牧草地滴灌管灌水均匀性试验研究

纪学伟 ，王 冲

（1.大禹节水集团股份有限公司，735000，酒泉；2.天津市大禹节水灌溉技术研究院，301712，武清）

近年，喷灌、滴灌等高效节水灌溉技术与装备在牧区的推广面积越来越大，尤其是地下滴灌能够在作物全生育期内向其根域直接供施水、肥、气、药等，深受广大农牧民的青睐。为此，大禹节水集团股份有限公司研发了牧草地浅埋排根防负压避鼠型地下滴灌管，以适应西部牧区（青海、甘肃、内蒙古、宁夏等区域）灌溉需求。

灌水均匀度是衡量滴灌系统灌水质量的主要指标，常被用作评价滴灌管/带产品优劣。地下滴灌灌水器埋于土壤中，灌水均匀度既受到土壤质地、作物根系的影响，又受到滴灌管滴头流量、布置间距、埋设深度等因素的影响。而有关地下滴灌管田间布置模式的研究相对较少。本文以牧草地浅埋排根防负压避鼠型地下滴灌管为研究对象，以滴头流量、滴灌带间距、滴灌带埋设深度为影响因素，以灌水均匀度为考核指标，通过田间试验实测分析，探索出适宜该地区的田间毛管（滴灌管）布置模式，为牧区草场地下滴灌系统的设计和运行管理提供参考。

一、材料与方法

1.试验布置

试验选在内蒙古自治区鄂托克旗棋盘井镇草籽场社区赛乌素嘎查，试验田块尺寸为45 m×120 m，田面高差≤±5 cm，种植牧草为2年龄的紫花苜蓿。选用新研发的牧草地浅埋排根防负压避鼠型地下滴灌管为试材，壁厚0.4 mm，滴头间距30 cm，选取滴头流量（1.38 L/h、2.0 L/h、3.0 L/h）、毛管布置间距（60 cm、90 cm）、埋设深度（15 cm、20 cm、25 cm）为控制变量，共设54个小区。灌水定额参照 《荒漠化草原紫花苜蓿地埋滴灌技术规程》（DB 15/T 907—2015）， 设定为22.5 mm，试验方案设计见表1。

2.测定指标及方法

试验毛管进口压力控制在0.15 MPa，毛管长度100 m。采用取土烘干法测定滴灌灌水结束24 h后各测点不同土层深度（10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm）处的土壤含水量（质量含水量）。

根据毛管布设情况，选取离干管近距离、中近距离、中等距离、中远距离和远距离的毛管作为测定对象；对选定的每条毛管选取离支管近点、中近点、中远点和远点的滴头作为测试滴头（共25个滴头）。在选定滴头与相邻两滴灌带中心之间，等距布设3处测点（根据实际情况，测点间距根据毛管铺设间距确定，可选为10 cm或 15 cm）。

表1 试验方案设计

3.均匀性评价指标

本文采用克里斯琴森均匀度系数（Cu）作为灌水均匀性评价指标，计算方法如下：

式中，Cu为土壤水分分布均匀度系数；为每个取样点实际土壤含水率与平均值之差绝对值的平均值，即平均差，通过（2）式计算，%；为平均土壤含水率，采用（3）式计算，%。

式中，θi为每个取样点的实际土壤含水率，采用（4）式计算，%；N为取样点个数。

式中，θij为第i测点第j层 （j=1、2、3···7、8）的土壤含水率，%。

二、结果与分析

1.不同滴头流量滴灌管灌水均匀度

（1）1.38 L/h滴头流量滴灌管灌水均匀度

不同毛管布置间距、埋设深度组合下，1.38 L/h滴头流量滴灌管土壤水分分布均匀度系数如图1所示。由图1可以看出，不同毛管间距的滴灌管Cu随着埋设深度的增加均呈现出“先升后降”的变化趋势。各埋设深度下，60 cm毛管间距的滴灌管Cu能够保持在0.91～0.94之间，其中以20 cm埋设深度最佳。与60 cm毛管间距相比，90 cm毛管间距的滴灌管Cu在各埋设深度下均有不同程度的下降，尤以30 cm埋设深度下为甚，降幅达5.5%，Cu降至约0.87，此模式下灌水均匀度较差，效果不佳。

图1 1.38 L/h滴头流量滴灌管Cu

图2 2.0 L/h滴头流量滴灌管Cu

（2）2.0 L/h滴头流量滴灌管灌水均匀度

不同毛管布置间距、埋设深度组合下，2.0 L/h滴头流量滴灌管土壤水分分布均匀度系数如图2所示。由图2可以看出，不同毛管间距下，2.0 L/h滴头流量滴灌管Cu随埋设深度的变化趋势与1.38 L/h滴头流量滴灌管类似，且较之有所提高，Cu均能够达到0.91以上。各埋设深度下，60 cm毛管间距的滴灌管Cu能够保持在0.93～0.97之间，仍以20 cm埋设深度最佳，灌溉效果最优。与60 cm毛管间距相比，90 cm毛管间距的滴灌管Cu在各埋设深度下略有下降，基本保持在0.91～0.93之间；其中，20 cm埋设深度下的Cu降幅为3.6%，10 cm和30 cm埋设深度下的Cu降幅较小，在1.6%～1.7%之间。

（3）3.0 L/h滴头流量滴灌管灌水均匀度

如图3所示，滴灌管滴头流量增加到3.0 L/h时，不同毛管布置间距、埋设深度组合下的Cu有明显提高，以10 cm埋设深度时最为显著。此外，60 cm和90 cm毛管间距的滴灌管Cu在10cm和20cm埋设深度时，均能保持在0.95左右，并且无明显差异；90 cm毛管间距的滴灌管Cu在30 cm埋设深度时达到最高值0.96，较60 cm毛管间距的滴灌管Cu提高了3.1%，此模式下灌水均匀度也达到了较高水平。

2.不同滴头流量滴灌管田间布置模式

通过上述分析，不同滴头流量滴灌管的最优布置模式如表2所示。由表2可以看出，牧草地浅埋排根防负压避鼠型地下滴灌管应用于苜蓿草地灌溉，灌水均匀度最高的是滴头流量为2.0 L/h的滴灌管，其次是滴头流量为3.0 L/h的滴灌管，这两种流量的滴灌管最优田间布置模式均为毛管间距60 cm、埋设深度20 cm。

滴头流量为1.38 L/h的滴灌管灌水均匀度系数虽然也达到了较高水平 （0.942），但较滴头流量为2.0 L/h和3.0 L/h的滴灌管分别降低了2.7%和2.1%。

可见，从水力性能角度看，在合理田间布置模式下，3种滴头流量的滴灌管均能满足西部牧区草地地下滴灌的需求，且能够获得较好的灌水均匀度。

从投资角度看，按照滴头流量为1.38 L/h、2.0 L/h、3.0 L/h 的滴灌管单价约为0.28元/m计，3种滴灌管灌溉系统亩均投资分别为1 040元/亩（1 亩=1/15 hm2， 下同）、983 元/亩和976元/亩。因此，根据牧区农牧业生产经济条件，可优先选用滴头流量为2.0 L/h和3.0 L/h的滴灌管。

图3 3.0 L/h滴头流量滴灌管Cu

表2 不同滴头流量滴灌管田间布置模式推荐表

表3 不同滴头流量滴灌管灌溉系统投资表

三、结论与讨论

①从水力性能和投资角度综合考虑，优先选用滴头流量为2.0 L/h的滴灌管，滴灌管壁厚0.4 mm、滴头间距30 cm，性价比最高。

②滴头流量为2.0 L/h的滴灌管田间布置模式为毛管间距60 cm、埋设深度20 cm时，灌水均匀度能够达到0.968，应用于西部牧区草地地下滴灌效果最佳。

试验尚未考虑地形条件（如顺逆坡）、草地多样性（如不同品种牧草）等因素对Cu的影响，新产品的适用性验证未能全部实现，有待于进一步研究。