膜下滴灌技術(shù)及其機(jī)理清楚明了

膜下滴灌技術(shù)及其機(jī)理

一、膜下滴灌的概念及來(lái)源1、問題的提出

兵團(tuán)棉花膜下滴灌技術(shù)始于石河子墾區(qū)，地處新疆天山北麓，全國(guó)第二大沙漠-古爾班通古特沙漠的南緣。該區(qū)年降雨量100-200mm，蒸發(fā)量高達(dá)2000-2400mm，屬干旱-干涸地帶，沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè)。本區(qū)屬新疆工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的天山北坡經(jīng)濟(jì)帶，但水資源相對(duì)匱乏。要維持當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，維護(hù)生態(tài)平衡，唯一的出路就是節(jié)水。由于農(nóng)業(yè)用水量比高達(dá)95％，因此，節(jié)水的首要對(duì)象是農(nóng)業(yè)節(jié)水。

2、膜下滴灌定義

膜下滴灌，顧名思義，是在膜下應(yīng)用滴灌技術(shù)。這是一種結(jié)合了以色列滴灌技術(shù)和國(guó)內(nèi)覆膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的新型節(jié)水技術(shù)。利用使帶肥的灌溉水成滴狀、緩慢、均勻、定時(shí)、定量地灌溉到作物根系發(fā)育區(qū)域，使作物根系區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)。地膜覆蓋具有保墑、提墑、滅草、增加地溫、減少作物棵間水分蒸發(fā)的作用。膜下滴灌，即在滴灌帶或滴灌毛管上覆蓋一層地膜。這種技術(shù)是通過可控管道系統(tǒng)供水，將加壓的水經(jīng)過過濾設(shè)施濾“清”后，和水溶性肥料充分融合，形成肥水溶液，進(jìn)入輸水干管-支管-毛管（鋪設(shè)在地膜下方的灌溉帶），再由毛管上的滴水器一滴一滴地均勻、定時(shí)、定量浸潤(rùn)作物根系發(fā)育區(qū)，供根系吸收。膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用3、滴灌的發(fā)展

1996年在農(nóng)八師121團(tuán)25畝鹽堿地上首次進(jìn)行了膜下滴灌試驗(yàn)。

1999年兵團(tuán)開始推廣，2006年底，面積達(dá)610萬(wàn)畝。此間由兵團(tuán)科委、石河子大學(xué)等單位承擔(dān)的“干旱區(qū)棉花膜下滴灌綜合配套技術(shù)研究與示范”課題榮獲2004年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。4、地膜的種類按照地膜的性能與應(yīng)用范圍，一般將地膜劃分為以下幾種類型：（1）無(wú)色透明地膜：優(yōu)點(diǎn)膜透光性好，土壤增溫效果明顯，早春可使耕層土壤增溫2～4℃，高溫時(shí)期膜下地表溫度可達(dá)60℃以上，適用于東北、西北、華北等低溫、寒冷的干旱與半干旱地區(qū)應(yīng)用。缺點(diǎn)透明地膜因?yàn)橥腹庑院茫采w下面易生雜草，所以在鋪膜前最好噴灑除草劑。低壓高密度聚乙烯地膜（HDPE）：俗稱高密度地膜或普通地膜，厚0.015mm左右。強(qiáng)度高、光滑、柔軟性差、保溫保水性同高壓膜，不易粘著土壤、透明性和耐候性差不適于沙質(zhì)土壤地覆蓋線型膜（L-LDPE）兼具前兩者優(yōu)點(diǎn)高壓低密度聚乙烯地膜（LDPE）：俗稱高壓地膜或普通地膜，厚0.015mm左右。透光好、柔軟性好、易與土壤粘著適于北方地區(qū)（2）有色地膜：其增溫效果不如無(wú)色地膜，但對(duì)光的吸收、反射、透過光的成分具有較強(qiáng)的選擇性，在控制雜草、防治病蟲害、控制溫度、改善地面光環(huán)境等方面具有獨(dú)特的效果。黑色地膜：在聚乙烯樹脂中加入2～3%的碳黑制成。優(yōu)點(diǎn)

膜透光率很低，陽(yáng)光大部分被膜吸收，膜下雜草因缺光黃化而死，具有較好的滅草作用。

缺點(diǎn)

對(duì)土壤的增溫效果不如透明膜，一般可使土溫升高1～3℃。而且自身較易因高溫而老化。

應(yīng)用適用于夏季覆蓋，在蔬菜棉花、甜菜、西瓜、花生等作物上均可應(yīng)用。

黑白條帶膜中間為白色，，利于土壤增增溫；兩側(cè)為為黑色，可抑抑制壟幫雜草草滋生。綠色地膜：能有效阻止可可見光（0.4-0.72微米波長(zhǎng)的光光），故抑草草和滅草效果果好，增溫效效果優(yōu)于黑色色膜，對(duì)茄果果類蔬菜具有有明顯的促長(zhǎng)長(zhǎng)作用，且著著色較好。主要用于：效益較高的果果菜類栽培。。聚乙烯樹脂原原料中加入一一定量的綠色色母料銀灰色地膜：：銀灰色地膜是是在聚乙烯原原料中加入含含鋁的銀灰色色母料。銀灰灰色地膜透光光率在60%左右，除具有有普通地膜的的增溫、增光光、保墑及防防病蟲作用外外，突出特點(diǎn)是可可以反射紫外外光，能驅(qū)避避蚜蟲，減輕輕因蚜蟲而傳傳播病毒病的的發(fā)生和蔓延延。主要用于：夏秋季高溫期期間防蚜、防防病、抗熱栽栽培。實(shí)踐證證明，夏秋季季節(jié)用于覆蓋蓋黃瓜、西瓜瓜、番茄、菠菠菜、芹菜、、萵苣、棉花花、煙草等作作物，不但有有良好的防病病蟲作用，還還能改善這些些農(nóng)作物的品品質(zhì)。紅色膜美國(guó)農(nóng)業(yè)科研研人員研究了了彩色地膜對(duì)對(duì)草莓和番茄茄及其他作物物的增產(chǎn)效果果。發(fā)現(xiàn)紅色地膜膜比黑色地膜膜更能刺激作作物生長(zhǎng)，植植物會(huì)利用更更多的能量進(jìn)進(jìn)行地上部分分的光合作用用。紅色地膜能透透射紅光，同同時(shí)可阻擋其其它不利于作作物生長(zhǎng)的色色光透過，因因此使作物生生長(zhǎng)旺盛。實(shí)實(shí)踐證明，紅色農(nóng)膜能滿滿足水稻、玉玉米、甜菜等等對(duì)紅光的需需要，可使水水稻秧苗生長(zhǎng)長(zhǎng)旺盛，甜菜菜含糖量增加加，胡蘿卜長(zhǎng)長(zhǎng)得大，韭菜菜葉寬肉厚、、收獲期提前前。黑白雙面地膜膜：乳白色向上，，有反光降溫溫作用；黑色色向下，有滅滅草作用。主主要用于夏秋秋蔬菜抗熱栽栽培。厚度為為0.02-0.025mm。（3）特種地地膜除草膜在薄膜制作過過程中摻入除除草劑，覆蓋蓋后單面析出出除草劑達(dá)70～80%，膜內(nèi)凝聚的的水滴溶解了了除草劑后滴滴入土壤，或或在雜草觸及及地膜時(shí)被除除草劑殺死。。國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)產(chǎn)的殺草膜采采用的除草劑劑主要有：①撲草凈主要用于水稻稻、花生、玉玉米及果樹，，但對(duì)黃瓜甜甜椒、豆類、、西紅柿等有有藥害，忌用用。②除草醚、敵敵草隆、除草草劑1號(hào)可用于茄子、、黃瓜、西紅紅柿等蔬菜。。有孔膜在地膜吹塑成成型后，經(jīng)圓圓刀切割打孔孔而成?？讖綇郊翱讛?shù)排列列是根據(jù)栽培培作物的株行行距要求進(jìn)行行的。在普通地膜上上用激光打出出微孔，每平平方米打200、400或800孔，以增加地膜透透氣性，防止止膜下土壤CO2含量過高。降解膜（1）光降解膜：：在吹塑過程中中混入一定量量的“促老化化材料”制成成地膜。這種種地膜經(jīng)過一一定時(shí)間（40、60、80天）后，能自自行老化降解解破碎成小塊塊，進(jìn)一步降降解成粉末摻摻混于土壤中中，不造成污污染，對(duì)土壤壤結(jié)構(gòu)無(wú)不良良影響。這種地膜在光光的照射下降降解，但是被被埋入地下的的不能夠降解解。（2）生物降解膜膜：依靠微生物的的活動(dòng)來(lái)分解解。把淀粉均均勻的撒在膜膜內(nèi)，依靠微微生降解淀粉粉的同時(shí)把地地膜降解掉。。生物降解膜膜的主要缺點(diǎn)點(diǎn)是強(qiáng)度不夠夠，容易被撕撕破。不同灌溉方式式組圖畦灌作物長(zhǎng)勢(shì)勢(shì)滴灌作物長(zhǎng)勢(shì)滴灌對(duì)比畦灌灌誤解“滴灌不能提提供足夠的水水”澆作物而不是是澆地省水：農(nóng)田水分消耗耗途徑植株蒸騰棵間蒸發(fā)農(nóng)田滲漏膜下滴灌濕潤(rùn)潤(rùn)層和作物根根系生長(zhǎng)區(qū)省肥：肥料可做到適適時(shí)、適量隨隨水滴灌到作作物根系部位位，易被作物物根系吸收，，且肥料無(wú)揮揮發(fā)、無(wú)淋失失，提高肥料料利用率30%以上。不同灌溉方式式肥料分布影影響示意圖省農(nóng)藥：水在管道中封封閉輸送，避避免了水對(duì)病病蟲害的傳播播。另外，地地表無(wú)積水，，田間地面濕濕度小，不利利于滋生病菌菌和蟲害。因因而除草劑、、殺蟲劑用量量明顯減少，，可省農(nóng)藥10%～20%。省地：由于田間全部部采用管道輸輸水，地面無(wú)無(wú)常規(guī)灌溉時(shí)時(shí)需要的農(nóng)渠渠、中心渠、、毛渠及埂子子，可節(jié)省土土地5%～7%。省工和節(jié)能：：地面灌水，打打毛渠、挖土土堵口，勞動(dòng)動(dòng)強(qiáng)度大，采采用滴灌后，，只觀測(cè)儀表表、操作閥門門，勞動(dòng)強(qiáng)度度輕；膜內(nèi)滴滴灌，膜間土土壤干燥無(wú)墑墑，雜草少，，且土壤不板板結(jié)，田間人人工作業(yè)（包包括澆水、鋤鋤草、施肥、、修渠、平埂埂、病害治理理等）和中耕耕機(jī)械作業(yè)等等大大減少，，人工管理定定額也大幅度度提高。不同灌溉方式式田間管理對(duì)對(duì)比能局部壓鹽堿堿：膜下滴灌向土土壤中不斷補(bǔ)補(bǔ)充純凈水，，農(nóng)膜阻止了了土壤中水分分的蒸發(fā)，將將土壤中部分分水分提升到到地表所形成成的濕潤(rùn)區(qū)內(nèi)內(nèi)，有一個(gè)脫鹽區(qū)區(qū)，（利于幼幼苗成活及作作物生長(zhǎng)）和和集鹽區(qū)。由鹽堿地上上的試驗(yàn)可看看出，農(nóng)田耕耕作層鹽份逐逐年減少，田田間作物產(chǎn)量量逐年提高。。滴灌改良鹽堿堿地情況增產(chǎn)：由于科學(xué)調(diào)控控水肥，水肥肥耦合效應(yīng)好好，土壤疏松松，通透性好好，充分利用用水、肥、土土、光、熱、、氣資源，使使作物生長(zhǎng)條條件優(yōu)越，作作物普遍增產(chǎn)產(chǎn)15%-50%。新疆經(jīng)驗(yàn)，，各種作物均均進(jìn)行縮行增增株，提高種種植密度。以以玉米為例：：采用常規(guī)灌灌，播種密度度4000-4500株/畝，采用滴灌灌，播種密度度5000-6000株/畝。二、地膜覆蓋栽培培的生態(tài)效應(yīng)1.土壤增溫效應(yīng)由于覆膜的阻隔減減少了膜內(nèi)外熱量量消耗、擴(kuò)散，減減少土壤中熱能以以長(zhǎng)波輻射的形式式向外輻射；夜間地膜內(nèi)凝聚一一層細(xì)小的水珠放放出熱量，仍保留留在地膜下的空間間，由于水份不能能向外蒸發(fā)，減少少了汽化熱的損失失，因此使膜內(nèi)土土溫在較大時(shí)間內(nèi)內(nèi)保持穩(wěn)定。隨氣溫增高，土壤壤增溫效果下降；；晴天增溫多，陰陰天增溫少；起壟覆膜增溫值高高于平地覆膜增溫溫值，寬膜增溫效效果優(yōu)于窄膜。在一天當(dāng)中增溫最最高值出現(xiàn)在17-19時(shí)，最低值出現(xiàn)在在7-9時(shí)。春季低溫期，在1-10cm的土層中可增溫2-6℃，最高可達(dá)10℃。增溫效應(yīng)隨土層深深度增加而減少，，愈接近表層、增增溫值越大；2.土壤的水分效應(yīng)地膜覆蓋阻止土壤壤水分蒸發(fā)，使土土壤含水量的變化化趨于平緩。設(shè)施施蔬菜栽培，采用用膜下暗灌技術(shù)，，減少了地面水分分蒸發(fā)和澆水次數(shù)數(shù)，使設(shè)施內(nèi)空氣氣濕度降低，對(duì)控控制蔬菜病害的發(fā)發(fā)生與傳播有利。。3.促進(jìn)微生物活動(dòng)和和養(yǎng)分的分解覆膜增溫、墑情好好，促進(jìn)微生物的的繁殖與活動(dòng)，從從而增加微生物數(shù)數(shù)量。東北農(nóng)業(yè)大大學(xué)觀測(cè)，覆膜后后土壤中細(xì)菌增加加80%～140%，放線菌增加70%～125%，硝化細(xì)菌增加40%～57%，自生固氮菌數(shù)量量增加4%～8%。由于微生物的代謝謝活動(dòng)，加速了土土壤養(yǎng)分的釋放，，使土壤中可給態(tài)態(tài)養(yǎng)分含量增加，，從而提高土壤供供肥能力。同時(shí)試驗(yàn)表明，覆膜后土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)、全氮、全磷、、全鉀均有下降趨趨勢(shì)。因此，覆膜栽培要重視增增施有機(jī)肥，補(bǔ)充充土壤有機(jī)養(yǎng)分，，不斷提高土壤肥肥力。4.改善土壤性狀能有效避免因降雨雨和灌水的沖刷而而造成的土壤板結(jié)結(jié)現(xiàn)象，增加土壤壤的總孔隙度1~10%，同時(shí)增加土壤水水穩(wěn)性團(tuán)粒。5.增加了近地面CO2濃度由于地膜阻隔了土土壤空氣和大氣的的氣體交換，使土土壤中二氧化碳(CO2)含量比裸地栽培顯顯著增加。覆膜使地表和株間間二氧化碳(CO2)濃度提高，為地膜膜作物、蔬菜光合合作用提供了較充充足的二氧化碳(CO2)肥源，有助于增產(chǎn)產(chǎn)。6.增強(qiáng)了田間光照強(qiáng)強(qiáng)度覆膜后由于地膜本本身及膜下附著的的水珠反射，使植植株中下部葉片光光照增強(qiáng)，主要是是增加了反射光的光光照強(qiáng)度。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)測(cè)定定，反射光在地表表和株高1/2處分別高于裸地3.4%和5.5%。由于覆膜增加了群群體內(nèi)反射光，對(duì)對(duì)促進(jìn)作物光合作作用、增加干物質(zhì)質(zhì)積累，對(duì)提高產(chǎn)產(chǎn)量是有利的。7.抑制了土壤返鹽、、抑制雜草、減少少蟲害覆膜后一般全鹽含含量降低30.9%～42.7%，鹽化重的土壤效效益更明顯。由于覆膜后膜下地地表溫度可達(dá)40～50℃，可使雜草枯萎悶悶死。覆膜使播期期、生育期提前，，可躲過害蟲發(fā)生生的高峰期，因而而減少了蟲害。二、膜下滴灌技術(shù)術(shù)的特點(diǎn)：高效節(jié)水抑制土壤鹽堿化提高肥料的利用率率提高土地利用率減少機(jī)耕作業(yè)，降降低機(jī)耕成本提高作物產(chǎn)量和品品質(zhì)節(jié)約農(nóng)藥，抑制病病蟲害的傳播，抑抑制雜草生長(zhǎng)提高勞動(dòng)動(dòng)生產(chǎn)率率、提高高農(nóng)民（（工）收收入滴灌施肥肥的增產(chǎn)產(chǎn)機(jī)理水肥同步步，水肥肥被直接接輸送到到根區(qū)，，縮短了了養(yǎng)分向向根部運(yùn)運(yùn)動(dòng)的距距離，保保證了根根系的快快速吸收收。水將肥肥料直接接輸送到到根區(qū)，，養(yǎng)分分分布高度度均勻，，降低了了肥料與與土壤的的接觸面面積，減減少了土土壤對(duì)肥肥料養(yǎng)分分的固定定，提高高了肥料料的利用用率。。氮肥利用用率達(dá)58－65%，磷肥利利用率為為22－28%，較常規(guī)規(guī)灌溉施施肥的氮氮、磷肥肥利用率率提高20－25個(gè)百分點(diǎn)點(diǎn)和5－10個(gè)百分點(diǎn)點(diǎn)。節(jié)省氮氮肥30%左右，節(jié)節(jié)省磷肥肥10%左右，節(jié)節(jié)水50%以上，棉棉花平均均增產(chǎn)15%左右，每每公頃增增收節(jié)支支1000－1500元。隨水施肥肥采用的的是少量量多次的的方法，，使根系系活動(dòng)區(qū)區(qū)土壤常常保持在在適宜的的含水量量和最佳佳的營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)水平，，為根系系生長(zhǎng)維維持了一一個(gè)相對(duì)對(duì)穩(wěn)定的的水肥環(huán)環(huán)境。隨水施肥肥可根據(jù)據(jù)氣候、、土壤特特性及作作物不同同生育期期的營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)特點(diǎn)，，靈活調(diào)調(diào)節(jié)供應(yīng)應(yīng)養(yǎng)分種種類、比比例及數(shù)數(shù)量，從從而滿足足作物高高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)質(zhì)的需要要。傳統(tǒng)種植植和膜下下滴灌種種植密度度對(duì)比品質(zhì)、質(zhì)質(zhì)量提高高：膜下滴灌灌營(yíng)造了了良好的的生長(zhǎng)和和環(huán)境條條件，因因而，不不但產(chǎn)量量高，而而且品質(zhì)質(zhì)好。以以棉花為為例：棉棉花的成成熟度好好，纖維維長(zhǎng)度增增加0.4-0.7mm，纖維的的整齊度度高，外外觀光澤澤好。傳統(tǒng)種植植和膜下下滴灌玉玉米對(duì)比比三、膜下下滴灌技技術(shù)的效效益分析析1、節(jié)水效效益膜下滴灌灌與傳統(tǒng)統(tǒng)的裸地地滴灌進(jìn)進(jìn)行了對(duì)對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)膜下滴滴灌的節(jié)節(jié)水效果果優(yōu)于裸裸地滴灌灌。裸地地滴灌灌灌溉定額額為4620m3/hm2，膜下滴滴灌灌溉溉定額為為2805m3/hm2，膜下滴滴灌比裸裸地滴灌灌節(jié)水39.6%。2、經(jīng)濟(jì)效效益就用水而而言，農(nóng)農(nóng)民以方方便、省省力、省省錢為原原則，甚甚至寧愿愿大水漫漫灌也不不去費(fèi)錢錢、費(fèi)事事、費(fèi)工工地搞節(jié)節(jié)水，除除非節(jié)水水的收益益大于投投入。近年來(lái)，，學(xué)者們們圍繞膜膜下滴灌灌技術(shù)的的應(yīng)用效效益進(jìn)行行了大量量的實(shí)證證研究。。一致認(rèn)認(rèn)為，膜膜下滴灌灌技術(shù)具具有顯著著的經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益。。采用大田田膜下滴滴灌技術(shù)術(shù)的棉花花，比常常規(guī)灌溉溉每公頃頃增產(chǎn)384.75公斤，增增幅達(dá)10.28%。籽棉價(jià)價(jià)格按3.4元/公斤計(jì)，，每公頃頃可增加加產(chǎn)值1308.3元?？鄢杀就锻度牒?，，膜下滴滴灌每公公頃純收收入為2921.55元，比常常規(guī)灌溉溉增收1085.7元。膜下滴灌灌加工番番茄平均均畝產(chǎn)量量增加1000公斤，增增產(chǎn)率5.00%，每公頃頃增收達(dá)達(dá)4477.50元。膜下滴灌灌技術(shù)的的玉米，，每公頃頃增產(chǎn)幅幅度達(dá)43.37%，收益增增加3715.35元。膜下滴灌灌用于線線椒生產(chǎn)產(chǎn)，每公公頃產(chǎn)量量增加3195公斤（干干），增增產(chǎn)68.71%，每公頃頃純收入入增加11608.50元。采用膜下下滴灌技技術(shù)，還還可以節(jié)節(jié)約水、、肥、農(nóng)農(nóng)藥、人人力、機(jī)機(jī)力的開開支，也也可產(chǎn)生生一定的的經(jīng)濟(jì)效效益。據(jù)據(jù)對(duì)石河河子墾區(qū)區(qū)的統(tǒng)計(jì)計(jì)，采用用膜下滴滴灌技術(shù)術(shù)后，水費(fèi)、機(jī)機(jī)力費(fèi)、、人工費(fèi)費(fèi)、肥料料費(fèi)和農(nóng)農(nóng)藥費(fèi)分別比常常規(guī)灌溉溉減少40.82%、20.66%、4.01%、9.22%、7.27%，平均每每公頃節(jié)節(jié)支總額額達(dá)1425元。3、生態(tài)環(huán)環(huán)境效益益（1）有抑制制土壤次次生鹽漬漬化的效效果覆膜后由由于邊界界條件改改變，土壤蒸發(fā)發(fā)率大大大減少，，鹽分上上行受到到抑制，，土壤返返鹽率也也隨之大大大降低低。如合理調(diào)調(diào)整滴頭頭間距和和滴水量量，即可可達(dá)到較較好的洗洗鹽效果果。為了改良良鹽堿地地，過去去一般采采用修建建排水系系統(tǒng)，并并利用排排水系統(tǒng)統(tǒng)洗鹽、、壓鹽的的方法。。這種傳傳統(tǒng)的作作法不僅僅工程量量大，而而且必須須消耗大大量的水水資源。。而采用膜膜下滴灌灌系統(tǒng)后后，在節(jié)節(jié)水灌溉溉的同時(shí)時(shí)，還可可在耕作作層形成成有利于于作物成成長(zhǎng)的低低鹽區(qū)，，自動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生治理理鹽堿化化的效果果，且不不需要修修建排水水系統(tǒng)而而占用大大量耕地地，提高高了土地地利用率率，減少少了工程程投資，，可節(jié)省省人力、、物力和和財(cái)力。（2）改善農(nóng)農(nóng)作物微微觀生態(tài)態(tài)環(huán)境膜下滴灌灌直接把把水分灌灌入作物物根部、、降低了了濕潤(rùn)面面積,減少了棵棵間蒸發(fā)發(fā),改變了作作物的農(nóng)農(nóng)田生態(tài)態(tài)小氣候候,使作物根根系生長(zhǎng)長(zhǎng)有良好好的水、、氣、熱熱生態(tài)環(huán)環(huán)境。由于集成成了覆膜