灌溉方式對蔬菜灌溉質量的影響

李靜奇，張敬義，許慶廣

（北京中農天陸微納米氣泡水科技有限公司，北京 100083）

在保證高效產出的前提下，如何降低灌溉定額（灌溉水在單位面積的投入總量）的投入，更加有效地利用水資源，是現代農業灌溉技術所面臨的問題。但是對于該數量的水體投入田間的方式，即灌溉方式對灌溉水利用系數（即有效的灌溉水量與總的灌溉水總投入量的比值）的影響則無一確定的結論，只是普遍性地認為：傳統的田間灌溉方式＜現代噴灌方式＜現代滴灌方式，但在同一種灌溉方式中沒有一個明確的可再提高灌溉水利用系數的結論。故有必要對灌溉質量的影響因素進行進一步的探究與分析，即深入研究灌溉水利用系數和灌溉均勻度的影響因素。通過對該問題的分析，即對影響因素進行控制與改良，可以提高灌溉水的均勻度，并指導具體灌溉技術的實施，以提高灌溉質量，提高水資源的有效利用率。

1 對傳統灌溉方式的探究與分析

對傳統灌溉方式的灌溉均勻度的影響因素一般包括以下幾個方面：田間入水口位置的影響、灌溉供水流量的影響和地面坡度的影響。由于土壤的透水性為土壤的固有屬性，在短時間、低成本的條件下難以改變，故在此對該問題略去不談。

1.1 田間灌溉入水口的影響

如圖1所示，上圖表示田間灌溉入水口位置在田塊角點A處，其中水流擴散的最長路徑為AC線段；下圖表示田間灌溉入水口位置在田塊一邊的中點E處，其中水流擴散的最長路徑為ED（EC）線段。

就第2種布置方式而言，第1種的布置方式的擴散路徑較長，灌溉水的擴散時間也較長，故在田間入水口處的土壤飽和含水量持續時間也較長，即在最長擴散路徑AC的最遠點達到灌溉含水量時，其他區域基本處于飽和含水量，并產生了一定量的穩定滲流。

假設其穩定滲流量為Q，灌溉面積為A，則總的滲流量可以表示為：Q＝f（A，Q，t）。對比2種布置方式，顯然函數的A、Q是一樣的，唯一不同的是時間t，即第1種布置方式比第2種布置方式的滲流時間要長，故第1種布置方式的滲透損失和均勻性不如第2種布置方式理想。

綜上所述，為提高灌溉均勻度，提高灌溉水利用系數，并降低滲透損失量，可以采取將田間入水口位置盡量布置在靠近田塊的形心位置。在條件允許的情況下，可以圍繞田塊的形心環繞布置。

1.2 灌溉供水量流量的影響

如圖2所示，供水口設置在E處，在E點供水量為Q1，在時間t＝t1，t＝t2，…，t＝tn時，測得田間的濕潤鋒位置處于L1， L2，…，Ln處。

假定，t＝t1時，濕潤鋒在L1處，當時間由t1時刻持續到t2時刻，在該時段內，濕潤鋒由L1移動到L2，而在此期間，L1所包圍的區域處于飽和狀態，并且具有穩定滲流，滲流持續時間為t2-t1，其滲流量q1可表示為：q1＝K（t2-t1）；其中：K為L1區域內的單位時間平均滲流量。

當提高供水流量為Q2時，濕潤鋒由L1移動到L2所需要的時間Δt肯定小于t2-t1，即滲流量q2為：q2＝KΔt，從公式中來看，Δt小于t2-t1，得出q2＜q1。

實際中，在供水流量較小的情況下，由于濕潤鋒由L1移動到L2所需時間較長，滲流持續時間也較長，滲流損失較大，在灌溉過程中，使濕潤鋒由L1移動到L2所需要投入的水量也較多， L1所包圍的區域處于飽和狀態并產生滲流的時間也較長，故使得灌溉水利用系數偏低，灌水均勻度也較差。

反之，在提高供水流量的情況下，濕潤鋒由L1移動到L2所需時間較短，滲流持續時間也較短，滲流損失較小，在灌溉過程中，使濕潤鋒由L1移動到L2所需要投入的水量也較少， L1所包圍的區域處于飽和狀態并產生滲流的時間也較短，最后灌溉水利用系數偏高，灌水均勻度也較好。

在理論分析和實踐的相互印證下可知，在其他條件相同的前提下，供水流量越大，灌溉水的利用系數越高，其均勻性也越大。

1.3 田間坡度的影響

借鑒1.2分析的結論，濕潤鋒由L1移動到L2所需時間的大小決定著滲流水量的多少和灌水均勻度的優劣，即順坡與逆坡相比，陡坡與緩坡相比，濕潤鋒由L1移動到L2所需時間較短，滲透水量也較少。從灌溉質量來看，陡坡優于緩坡，順坡優于逆坡。

但是，需要說明一點，此處所說的陡坡，不是水利工程中渠道中的陡坡。如果陡坡坡度大到一定程度的話，水流在運動過程中沒有得到充分的有效滲流，灌溉水利用系數不會得到提高，反而會因為形成較大的田面徑流而降低灌溉效果，并在田塊末端形成更大的徑流損失，降低灌溉水利用系數。因此，控制合理的田塊坡度，可以提高灌溉水利用系數，改善灌水均勻度。

2 對現代灌溉方式的探究與分析

2.1 噴灌

噴灌是現代灌溉中常見的一種灌溉方式，它是利用動力加壓設備將水由田間布設的噴頭噴灑出去，以模擬自然降雨的形式達到灌溉植物的目的。這種灌溉方式與傳統的灌溉方式相比，由于其給水過程是區域性供水，比常規的點式供水具有無濕潤鋒移動或濕潤鋒移動范圍較小的優勢，故區域內無長時間穩定滲漏的點，達到了提高灌溉水利用率的目的，有效地遏制了水肥的損失。

噴灌有局部微噴灌和全面噴灌2種灌溉方式。合理地選擇適合作物的灌溉方式，不僅可以提高水肥的利用率，還可以方便人員操作、管理，從而降低建設成本和運營成本，更大程度地發揮灌溉水的效益。

對于大田的密植蔬菜和矮莖蔬菜（如白菜、韭菜等），由于其種植密度較大、植株高度較低（與普通的果菜等植物相比），宜選用現代的全面噴灌代替傳統的地面灌溉方式，其噴頭的選型可通過作物種類、耗水量以及葉面的抗打擊程度來確定。

對于打壟種植的爬藤作物（如黃瓜、豆角等），由于種植密度偏小且種植不均勻，而全面噴灌的灌溉區域為灌溉范圍內的全部田面，對于沒有作物種植的區域，由于灌溉的水肥比較充足，給雜草的生長提供了便利的條件，最后導致沒有種植作物的區域雜草叢生；因此，建議采用局部灌溉，該灌溉方式通過調整噴頭的位置和型號將無種植區域從灌溉區域中剔除，從根本上規避以上全面噴灌所引起的弊端。

綜上所述，對于大田密植蔬菜與大田矮莖蔬菜，適合采取噴灌系列中的全面灌溉；對于帶狀種植的爬藤類蔬菜，適合采取噴灌系列中的局部灌溉。

2.2 滴灌

滴灌也是現代節水灌溉中的一種新型灌溉技術，較之噴灌，具有節能、節水等優點，廣泛應用于大田蔬菜和溫室蔬菜的種植灌溉中。

滴灌的種類有很多，根據其設計流量大致可以分成大流量、中流量和小流量3個檔次。對于一種特定的作物而言，應該選擇與之相匹配的流量進行滴灌。

如圖3所示，L1曲線為小流量滴頭的濕潤范圍，L2曲線為大流量滴頭的濕潤范圍，m曲線為根系的最大活動層。小流量滴頭的濕潤范圍L1已滿足作物的根系生理活動的范圍；對于大流量的滴頭所形成的L2的濕潤范圍，大大超過了根系生理活動的范圍。其中，L1與L2之間的范圍，為作物不能利用的濕潤范圍，只能作為滲漏損失，從而降低了灌溉水的有效利用率。

各種蔬菜對滴灌流量參數選擇原則主要為：對于小流量滴灌，主要適用于消耗水分偏少、根系活動層較淺和需要進行精準灌溉的蔬菜種類，例如：韭菜、油菜、小白菜等；而大流量作物主要用于水分消耗大、根系活動層深的蔬菜種類，例如：番茄、辣椒、茄子。

土壤因素是影響滴灌流量選型的另外一個重要的因素，其選型的依據主要是土壤滲透性的大小。

如圖4所示，對于土壤滲透性偏大的砂性土土質，大流量的滴灌，其濕潤范圍為L2所包圍的范圍；小流量的滴灌，濕潤范圍為L1所包圍的范圍，其具體選型應該根據該種蔬菜根系生理活動的范圍來確定，若選型不匹配，則會造成濕潤范圍不足或者過大，最后引起多余滲漏損失。

如圖5所示，對于土壤滲透性偏小的黏性土質，其滲透流量偏小，大流量的滴灌，濕潤范圍為L2所包含的范圍，其中地面以上部分是由于滴灌出水流量大于滲透流量所形成的地表徑流或積水；小流量的滴灌，濕潤范圍為L1所包圍的范圍。

通過以上分析，土壤滲透性偏小的土質在大流量滴灌工作的條件下容易因為滴灌出水流量大于滲透流量而形成地表徑流或積水，最終引起土壤板結等不良后果。故對于土壤的滲透性偏大或者偏小的土質中，不宜使用大流量的滴灌設備進行灌溉作業。但是，對于土壤滲透性偏大或適中，蔬菜根系活動范圍較大的情形，可以采用大流量的滴灌設備進行灌溉，以便于利用其流量大的特點使得土壤濕潤鋒可以大范圍擴散，并且少量的積水也可以在短時間內因土壤滲透流量比較大而迅速排出，從而避免田面長期積水而使土質惡化。

氣象因素：對于氣溫較高、氣候干旱的區域，其蒸發損失較大。對于小流量滴灌而言，其灌溉時間較長，灌溉過程中的蒸發損失時間較長，最后使得總損失量較大，灌溉水的有效利用率降低；換而言之，對于大流量滴灌而言，其灌溉時間較短，灌溉過程中的蒸發損失時間也較短，最后使得總損失量較小，灌溉水的有效利用率提高。故對于氣溫較高、氣候干旱的情形，不宜采用小流量滴灌灌溉。

3 小結

針對不同蔬菜的種植特點，對不同灌溉方式的灌溉效果和灌溉水的利用情況進行了系統的分析和探究，并針對各種蔬菜的種植方式及品種提出了合理的灌溉方式。

由于蔬菜的種類眾多，不同的灌溉方式及灌溉的時期都會直接或者間接影響到蔬菜作物的生長發育、產量及水分利用效率，從而影響到蔬菜的品質，必須結合當地的氣候及生產條件，合理利用多種灌溉方式來滿足蔬菜的生長要求，提高蔬菜產品的質量與品質。本文主要從理論分析的角度評價各個灌溉方式的灌溉水利用率以及灌溉均勻度的情況，并且從定性的角度初步擬定比較科學合理的灌溉方式的適用情形，最后得出合理性的指導選型方案。