金沟河灌区膜下滴灌技术应用效益及难点探讨

熊文娟

（新疆金沟河流域管理局，新疆 沙湾 832100）

1 金沟河灌区概况

金沟河灌区位于新疆北部准葛尔盆地南缘塔城地区沙湾县境内，东接石河子，西邻奎屯市，分别与玛纳斯河石河子灌区和巴音沟河安吉海灌区相连，金沟河灌区位于干旱半干旱地区，呈典型的大陆性气候，年平均气温7.1℃，最高气温可达42.8℃，多年平均径流量3.24 亿m3，水资源季节性分布极不均匀，灌区（2006 年）原设计灌溉面积7.72 万hm2，2015 年灌区设计灌溉面积增加至8.14 万hm2，膜下滴灌技术实施前水资源匮乏是制约灌区农业产业化发展的主要因素，因干旱而减产减收的情况普遍存在。依靠先进的农业科技，不断改善传统农业灌溉生产模式，推行膜下滴灌，坚持走节水型农业发展道路，是金沟河灌区农业可持续发展的必然选择。

2 灌区膜下滴灌技术应用现状

2.1 膜下滴灌工程建设内容

金沟河灌区膜下滴灌工程建设内容包括滴管工程及配套工程初期建设及改造完善两个阶段。2005 年金沟河灌区沙湾县在县农业局及农业技术推广站的支持与指导下，在条件较好的棉田所进行的棉花作物膜下常压软管滴灌试验取得了较好效果。次年，灌区便开始大面积推广棉花膜下常压软管滴灌节水技术，基本完成灌区原设计灌溉面积膜下滴灌节水工程及配套工程的初步建设。灌区以棉花为主要作物，滴灌工程利用灌区原有7 眼机电井为主要水源，单井出水量90 m3/h，共建成了7 个独立灌溉系统，单井控制灌溉面积为667 m2，机电井出水量基本满足灌区农业灌溉要求。2008 年3 月完成了膜下滴灌系统全部建筑工程和地下工程的建设，4 月～5 月滴灌系统地面工程建设全部完成后试水试压，通过后组织项目验收。

随着金沟河灌区灌溉面积及棉花种植规模从2006 年的4.07 万hm2扩大到2015 年的6.93 万hm2，需水量进一步增加，原膜下滴灌工程灌溉规模已经难以满足灌区农业生产基本需要，必须进行原滴灌及配套工程的改造升级，提升棉花节水灌溉效率，克服常压软管滴灌技术所存在的对地势条件要求严苛等技术难点，进一步扩大棉花节水灌溉面积。为此，2016 年，金沟河灌区开始进行膜下滴灌高新节水工程升级改造，工程的实施加快了棉田节水滴灌技术的推广应用，对于棉田种植效率及灌区经济效益的提升意义重大。

灌区膜下滴灌技术实现了滴灌技术和覆膜种植技术的有机结合，加压水流经由过滤设施过滤后依次进入埋设于地下的输水干管、支管、毛管以及敷设于地膜之下的滴灌管带，管带上的灌水器将灌溉水滴入作物根层土壤，以供作物根系吸收。当前，金沟河灌区升级改造后的膜下滴灌系统由水源工程、首部枢纽、输配水管网、滴头控制及量测、保护装置等组成[1]，见图1。

图1 膜下滴灌系统

2.2 工程建设取得的效益

2.2.1 增产效益

膜下滴灌技术实施后棉花作物生产环境中水肥气热等条件明显改善，耕地利用率更高，与传统沟灌相比增产效果十分明显。2006 年膜下滴灌节水工程及配套工程建成以来，棉花增产效果显著，每公顷籽棉增产748.27 kg，按3.4 元/kg 的单价计算，则每公顷棉花产值增加2544.12 元。2016 年灌区膜下滴灌高新节水工程升级改造后增产效果进一步提升，每公顷籽棉增产1054.71 kg，按4.5 元/kg 的单价计算，则每公顷棉花产值增加4746.20 元。

2.2.2 直接经济效益

膜下滴灌技术的推行既能导致作物产量增加，又能降低水、肥、药及田间机械作业费和人工费等生产成本，单位公顷年直接经济效益=年增产效益+年节约的生产成本- 工程建设及运行维护费用。2016 年灌区膜下滴灌高新节水工程升级改造后每公顷可将低年生产成本约为1333.6 元，年运行维护费用约1043.7 元，单位公顷年直接经济效益约为2368.9 元。

2.2.3 间接经济效益

根据工程实践，膜下滴灌技术的节水率在50%及以上，所节约的水量能用于经济林、牧草等种植以及林果、牧业的发展，还能扩大耕地面积，带动塑料、化工、电子、农机等其他相关产业的发展。

2.2.4 社会及生态效益

膜下滴灌技术在灌区的推广应用能促进劳动生产率的提升及产业结构优化，通过使农业生产者增收、企业增效，促进农业劳动生产率的普遍提高。膜下滴灌技术的应用还能大量减少地表水引用及地下水开采，促进涵养水源，有效防治土壤次生盐渍化，改善土壤生态环境。

3 灌区膜下滴灌技术应用难点

3.1 滴灌带滴头堵塞问题

金沟河灌区膜下滴灌水源为机电井水，包括水中砂砾、粉粒、铁锈、鱼卵、作物种子、藻类、安装时掉入的塑料碎屑等固体杂质容易导致滴灌带、滴灌管、滴头等的堵塞；此外，滴灌系统管网滋生出的藻类在无光线的环境中生长成黏性团加剧铁、硫等沉淀外，还会将粉粒等杂质聚合而成较大团粒，堵塞滴灌带、滴灌管及滴头流道；工程机电井水水源普遍存在钙盐沉淀现象，沉淀物以镀层形式附着于滴灌系统表面，并在pH 值影响下加速沉淀，通常而言，碳酸氢钙含量为2.0 mg/L 的水在pH 值＞7.5 时就会出现严重沉淀，加剧滴灌带、滴灌管及滴头流道堵塞[2]。灌区膜下滴灌通常配合水肥一体化技术，施肥过程中，未完全溶解的化肥、农药等固体颗粒也会堵塞滴灌管、滴灌带和滴头。灌区膜下滴灌水质情况评价标准[3]见表1。

表1 灌区膜下滴灌水质情况评价标准

金沟河灌区膜下滴灌机电井水源水质中悬浮固体物含量109.4 mg/L，总硬度285 mg/L，不溶性固体物含量2043 mg/L，pH 值8.1，Fe 含量、Mn 含量、H2S 含量分别为1.7 mg/L、1.4 mg/L和1.4 mg/L，所以滴灌管堵塞的可能性非常大。

为有效解决滴灌带滴头堵塞问题，金沟河灌区膜下滴灌系统必须进行过滤器的重新选配，具体应参照《农业灌溉设备、滴头和滴灌管技术规范和试验方法》（GB/T 17187-2009）所给出的过滤器选型依据[3]（见表2），金沟河灌区膜下滴灌系统应选择沉淀池+砂过滤器+筛网过滤器或叠片过滤器，以砂过滤器进行机电井水中有机杂质一级过滤，再通过筛网或叠片过滤器二级过滤。

表2 过滤器选型参照表

3.2 滴灌管带温度控制问题

在夏季环境温度达30℃以上，膜下内侧水汽凝结成珠，在阳光照射后一定角度内发生聚焦以及黑色滴灌带自身吸热过多导致其局部温度可达80℃，导致滴灌带粘连或将地膜烫裂或熔穿，失去地膜保护的地面杂草丛生，保温保墒性能退化，灌溉效率下降。

为有效解决这一问题，在播种机整地仿形轮后方增设一套压沟装置，并使其与播种机主梁架连接，由于滴灌带宽70 mm ～80 mm，所以压沟装置滚轮直径和轮缘宽均按100 mm设计，所压沟深30 mm。将滴灌带埋设于沟底，不与薄膜粘贴，并在膜上修筑防风坝，有效解决滴灌带吸热及膜下水珠聚焦阳光而发生的薄膜烫裂或熔穿问题。

3.3 残膜回收问题

由于膜下滴灌作物的收获主要依靠人工，卷毛管、打捆和拉运都会耗费大量人力，而对残膜回收却无暇顾及，白色污染的加剧导致田间地膜管带大量残留，直接影响作物出苗及生长发育等后作种植。

为有效解决残膜回收问题，应大力推广使用能自动降解的液态地膜，液态地膜比传统地膜投资节省，且能减轻地膜铺覆劳动强度，浸润性能优良，水分蒸发抑制率在30%～50%之间，保水增湿作用显著。作物幼苗长出后能坡膜而出，地膜生物降解后变成腐殖酸肥料，具有改善土壤团粒结构等积极作用。

4 结论

综上，膜下滴灌技术在金沟河灌区的应用能有效缓解干旱区域农业灌溉用水匮乏的现状，提升用水效率的同时，带来显著的增产效益。但是，灌区在应用膜下滴灌技术的过程中普遍面临滴灌带滴头堵塞、滴灌管带温度控制、残膜回收等问题，影响农业生产及膜下滴灌效益的顺利发挥。灌区灌溉实践证明，采用沉淀池+砂过滤器+筛网过滤器或叠片过滤器方案，以砂过滤器进行机电井水中有机杂质一级过滤，再通过筛网或叠片过滤器二级过滤能有效解决膜下滴灌管堵塞问题。上述几点问题也是我国农业生产膜下滴灌技术推广应用及农业产业化发展过程中亟待解决的技术难题，有待进一步深入探究。