霍恒志,陳丙義,陳 成,萬春雁

(江蘇丘陵地區(qū)鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇句容 212400)

梨是我國三大水果之一,據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù),2018年中國梨栽培面積94.3萬hm2,總產(chǎn)量1 607.8萬t,中國梨栽培面積和總產(chǎn)量均占世界總量的70%左右。梨樹是需水較多的果樹品種,水是梨樹健壯生長、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要物質(zhì)條件。成年梨樹的年需水量為5 295～8 460 t/hm2,砂梨品種需水量更多。因此,灌溉是生產(chǎn)出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)梨果的必要措施[1-3]。我國是一個水資源相對貧乏的國家,人均擁有量僅為2 300 m3,是世界上13個貧水國之一。全國農(nóng)田灌溉用水量為3 500億m3,占總水量的67%[4-5]。我國農(nóng)業(yè)灌溉利用率較低,為30%～40%,農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率較高的國家的水資源灌溉利用率可達(dá)70%～80%。因此,發(fā)展節(jié)水灌溉高效農(nóng)業(yè)是解決我國農(nóng)業(yè)用水危機的必然選擇[6-8]。我國地形種類多,山地丘陵面積較廣,在丘陵山地上發(fā)展果樹產(chǎn)業(yè)是常見的土地利用方式之一,但丘陵山地果園灌溉較平原灌溉難度大。在目前嚴(yán)峻的水資源危機和干旱化趨勢下,傳統(tǒng)的梨園灌溉必須轉(zhuǎn)向節(jié)水灌溉。因此,科學(xué)設(shè)計灌溉系統(tǒng),提高果園灌溉水利用效率是緩解水資源匱乏及實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的有效措施[9-13]。節(jié)水灌溉是在合理的時間和適量的范圍內(nèi)對果樹進行灌溉,其是以果樹的正常生長為前提,以最少的水量獲得最大收益。簡而言之,果園節(jié)水灌溉是用盡可能少的灌水量,生產(chǎn)出盡可能多的優(yōu)質(zhì)果品。丘陵山地果園,從簡單、經(jīng)濟、實用、耐用的角度考慮,一般采用壓力灌溉系統(tǒng)或自壓驅(qū)動的灌溉系統(tǒng)[14-15]。目前節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展較快,不同類型的農(nóng)作物都有適用于自己的節(jié)水灌溉方式。比較流行的節(jié)水灌溉方式有滴灌、噴灌、微噴灌等。以上灌溉系統(tǒng)由水源、首部樞紐、輸配水管道、灌水器4部分組成。丘陵地區(qū)水源一般有河流、水庫、池塘、地下水等;首部樞紐包括電機、水泵、過濾器等;輸配水管道包括主、干、支管道及管道控制閥門;灌水器包括滴頭、微噴頭、滴灌帶和滴灌管等。筆者以水平棚架梨園為灌溉對象,對5種灌溉方式的成本投入、灌溉效果、節(jié)水可操作性進行分析,以期為篩選適合丘陵地區(qū)水平棚架梨園節(jié)水灌溉的有效技術(shù)和方法提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 灌溉試驗地概況試驗設(shè)在句容市華陽鎮(zhèn)鎮(zhèn)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院梨試驗園內(nèi)。試驗區(qū)面積為0.72 hm2,坡度為15°,長方形地塊。栽培模式為梨水平棚架兩主枝和三主枝栽培,8年生,株行距4 m×4 m,行向為順坡,共31行,每行13株,主栽品種為翠冠、豐水、幸水。水源為池塘,水質(zhì)一般。

1.2 材料首部樞紐為油浸式潛水電泵,上海錢濤機電制造有限公司生產(chǎn),三相380 V,額定功率4 kW,流量12.5 m3/h,揚程50 m,配管50 mm。所用輸配水管道及灌水器均為上海華為節(jié)水灌溉股份有限公司生產(chǎn)。主、干、支、毛管道為PE材料,規(guī)格分別為50、32、25、5 mm;滴灌帶、滴灌管直徑為16 mm,滴頭間距15 cm;箭式滴頭裝置由一出四分配器、毛管及滴箭組成;平面霧化微噴裝置由倒鉤、毛管、重錘及平面霧化噴頭組成;旋轉(zhuǎn)微噴裝置由倒鉤、毛管、重錘及旋轉(zhuǎn)微噴頭組成。

1.3 方法2020年7—8月,在干旱天氣下進行梨園灌溉試驗,為了效果更加明顯、清晰,試驗前進行割草清耕。試驗共設(shè)計5個處理,分別為滴灌帶(Ⅰ)、滴灌管(Ⅱ)、箭式滴頭(Ⅲ)、平面霧化微噴(Ⅳ)和旋轉(zhuǎn)微噴(Ⅴ),均為順坡進水灌溉。每處理1行,灌溉面積0.02 hm2,3次重復(fù),進行3次灌溉試驗。同時,以旋轉(zhuǎn)微噴為調(diào)查對象,分別以灌溉行數(shù)和灌溉時間作為處理,分別設(shè)6個和7個處理。滴灌帶、滴灌管采取地面鋪設(shè),行間距1.0 m,滴頭間距0.3 m,通過旁通閥連接在干管上;箭式滴頭的支管采取地面鋪設(shè),通過異徑三通和球閥連接在干管上,行間距2.0 m,用一出四分配器,間距1.2 m,采用打孔方式連接在支管上,再用毛管連接,安裝滴箭,滴箭間距0.3 m(可根據(jù)需要平移滴箭位置);平面霧化微噴和旋轉(zhuǎn)微噴采用水平棚架上方鋪設(shè)支管,每條支管通過異徑三通和球閥連接在干管上,與梨樹同行,行間距4.0 m,微噴頭裝置,通過雙倒勾連接在支管上,間距2.0 m,以梨樹為中心順行上下各1.0 m安裝,微噴頭垂直離地0.5 m。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式投入成本由表1可知,各處理固定成本均為4 500元/hm2,包括水泵、主管、干管、過濾器、閘閥及連接配件的投入。處理Ⅰ滴灌帶成本6 000元/hm2,處理Ⅱ滴灌管成本12 000元/hm2,處理Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ在支管、毛管和滴、噴頭(套)分別投入9 300、10 080和10 080元/hm2成本。處理Ⅰ成本最低,僅10 500元/hm2,折算成本為3 495元/(hm2·a);處理Ⅱ成本最高,達(dá)16 500元/hm2,折算成本為4 125元/(hm2·a),為各處理中成本最高;處理Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ成本均在16 500元/hm2以下,處理Ⅲ折算成本為3 450元/(hm2·a),處理Ⅳ和Ⅴ折算成本最低,均為1 455元/(hm2·a)。

表1 九渡村文化資源基礎(chǔ)情況

表1 不同灌溉方式的成本投入

2.2 不同灌溉方式的灌溉效果由表2可知,處理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ對水壓力要求不高,分別是40～200、80～250和50～350 kPa,同時流量較小,均在2.0 L/h及以下,滴水滲透半徑分別為0.4、0.4和0.8 m,過濾精度均為120目,對水質(zhì)要求較高,抗堵性差;處理Ⅳ和Ⅴ對水壓力要求稍高,為200～300 kPa,流量均為40.0 L/h,噴灑半徑分別為1.5和2.5 m,對水質(zhì)要求一般,抗堵性好。

表2 不同灌溉方式的灌溉效果

2.3 不同灌溉方式的基本排布及灌溉效果由表3可知,處理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ排布的行間距1.0～2.0 m,滴、噴頭間距0.3 m,灌溉均勻度50%～60%,水分利用率在45%～55%,節(jié)水率50%～60%,田間可操作性難;處理Ⅳ和Ⅴ噴頭排布的行間距4.0 m,滴、噴頭間距2.0 m,灌溉均勻度95%,水分利用率在90%,節(jié)水率在95%以上,田間可操作性容易。

表3 不同灌溉方式的基本排布及灌溉效果

2.4 旋轉(zhuǎn)微噴不同灌溉面積對灌溉效果的影響以處理Ⅴ作為調(diào)查處理對象,共設(shè)6個處理,灌溉行數(shù)分別是8、10、12、14、16和18行。由表4可知,隨著灌溉行數(shù)的增加,灌溉面積和所需微噴頭個數(shù)也增加,此時支管水壓力減小,噴頭流量、噴射半徑也減小。灌溉12行時,灌溉面積為0.248 hm2,微噴頭數(shù)量為312個時,灌溉均勻度最高,達(dá)到100%,噴射半徑為2.0 m,能覆蓋全園,此時灌溉效果最好。

表4 旋轉(zhuǎn)微噴不同灌溉面積對灌溉效果的影響

2.5 不同灌溉時間對灌溉效果的影響采用12行處理進行灌溉試驗,共設(shè)7個處理,以不同灌溉時間作為處理,分別為1、2、3、4、5、6、7 h。由表5可知,隨著灌溉時間的延長,每個噴頭出水量和水分滲透土壤深度隨之增加,以地表有無徑流為標(biāo)準(zhǔn),灌溉4和5 h處理水分滲透土壤深度分別為19和23 cm,地面無徑流,灌溉效果最佳。

表5 不同灌溉時間對灌溉效果的影響

3 小結(jié)與討論

該試驗結(jié)果表明,對于丘陵山地,特別是有棚架的果園,適合灌溉方式有旋轉(zhuǎn)微噴和平面霧化微噴。其方法與棚架的可利用性相結(jié)合,使灌溉支管排布或懸吊在棚架上,可順著種植行進行排布,且噴頭垂直離地有一定的距離,便于機械作業(yè),與田間的刈草、打藥、施肥等生產(chǎn)管理互不干擾,是目前最有效的精準(zhǔn)灌溉方式之一。也可結(jié)合水溶性肥料實現(xiàn)水肥一體化,能達(dá)到簡單易行、省工省心、節(jié)肥節(jié)水的效果,對于氣象性、季節(jié)性的嚴(yán)重干旱,采取高效節(jié)水的灌溉系統(tǒng),可最大限度地減少干旱帶來的損失,是目前應(yīng)對干旱最有效的手段之一,對于人力勞作不便的高落差丘陵山地來說更是如此[3]。

同時,果園灌溉時期一定要掌握好,因為各種果樹需水量和需水規(guī)律不盡相同,同種果樹在各生育期的需水量也不同。如梨的年生長周期中,在果實迅速膨大期,需水量最多,此時氣溫較高,同化作用強,葉面蒸騰量大,也是花芽大量分化期,如果缺水,不但會影響果實膨大,甚至?xí)斐陕淙~、落果,降低產(chǎn)量,同時還影響花芽健壯分化及來年的產(chǎn)量[12-13]。

果園節(jié)水灌溉是一個系統(tǒng)性工程,在安裝設(shè)計前,首先要根據(jù)果園的地形、面積的大小、水源的遠(yuǎn)近及揚程的高低,來確定水泵功率及流量的大小[5]。其次是考慮能同時灌溉多的面積,減少灌溉時間,合理配備主、干、支管道的粗度。此外,在安裝的過程中必須進行調(diào)試,來確定噴頭離地高度和噴嘴的大小,每一塊果園地勢坡度和坡長都不一樣,這些都是必須考慮的因素。因此,只有科學(xué)地設(shè)計灌溉系統(tǒng),才能提高果園灌溉水利用的效率,真正達(dá)到果園集約化管理的目的。

近年來,節(jié)水灌溉得到了快速發(fā)展,灌溉方式進一步向集約節(jié)約化轉(zhuǎn)變,農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)也穩(wěn)步提高。實踐證明,發(fā)展高效節(jié)水灌溉是加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的一項重要舉措,要從“工程、農(nóng)藝、品種”3方面全方位加快推進高效節(jié)水灌溉,進一步激發(fā)高效節(jié)水灌溉的創(chuàng)新發(fā)展。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所所長周國民提出,智慧灌溉就是應(yīng)用新一代信息技術(shù)賦能灌溉工程,以數(shù)據(jù)知識為基礎(chǔ)、模型算法為核心、裝備產(chǎn)品和系統(tǒng)平臺為載體,通過灌溉全過程全環(huán)節(jié)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化,構(gòu)建最適水田、作物關(guān)系,實現(xiàn)節(jié)水、高效、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)協(xié)同。并從“多元感知、智能決策、精準(zhǔn)作業(yè)、綜合管理”4個方面構(gòu)建智慧灌溉技術(shù)體系,面向不同區(qū)域、產(chǎn)業(yè)、場景提出智慧灌溉綜合解決方案,增加智慧灌溉在農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用。