地下滴灌技术的发展应用及存在的问题探讨

地下滴灌技术的发展应用及存在的问题探讨陈越峰（张掖市民乐县洪水河管理处，甘肃张掖734503）摘要：我国西北地区水资源匮乏问题突出，大面积使用节水灌溉技术显得尤为紧迫。

地下滴灌是一种重要的节水灌溉技术，优点明显，但在现实中也存在一系列问题。

该文对地下滴灌技术及其国内外研究进展进行了概括总结，探讨了该技术应用条件下土壤水盐运移特性及其节水高产特性，概述了其优缺点，旨在为相关学者研究地下滴灌技术及为我国节水农业的可持续发展提供一定的参考。

关键词：地埋式滴灌；水盐运移；节水增产；问题中图分类号：S275.6滴灌是通过供水管道系统与安装在毛管上的灌水器，将水分缓慢、均匀地滴入作物根区土壤中的灌水方法。

作为仅湿润作物根区土壤水分的局部灌溉，具有显著的节水效果；由于在灌水时可同时施入肥料，使得肥料的利用率显著增加，这不仅减少了肥料的浪费，同时对土壤理化性状的改善、减少农业面源污染起到了重要作用。

地下滴灌是滴灌的一种重要形式[1]，通过地表以下灌水器施水，其灌水器流量范围和滴灌大致相同[2]。

地下滴灌灌水形式与地表滴灌相比，地表滴灌的水分直接滴入地表，然后在地表缓慢入渗，当滴水流量较大时，往往形成饱水区，使得地表积存大量的水分；地下滴灌是通过管道内供水压力直接将水分滴入耕作层土壤中，然后在土壤中依靠土壤毛管力作用及重力作用扩散到周围土壤中，在这个入渗过程中，地表积水较少。

由于地下滴灌显著降低了地表棵间蒸发的水分，同时具有地表滴灌的相关优点，其优越性较明显，近年来逐渐成为学者们研究的热点，但在实践过程中发现地下滴灌存在一系列问题有待进一步研究。

本文对地下滴灌的国内外发展、水盐运移、节水增产效益及其优缺点进行了概述，可为相关学者研究提供一定的参考。

1地下滴灌技术的国内外发展概况为了达到节水灌溉，研究者们不断进行探索，使得地下灌溉技术不断发展。

地下滴灌的发展始于20世纪初期，其雏形是1920年美国加利福尼亚州的Charle在陶瓷瓦罐四周打孔来灌溉，而且还申请了相关专利[1]。

20世纪40年代，塑料技术的不断发展给地下滴灌技术注入了新的生机，德国开始用塑料管进行试验。

20世纪60年代，用PE、PVC为材料制成的多孔管以及滴头等应用在地下滴灌上，逐渐由试验到大田的发展。

20世纪70年代，地下滴灌已经用于果树及玉米、棉花、马铃薯等大田作物进行试验。

通过一些列的实践检验，发现地下滴灌存在滴灌滴头容易堵塞，灌水均匀性差，系统运行、维护及管理无法保证等问题。

由于地表滴灌带重复使用率低，地表棵间蒸发大等问题，伴随着科学技术的发展，地下滴灌在材料、滴头的结构方面的改进，以及滴灌系统方面的提高，加之其可以重复使用，避免了地表滴灌的相关缺陷，逐渐受到人们的重视。

20世纪80年代，通过改进的地下滴灌系统可运行10年左右，且性能良好[3]。

1982年，Mitchell等[4]完成的《地下滴灌系统设计、安装和运行管理指南》，标志着地下滴灌技术开始其规范化运行阶段。

我国的地下滴灌技术发展较迟，自1974年从墨西哥引进滴灌设备，该项地面节水灌溉技术才在我国迅速发展。

国内研究人员进行了多次尝试，如1978年山西运城地区的地下滴灌试验；“九五”期间，中国水利水电科学研究院对自行研制的地下滴灌系统进行了大田试验，取得了良好的节水效果和社会效益。

近几年，大量的田间试验主要应用在果树[5]、棉花[6-8]、番茄[9]、苜蓿[10]、玉米[11-13]等作物上，取得了良好的效果。

第33卷第5期2017年3月Vol.33No.5Mar.2017甘肃科技Gansu Science and Technology第5期2地下滴灌技术的水盐运移特性水分是影响作物生长的重要因素之一，因此在研究地下滴灌技术时，研究其土壤水分运移规律将成为学者们研究的热点。

Philip[14]在1968年提出地埋点源和球形的二维和三维非饱和水流的数学理论模型。

Zachman和Thomas[15]在1973年提出地下线源的稳定入渗物理过程，并与1974年得出了其解析解。

Warrick[16]在1980年提出各种稳定水头条件下，四条等间距布置的滴灌带线源瞬态和稳态条件下的水流过程，并将其值与用V射线法测量值进行了比较。

仵峰等[17]分析了线水源条件下地下滴灌土攘水运动的物理过程，发现其土攘水分运动是一垂直毛管的平面二维流动，在此基础上建立了饱和—非饱和土攘水二维流动的数学模型。

张和喜等[18]利用TDR 测定土壤含水率，连续观测得到地下滴灌灌水过程中湿润锋的运移动态、灌水完毕时及24h后的土壤含水率分布情况；随着时间的延长，湿润锋的进展速度逐渐减小；灌水完毕时含水率等值线的整体分布近似为椭圆形；由于蒸发因素的存在，接近地表部分的土壤含水率为9.2%，小于土壤初始含水率，停止灌溉24h后，除土壤内部的含水率重新分布之外，土壤湿润体的形状和范围也有了较大的改变，水分达到了地表下70cm处，但湿润体在水平方向的运移却不很明显。

水分在土壤中运移时，对土壤中的盐分运移及其分布产生重要影响。

盐分被水分稀释、溶解并随着水分的运移而运移，这种水盐运移对改善土壤盐碱条件，防止土壤盐碱化具有重要的研究意义。

王振华等[19]在大田条件下，研究新疆棉田地下滴灌水盐运移规律；研究发现，在地下滴灌条件下，棉花全生育期土壤中盐分运移规律为苗期较高，花铃期较低，吐絮期又较高；研究还发现，在经过长时间的灌溉下，盐分水平方向在距滴灌带较远的地方含盐量较高，最后在滴灌带中间位置积聚；水分在垂直方向入渗过程中，在耕作层的含盐量有所降低，耕作层处于脱盐过程，盐分主要向深层运移，最终随着水分及脱盐的过程中，80cm以下的土层积盐较多。

程冬玲等[20]在苜蓿地实施地下滴灌，研究发现，滴灌带的适宜埋深以30~40cm宜，且具有明显冲洗盐分的作用。

孙祎龙等[21]研究发现，将地下滴灌应用在旱薄轻盐碱地上栽培龙冠苹果，较漫灌相比，有较好地生长发育，并可提高新梢生长量23.78%，增粗20%，百叶重提高19.99%，叶片增长0.35cm×0.15cm，基干直径增长93.88%，根量密度提高104.9%，座果率提高10.5%，百果重提高12.23%，株产提17.49%；同时，与漫灌相比，地下滴灌可省水92%。

地下滴灌技术的水盐特性使得盐碱地得到改良，同时增加了作物生长指标和产量，应用前景广阔。

3地下滴灌技术的节水增产效应地下滴灌技术的节水机制，主要是因为其灌水器设置在耕作层的适当位置，灌水时避免了地表滴灌的棵间蒸发。

甚至在适当的流量和适当的埋设位置，达到既满足作物正常的水分状况，还可以保持地表相对干燥，减少地表蒸发，同时抑制了地表杂草的生长。

在灌水的同时，依据作物生长状况，确定适宜的肥料种类和施肥量，达到水肥高效利用和作物高产。

1995年Henggeler的试验结果表明，地下滴灌的苜蓿产量比沟灌棉花产量高出20%左右[3]。

Phene和Beale的研究结果显示，地下滴灌与喷灌和沟灌相比，甜玉米增产12%~14%，与沟灌相比，西红柿增产20%[22]。

王振华等[6]在新疆生产建设兵团农五师90团将地下滴灌应用在棉花上，研究发现，地下滴灌条件下的棉花生育期有所提前、株高较低、铃数较多、叶面积系数较大、根冠比较大、根系发达并有两个根系层，生物学产量和经济产量均比较高。

焦炳忠等[23]在扬黄灌区采用地下滴灌技术栽培玉米，试验结果表明，浅埋式滴灌比露地滴灌的株高、茎粗、叶面积指数和干物质积累量均高；膜下浅埋式滴灌产量分别比露地滴灌提高15.8％；膜下浅埋式滴灌的群体水分利用效率分别比露地滴灌16.1％。

4地下滴灌技术的优缺点4.1地下滴灌技术的优点地下滴灌技术基于其将灌水器埋设在地表以下，减少了地表棵间蒸发，其节水特性是显而易见的；由于地表未被湿润，杂草较地表滴灌相对减少，如1990年Grattan在美国加利福尼亚州进行地下滴灌与沟灌、喷灌加施除草剂，结果发现其除草效果基本一样[24]；灌水的同时施肥，提高了肥料的使用率，达到了节水增产的效果。

地下滴灌与地表滴灌相比，其可以重复使用，不通过每年回收和安装，提高陈越峰：地下滴灌技术的发展应用及存在的问题探讨129甘肃科技第33卷了灌水器的使用效率，避免了材料的浪费和减少了投资；地下滴灌的埋设方式还决定了可以进行机械规模化操作，大大提高了劳动生产效率。

4.2地下滴灌技术的缺点随着地下滴灌技术在大田试验中不断使用，发现其存在部分缺点。

由于地下滴灌埋设在土壤中，导致地下灌水器堵塞问题突出，其原因分析认为，一是灌溉水中含有细颗粒泥沙、未溶解的肥料颗粒以及水肥溶解过程中产生和析出的固体颗粒等；二是由于供水结束时，管道内可能产生负压，导致灌水器负压吸泥，固体颗粒从外部堵塞灌水器；三是由于管道内灌水和施肥，导致某些藻类等微生物积存，从而堵塞了灌水器。

地下滴灌的缺点还表现在对滴灌灌水流量不能直接测量，灌水稳定性和均匀度不易衡量，系统发生故障，如管道漏水，不通水等维修管理较困难。

在管道铺设过程中还可能存在管道折弯，机械、土重的压扁导致通水不畅等问题。

5结语面对当前水资源的有限和水环境恶化现状，以及人口的不断增加、工农业的不断发展，节水栽培技术越来越受到政府以及科研工作的重视。

地下滴灌技术优缺点并存，必须加大资金投入，研发科学、高效的地下灌水器和灌溉系统，并组织研究专家编写相关的规范标准，为地下滴灌节水技术提供实践经验和理论依据，这对我国节水事业的发展意义重大。

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