自動化節水灌溉與高效栽培管理技術應用研究

周葛

摘要：我國是世界上 13 個貧水國之一，人均水資源缺乏。近年來，城市的快速發展和人口的迅速膨脹，使水資源的需求量日益增長，水資源緊缺已成為我國經濟和社會發展的制約因素。灌溉作為我國的用水大戶，用水量約占總水資源量的 65%，且利用率低、浪費嚴重。因此，發展節水灌溉技術是解決我國水資源短缺問題的必由之路[1-3 ].北京是嚴重缺水的特大城市。水資源緊缺已經成為制約首都發展的主要瓶頸。加強節約用水管理，推進節水型社會建設，是北京可持續發展的重大戰略。目前大興區各業用水全部為地下水。由于連年超采，大興區的地下水位總體呈下降趨勢，水資源供需矛盾日益尖銳。因此，節水長期以來一直是大興區的重中之重，發展節水農業和節水林業則是大興區節水戰略和措施的重要組成部分。

關鍵詞：自動化;節水灌溉;栽培管理

前言：

滴灌施肥是將施肥與滴灌結合起來的一項現代技術，按照植物對水和肥的要求，通過低壓管道系統，將含有養分的水溶液以較小流量，均勻準確地直接輸送到植物根部附近的土壤表面，以水珠形式滴入土層中。目前，滴灌系統主要應用在農業領域，20世紀90年代中期，大興現代化蔬菜科技示范區的創建，才使得噴灌、微灌等現代節水灌溉技術得以大面積推廣[4 ]。林業領域的應用還相對較少。該科技成果是一項節水、節肥、節能、高效的現代林業技術，應用本科技成果可以使我國北方沙地或灘地楊樹等闊葉樹人工林的生產力水平比現有水平大幅提高。此外，使用自動化滴灌技術在北方沙地培育楊樹等闊葉樹人工林還能夠大幅節約水資源和能源。

本文通過建成具有計算機控制和網絡遠程遙控的自動化滴灌系統示范區200畝，實現對推廣示范林的自動化灌溉與施肥管理;探索和總結刺槐、欒樹等人工幼林的科學灌溉方式;對推廣示范區人工林的生長發育規律、土壤水分變化規律以及投入等情況進行總結和評價。對滴灌栽培人工林的經營管理提供理論和實踐依據。

1研究區概括

1.1自熱條件

本項目建立的自動化滴灌示范區在北京市大興區六合莊林場內。該林場位于大興區永定河故道沙地。氣候特點是四季分明，春旱多風，夏熱多雨，秋高氣爽，冬寒干燥。年平均氣溫11.6℃，平均 ≥ 0℃積溫4831.2℃;年平均降水量568.9mm，主要集中在6、7、8三個月，占全年降水量的65%左右;年均無霜期209天。

1.2土壤條件

土壤類型以風沙土為主，pH值為8.8～9.1，土壤有機質含量低，一般為0.06%—0.4%。地下水位深 36 m，土壤密度（1. 46 ± 0. 15）g·cm^-3，土壤田間持水量為 10%（體積含水量），有機質含量低于2. 0 g·kg^-1，堿解氮含量 1. 27 mg·kg^?-1，有效磷含量 1. 47 mg·kg^-1，有效鉀含量 16. 48 mg·kg^-1，是具有漏水、漏肥特性的貧瘠土壤。

1.3林地現狀

選取六合莊林場內刺槐、欒樹、銀杏等人工林共計200畝，由于土壤貧瘠、保水保肥能力較差，因此人工林長勢一般，生產力未凸顯出優勢。另外選取 畝作為對照，正常管護。示范區和示范區外的林木長勢在最初并未有明顯差別。

2研究方法

2.1試驗應用設計

2016年4月-5月，在已營造的200畝示范林上進行安裝與調試自動化滴灌系統，保證系統有效運行。這套滴灌系統能對試驗示范區進行定時定量灌溉與施肥。該試驗示范區總面積200畝，分為9個可獨立控制的小區（每個小區的信息見表2），通過電腦或手機等智能終端設備能實現對每個小區進行不同灌溉量和施肥量的獨立控制。

根據實地走訪調查，大興區永定河故道沙地平原防護林的當地灌溉方式為溝灌。因此選取除200畝以外的地塊采取溝灌的灌溉方式，按每年施肥3次，每次13.0kg/畝施肥.自動化滴灌系統一般將每年的施肥量分9次施完，施肥時期從5月初樹木快速生長至8月底樹木生長基本結束。其他管護措施均一致。

2.2數據調查與處理

2.2.1生長量調查、蓄積量分析與計算

選取刺槐、銀杏、欒樹等7種典型人工林，分別監測了示范初期和末期的胸徑、樹高以及冠幅等數據。通過對試驗示范區與對照區生長指標進行方差分析。通過立木材積計算示范林年蓄積生長量。

2.2.2成本分析

通過對200畝試驗區和對照的用水用電以及人工成本分析，計算出單次和全年灌溉量。

3結果與分析

3.1生長量調查比較

本項目利用自動化滴灌系統栽培的刺槐、欒樹等平原防護林生長表現良好，選取刺槐、銀杏、欒樹等樹種，分別監測了示范初期和末期的胸徑、樹高以及冠幅等數據，通過對試驗示范區與對照區生長指標進行方差分析可知，三種指標均表現出節水滴灌高效栽培技術下的平原防護林生長發育要顯著優于其對照的常規灌溉平原防護林（見表9）。

3.2年蓄積生長量比較

從表10可以看出，5種平原防護林在項目實施期間的年蓄積增長量均比常規灌溉對照平原防護林有大幅提高，刺槐、銀杏、椿樹、法桐以及欒樹5種示范人工林的立木蓄積生長量比當地常規灌溉栽培的分別提高133.0%、93.4%、32.1、60.9%和43.3%。

3.3滴管管理與常規管理用水用電對比

本項目示范區自動化滴灌200畝防護林全年需要使用電量3000KWH。同時，常規溝灌200畝防護林單次灌溉使用電量為2808KWH，全年則需要使用電量8424KWH。結果表明，滴灌單次灌溉用電量比常規溝灌節約2433KWH，減幅可達86.6%，全年總用電量比常規溝灌節約5424KWH，減幅可達64.4%。

3.4滴灌管理與常規管理200畝防護林的人工成本對比

滴灌管理人工費在單次灌溉所需工日、人工數、工作時間、灌溉次數、全年總工日、運行周期內灌溉總費用都顯著低于常規灌溉。另外，在除草人工成本上，每年200畝單次除草所需工日、人工數、灌溉次數、全年總工日、人工費（元/工日）、除草總費用（元）等數據沒有差別，但是在5年郁閉后每年除草費用（元）和運行周期內除草費用（萬元）上，滴灌管理明顯優于常規管理。

3.5運行周期內滴灌與常規灌溉管理成本對比

綜合考慮打井、設備與安裝、動力、人工成本等因素，自動化滴灌系統在一個運行周期（10年）內比當地常規常規灌溉管理可以節省23.4萬元。

結語

滴灌與常規灌溉相比，在林木生長量、年蓄積量上發生顯著差異。此外，滴灌在用水用電的使用量上均顯著優于常規灌溉，大大節省了水資源與用電量;在產生的人工成本上滴灌也明顯低于常規灌溉，大大節省了人工費用;管理成本上，滴灌也存在很大優勢，節約了管理費用。綜上所述，為了使平原防護林更好的發揮作用，促進水資源高效利用，提高林木的栽培管理水平，推薦使用滴灌進行平原生態林的灌溉。

參考文獻

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[2]中國農村科技編輯部. 節水灌溉：水資源可持續利用的必然選擇[J] . 中國農村科技，2011（2）：48 - 49.

[3]宋秀瑜，張小霞，王繡茹，等. 城市綠地節水灌溉自動控制研究[J] . 中國農學通報，2011，27（6）：317 - 321.

[4]李珠懷，韓 ?青，北京市郊區現代農業節水灌溉技術的經濟效益分析[J] .水利經濟2009，27（6）51-53

[5]嚴程明，張江周，石偉琦，劉亞男，馬海洋，不同灌溉方式在菠蘿上的效應及成本分析.節水灌溉，2014，39（30）：