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　　地下滴灌是微灌技術(shù)的典型應(yīng)用形式之一，它是指水通過地埋筆管上的灌水器緩慢出流，滲入附近土壤，再借助毛細(xì)管作用或重力作用將水分?jǐn)U散到整個(gè)根層供作物吸收利用。由于灌水過程中對(duì)土壤結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小，有利于保持作物根層疏松通透的環(huán)境條件，并可減少土面蒸發(fā)損失，故地下滴灌技術(shù)具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效益。此外，田間輸水系統(tǒng)地埋后便于農(nóng)田耕作和作物栽培管理，且地埋后管材抗老化性能增強(qiáng)，且不易丟失或人為損壞。本文試圖對(duì)地下滴灌技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，給出目前的研究狀況及存在的問題。

　　一、發(fā)展歷史

　　第二次世界大戰(zhàn)后，塑料工業(yè)的發(fā)展為滴灌技術(shù)應(yīng)用帶來新機(jī)遇，地下滴灌技術(shù)作為滴灌技術(shù)的一種形式開始被采用。地下滴灌管一般采用尼龍或 PVC材質(zhì)，并在管壁鉆孔、扎也或切口制成灌器使用。這種地下滴灌系統(tǒng)運(yùn)行于低水頭下，對(duì)水質(zhì)和過濾設(shè)備要求較低，應(yīng)用中面臨的主要問題是供水均勻性差，滴孔易堵塞。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，伴隨著科技進(jìn)步與發(fā)展，地面滴灌設(shè)備無論是在滴頭類型還是毛管性能方面均得到較大改善，但對(duì)地下滴灌系統(tǒng)，除在毛管鋪設(shè)方法及打孔手段上有所改觀外，灌水均勻性差、出水孔易堵塞等問題依舊存在，地下滴灌技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于地面滴灌技術(shù)。從20世紀(jì)80年代至今，有關(guān)地下滴灌技術(shù)及其應(yīng)用的研究主要集中在改進(jìn)灌水器質(zhì)量、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)、研制過濾器和施肥裝置等方面。與此相關(guān)的大量研究成果陸續(xù)涌現(xiàn)，其中最為醒目的是Mitcnell等人于1982年提出了地下滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行管理指南，這意味著地下滴灌技術(shù)開始步入成熟階段。

　　我國自1974年從墨西哥引入滴灌設(shè)備至今，地面滴灌技術(shù)應(yīng)用和設(shè)備開發(fā)已取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。但地下滴灌技術(shù)的初步應(yīng)用則始于20世紀(jì)80 年代初期，主要用于果樹作物。近年來，這些技術(shù)在山西省運(yùn)城地區(qū)得到大面積應(yīng)用，取得了一引起研究成果，但由于采用人工扎孔方式制成灌水器，應(yīng)用中系統(tǒng)供水均勻性較差、出水孔易堵塞等問題沒有得到很好解決，影響到地下滴灌系統(tǒng)的正常使用和運(yùn)行。

　　二、應(yīng)用及效益

　　地下滴灌技術(shù)在國外已等到廣泛應(yīng)用，服務(wù)對(duì)象以經(jīng)濟(jì)作物最為常見，多集中在果樹、蔬菜和其他高產(chǎn)值作物上；大田作物中也有少量使用，以棉花和玉米作物為主。國內(nèi)地下滴灌技術(shù)的應(yīng)用以果樹為主，目前在山西運(yùn)城地區(qū) 7667h平方米的地下滴灌面積中，果樹、蔬菜和大田作物的比例分別占總數(shù)的78.3%、4.3%和17.4%，大田作物是棉花和冬小麥。

　　地下滴灌條件下的作物產(chǎn)量高于或至少等于其它灌水方法下的相應(yīng)值，而灌溉用水量則顯著小于后者。 Adamsen對(duì)地下滴灌和噴灌進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果表明，地下滴灌下的花生產(chǎn)量明顯高于噴灌方法下的產(chǎn)量，而對(duì)玉米產(chǎn)量，兩者間沒有顯著差別，然而前者省水約30%。DeTar等人對(duì)地下滴灌與地面溝灌進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)顯示出，砂壤土質(zhì)下，地下滴灌的棉花產(chǎn)量較高，砂質(zhì)土?xí)r，兩者產(chǎn)量基本相等，但無論對(duì)哪類土壤，地下滴灌用水量都較溝灌低40%。Hjenggeler對(duì)美國得克薩斯州西部地區(qū)進(jìn)行大面積調(diào)查表明，地下滴灌與溝灌相比，棉花產(chǎn)量可提高20%。Phene 等人的研究結(jié)果說明，在美國南卡洛雷納州，地下滴灌條件下的甜玉米產(chǎn)量比溝灌高1%～14%，番茄產(chǎn)量高20%，甘藍(lán)和夏季南瓜產(chǎn)量均提高35% ，而玉米、棉花、高梁、甜瓜和部分蔬菜的產(chǎn)量基本持平。山西運(yùn)城地區(qū)的資料表明，與地面灌溉方法相比，果樹可節(jié)水75%，增產(chǎn)50%，西瓜節(jié)水60%，增產(chǎn)30%，而對(duì)大田作物，平均節(jié)水達(dá)50%，增加產(chǎn)量30%以上。地下滴灌技術(shù)不僅節(jié)水增產(chǎn)效果明顯，還具有節(jié)省勞力、能源等諸多優(yōu)點(diǎn)，此外還能有效地抑制雜草生長(zhǎng)。 Grattan等人發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)用地下滴灌的地塊在不使用除草劑條件下，田內(nèi)雜草生產(chǎn)程度明顯低于使用溝灌和噴灌方法并施用除草劑的地塊，但在降雨較多的濕潤(rùn)地區(qū)，效果并不明顯。

　　三、研究現(xiàn)狀

　　1.設(shè)備及灌水器

　　國外使用的地下滴灌設(shè)備均來自地面滴灌系統(tǒng)，灌水器采用內(nèi)鑲式或帶有補(bǔ)償性能的滴頭以確保系統(tǒng)供水均勻性。由于系統(tǒng)停止供水時(shí)易在管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，造成管外土壤顆粒內(nèi)吸而引起滴頭堵塞，故常在系統(tǒng)上安裝真空破壞裝置，這對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行管理要求較高。由于作物根系的親水性，根系在毛管滴頭四周的旺盛發(fā)育有可能造成灌水器孔口堵塞，有人試圖在滴灌水器堵塞的目的。山西運(yùn)城地區(qū)在地下滴灌中使用的灌水器是在毛管上利用簡(jiǎn)易工具人工扎眼形成出水孔，該結(jié)構(gòu)形式不具備防堵和壓力補(bǔ)償功能，有待改進(jìn)和完善。中國水利水電科學(xué)研究院在北京大興縣開展的有關(guān)地下滴灌室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果證明，對(duì)內(nèi)鑲式或帶有補(bǔ)償性能的滴頭采用外包無紡布處理地埋后，既可獲得較為理想的防負(fù)壓堵塞效果，又能在適當(dāng)?shù)拿荛g距布設(shè)范圍內(nèi)獲得較高的灌水均勻度。對(duì)于滴頭防負(fù)壓堵塞問題，除考慮在地下滴灌系統(tǒng)中設(shè)置真空破壞裝置外，研制一種既可防止負(fù)壓堵塞，又具有良好壓力補(bǔ)償和調(diào)節(jié)功能的灌水器是十分必要的。

　　2.毛管埋深間距

　　毛管埋深通常需考慮以下幾個(gè)因素：一是田間耕作深度，避免因耕翻土壤造成系統(tǒng)管網(wǎng)損壞。對(duì)無需耕作的作物（如草皮、紫花苜蓿等），可根據(jù)土壤質(zhì)地和作物根系發(fā)育深度等條件減小毛管埋設(shè)深度；二是土壤條件，對(duì)土壤導(dǎo)水性能較強(qiáng)的輕質(zhì)土，則可適當(dāng)增加埋深來減少因地表濕潤(rùn)引起的無效土面蒸發(fā)損失?；麑觾?nèi)含有透水性較差的黏土夾層時(shí)，毛管埋深要考慮其影響，如毛管埋在該夾層以下，會(huì)影響土壤水分向上運(yùn)動(dòng)，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育不利。最后是作物生長(zhǎng)發(fā)育期，由于幼苗根系較淺吸水范圍有限，毛管埋深較大無疑不利于作物生長(zhǎng)，但較淺的埋深又將無法滿足作物后期對(duì)水分需求。有時(shí)為了保證苗期土壤墑情，作物生長(zhǎng)前期使用其他灌溉方法，后期再采用地下滴灌方式，但會(huì)增加灌溉成本費(fèi)用，降低收益率。綜合考慮上述因素，毛管埋深多介于20～70cm之間。以山西運(yùn)城地區(qū)情況為例，果樹下的埋深一般在40～50cm，大田作物則為35～40cm較為適宜。

　　毛管埋設(shè)間距主要取決于當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤質(zhì)地和作物種類。對(duì)于種植在沙性土壤或干旱地區(qū)的作物而言，較小的毛管間距有助于田間土壤水分均勻分布，當(dāng)然這將增加投資成本。在多雨濕潤(rùn)地區(qū)，可以使用較寬的間距，但這取決于作物類型、土壤條件和可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平。一般較窄的間距多用于平播密植類作物，如草皮、小麥等，而較寬的間距則常見于蔬菜、果樹、棉花、玉米等行播作物，毛管應(yīng)置于窄行間。運(yùn)城地區(qū)的果樹滴灌一般采用3m間距，權(quán)株排列不正規(guī)的果園使用隨行布設(shè)形式，棉田的毛管間距是1.2～1.5m，小麥田多采用1.0～1.2m的距。

　　3.灌溉制度

　　地下滴灌制度一般以實(shí)測(cè)或計(jì)算的騰發(fā)量、土壤和作物特性為依據(jù)制定。若按作物耗水速度確定灌水時(shí)間，應(yīng)按小定額多次灌水的方式；當(dāng)土壤水分下降下某個(gè)限值時(shí)才考慮灌水，則需數(shù)天供水1次。對(duì)蔬菜等水分含量較多的作物通常使用前一種灌水頻率，果樹和大田作物則適宜于后一種灌溉制度。Caldwell等人的研究結(jié)果表明，只要土壤含水量保持在可允許范圍內(nèi)，采用每日灌水1次與周灌水1次的灌溉制度對(duì)玉米產(chǎn)量沒有影響。 EL-Gindy等人對(duì)每天灌水 1次和每 3天灌水1次的周期進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，高頻次小流量的灌溉制度不僅能較大幅度地提高番茄和黃瓜的產(chǎn)量，還能改善根層內(nèi)的土壤水分布，提高水分利用率，這非常適宜于地下滴灌系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)。在山西運(yùn)城地區(qū)，蘋果樹年內(nèi)一般滴灌3～5次，小麥通常灌溉2～3次，每次用水230～450m3/hm2。

　　4.化肥和農(nóng)藥施用

　　滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一就是可以在整個(gè)作物生育期內(nèi)，適時(shí)適量地通過微灌施肥技術(shù)高效地將肥料、微量元素和農(nóng)藥等作物生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)分和物質(zhì)按比例精確的施用到作物根區(qū)土壤，這既可以提高肥料利用率，又能減少因灌溉淋洗產(chǎn)生的溶質(zhì)數(shù)量，減輕對(duì)地下水的污染，并節(jié)省大量施肥勞力。 Mikkelsen根據(jù)研究結(jié)果得出結(jié)論，與地面灌溉方法相比，地下滴灌條件下磷肥施用量較少，主要原因就是因肥料被直接施用到作物根層，明顯減少了流失量。為延長(zhǎng)地下滴灌系統(tǒng)使用壽命、防止灌水器堵塞，除對(duì)灌溉水進(jìn)行適當(dāng)過濾、清除雜質(zhì)外，還可在系統(tǒng)中隨水注入適量稀鹽酸，定期清除地下滴灌系統(tǒng)內(nèi)滋生的微生物以及灌水器內(nèi)的沉淀物，這同時(shí)也能起到減輕灌溉水堿性的作用。這些措施在國外已得到普遍重視并投入實(shí)際應(yīng)用，國內(nèi)仍處于將化肥技術(shù)溶于灌溉水中應(yīng)用的初級(jí)階段，對(duì)系統(tǒng)管件進(jìn)行化學(xué)處理、清除根系和沉積物的應(yīng)用研究還未提到議事日程。

　　5.設(shè)計(jì)與管理

　　地面滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法同樣適用于地下滴灌系統(tǒng)，特別是在管道水力學(xué)性能和灌水均勻性方面。地下滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及管理具有自身的特殊性，首先設(shè)計(jì)中必須考慮在系統(tǒng)上安裝進(jìn)排氣閥門，防止斷水進(jìn)行更好的過濾處理，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施定期沖洗。與地面滴灌相比，地下滴灌系統(tǒng)的檢修更為困難，在設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)對(duì)此問題給予重視。

　　6.經(jīng)濟(jì)適宜性

　　Henggeler等人發(fā)現(xiàn)將棉花溝灌改為地下滴灌后，能獲得較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，對(duì)玉米大豆作物而言，與中心支軸式噴灌系統(tǒng)相比，地下滴灌方法具有較高的經(jīng)濟(jì)可行性。山西運(yùn)城地區(qū)的資料數(shù)據(jù)也表明，就當(dāng)?shù)厥褂玫暮?jiǎn)易地下滴灌系統(tǒng)而言，每公頃果園的投資成本是4500元、大田為6000元。該投入強(qiáng)度低于當(dāng)?shù)夭捎霉潭ㄊ絿姽嗟耐度?，雖高于地面灌溉的投資，但其節(jié)水、擴(kuò)灌、增產(chǎn)效果非常明顯。當(dāng)然僅就灌水技術(shù)本身，很難得出哪種方法更為經(jīng)濟(jì)適宜的結(jié)論，它取決于自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩大因素。其中關(guān)鍵因素是當(dāng)?shù)乜衫玫乃Y源數(shù)量以及獲取它的成本費(fèi)用隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。在類似山西運(yùn)城這樣典型的干旱缺水地區(qū)，工業(yè)和城市用水激增導(dǎo)致可供農(nóng)業(yè)使用的水量銳減，這對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提出更高的要求。由于地下滴灌系統(tǒng)具有無可辯駁的節(jié)水增產(chǎn)效益，從而在一定程度上，增加了人們選擇地下滴灌方法的迫切性和必要性。

　　7.主要問題

　　由于地下滴灌系統(tǒng)埋設(shè)在地下，使得人們無法直接觀測(cè)到灌水器出流狀況和灌水效果。當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行檢修時(shí)，往往要比地面滴灌系統(tǒng)投入更多的時(shí)間，耗費(fèi)更多的人力物力，管理費(fèi)用也相對(duì)較高。其次，為防止水中雜質(zhì)引起的灌水器堵塞以及滴頭負(fù)壓堵塞等問題，必須在系統(tǒng)內(nèi)增加相應(yīng)的附加設(shè)備，并對(duì)管路經(jīng)常進(jìn)行沖洗。沖洗閥及進(jìn)排所閥的安裝勢(shì)必增加系統(tǒng)的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，在某些情況下將致使地下滴灌技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性大打折扣。

　　四、結(jié)論 作為滴灌技術(shù)的一種再現(xiàn)形式，地下滴灌技術(shù)表現(xiàn)出的特點(diǎn)和優(yōu)越性使其從20世紀(jì)80年代初始，就作為一門獨(dú)立的灌水技術(shù)得到相應(yīng)發(fā)展。由于這種灌水形式具有顯著的節(jié)水增產(chǎn)效果，在農(nóng)業(yè)灌溉水資源日益緊缺的今天，其對(duì)灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義和作用。

　　在地下滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行管理中，應(yīng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的特殊性給予足夠重視。其中毛管埋深與間距要根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥罈l件、作物種類、耕作措施等因素確定。為提高我國地下滴灌技術(shù)的應(yīng)用水平，當(dāng)務(wù)之急是研制出一種既可防止負(fù)壓堵塞、又具有較佳壓力補(bǔ)償性能的地下滴灌灌水器，與此同時(shí)，還要積極開發(fā)與地下滴灌技術(shù)田間適宜性研究相關(guān)的工作。