灌溉方式对蔬菜灌溉质量的影响

李静奇，张敬义，许庆广

（北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司，北京 100083）

在保证高效产出的前提下，如何降低灌溉定额（灌溉水在单位面积的投入总量）的投入，更加有效地利用水资源，是现代农业灌溉技术所面临的问题。但是对于该数量的水体投入田间的方式，即灌溉方式对灌溉水利用系数（即有效的灌溉水量与总的灌溉水总投入量的比值）的影响则无一确定的结论，只是普遍性地认为：传统的田间灌溉方式＜现代喷灌方式＜现代滴灌方式，但在同一种灌溉方式中没有一个明确的可再提高灌溉水利用系数的结论。故有必要对灌溉质量的影响因素进行进一步的探究与分析，即深入研究灌溉水利用系数和灌溉均匀度的影响因素。通过对该问题的分析，即对影响因素进行控制与改良，可以提高灌溉水的均匀度，并指导具体灌溉技术的实施，以提高灌溉质量，提高水资源的有效利用率。

1 对传统灌溉方式的探究与分析

对传统灌溉方式的灌溉均匀度的影响因素一般包括以下几个方面：田间入水口位置的影响、灌溉供水流量的影响和地面坡度的影响。由于土壤的透水性为土壤的固有属性，在短时间、低成本的条件下难以改变，故在此对该问题略去不谈。

1.1 田间灌溉入水口的影响

如图1所示，上图表示田间灌溉入水口位置在田块角点A处，其中水流扩散的最长路径为AC线段；下图表示田间灌溉入水口位置在田块一边的中点E处，其中水流扩散的最长路径为ED（EC）线段。

就第2种布置方式而言，第1种的布置方式的扩散路径较长，灌溉水的扩散时间也较长，故在田间入水口处的土壤饱和含水量持续时间也较长，即在最长扩散路径AC的最远点达到灌溉含水量时，其他区域基本处于饱和含水量，并产生了一定量的稳定渗流。

假设其稳定渗流量为Q，灌溉面积为A，则总的渗流量可以表示为：Q＝f（A，Q，t）。对比2种布置方式，显然函数的A、Q是一样的，唯一不同的是时间t，即第1种布置方式比第2种布置方式的渗流时间要长，故第1种布置方式的渗透损失和均匀性不如第2种布置方式理想。

综上所述，为提高灌溉均匀度，提高灌溉水利用系数，并降低渗透损失量，可以采取将田间入水口位置尽量布置在靠近田块的形心位置。在条件允许的情况下，可以围绕田块的形心环绕布置。

1.2 灌溉供水量流量的影响

如图2所示，供水口设置在E处，在E点供水量为Q1，在时间t＝t1，t＝t2，…，t＝tn时，测得田间的湿润锋位置处于L1， L2，…，Ln处。

假定，t＝t1时，湿润锋在L1处，当时间由t1时刻持续到t2时刻，在该时段内，湿润锋由L1移动到L2，而在此期间，L1所包围的区域处于饱和状态，并且具有稳定渗流，渗流持续时间为t2-t1，其渗流量q1可表示为：q1＝K（t2-t1）；其中：K为L1区域内的单位时间平均渗流量。

当提高供水流量为Q2时，湿润锋由L1移动到L2所需要的时间Δt肯定小于t2-t1，即渗流量q2为：q2＝KΔt，从公式中来看，Δt小于t2-t1，得出q2＜q1。

实际中，在供水流量较小的情况下，由于湿润锋由L1移动到L2所需时间较长，渗流持续时间也较长，渗流损失较大，在灌溉过程中，使湿润锋由L1移动到L2所需要投入的水量也较多， L1所包围的区域处于饱和状态并产生渗流的时间也较长，故使得灌溉水利用系数偏低，灌水均匀度也较差。

反之，在提高供水流量的情况下，湿润锋由L1移动到L2所需时间较短，渗流持续时间也较短，渗流损失较小，在灌溉过程中，使湿润锋由L1移动到L2所需要投入的水量也较少， L1所包围的区域处于饱和状态并产生渗流的时间也较短，最后灌溉水利用系数偏高，灌水均匀度也较好。

在理论分析和实践的相互印证下可知，在其他条件相同的前提下，供水流量越大，灌溉水的利用系数越高，其均匀性也越大。

1.3 田间坡度的影响

借鉴1.2分析的结论，湿润锋由L1移动到L2所需时间的大小决定着渗流水量的多少和灌水均匀度的优劣，即顺坡与逆坡相比，陡坡与缓坡相比，湿润锋由L1移动到L2所需时间较短，渗透水量也较少。从灌溉质量来看，陡坡优于缓坡，顺坡优于逆坡。

但是，需要说明一点，此处所说的陡坡，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话，水流在运动过程中没有得到充分的有效渗流，灌溉水利用系数不会得到提高，反而会因为形成较大的田面径流而降低灌溉效果，并在田块末端形成更大的径流损失，降低灌溉水利用系数。因此，控制合理的田块坡度，可以提高灌溉水利用系数，改善灌水均匀度。

2 对现代灌溉方式的探究与分析

2.1 喷灌

喷灌是现代灌溉中常见的一种灌溉方式，它是利用动力加压设备将水由田间布设的喷头喷洒出去，以模拟自然降雨的形式达到灌溉植物的目的。这种灌溉方式与传统的灌溉方式相比，由于其给水过程是区域性供水，比常规的点式供水具有无湿润锋移动或湿润锋移动范围较小的优势，故区域内无长时间稳定渗漏的点，达到了提高灌溉水利用率的目的，有效地遏制了水肥的损失。

喷灌有局部微喷灌和全面喷灌2种灌溉方式。合理地选择适合作物的灌溉方式，不仅可以提高水肥的利用率，还可以方便人员操作、管理，从而降低建设成本和运营成本，更大程度地发挥灌溉水的效益。

对于大田的密植蔬菜和矮茎蔬菜（如白菜、韭菜等），由于其种植密度较大、植株高度较低（与普通的果菜等植物相比），宜选用现代的全面喷灌代替传统的地面灌溉方式，其喷头的选型可通过作物种类、耗水量以及叶面的抗打击程度来确定。

对于打垄种植的爬藤作物（如黄瓜、豆角等），由于种植密度偏小且种植不均匀，而全面喷灌的灌溉区域为灌溉范围内的全部田面，对于没有作物种植的区域，由于灌溉的水肥比较充足，给杂草的生长提供了便利的条件，最后导致没有种植作物的区域杂草丛生；因此，建议采用局部灌溉，该灌溉方式通过调整喷头的位置和型号将无种植区域从灌溉区域中剔除，从根本上规避以上全面喷灌所引起的弊端。

综上所述，对于大田密植蔬菜与大田矮茎蔬菜，适合采取喷灌系列中的全面灌溉；对于带状种植的爬藤类蔬菜，适合采取喷灌系列中的局部灌溉。

2.2 滴灌

滴灌也是现代节水灌溉中的一种新型灌溉技术，较之喷灌，具有节能、节水等优点，广泛应用于大田蔬菜和温室蔬菜的种植灌溉中。

滴灌的种类有很多，根据其设计流量大致可以分成大流量、中流量和小流量3个档次。对于一种特定的作物而言，应该选择与之相匹配的流量进行滴灌。

如图3所示，L1曲线为小流量滴头的湿润范围，L2曲线为大流量滴头的湿润范围，m曲线为根系的最大活动层。小流量滴头的湿润范围L1已满足作物的根系生理活动的范围；对于大流量的滴头所形成的L2的湿润范围，大大超过了根系生理活动的范围。其中，L1与L2之间的范围，为作物不能利用的湿润范围，只能作为渗漏损失，从而降低了灌溉水的有效利用率。

各种蔬菜对滴灌流量参数选择原则主要为：对于小流量滴灌，主要适用于消耗水分偏少、根系活动层较浅和需要进行精准灌溉的蔬菜种类，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、根系活动层深的蔬菜种类，例如：番茄、辣椒、茄子。

土壤因素是影响滴灌流量选型的另外一个重要的因素，其选型的依据主要是土壤渗透性的大小。

如图4所示，对于土壤渗透性偏大的砂性土土质，大流量的滴灌，其湿润范围为L2所包围的范围；小流量的滴灌，湿润范围为L1所包围的范围，其具体选型应该根据该种蔬菜根系生理活动的范围来确定，若选型不匹配，则会造成湿润范围不足或者过大，最后引起多余渗漏损失。

如图5所示，对于土壤渗透性偏小的黏性土质，其渗透流量偏小，大流量的滴灌，湿润范围为L2所包含的范围，其中地面以上部分是由于滴灌出水流量大于渗透流量所形成的地表径流或积水；小流量的滴灌，湿润范围为L1所包围的范围。

通过以上分析，土壤渗透性偏小的土质在大流量滴灌工作的条件下容易因为滴灌出水流量大于渗透流量而形成地表径流或积水，最终引起土壤板结等不良后果。故对于土壤的渗透性偏大或者偏小的土质中，不宜使用大流量的滴灌设备进行灌溉作业。但是，对于土壤渗透性偏大或适中，蔬菜根系活动范围较大的情形，可以采用大流量的滴灌设备进行灌溉，以便于利用其流量大的特点使得土壤湿润锋可以大范围扩散，并且少量的积水也可以在短时间内因土壤渗透流量比较大而迅速排出，从而避免田面长期积水而使土质恶化。

气象因素：对于气温较高、气候干旱的区域，其蒸发损失较大。对于小流量滴灌而言，其灌溉时间较长，灌溉过程中的蒸发损失时间较长，最后使得总损失量较大，灌溉水的有效利用率降低；换而言之，对于大流量滴灌而言，其灌溉时间较短，灌溉过程中的蒸发损失时间也较短，最后使得总损失量较小，灌溉水的有效利用率提高。故对于气温较高、气候干旱的情形，不宜采用小流量滴灌灌溉。

3 小结

针对不同蔬菜的种植特点，对不同灌溉方式的灌溉效果和灌溉水的利用情况进行了系统的分析和探究，并针对各种蔬菜的种植方式及品种提出了合理的灌溉方式。

由于蔬菜的种类众多，不同的灌溉方式及灌溉的时期都会直接或者间接影响到蔬菜作物的生长发育、产量及水分利用效率，从而影响到蔬菜的品质，必须结合当地的气候及生产条件，合理利用多种灌溉方式来满足蔬菜的生长要求，提高蔬菜产品的质量与品质。本文主要从理论分析的角度评价各个灌溉方式的灌溉水利用率以及灌溉均匀度的情况，并且从定性的角度初步拟定比较科学合理的灌溉方式的适用情形，最后得出合理性的指导选型方案。