楊林林 焦有權(quán) 韓敏琦 楊勝敏 張海文

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 102442）

2018 年5 月，中共北京市委北京市人民政府印發(fā)《關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的措施》，北京市將牢牢把握首都城市戰(zhàn)略定位，緊扣北京市“大城市小農(nóng)業(yè)”“大京郊小城區(qū)”的特點，堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，按照產(chǎn)業(yè)興旺、生活富裕的總要求，以建設(shè)美麗鄉(xiāng)村為抓手，高標(biāo)準(zhǔn)、高水平、高質(zhì)量推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。2017 年發(fā)布的《北京市推進“兩田一園”高效節(jié)水工作方案》中要求，在“兩田一園”范圍內(nèi)構(gòu)建起具有國際先進水平的高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)、管理、運營體系。

但北京市的水資源緊缺現(xiàn)狀仍未得到有效緩解。北京市的農(nóng)田高效節(jié)水建設(shè)與國際標(biāo)準(zhǔn)尚有較大差距，尤其是京郊部分山區(qū)農(nóng)村由于自然基礎(chǔ)條件差、資源稟賦不足、經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱、基礎(chǔ)設(shè)施不配套等原因，導(dǎo)致這些地區(qū)處于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平不高、水肥利用率低下、人工投入大、農(nóng)業(yè)成本高、農(nóng)民收入少的惡性循環(huán)中。為進一步推動北京美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，在落后地區(qū)應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，能夠提升當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平，對推進節(jié)水型社會建設(shè)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有積極的意義。

1 項目基本情況

2020 年，北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院立項院級科研課題《京郊山區(qū)林地套種蔬菜高效節(jié)水灌溉技術(shù)的集成與示范研究》，課題擬選定北京市房山區(qū)霞云嶺鄉(xiāng)大草嶺村為示范推廣點，以該村香椿套種茼蒿的主要種植結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，選配適宜的灌溉、施肥系統(tǒng)；配套易于運行操作及維護管理的智能控制系統(tǒng)；通過對灌溉、施肥效果等技術(shù)要點進行系統(tǒng)適宜性評價，提煉易于操作和執(zhí)行的灌溉施肥和運行操作技術(shù)規(guī)程進行集成、示范推廣。本課題實施的主要目的是發(fā)揮農(nóng)業(yè)節(jié)水、節(jié)肥的經(jīng)濟效益，增加農(nóng)民的收入；同時本項目的實施，也可為培養(yǎng)水利專業(yè)人才提供真實的案例。

2 套種模式下灌溉制度的確定

大草嶺村位于北京市房山區(qū)霞云嶺鄉(xiāng)東部，四面環(huán)山，土地面積1 173 hm2，其中基本農(nóng)田42.1 hm2，多為貧瘠的山地；林地面積1 080 hm2，森林覆蓋面積率達到90%。大草嶺村盛產(chǎn)香椿、茼蒿、黃花等多種山野菜，尤其是該村的香椿，遠近聞名。在土地資源有限和進一步增加經(jīng)濟收入的雙重因素推動下，近年來，大草嶺村不斷發(fā)展林下經(jīng)濟，香椿套種茼蒿的種植模式廣泛推廣。但由于經(jīng)濟水平不高，水資源有限，且地塊多為梯田，灌溉較為困難[1]。目前，該村香椿套種茼蒿地塊只配套了部分設(shè)施，且缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，尚不能實施有效的灌溉。

制定的灌溉制度是否合理，直接關(guān)系整個灌溉系統(tǒng)的投資和運行效益。灌水定額確定過大，可能會造成需求流量大、管徑粗，從而會增加工程投資和運行費用；灌水定額確定過小，需求流量雖小，管徑細，但可能會造成作物需水得不到滿足，不能取得較為理想的產(chǎn)量和效益。因此，確定合理的灌溉制度，是微灌系統(tǒng)合理規(guī)劃設(shè)計的關(guān)鍵。微灌灌溉制度的制定，包括確定最大凈灌水定額、設(shè)計灌水周期、設(shè)計灌水定額、一次灌水延續(xù)時間等[1]。

2.1 收集基本資料在確定灌溉制度前，首先應(yīng)收集氣象、作物、土壤等基本資料。氣象資料包括項目區(qū)降水、氣溫等數(shù)據(jù)，作物資料包括生育階段、需水特性、根系發(fā)育特點等數(shù)據(jù)，土壤資料包括土壤質(zhì)地、土壤容重、田間持水量等數(shù)據(jù)。

2.2 最大凈灌水定額最大凈灌水定額根據(jù)式（1）計算[2]：

在式（1）中，mmax指最大凈灌水定額，單位為mm；γ指土壤密度，單位為g/cm3；z指土壤計劃濕潤土層深度，單位為cm；p指設(shè)計土壤濕潤比，單位為%；θmax、θmin指適宜土壤含水率的上限和下限，單位為%。本項目擬采用微噴技術(shù)，土壤濕潤比取p=100%。

2.3 設(shè)計灌水周期設(shè)計灌水周期是指在設(shè)計灌水定額和設(shè)計日耗水量的條件下，兩次灌水之間的最長時間間隔。需要注意的是，設(shè)計灌水周期只是表明系統(tǒng)的供水能力，而不能完全限定灌溉管理時所采用的灌水周期。在實際灌溉時，灌水周期也需要結(jié)合降水的影響進行綜合確定。灌水周期可按式（3）進行確定[2]：

在式（2）、式（3）中，T指設(shè)計灌水周期，單位為d；Tmax指最大灌水周期，單位為d；Ia指日耗水強度，單位為mm/d。

2.4 設(shè)計灌水定額灌水定額按下列公式確定[2]：

在式（4）、式（5）中，md指設(shè)計凈灌水定額，單位為mm；m'指設(shè)計毛灌水定額，單位為mm；Ia指日耗水強度，單位為mm/d。η指灌溉水利用系數(shù)。

2.5 一次灌水延續(xù)時間一次灌水延續(xù)時間應(yīng)按下列公式確定[2]：

對于ns個灌水器繞植物布置時：

在式（6）、式（7）中，t指一次灌水延續(xù)時間，單位為h；Se指灌水器間距，單位為m；Sl指毛管間距，單位為m；Sr指植物的行距，單位為m；St指植物的株距，單位為m；ns指每株植物的灌水器個數(shù)。

2.6 套種模式下制定灌溉制度時的注意事項（1）套種模式下在制定兩種作物的灌溉制度時，應(yīng)詳細收集作物生育階段劃分、需水關(guān)鍵期、需水下限、主要根系層分布等信息，用以分析不同作物是否存在匹配共同灌溉的可行性。

（2）在選取參數(shù)時應(yīng)考慮套種模式的影響，比如香椿套種茼蒿時，在選取茼蒿日耗水強度Ia時，應(yīng)考慮香椿樹遮蔭的影響。

（3）套種模式下，兩種作物是同時灌溉還是分開灌溉，除了考慮灌溉因素外，還需要考慮施肥、施藥因素，同時需要結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的種植習(xí)慣，多因素共同確定最終的方案。

（4）套種模式下，制定的灌溉制度與前后設(shè)計步驟是相互聯(lián)系、相互制約的。如在布置灌溉系統(tǒng)時，不僅要考慮各種作物的需水量差異，還需要考慮是采用兩種作物同時灌溉，還是各自分開灌溉，用以確定灌水器的布置形式和布置間距等。

（5）在制定套種模式下的灌溉制度以及后續(xù)確定工作制度時，要便于農(nóng)戶執(zhí)行；尤其在實際操作中，為了將灌溉施肥與自然降水結(jié)合起來，需要對農(nóng)戶進行有效的指導(dǎo)。

3 結(jié)語

微灌系統(tǒng)灌溉制度設(shè)計的合理性將直接影響系統(tǒng)流量、管道規(guī)格及整個工程的規(guī)模和投資，套種模式下灌溉制度的制定尤為復(fù)雜，需要結(jié)合套種模式合理選擇計算參數(shù)。制定的灌溉制度除了要滿足計算的合理性外，還需要考慮農(nóng)戶使用的便利性，做到理論與實際相結(jié)合。