膜下滴灌技術(shù)及其機理

關(guān)于膜下滴灌技術(shù)及其機理一、膜下滴灌的概念及來源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)濟發(fā)達(dá)的天山北坡經(jīng)濟帶，但水資源相對匱乏。要維持當(dāng)?shù)亟?jīng)濟可持續(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)水的首要對象是農(nóng)業(yè)節(jié)水。第2頁,共56頁，星期六，2024年，5月

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)和國內(nèi)覆膜技術(shù)優(yōu)點的新型節(jié)水技術(shù)。利用使帶肥的灌溉水成滴狀、緩慢、均勻、定時、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。第3頁,共56頁，星期六，2024年，5月膜下滴灌，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、定量浸潤作物根系發(fā)育區(qū)，供根系吸收。第4頁,共56頁，星期六，2024年，5月膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用第5頁,共56頁，星期六，2024年，5月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。

1999年兵團(tuán)開始推廣，2006年底，面積達(dá)610萬畝。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年度國家科技進(jìn)步二等獎。第6頁,共56頁，星期六，2024年，5月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）無色透明地膜：優(yōu)點膜透光性好，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。缺點透明地膜因為透光性好，覆蓋下面易生雜草，所以在鋪膜前最好噴灑除草劑。第7頁,共56頁，星期六，2024年，5月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)第8頁,共56頁，星期六，2024年，5月（2）有色地膜：其增溫效果不如無色地膜，但對光的吸收、反射、透過光的成分具有較強的選擇性，在控制雜草、防治病蟲害、控制溫度、改善地面光環(huán)境等方面具有獨特的效果。黑色地膜：在聚乙烯樹脂中加入2～3%的碳黑制成。第9頁,共56頁，星期六，2024年，5月優(yōu)點

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

缺點

對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。

第10頁,共56頁，星期六，2024年，5月黑白條帶膜中間為白色，利于土壤增溫；兩側(cè)為黑色，可抑制壟幫雜草滋生。第11頁,共56頁，星期六，2024年，5月綠色地膜：能有效阻止可見光（0.4-0.72微米波長的光），故抑草和滅草效果好，增溫效果優(yōu)于黑色膜，對茄果類蔬菜具有明顯的促長作用，且著色較好。主要用于：效益較高的果菜類栽培。聚乙烯樹脂原料中加入一定量的綠色母料第12頁,共56頁，星期六，2024年，5月銀灰色地膜：

銀灰色地膜是在聚乙烯原料中加入含鋁的銀灰色母料。銀灰色地膜透光率在60%左右，除具有普通地膜的增溫、增光、保墑及防病蟲作用外，突出特點是可以反射紫外光，能驅(qū)避蚜蟲，減輕因蚜蟲而傳播病毒病的發(fā)生和蔓延。主要用于：夏秋季高溫期間防蚜、防病、抗熱栽培。實踐證明，夏秋季節(jié)用于覆蓋黃瓜、西瓜、番茄、菠菜、芹菜、萵苣、棉花、煙草等作物，不但有良好的防病蟲作用，還能改善這些農(nóng)作物的品質(zhì)。第13頁,共56頁，星期六，2024年，5月紅色膜

美國農(nóng)業(yè)科研人員研究了彩色地膜對草莓和番茄及其他作物的增產(chǎn)效果。發(fā)現(xiàn)紅色地膜比黑色地膜更能刺激作物生長，植物會利用更多的能量進(jìn)行地上部分的光合作用。紅色地膜能透射紅光，同時可阻擋其它不利于作物生長的色光透過，因此使作物生長旺盛。實踐證明，紅色農(nóng)膜能滿足水稻、玉米、甜菜等對紅光的需要，可使水稻秧苗生長旺盛，甜菜含糖量增加，胡蘿卜長得大，韭菜葉寬肉厚、收獲期提前。第14頁,共56頁，星期六，2024年，5月第15頁,共56頁，星期六，2024年，5月黑白雙面地膜：

乳白色向上，有反光降溫作用；黑色向下，有滅草作用。主要用于夏秋蔬菜抗熱栽培。厚度為0.02-0.025mm。

第16頁,共56頁，星期六，2024年，5月（3）特種地膜

除草膜

在薄膜制作過程中摻入除草劑，覆蓋后單面析出除草劑達(dá)70～80%，膜內(nèi)凝聚的水滴溶解了除草劑后滴入土壤，或在雜草觸及地膜時被除草劑殺死。國內(nèi)廠家生產(chǎn)的殺草膜采用的除草劑主要有：①撲草凈主要用于水稻、花生、玉米及果樹，但對黃瓜甜椒、豆類、西紅柿等有藥害，忌用。②除草醚、敵草隆、除草劑1號可用于茄子、黃瓜、西紅柿等蔬菜。第17頁,共56頁，星期六，2024年，5月有孔膜

在地膜吹塑成型后，經(jīng)圓刀切割打孔而成?？讖郊翱讛?shù)排列是根據(jù)栽培作物的株行距要求進(jìn)行的。在普通地膜上用激光打出微孔，每平方米打200、400或800孔，以增加地膜透氣性，防止膜下土壤CO2含量過高。第18頁,共56頁，星期六，2024年，5月降解膜（1）光降解膜：在吹塑過程中混入一定量的“促老化材料”制成地膜。這種地膜經(jīng)過一定時間（40、60、80天）后，能自行老化降解破碎成小塊，進(jìn)一步降解成粉末摻混于土壤中，不造成污染，對土壤結(jié)構(gòu)無不良影響。這種地膜在光的照射下降解，但是被埋入地下的不能夠降解。（2）生物降解膜：依靠微生物的活動來分解。把淀粉均勻的撒在膜內(nèi)，依靠微生降解淀粉的同時把地膜降解掉。生物降解膜的主要缺點是強度不夠，容易被撕破。第19頁,共56頁，星期六，2024年，5月不同灌溉方式組圖

第20頁,共56頁，星期六，2024年，5月畦灌作物長勢滴灌作物長勢滴灌對比畦灌誤解“滴灌不能提供足夠的水”澆作物而不是澆地省水：農(nóng)田水分消耗途徑植株蒸騰棵間蒸發(fā)農(nóng)田滲漏第21頁,共56頁，星期六，2024年，5月膜下滴灌濕潤層和作物根系生長區(qū)第22頁,共56頁，星期六，2024年，5月省肥：肥料可做到適時、適量隨水滴灌到作物根系部位，易被作物根系吸收，且肥料無揮發(fā)、無淋失，提高肥料利用率30%以上。不同灌溉方式肥料分布影響示意圖

第23頁,共56頁，星期六，2024年，5月第24頁,共56頁，星期六，2024年，5月第25頁,共56頁，星期六，2024年，5月第26頁,共56頁，星期六，2024年，5月省農(nóng)藥：水在管道中封閉輸送，避免了水對病蟲害的傳播。另外，地表無積水，田間地面濕度小，不利于滋生病菌和蟲害。因而除草劑、殺蟲劑用量明顯減少，可省農(nóng)藥10%～20%。

第27頁,共56頁，星期六，2024年，5月省地：由于田間全部采用管道輸水，地面無常規(guī)灌溉時需要的農(nóng)渠、中心渠、毛渠及埂子，可節(jié)省土地5%～7%。

省工和節(jié)能：地面灌水，打毛渠、挖土堵口，勞動強度大，采用滴灌后，只觀測儀表、操作閥門，勞動強度輕；膜內(nèi)滴灌，膜間土壤干燥無墑，雜草少，且土壤不板結(jié)，田間人工作業(yè)（包括澆水、鋤草、施肥、修渠、平埂、病害治理等）和中耕機械作業(yè)等大大減少，人工管理定額也大幅度提高。第28頁,共56頁，星期六，2024年，5月不同灌溉方式田間管理對比第29頁,共56頁，星期六，2024年，5月能局部壓鹽堿：膜下滴灌向土壤中不斷補充純凈水，農(nóng)膜阻止了土壤中水分的蒸發(fā)，將土壤中部分水分提升到地表所形成的濕潤區(qū)內(nèi)，有一個脫鹽區(qū)，（利于幼苗成活及作物生長）和集鹽區(qū)。由鹽堿地上的試驗可看出，農(nóng)田耕作層鹽份逐年減少，田間作物產(chǎn)量逐年提高。滴灌改良鹽堿地情況第30頁,共56頁，星期六，2024年，5月增產(chǎn)：由于科學(xué)調(diào)控水肥，水肥耦合效應(yīng)好，土壤疏松，通透性好，充分利用水、肥、土、光、熱、氣資源，使作物生長條件優(yōu)越，作物普遍增產(chǎn)15%-50%。新疆經(jīng)驗，各種作物均進(jìn)行縮行增株，提高種植密度。以玉米為例：采用常規(guī)灌，播種密度4000-4500株/畝，采用滴灌，播種密度5000-6000株/畝。第31頁,共56頁，星期六，2024年，5月二、地膜覆蓋栽培的生態(tài)效應(yīng)1.土壤增溫效應(yīng)由于覆膜的阻隔減少了膜內(nèi)外熱量消耗、擴散，減少土壤中熱能以長波輻射的形式向外輻射；夜間地膜內(nèi)凝聚一層細(xì)小的水珠放出熱量，仍保留在地膜下的空間，由于水份不能向外蒸發(fā)，減少了汽化熱的損失，因此使膜內(nèi)土溫在較大時間內(nèi)保持穩(wěn)定。

第32頁,共56頁，星期六，2024年，5月

隨氣溫增高，土壤增溫效果下降；晴天增溫多，陰天增溫少；起壟覆膜增溫值高于平地覆膜增溫值，寬膜增溫效果優(yōu)于窄膜。在一天當(dāng)中增溫最高值出現(xiàn)在17-19時，最低值出現(xiàn)在7-9時。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)隨土層深度增加而減少，愈接近表層、增溫值越大；第33頁,共56頁，星期六，2024年，5月2.土壤的水分效應(yīng)

地膜覆蓋阻止土壤水分蒸發(fā)，使土壤含水量的變化趨于平緩。設(shè)施蔬菜栽培，采用膜下暗灌技術(shù)，減少了地面水分蒸發(fā)和澆水次數(shù)，使設(shè)施內(nèi)空氣濕度降低，對控制蔬菜病害的發(fā)生與傳播有利。第34頁,共56頁，星期六，2024年，5月3.促進(jìn)微生物活動和養(yǎng)分的分解

覆膜增溫、墑情好，促進(jìn)微生物的繁殖與活動，從而增加微生物數(shù)量。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)觀測，覆膜后土壤中細(xì)菌增加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)量增加4%～8%。

由于微生物的代謝活動，加速了土壤養(yǎng)分的釋放，使土壤中可給態(tài)養(yǎng)分含量增加，從而提高土壤供肥能力。

同時試驗表明，覆膜后土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀均有下降趨勢。因此，覆膜栽培要重視增施有機肥，補充土壤有機養(yǎng)分，不斷提高土壤肥力。第35頁,共56頁，星期六，2024年，5月4.改善土壤性狀

能有效避免因降雨和灌水的沖刷而造成的土壤板結(jié)現(xiàn)象，增加土壤的總孔隙度1~10%，同時增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒。第36頁,共56頁，星期六，2024年，5月5.增加了近地面CO2濃度

由于地膜阻隔了土壤空氣和大氣的氣體交換，使土壤中二氧化碳(CO2)含量比裸地栽培顯著增加。覆膜使地表和株間二氧化碳(CO2)濃度提高，為地膜作物、蔬菜光合作用提供了較充足的二氧化碳(CO2)肥源，有助于增產(chǎn)。第37頁,共56頁，星期六，2024年，5月6.增強了田間光照強度

覆膜后由于地膜本身及膜下附著的水珠反射，使植株中下部葉片光照增強，主要是增加了反射光的光照強度。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)測定，反射光在地表和株高1/2處分別高于裸地3.4%和5.5%。

由于覆膜增加了群體內(nèi)反射光，對促進(jìn)作物光合作用、增加干物質(zhì)積累，對提高產(chǎn)量是有利的。第38頁,共56頁，星期六，2024年，5月7.抑制了土壤返鹽、抑制雜草、減少蟲害覆膜后一般全鹽含量降低30.9%～42.7%，鹽化重的土壤效益更明顯。由于覆膜后膜下地表溫度可達(dá)40～50℃，可使雜草枯萎悶死。覆膜使播期、生育期提前，可躲過害蟲發(fā)生的高峰期，因而減少了蟲害。第39頁,共56頁，星期六，2024年，5月二、膜下滴灌技術(shù)的特點：高效節(jié)水抑制土壤鹽堿化提高肥料的利用率提高土地利用率減少機耕作業(yè)，降低機耕成本提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)節(jié)約農(nóng)藥，抑制病蟲害的傳播，抑制雜草生長提高勞動生產(chǎn)率、提高農(nóng)民（工）收入第40頁,共56頁，星期六，2024年，5月滴灌施肥的增產(chǎn)機理水肥同步，水肥被直接輸送到根區(qū)，縮短了養(yǎng)分向根部運動的距離，保證了根系的快速吸收。水將肥料直接輸送到根區(qū)，養(yǎng)分分布高度均勻，降低了肥料與土壤的接觸面積，減少了土壤對肥料養(yǎng)分的固定，提高了肥料的利用率。

第41頁,共56頁，星期六，2024年，5月氮肥利用率達(dá)58－65%，磷肥利用率為22－28%，較常規(guī)灌溉施肥的氮、磷肥利用率提高20－25個百分點和5－10個百分點。節(jié)省氮肥30%左右，節(jié)省磷肥10%左右，節(jié)水50%以上，棉花平均增產(chǎn)15%左右，每公頃增收節(jié)支1000－1500元。

第42頁,共56頁，星期六，2024年，5月隨水施肥采用的是少量多次的方法，使根系活動區(qū)土壤常保持在適宜的含水量和最佳的營養(yǎng)水平，為根系生長維持了一個相對穩(wěn)定的水肥環(huán)境。隨水施肥可根據(jù)氣候、土壤特性及作物不同生育期的營養(yǎng)特點，靈活調(diào)節(jié)供應(yīng)養(yǎng)分種類、比例及數(shù)量，從而滿足作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的需要。

第43頁,共56頁，星期六，2024年，5月傳統(tǒng)種植和膜下滴灌種植密度對比第44頁,共56頁，星期六，2024年，5月品質(zhì)、質(zhì)量提高：膜下滴灌營造了良好的生長和環(huán)境條件，因而，不但產(chǎn)量高，而且品質(zhì)好。以棉花為例：棉花的成熟度好，纖維長度增加0.4-0.7mm，纖維的整齊度高，外觀光澤好。傳統(tǒng)種植和膜下滴灌玉米對比第45頁,共56頁，星期六，2024年，5月三、膜下滴灌技術(shù)的效益分析1、節(jié)水效益膜下滴灌與傳統(tǒng)的裸地滴灌進(jìn)行了對比試驗，發(fā)現(xiàn)膜下滴灌的節(jié)水效果優(yōu)于裸地滴灌。裸地滴灌灌溉定額為4620m3/hm2，膜下滴灌灌溉定額為2805m3/hm2，膜下滴灌比裸地滴灌節(jié)水39.6%。第46頁,共56頁，星期六，2024年，5月2、經(jīng)濟效益

就用水而言，農(nóng)民以方便、省力、省錢為原則，甚至寧愿大水漫灌也不去費錢、費事、費工地搞節(jié)水，除非節(jié)水的收益大于投入。

近年來，學(xué)者們圍繞膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用效益進(jìn)行了大量的實證研究。一致認(rèn)為，膜下滴灌技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟效益。第47頁,共56頁，星期六，2024年，5月

采用大田膜下滴灌技術(shù)的棉花，比常規(guī)灌溉每公頃增產(chǎn)384.75公斤，增幅達(dá)10.28%。籽棉價格按3.4元/公斤計，每公頃可增加產(chǎn)值1308.3元?？鄢杀就度牒?，膜下滴灌每公頃純收入為2921.55元，比常規(guī)灌溉增收1085.7元。膜下滴灌加工番茄平均畝產(chǎn)量增加1000公斤，增產(chǎn)率5.00%，每公頃增收達(dá)4477.50元。膜下滴灌技術(shù)的玉米，每公頃增產(chǎn)幅度達(dá)43.37%，收益增加3715.35元。第48頁,共56頁，星期六，2024年，5月

膜下滴灌用于線椒生產(chǎn)，每公頃產(chǎn)量增加3195公斤（干），增產(chǎn)68.71%，每公頃純收入增加11608.50元。采用膜下滴灌技術(shù)，還可以節(jié)約水、肥、農(nóng)藥、人力、機力的開支，也可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。據(jù)對石河子墾區(qū)的統(tǒng)計，采用膜下滴灌技術(shù)后，水費、機力費、人工費、肥料費和農(nóng)藥費分別比常規(guī)灌溉減少40.82%、20.66%、4.01%、9.22%、7.27%，平均每公頃節(jié)支總額達(dá)1425元。第49頁,共56頁，星期六，2024年，5月3、生態(tài)環(huán)境效益（1）有抑制土壤次生鹽漬化的效果覆膜后由于邊界條件改變，土壤蒸發(fā)率大大減少，鹽分上行受到抑制，土壤返鹽率也隨之大大降低。如合理調(diào)整滴頭間距和滴水量，即可達(dá)到較好的洗鹽效果。第50頁,共56頁，星期六，2024年，5月為了改良鹽堿地，過去一般采用修建排水系統(tǒng)，并利用排水系統(tǒng)洗鹽、壓鹽的方法。這種傳統(tǒng)的作法不僅工程量大，而且必須消耗大量的水資源。

而采用膜下滴