荒漠绿洲区膜下滴灌条件下水药一体化技术研究进展

赵静，张学坤，刘政，林克剑，2

（1新疆农垦科学院植物保护研究所，新疆石河子832000；2中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害生物学国家重点实验室，北京100193）

荒漠绿洲区膜下滴灌条件下水药一体化技术研究进展

赵静1，张学坤1，刘政1，林克剑1，2

（1新疆农垦科学院植物保护研究所，新疆石河子832000；2中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害生物学国家重点实验室，北京100193）

膜下滴灌技术已成为荒漠绿州区典型的农业灌溉方式。通过滴灌系统将农药引入土壤进行病虫草害防治，具有节水、省药、高效以及对环境污染小等优点，将成为解决传统施药方式造成环境污染、抗药性等问题的有效途径。通过总结膜下滴灌施药技术在国内外的研究发展及应用状况，分析当前发展膜下滴灌条件下水药一体化面临的问题与解决的对策建议，为进一步研究和发展膜下滴灌水药一体化技术提供研究依据。在国家大力提倡发展节水农业和生态农业，重点推进农药化肥“双减”行动的背景下，水药一体化尤其是水肥药一体化技术将引领农药产业及植保技术革命，具有广阔的市场前景。

绿洲；膜下滴灌；水药一体化；研究进展

0 引言

新疆地处欧亚大陆腹地，年蒸发量为1 500—3 400mm，远高于年降水量，是典型的干旱地区，“荒漠绿洲，灌溉农业”是其显著特点，作物生长须全生育期灌溉[1-2]。荒漠绿洲农业又称绿洲灌溉农业或沃洲农业，指分布于干旱荒漠地区有水源灌溉地方的农业，虽然荒漠绿洲有发展旱区现代农业的先天光热资源优势，但是绿洲农业区田间生态环境脆弱、自然灾害频繁、加上粗放式灌溉导致的肥水资源浪费等严重制约了荒漠绿洲区农业高效生产[3]，传统粗放的灌溉系统是导致绿洲农田生态恶化的主要原因，典型表现是“三化一污”（盐渍化、土壤肥力退化、风沙化、化学农药肥料面源污染等）[4]。改进灌溉方式，实现高新节水，减少农药化肥用量以及提高水肥药的利用率是促进荒漠绿洲区农业增产增效的重要途径。

膜下滴灌技术是集成塑料薄膜覆盖栽培与滴灌两项技术的新型高效节水农业技术。膜下滴灌主要是将滴灌带铺设在膜下，利用地面给水管道将灌溉水源送入滴灌带，滴灌带上设有滴头，使水不断地滴入土壤中直至渗入作物根部，以减少土壤的田间蒸发，提高了水的利用率[5]。近年来，膜下滴灌在新疆荒漠绿洲垦区已大面积推广，仅兵团高新节水面积就突破66.67万/hm2，广泛应用于棉花、加工番茄、瓜果、蔬菜等主要作物，取得了明显的经济效益和社会效益。

水药一体化技术是将灌溉与施药融为一体的农业新技术，其借助压力系统，将可溶性固体或液体农药，通过管道和滴头，均匀、定时、定量的注入土壤，进而被作物吸收，以达到防治病虫草害的目的。水药一体化技术同时具有节水、节药、省工的特点[6]，借助水药一体化系统可以实现精准定量用药，对提高农药利用率、减少农业面源污染、促进荒漠绿洲区农业高效绿色安全发展意义重大。

近年来，随着新疆农业的发展及结构性调整步伐加快，绿洲区作物种植面积不断扩大，作物种类日趋丰富，导致病虫草害发生日益严重，农药使用量也大幅上升。农药的频繁、过量使用不仅对人、畜安全造成威胁而且直接污染环境（农药面源污染），杀伤有益生物，破坏生态平衡，引起害虫产生抗药性。2015年农业部公布的农药利用率数据表明，我国水稻、玉米、小麦3大粮食作物农药利用率为36.6%，比2013年提高1.6%，但远远不及发达国家的60%，而且在其他作物上农药利用率更低[7]。发展新型施药技术，提高农药科学化使用水平和利用率，成为保障农产品质量安全、保护农田生态环境安全的根本出路。

1 国内外水药一体化技术研究进展

1.1 滴灌施药的田间防效

1.1.1 滴灌施药的田间杂草防效

19世纪60年代初，已有利用灌溉技术施入选择性除草剂进行防治农田杂草的报道。前人研究证实，通过滴灌施入敌草隆混剂对田间优势杂草的防效较好且时效长[8]。通过滴灌施入磺酰脲类除草剂（玉嘧磺隆和磺酰磺隆）能有效地控制加工番茄田的列当，而且不损伤加工番茄；在加工番茄生长后期，滴灌以上两种除草剂的同时配合施入氯磺隆可以防止列当的再次危害[9]。在棉田中施入精异丙草胺乳油可以很好的控制棉花封行前的杂草，对一年生禾本科杂草、部分阔叶杂草及恶性杂草龙葵均有较好的防效，并且对棉花安全[10]。通过滴灌施入金都尔乳油防治棉田杂草，发现对一年生杂草具有显著的防治效果，尤其对苋菜有特效，并对棉花安全[11]。随滴灌滴施5种土壤除草剂（50%敌草胺可湿性粉剂、90%双本酰草胺可湿性粉、96%精异丙甲草胺乳油、72%异丙甲草胺乳油和48%甲草胺乳油）既可以有效防止杂草生长（除草效果为82.98%—96.10%），又可显著改善棉花的经济和农艺性状。

众多研究表明，滴灌施入药剂选择内吸防效高于触杀防效的药剂时，水药一体化技术的田间防效非常显著[12-14]。

1.1.2 滴灌施药的田间虫害防效

实践证明，将内吸性杀虫剂通过滴灌系统施入作物根部，经根部吸收后运输到受害部位可以有效防治害虫。在棉田和辣椒田通过滴灌施入吡虫啉防治蚜虫效果较好，而且隐蔽施药更有利于保护天敌。滴滴净随水滴施防治田间棉蚜效果理想，药后3 d防效达100%，药后14 d防效为87.7%；试验结果表明，在棉蚜发生始盛期或盛发期滴药，可有效控制伏蚜危害[15-17]。膜下滴灌施入吡虫啉防治黄瓜甲虫时，与不覆膜也不滴灌的对照相比，黄瓜的产量增加了10倍[18]。在辣椒产区，通过滴灌施入氯虫苯甲酰胺悬浮剂可以有效地控制辣椒中后期棉铃虫危害，并解决封垄后无法施药的问题[19]。滴灌施入3种杀虫剂（吡虫啉、噻虫嗪、嘧啶氧磷）对三点斑叶蝉的防治效果在85.86%—95.84%，同时对玉米安全[20]。在5月中旬至6月中旬地老虎发生盛期，结合滴水、滴肥，滴施辛硫磷150 g/667m2+水胺硫磷100 g/667m2可防治地老虎及玉米螟。在滴头水时，采用70%滴滴净100 g+47%丁硫克百威100 g+农药增效剂30—50 g，每隔15 d滴施1次，连续滴2次以上，可有效防治玉米螟、三点斑叶蝉、红蜘蛛等害虫[21]。滴灌施药技术也可以用于林业上，解决因树木高大很难用常规喷药方法防治害虫的难题，采用根部滴灌内吸性杀虫剂，对舟蛾及卷叶螟等林木害虫防效显著[22]。在作物或林木上通过滴灌施入杀虫剂，因其简便易行、用药量少、持效期长、经济安全及对天敌和环境影响小等特点，具有广阔的应用前景。

1.1.3 滴灌施药的田间病害防效

随着膜下滴灌技术的推广，因田间湿度大引起的病害有所减轻。然而，一些高温、低湿条件下易发生的病害如白粉病将逐渐增加[23]。将内吸性杀菌剂随滴灌施入作物根系，可有效防治白粉病和疫病等常发性病害，如随水滴灌施入72%克露和60%丙森霜脲氰防治辣椒疫病，防治效果达到94.6%和92.3%[24]。覆膜之后，土壤环境更加适宜土传病原菌的生长，土传病害如黄萎病、青枯病、根腐病及根结线虫病发生更加严重。由于土传病害的顽固性，常规药剂很难防治。刘燕等[25]通过滴灌施入3种药剂（18.7%丙环醚菌酯、黄腐酸盐、乙蒜素）防治棉花黄萎病，发现所述药剂未达到预期防治效果，甚至无效。但是，滴灌施入枯草芽孢杆菌对棉花黄萎病的防效达到51.42%，增产13.48%[26]。滴灌施药在保证防治效果的同时，也减少了高毒农药的用量，如滴灌施入低量苯线磷不仅对根结线虫有良好的防效，并且减少了其对地下水的污染[27]。土壤熏蒸剂对土传病害有良好的防治效果，然而由于毒性较高，发展比较缓慢。改变熏蒸剂等高毒农药的剂型，发展适合滴灌使用的专用剂型，即高效、安全地使用高毒农药。在国外，一些熏蒸剂如威百亩、1,3-二氯丙烯以及氯化苦等已发展成乳油剂型，并随着滴灌系统施入土壤来防治土传病害。同传统注射方式相比，可溶性熏蒸剂通过滴灌系统施入土壤更加经济环保，并减少了散发，保证了操作人员的安全。通过滴灌系统施入熏蒸剂确保了其在土壤中的均匀分配，有效地防治土传病害，并显著提高作物产量[28-30]。除了在种植前滴施熏蒸剂杀死土传病原菌外，在作物生长前期，滴施保护性杀菌剂可以预防病害的发生，在病害发生初期，滴施内吸性杀菌剂可以快速准确地防治病害，保证作物的健康生长。

1.2 滴灌施药的药液运移规律

通过滴灌施入的农药在土壤中的分布及运移直接影响田间防治效果。农药的吸附特性、土壤类型、滴灌量及灌溉时间是影响药液在土壤中分布的重要因素。滴灌条件下奈丙酰草胺（napropamide）和溴苯睛（bromacil）两种除草剂在整个研究期间（施药后24 h取样）在土壤中均没有降解，土壤对溴苯睛的吸附作用较轻，循环滴灌施药能使农药迅速在土壤中分布；而土壤对奈丙酰草胺则具有较强的吸附作用，从滴头渗入时即在土壤中缓慢移动[31]。Omar等[32]研究了在多层非饱和土壤和非稳定流量条件下水分、可降解反应性农药的运移情况，并证实了杀线虫剂克线磷（Nemacur）在桃树根区的运移规律。Wang等[33]研究明确了滴灌施药条件下熏蒸剂l，3-二氯丙烯在土壤中的运移及空气散发量。Russo等[34]对滴灌施入氟乐灵（Trinuarlin）在土壤中的运移情况进行了模拟，分析了不同流量和施药量条件下，土壤水分特性、有机碳含量及灌溉水中有机物质的浓度对氟乐灵土壤中环境行为的影响，并评价了这些土壤性质及灌溉水对滴头附近氟乐灵持留的影响及对地下水源污染的潜力。在大雨季节，吡虫啉膜下滴管施药能阻止农药从根部淋溶，同时也能防止土壤侵蚀过程中的农药流失发生，有研究表明，在整个施药期内吡虫啉没有淋溶，推测可能是因为滴灌时间同蒸发速率不匹配造成的[35]。在膜下滴灌施药条件下，农药在土壤中的分配运移主要受施药量、滴水量和流量强度的影响，滴入的药量和水量越多，农药在土壤中的运移能力越强，其淋溶作用也越强；在施水量相同的情况下，流量强度的大小也影响农药的运移能力和淋溶性。在土壤中添加腐殖酸、活性炭及草炭等能延阻农药在土壤中的淋溶作用[36-37]。在膜下滴灌施药时混加可溶性腐殖酸或在翻地时加入活性炭或草炭，既能增加药效，也在一定程度上加强了农药在土壤中的扩散，减少了农药的淋溶，并发挥了腐殖酸及活性炭的肥料特性，为水肥药的一体化提供了新思路。

2 膜下滴灌水药一体化的问题与对策建议

2.1 水药一体化技术发展面临的问题

2.1.1 滴灌设备质量标准缺位，市场竞争无序

随着膜下滴灌技术的推广应用，滴灌产品市场无序竞争，一些小型生产厂商应运而生，产品良莠不齐。由于小型生产厂家技术落后，模具制作精度差，所生产的滴灌设备不符合标准，器材配套性差，以低廉的价格参与市场竞争。在使用过程中支管、毛管漏水严重，爆管现象时有发生，若结合药肥使用，常造成药害、肥害等问题。而且滴灌设备使用寿命较短，过滤效果不理想，滴水器经常堵塞，对农户造成了极大的经济损失[38]。制定和执行严格的滴灌设施生产标准和市场准入标准是滴灌技术产业化发展的根本保障。

2.1.2 残膜污染加重

实施膜下滴灌技术，滴灌供水量较小，为保证灌溉效果，在作物生长期常采取不揭膜的方式，以减少蒸发量。冬春两季揭膜效果差，长此以往，田间残膜量较大，影响作物的出苗及生长发育，田间残膜已成为困扰政府、农户的重要问题。对于残膜问题，应认真研究解决方案，如使用质量较好的薄膜以便二次利用，研发推广降解膜，生物膜等环境友好的薄膜以及研制现有塑料薄膜的替代品。

2.1.3 土壤次生盐渍化严重

实施膜下滴灌技术面临着只灌不排、滴水间隔时间长以及只春灌不冬灌等问题，使得表层盐分增加，在春季反盐现象更加严重[39]。为了降低土壤盐渍化，可通过提高滴灌水的利用率，加强冬春灌操作，并研究适合滴灌田的排盐模式以解决滴灌导致的土壤盐分积累问题。

2.2 滴灌专用农药剂型的问题

滴灌施药要求将农药分散到滴灌水中，再随水滴入土壤。然而，由于农药剂型的影响，导致农药在水中分布不均匀或者凝结成絮状或团状，在施药时堵塞滴管，影响滴灌效果，甚至造成药害。因此，研究开发新的滴灌专用农药剂型对滴灌施药至关重要。在我国，农药剂型研究比较落后，一些老剂型如乳油（EC）和可湿性粉剂（WP）所占的比例与发达国家相差很大[40]。由于传统剂型需要大量的有机溶剂或出现粉尘，既污染环境，还容易产生药害。另外，传统药剂药效低、持效期短，需增加施药量和施药频率，从而产生农药残留及抗药性等问题。近年来，随着物理化学及表面活性化学等学科的发展，新型剂型的发展十分迅速，已能适应化学防治的不同需求，随着人们环保意识的增强，绿色环保的剂型已成为当今剂型加工的发展方向[41]，很多新剂型也符合滴灌施药的要求。

目前，水基化剂型最受欢迎，包括悬浮剂（SC）、水乳剂（EW）、微乳剂（ME）以及水剂。据统计，在全球农药新剂型中涉及到悬浮剂的活性成分达350个，远远多于其他新剂型；在我国，已登记的悬浮剂也达到270个[40]。当前被市场广泛认可和使用的农药活性成分，也多以悬浮剂为主，如：200 g/L氯虫苯甲酰胺SC、250 g/L嘧菌酯SC、480g/L多杀霉素SC、240 g/L螺螨乙酯SC等[42]。水乳剂、微乳剂的发展也很迅速，截止2008年，水乳剂在我国的登记品种已达到395个，如：20%氰戊菊酯EW、40%乙草胺EW、60%丁草胺EW、5%高效氰戊菊酯EW、20%杀螟硫磷EW等。除了水基化剂型大受欢迎外，一些固体新剂型也受到了人们的重视。与传统固体剂型（粉剂、可湿性粉剂、粒剂等）相比，新剂型如水分散粒剂、泡腾片具有无粉尘污染、易包装运输、分散均匀及药效稳定等优点[43]。目前国内开发的产品有5%甲维盐、40%烯酰吗啉、10%苯醚甲环唑、70%吡虫啉、80%戊唑醇、80%敌草隆、75%代森锰锌、97%乙酰甲胺磷等多个水分散粒剂产品[44]。新农药剂型具有对环境污染小、在水中分配均匀以及效果稳定等特点，非常适宜滴灌施药。然而，对于防治作物地上部分病虫害的杀虫剂和杀菌剂，滴灌施入的药剂必须通过根部吸收才能运输到防治部位，要求在滴管灌施药药剂选择及剂型开发时，筛选内吸性强的农药并开发成新剂型才能保证滴灌施药的效果。

2.3 滴灌施药影响作物安全

在滴灌施药条件下，药剂直接与作物根系接触，药剂选择、配比及施药时期不当均可对作物造成药害。对除草剂而言，一个品种能否大面积推广应用，首要考虑其对作物的安全性，因为除草剂是在植物之间（杂草与作物）进行选择，且这种选择是有限的。据报道，大多数作物在施入除草剂之后都会产生不同程度的药害，一般分为可见性药害和隐性药害两种[45]，不论哪种药害，均可造成作物产量和品质的下降，如作物生长畸形、生长势弱以及大幅度减产等。Webste等[46]研究发现，在茄子苗移植前后使用滴灌施入不同剂量的氯吡嘧磺隆，虽然能防治莎草，但也能使茄子产生药害，并抑制茄子生长，降低茄子产量。在膜下滴灌条件下使用稻杰防治水稻苗期杂草，发现在一定浓度下可以起到防治杂草的作用，而过量使用时则影响水稻生长，并影响土壤酶的活性[47]。在滴灌施入除草剂时，要选择作物安全性好、对杂草选择性强的药剂，并在施药时根据滴水罐的容量、滴水压力及滴水时间确定施入的水量和稀释倍数，再配合安全剂（保护剂）的使用，确保除草剂既能达到防除杂草的效果，也不会对作物产生药害。

通常人们更多关注除草剂的药害风险，而忽略杀虫剂、杀菌剂对作物的影响。研究发现杀虫杀菌剂也会对作物产生药害[48]，如：代森锰锌对美国红提产生锈果症状[49]，三唑酮会影响小麦的出苗，三唑锡、苯丁锡会造成落花落果；哒螨灵对果树产生药害[50]。在滴灌施入杀虫剂、杀菌剂时，除了开发适合于滴灌施药的农药品种和剂型之外，更需要研究药剂在滴灌条件下的安全使用剂量和对天敌的安全性，严格按照推荐用量进行用药，并在施药后时刻观察作物生长，发现药害问题及时解决。

2.4 滴灌施药造成土壤污染

滴灌施药情况下，通过随水滴施的方式把药剂带入到土壤中，为了保证植株体吸收足量的药剂以起到杀灭害虫的效果，投入的药剂量较大，长期施用情况下，势必会造成农药在土壤中累积残留，从而造成土壤深层次污染和对下茬作物潜在的危害风险。要针对除草剂、杀虫剂和杀菌剂等不同药剂进行多年连续使用的土壤残留和累加风险评估分析，深入了解农药在土壤中的分解情况，采用土壤微生物降解方法、生物修复方法、物理—化学修复法和土壤农残降解剂等多种方法降低土壤中农药残留的含量[51]。

3 展望

在荒漠绿洲区的作物生产中推广膜下滴灌施药技术，将提供一种更为经济、有效地有害生物防控途径。通过水药一体化的实施，有助于减少或消除农药对人类和非靶标有机体的影响，减缓生态环境退化。由于农药可在作物不受水分胁迫时施加，能被直接施用到需要保护的地方，易于被更好地吸收，并可节约昂贵的化学药品和设备费用。我国可供利用的灌溉水资源日趋紧张，农业生态环境日益恶化，大力发展包括滴灌施药在内的各种节水灌溉施药技术，提高水分和农药的利用率，是缓解水资源紧缺、保护水土环境、保障我国绿色农产品有效供给的重要途径。随着节水农业和生态农业的快速发展以及农药化肥“双减”行动的深度推进，水药一体化甚至水肥药一体化技术将引领农药产业及植保学科的一场技术革命。

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Technology Advance of Drip Irrigation of IntegralControlofW ater and Pesticide in the Oasis

LIU Peng-fei1，ZHAO Jing2，ZHANG Xue-kun2，LIU Zhenzheng2，LIN Ke-kejian1，2*
（1the plantprotection institute，Chineseacademy ofagriculturalsciences，state key lab ofplantpestbiology，Beijing 100193;2the plantprotection institute，Xinjiang Academy Agriculturaland Reclamation Science，Shihezi 832000，Xinjiang）

Drip irrigation technique undermembrane has become a typicalmethod in the oasis.It has advantages such as wa ter saving，reduce pesticides，high efficiency and lower pollution to the environment by irrigation pesticides with water.Research progress and producing application of drip irrigation of integral control of water and pesticide in the oasis were summarized by the study，then some relevant suggestions based on the study were offered.Under the background of the water-saving ecological agri culture were strongly advocate，reduce the fertilizers and pesticides action were advanced，Technology drip irrigation of integral control of water and pesticide technology is leading us into an technological revolution of plant protection and pesticide industry，and itwill has a broad developing trend.

Oasis;Drip irrigation technique undermembrane;integral controlofwaterand pesticide;research advance

2016-08-15

联系方式：赵静，新疆农垦科学院植物保护研究所助理研究员，研究方向：农药使用技术，E-mail：181117506@qq.com；林克剑，新疆农垦科学院植物保护研究所所长，研究员，硕士生导师，研究方向：农业昆虫与害虫防治，E-mail：linkejian@caas.cn