区的灌溉方式试验表明，滴灌使西红柿、甜玉米、棉花增产达1.67-2.33倍，这使得滴灌在这个国家迅速发展并扩展到果树等其它作物上，到1983年时全国灌溉面积已达60000hm2，目前，作者所见到的出版物中关于苹果等果树滴灌的研究报道最早的国家当数以色列。美国是滴灌起步较晚但发展最快的国家。1960年，美国安装了第一批滴灌设备，滴灌面积600hm2，但到1972年底就增加到8000hm2，1984年发展到26万hm2，滴灌面积居世界之首，在苹果等果树的生产中发挥了重大作用。其它一些国家，如墨西哥、南非、巴西、澳大利亚、新西兰等果树滴灌也很发达。

目前，滴灌已引起世界各国的广泛重视，所灌溉的作物已由果树、蔬菜、花卉、温室和大棚作物扩展到棉花、玉米、甘蔗、小麦、药材等大田、露地作物；灌溉的区域也由干旱地区向半干旱、半湿润地区发展。在国外各主要苹果生产国里，现在滴灌已极为普遍。我国滴灌是在1974年引进国外技术、设备的基础上，结合我国实际情况改进和创新而发展起来的，最早进行果树滴灌技术试验的有北京、山西、辽宁等省、市。据统计，1983年，全国约有滴灌面积12000hm2，其中辽宁省有10000hm2，占全国滴灌面积的5/6，灌溉的作物几乎全是果树，而且以苹果为主。现在，我国各省、市、自治区都有滴灌，灌溉的作物正从经济作物扩展到大田作物，但是果树仍然是主要的，计有苹果、梨、桃、杏、葡萄、柑桔等十几种。

但是，我国各地的滴灌事业发展很不平衡，西北地区只有甘肃省古浪马路滩林果良种试验场一处，规模大、技术装备水平堪称一流，邹家华、姜春云两位前副总理曾亲临现场视察。同时，全国很多地方还都只是在尝试阶段，技术设备上也还在国产化、系列化、优质化、高效化的道路上继续攻关，但20多年来的实践已初步展示了滴灌在我国苹果生产中的价值[22，45]。