馬千雅

(新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心，新疆 烏魯木齊 83000)

自古以來(lái)，盆地綠洲便成為新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，而其中綠洲農(nóng)業(yè)又是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支撐力量，綠洲農(nóng)業(yè)主要依靠灌溉，灌溉又離不開(kāi)水資源，因此水資源的利用率變得尤為重要。據(jù)資料顯示，目前新疆農(nóng)業(yè)灌溉面積僅有39.2%采用了高效節(jié)水灌溉技術(shù)，仍有超過(guò)一半的農(nóng)業(yè)耕作面積未采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，農(nóng)業(yè)灌溉有效利用系數(shù)為0.47。如果節(jié)水灌溉技術(shù)能夠在新疆地區(qū)大面積推廣，會(huì)明顯提高該地區(qū)水資源利用率，極大減少水源浪費(fèi)。因此，需要研究適用于新疆盆地農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉新技術(shù)。

國(guó)內(nèi)許多專(zhuān)家均對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查研究，柴付軍、汪希成對(duì)新疆兵團(tuán)棉花膜下滴灌技術(shù)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益研究，提出了技術(shù)改進(jìn)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)之間的聯(lián)系[1]；王巧麗調(diào)查發(fā)現(xiàn)在我國(guó)北方地區(qū)，低壓管道輸水灌溉技術(shù)已逐漸成為主流灌溉技術(shù)[2]；孫曉琴研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)灌溉技術(shù)在灌溉周期內(nèi)平均水流速度只有波涌灌溉的1/3～1/2，并得到波涌灌溉節(jié)水效果顯著其水資源利用率較傳統(tǒng)灌溉提高18.82%[3]；康紹忠、杜太生、潘英華等對(duì)交替隔溝灌溉技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該節(jié)水灌溉技術(shù)在提高水資源利用率的同時(shí)，也能保證農(nóng)作物的光合作用效果[4- 6]。本文在總結(jié)前人研究理論和技術(shù)的前提下，對(duì)新疆地區(qū)管渠灌溉這種新型地面節(jié)水灌溉裝置的適用性進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)于提高新疆盆地農(nóng)業(yè)用水效率具有重大意義。

1 工程概況

灌水試驗(yàn)區(qū)選定新疆東北部，該地區(qū)海拔550～1250m，地勢(shì)平坦，起伏波動(dòng)較小，最低處為湖泊，氣候特點(diǎn)屬于典型的溫帶大陸性氣候，降雨量少，氣候干燥，水資源匱乏[7]。據(jù)水文氣象資料顯示[8- 9]，試驗(yàn)區(qū)年均降水量40mm，蒸發(fā)量320mm，地區(qū)耕地土壤分布特征垂直分布，且層間差異較大，土壤層以礫質(zhì)灰黃土、中礫石土為代表，土層中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮含量豐富，整片區(qū)域地勢(shì)平坦、地質(zhì)松軟，適合大面積機(jī)械化耕種。試驗(yàn)區(qū)的土壤基本物理參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)表層土基本物理參數(shù)

2 灌溉試驗(yàn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為獲取不同灌溉技術(shù)在新疆盆地的適用性，特選取新疆昌吉市示范農(nóng)田為試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行不同灌溉技術(shù)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)選定15個(gè)相鄰田畦，田畦長(zhǎng)120m，寬1.5m，其中1～5號(hào)為試驗(yàn)P組，采用傳統(tǒng)聯(lián)系畦灌；6～10號(hào)為試驗(yàn)S組，采用波涌流灌溉；11～15號(hào)為試驗(yàn)T組，采用自動(dòng)管渠灌溉。其中，所有試驗(yàn)田開(kāi)頭結(jié)結(jié)尾試驗(yàn)田為緩沖畦，數(shù)據(jù)采集時(shí)不予考慮。分別在所有試驗(yàn)田畦里種植行距60cm，株距20cm的玉米，玉米生長(zhǎng)期間，所有田畦間整地至管理均統(tǒng)一進(jìn)行，試驗(yàn)過(guò)程中分別對(duì)各組田畦內(nèi)玉米在同時(shí)期采用不同灌溉技術(shù)進(jìn)行澆灌。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

試驗(yàn)過(guò)程中主要對(duì)3種不同灌溉方式下澆灌效果進(jìn)行對(duì)比，選定評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為灌溉均勻度、節(jié)水率和灌溉水有效利用率進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)灌溉效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

灌溉均勻度是指灌溉水在田畦內(nèi)的均勻分布程度，評(píng)價(jià)方法為灌溉結(jié)束2d后，沿畦長(zhǎng)方向不同深度處土壤含水率進(jìn)行對(duì)比分析。

節(jié)水率是滿(mǎn)足澆灌前提下，相比較于傳統(tǒng)畦灌(P組)方式下每畦灌溉水量，用不同灌溉技術(shù)所能節(jié)約的水量，具體計(jì)算如下：

式中，Vc—畦灌水量；Qc—畦灌流量；tc—畦灌時(shí)間；Vs—波涌灌水量；Qs—波涌灌流量；tc—波涌灌時(shí)間；SR—節(jié)水系數(shù)。

灌溉水有效利用率是指灌溉水被能被作用有效利用的程度，文章研究是指灌溉1d后，作物根系計(jì)算區(qū)域范圍內(nèi)存儲(chǔ)水量與總灌溉量之間的比值，計(jì)算公式如下：

式中，Hi—第i個(gè)取樣點(diǎn)作物根區(qū)沿畦長(zhǎng)方向滲水深，mm；Vi—第i個(gè)取樣點(diǎn)代表畦段作物根區(qū)沿畦長(zhǎng)儲(chǔ)水量，m3；V1—灌溉1d后，作物根區(qū)儲(chǔ)水量，m3；bi—計(jì)算畦長(zhǎng)寬度；Ea—灌溉水有效利用率；ΔWi—計(jì)算土層含水率變化值；Δhi—土層計(jì)算厚度，mm;Havg—計(jì)算田畦作物根區(qū)滲水深度平均值，mm；n—計(jì)算田畦長(zhǎng)度方向段數(shù)；ΔH—第i個(gè)取樣點(diǎn)作物根系水入滲深度與該計(jì)算段平均入滲深度。

3 灌溉結(jié)果分析

3.1 灌溉均勻度分析

利用不同灌溉方式下，灌溉24h和48h后玉米在畦長(zhǎng)方向和計(jì)算深度80cm范圍內(nèi)土壤含水率進(jìn)行測(cè)量分析，詳細(xì)測(cè)量結(jié)果如圖1—2所示。

圖1 灌溉前24h土壤水分含量

由圖1中灌溉前24h土壤水分含量可以看出，灌溉前田畦內(nèi)水分沿畦長(zhǎng)呈現(xiàn)無(wú)差異變化，整體變化幅度不大；沿深度方向整體呈現(xiàn)深度越大，土壤含水率越大的趨勢(shì)。

圖2 灌溉后48h土壤水分含量

由圖2中灌溉后48h土壤含水率隨著深度增加，土壤含水率逐漸增大明顯，對(duì)比圖1和圖2可以得到，土壤含水率在灌溉后出現(xiàn)明顯增加。分析圖2中，灌溉后土壤含水率沿畦長(zhǎng)方向變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，沿畦長(zhǎng)0～30cm范圍內(nèi)，3種灌溉技術(shù)下土壤含水率差異不大，均表現(xiàn)為沿畦長(zhǎng)方向均勻變化；30～60cm范圍內(nèi)，3種灌溉技術(shù)下土壤含水率沿畦長(zhǎng)方向開(kāi)始表現(xiàn)出一定的差異性，但差異性較??；60～90cm范圍內(nèi)，3種灌溉技術(shù)下土壤含水率差異較為明顯，具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)畦灌技術(shù)灌溉時(shí)，畦尾與畦首測(cè)土壤含水率差異較大，波涌灌溉次之；管渠灌溉時(shí)，畦首和畦尾土壤含水率差異較小，均保持在33%～37%范圍內(nèi)。由此說(shuō)明，管渠灌溉較其他兩種灌溉方式具備明顯的灌溉均勻性，使用管渠灌溉能夠有效提高灌溉均勻度[10- 13]。

3.2 節(jié)水率分析

依據(jù)試驗(yàn)田3種灌溉技術(shù)作用下灌溉流量和灌溉時(shí)間，分別得到傳統(tǒng)畦灌、波涌灌溉和管渠灌溉下各畦田灌水量，得到相應(yīng)的節(jié)水率見(jiàn)表2。

由表2中不同灌溉方式下節(jié)水率關(guān)系可以看出，相比較傳統(tǒng)畦灌，波涌灌溉節(jié)水率為16.16%，管渠灌溉節(jié)水率為19.35%。對(duì)比可知，

表2 不同灌溉方式下灌溉節(jié)水率

管渠灌溉節(jié)水效果更為明顯。

3.3 灌溉水有效利用率分析

利用灌溉水有效利用率計(jì)算式對(duì)灌溉結(jié)束后48h作物灌溉水有效利用率進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)表3。

表3 灌溉水有效利用率

由表3可知，傳統(tǒng)畦灌灌溉水有效利用率為42.53%，波涌灌溉水有效利用率為57.41%，管渠灌溉中灌溉水利用率為59.69%，即波涌灌溉和管渠灌溉較傳統(tǒng)畦灌灌溉水有效利用率分別提高14.88%和17.16%。由此說(shuō)明，管渠灌溉水利用率最高，波涌灌溉次之，傳統(tǒng)畦灌最低，得出地面灌溉中使用管渠灌溉能夠有效提高灌溉水利用率，使灌溉水得到充分的利用[14- 15]。

3.4 渠灌技術(shù)與水質(zhì)要求

傳統(tǒng)畦灌和波涌灌溉由于其灌溉適用度大而被廣泛應(yīng)用，其對(duì)水質(zhì)要求不高，普通溝渠水即可直接使用。分析目前較為先進(jìn)的微灌和噴灌技術(shù)，其具有明顯節(jié)水率高、受環(huán)境影響小等特點(diǎn)，但是微灌和噴灌技術(shù)投資高，需要專(zhuān)人進(jìn)行維護(hù)和檢修，同時(shí)，微灌和噴灌技術(shù)需要使用專(zhuān)用噴灌設(shè)備，且澆灌過(guò)程需要水頭較大，因此，微灌和噴灌出水孔較小。所以對(duì)水質(zhì)要求較高，進(jìn)一步增加了澆灌成本。對(duì)比之下，管渠灌溉制造過(guò)程經(jīng)濟(jì)，且制造過(guò)程簡(jiǎn)單，由于其管道口徑大，管渠灌溉對(duì)水質(zhì)要求不高，值得進(jìn)一步在其他地區(qū)進(jìn)行推廣使用。

4 結(jié)語(yǔ)

為研究管渠灌溉技術(shù)在新疆盆地的應(yīng)用研究，利用疆昌吉市某試驗(yàn)田進(jìn)行了不同灌溉方式作用下試驗(yàn)研究得到了如下結(jié)論：

(1)管渠灌溉后土壤不同深度含水率差異性最小，波涌灌溉次之，傳統(tǒng)畦灌最大，表明管渠灌溉具備較好的灌溉均勻性。

(2)相比較傳統(tǒng)畦灌，波涌灌溉節(jié)水率提升16.16%，管渠灌溉節(jié)水率提升19.35，表明管渠灌溉具備較好的節(jié)水性。

(3)傳統(tǒng)畦灌、波涌灌溉和管渠灌溉灌溉水利用率分別為42.53%、57.41%和59.69%，相較于傳統(tǒng)畦灌，波涌灌溉和管渠灌溉灌溉水利用率分別提升14.88%和17.16%，得出了管渠灌溉灌溉水利用率較高。

(4)管渠灌溉具備投資經(jīng)濟(jì)、適用性廣等特點(diǎn)，且對(duì)水質(zhì)要求較低，值得進(jìn)一步推廣使用。