節(jié)水灌溉新技術(shù)及其在溫室生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢
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摘要介紹了節(jié)水灌溉新技術(shù),包括工程新技術(shù)、農(nóng)藝新技術(shù)、生物節(jié)水技術(shù)等,并論述了這些新技術(shù)在溫室生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞節(jié)水灌溉;新技術(shù);溫室;發(fā)展趨勢
中國是一個水資源短缺的國家,特別是北方地區(qū)干旱缺水已經(jīng)威脅到經(jīng)濟社會的發(fā)展,成為可持續(xù)發(fā)展的首要制約因素。而另一方面,農(nóng)業(yè)這一用水大戶的灌溉用水利用系數(shù)平均只有0.4左右,用水浪費加劇了水資源的緊缺。為緩解水資源危機、有效提高農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率,節(jié)水灌溉技術(shù)得到了日益廣泛的研究與應(yīng)用。在中國北方地區(qū),主要利用日光溫室在冬春季節(jié)進(jìn)行蔬菜、花卉等的反季節(jié)生產(chǎn),獲得較高的經(jīng)濟效益,因此在中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中得到了快速發(fā)展。溫室環(huán)境中相對濕度較高,很容易誘發(fā)多種病害。節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用使節(jié)約灌溉用水量、提高水的利用率同降低室內(nèi)相對濕度、降低生產(chǎn)成本達(dá)到了統(tǒng)一[1,2]。
1節(jié)水灌溉工程新技術(shù)
應(yīng)用節(jié)水灌溉工程技術(shù),能有效減少灌溉渠系(管道)輸水過程中的水量蒸發(fā)與滲漏損失,從而顯著提高了灌溉水的利用率,這些技術(shù)尤其是渠道防滲技術(shù)在大田生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來,隨著人們節(jié)水意識的提高和國民經(jīng)濟的發(fā)展,低壓管道輸水灌溉、噴灌、微灌、滲灌等節(jié)水灌溉新技術(shù)也獲得迅速發(fā)展,某些新技術(shù)在溫室生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
1.1低壓管道輸水灌溉技術(shù)
在中國北方地區(qū),進(jìn)行反季節(jié)生產(chǎn)的溫室面積都比較小,多在333~667m2之間。用低壓管道輸水,將灌溉水引入設(shè)施內(nèi),并繼續(xù)采用這種方式將灌溉水輸入每塊畦田,再進(jìn)行灌溉。采用這種技術(shù)灌溉,可以省去輸水渠道的占用面積,同時具有省工、省時、一次性投資少、設(shè)備簡單、農(nóng)民易于掌握等特點,而且比土渠省水40%左右,節(jié)水效果顯著,還能有效地減少水量蒸發(fā)面積,降低室內(nèi)相對濕度。
1.2噴灌技術(shù)
噴灌技術(shù)由于一次性投資太大,在普通的日光溫室中應(yīng)用很少,但很適合于連棟溫室中進(jìn)行工廠化育苗生產(chǎn)。目前,噴灌技術(shù)正朝著低壓、節(jié)能型方向發(fā)展,在溫室生產(chǎn)中可采用固定式、中心支軸式和平移式噴灌機。應(yīng)用噴灌技術(shù),可充分利用溫室空間,實行立體栽培,同時依據(jù)作物干旱程度,實現(xiàn)適度灌溉,節(jié)約灌溉用水量,降低室內(nèi)相對濕度,減少作物病害發(fā)生。
1.3微灌技術(shù)
微灌技術(shù)是按照作物的需水要求,通過低壓管道系統(tǒng)以及安裝在末端管道上的特殊灌水器,小流量、精確地將水、肥輸送到作物根區(qū)土壤或地下的灌溉方式。適于溫室生產(chǎn)應(yīng)用的微灌技術(shù)主要有滴灌、膜下多孔單壁軟管微灌等。
1.4集雨節(jié)灌技術(shù)
溫室頂部的塑料棚面具有一定的產(chǎn)流面積,是“天然”的雨水集流場,配套修建集雨槽和蓄水池,結(jié)合滴灌、滲灌技術(shù)的應(yīng)用,就可以利用雨水資源進(jìn)行節(jié)水灌溉。降雨時,雨水沿著薄膜聚集于集雨槽,通過落水管進(jìn)入蓄水池,蓄水池與室內(nèi)畦田或作物耕作層保持一定高差,利用雨水自身的重力進(jìn)行膜下滴灌或地下微壓水滲灌。在節(jié)約灌溉水的同時,還能有效減少雨水對地面的沖刷,減輕水土流失。
2節(jié)水灌溉農(nóng)藝新技術(shù)
農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)主要是在作物生長發(fā)育、作物干物質(zhì)形成與水分供應(yīng)之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,通過農(nóng)耕技術(shù)和適宜的灌溉手段實現(xiàn)節(jié)水,挖掘作物本身節(jié)水潛力的灌溉技術(shù)。
2.1地膜覆蓋
地膜覆蓋廣泛應(yīng)用于溫室栽培,尤其是冬春季節(jié)日光溫室番茄、黃瓜等果菜類蔬菜生產(chǎn),大多采用單行定植—雙壟上覆膜—膜下溝灌模式。這種溝灌模式操作簡單,有效抑制土壤表面水分的無效蒸發(fā),大大降低室內(nèi)相對濕度,膜下水分循環(huán)利用,提高了水分利用效率[3,4]。其他栽植密度較大的作物如洋蔥等可采用平畦覆膜,利用膜孔、膜側(cè)灌溉。
2.2調(diào)虧灌溉
調(diào)虧灌溉是主動對作物施加一定程度的有益的虧水度,利用水分脅迫的正面效應(yīng),從生物學(xué)角度來提高水分生產(chǎn)效率,屬于非充分灌溉。這種節(jié)水灌溉技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。冬春季節(jié)日光溫室中,低溫弱光高濕的環(huán)境很容易造成作物植株的徒長,營養(yǎng)生長過旺,生殖生長就會受到抑制,往往形成“壯秧不壯果”,產(chǎn)量與質(zhì)量都會降低。因此,在實際生產(chǎn)中多采用蹲苗控水措施,即在作物苗期適量控制灌水,使作物處于一段時間的干旱脅迫,之后復(fù)水,利用補償效應(yīng)提高作物抗旱能力,達(dá)到節(jié)水目的。
2.3保水劑
保水劑又稱土壤保水劑、高吸水劑、保濕劑、高吸水性樹脂、高分子吸水劑等,能迅速吸收比自身重數(shù)百倍甚至上千倍的去離子水,數(shù)十倍至近百倍的含鹽水分,而且具有反復(fù)吸水功能,吸水后膨脹為水凝膠,可緩慢釋放水分供作物吸收利用,從而增強土壤保水性,改良土壤結(jié)構(gòu),減少水的深層滲漏和土壤養(yǎng)分流失,提高水分利用率。目前,保水劑的價格偏高,而且它的使用量還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),研究成果還沒有系統(tǒng)化,一系列的問題沒有得到徹底解決,推廣使用有很大難度。如今保水劑主要作為土壤改良劑應(yīng)用,將保水劑直接施入土壤或在保水劑中混入無機物質(zhì)(黏土)制成復(fù)合保水劑后施入土壤;也有的用保水劑處理種子表面,即形成包衣種子后播種,也可直接用作培養(yǎng)基。在設(shè)施栽培中,可將保水劑與地膜覆蓋、蒸騰抑制劑等結(jié)合使用,能有效提高作物抗旱增產(chǎn)能力;保水劑與噴灌、滴灌等節(jié)水技術(shù)結(jié)合使用,節(jié)水效果更加顯著。
3生物節(jié)水技術(shù)
生物節(jié)水是將作物水分生理調(diào)控機制與作物高效用水技術(shù)緊密結(jié)合而開發(fā)出的一種農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)。實際上,就是利用作物本身的抗旱、節(jié)水性,減少灌水量,提高水分利用效率。采用生物節(jié)水技術(shù),關(guān)鍵是要培育節(jié)水性強的作物品種。目前,溫室生產(chǎn)中一般都選用抗旱、抗寒、抗病性強、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種。但還沒有把抗旱性強作為選擇品種的首要因素,抗旱還沒有真正成為育種工作的主要目標(biāo),以高水分利用效率為目標(biāo)的育種工作開展更少。
4節(jié)水灌溉技術(shù)在設(shè)施生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢
近年來,現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展,為溫室生產(chǎn)中節(jié)水灌溉技術(shù)的升級插上了翅膀,設(shè)施生產(chǎn)中工程節(jié)水灌溉將朝著自動、精量發(fā)展,保水劑等農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用將更加普及,選用節(jié)水抗旱品種將成為節(jié)水措施的首選。
近年來,空間信息技術(shù)和計算機模擬技術(shù)的發(fā)展,為實現(xiàn)作物水分實時監(jiān)測、自動控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。國外已大量使用紅外槍技術(shù),實現(xiàn)了作物水分信息的采集與精量控制用水,并采用熱脈沖技術(shù)測定作物莖桿的液流和蒸騰,用于指導(dǎo)精量灌溉。中國在這一方面相當(dāng)落后,除了進(jìn)行個別試驗外,還沒有進(jìn)入田間生產(chǎn)應(yīng)用。因此,精量灌溉在中國還有很大的發(fā)展空間,也是溫室生產(chǎn)中節(jié)水灌溉工程技術(shù)的發(fā)展趨勢。
隨著保水劑研究的深入和一系列環(huán)保問題的解決,具有超強吸水能力的保水劑的應(yīng)用將更加普遍。在保水劑的作用下,只需很少量的水分就能完成作物生產(chǎn)。另外,結(jié)合作物關(guān)鍵需水期,大力發(fā)展非充分灌溉,可使灌溉水量更加減少,再次提高灌溉水的有效利用率。不管采取何種節(jié)水灌溉技術(shù),節(jié)水潛力最大的還是作物或品種本身,即生物節(jié)水是節(jié)水農(nóng)業(yè)的歸結(jié)點。不同作物以及同一作物不同品種之間的水分利用效率(water use efficiency,WUE)不同,WUE受數(shù)量性狀多基因控制,遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜,但它是反映品種抗旱性強弱的可遺傳性狀。研究發(fā)現(xiàn),控制WUE的直接主效基因的遺傳規(guī)律后,就可以通過遺傳工程利用轉(zhuǎn)基因方法進(jìn)行轉(zhuǎn)節(jié)水(高WUE)基目作物的培育和改良。通過作物或品種的自身作用提高其內(nèi)在抗旱性、節(jié)水性是生物節(jié)水的最終潛力所在。在節(jié)流的同時,還要力爭開源,以彌補淡水資源的不足。應(yīng)加強鹽水、污水的處理技術(shù)研究,逐步完善其配套的灌溉技術(shù),爭取早日應(yīng)用于實際生產(chǎn)。
5參考文獻(xiàn)
[1] 趙英,郭旭新.節(jié)水灌溉新技術(shù)在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(溫室園藝),2007(11):17-18.
[2] 李永海.設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉微灌技術(shù)在溫室中的應(yīng)用[J].河北農(nóng)業(yè),2006(8):21.
[3] 楊少俊.膜下滴灌技術(shù)在日光溫室中的應(yīng)用[J].中國水利,2006(11):65.
[4] 李慶萍,曹源.溫室膜下節(jié)水灌溉技術(shù)[J].西北園藝(蔬菜),2004(4):21-22.
關(guān)鍵詞節(jié)水灌溉;新技術(shù);溫室;發(fā)展趨勢
中國是一個水資源短缺的國家,特別是北方地區(qū)干旱缺水已經(jīng)威脅到經(jīng)濟社會的發(fā)展,成為可持續(xù)發(fā)展的首要制約因素。而另一方面,農(nóng)業(yè)這一用水大戶的灌溉用水利用系數(shù)平均只有0.4左右,用水浪費加劇了水資源的緊缺。為緩解水資源危機、有效提高農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率,節(jié)水灌溉技術(shù)得到了日益廣泛的研究與應(yīng)用。在中國北方地區(qū),主要利用日光溫室在冬春季節(jié)進(jìn)行蔬菜、花卉等的反季節(jié)生產(chǎn),獲得較高的經(jīng)濟效益,因此在中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中得到了快速發(fā)展。溫室環(huán)境中相對濕度較高,很容易誘發(fā)多種病害。節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用使節(jié)約灌溉用水量、提高水的利用率同降低室內(nèi)相對濕度、降低生產(chǎn)成本達(dá)到了統(tǒng)一[1,2]。
1節(jié)水灌溉工程新技術(shù)
應(yīng)用節(jié)水灌溉工程技術(shù),能有效減少灌溉渠系(管道)輸水過程中的水量蒸發(fā)與滲漏損失,從而顯著提高了灌溉水的利用率,這些技術(shù)尤其是渠道防滲技術(shù)在大田生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來,隨著人們節(jié)水意識的提高和國民經(jīng)濟的發(fā)展,低壓管道輸水灌溉、噴灌、微灌、滲灌等節(jié)水灌溉新技術(shù)也獲得迅速發(fā)展,某些新技術(shù)在溫室生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
1.1低壓管道輸水灌溉技術(shù)
在中國北方地區(qū),進(jìn)行反季節(jié)生產(chǎn)的溫室面積都比較小,多在333~667m2之間。用低壓管道輸水,將灌溉水引入設(shè)施內(nèi),并繼續(xù)采用這種方式將灌溉水輸入每塊畦田,再進(jìn)行灌溉。采用這種技術(shù)灌溉,可以省去輸水渠道的占用面積,同時具有省工、省時、一次性投資少、設(shè)備簡單、農(nóng)民易于掌握等特點,而且比土渠省水40%左右,節(jié)水效果顯著,還能有效地減少水量蒸發(fā)面積,降低室內(nèi)相對濕度。
1.2噴灌技術(shù)
噴灌技術(shù)由于一次性投資太大,在普通的日光溫室中應(yīng)用很少,但很適合于連棟溫室中進(jìn)行工廠化育苗生產(chǎn)。目前,噴灌技術(shù)正朝著低壓、節(jié)能型方向發(fā)展,在溫室生產(chǎn)中可采用固定式、中心支軸式和平移式噴灌機。應(yīng)用噴灌技術(shù),可充分利用溫室空間,實行立體栽培,同時依據(jù)作物干旱程度,實現(xiàn)適度灌溉,節(jié)約灌溉用水量,降低室內(nèi)相對濕度,減少作物病害發(fā)生。
1.3微灌技術(shù)
微灌技術(shù)是按照作物的需水要求,通過低壓管道系統(tǒng)以及安裝在末端管道上的特殊灌水器,小流量、精確地將水、肥輸送到作物根區(qū)土壤或地下的灌溉方式。適于溫室生產(chǎn)應(yīng)用的微灌技術(shù)主要有滴灌、膜下多孔單壁軟管微灌等。
1.4集雨節(jié)灌技術(shù)
溫室頂部的塑料棚面具有一定的產(chǎn)流面積,是“天然”的雨水集流場,配套修建集雨槽和蓄水池,結(jié)合滴灌、滲灌技術(shù)的應(yīng)用,就可以利用雨水資源進(jìn)行節(jié)水灌溉。降雨時,雨水沿著薄膜聚集于集雨槽,通過落水管進(jìn)入蓄水池,蓄水池與室內(nèi)畦田或作物耕作層保持一定高差,利用雨水自身的重力進(jìn)行膜下滴灌或地下微壓水滲灌。在節(jié)約灌溉水的同時,還能有效減少雨水對地面的沖刷,減輕水土流失。
2節(jié)水灌溉農(nóng)藝新技術(shù)
農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)主要是在作物生長發(fā)育、作物干物質(zhì)形成與水分供應(yīng)之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,通過農(nóng)耕技術(shù)和適宜的灌溉手段實現(xiàn)節(jié)水,挖掘作物本身節(jié)水潛力的灌溉技術(shù)。
2.1地膜覆蓋
地膜覆蓋廣泛應(yīng)用于溫室栽培,尤其是冬春季節(jié)日光溫室番茄、黃瓜等果菜類蔬菜生產(chǎn),大多采用單行定植—雙壟上覆膜—膜下溝灌模式。這種溝灌模式操作簡單,有效抑制土壤表面水分的無效蒸發(fā),大大降低室內(nèi)相對濕度,膜下水分循環(huán)利用,提高了水分利用效率[3,4]。其他栽植密度較大的作物如洋蔥等可采用平畦覆膜,利用膜孔、膜側(cè)灌溉。
2.2調(diào)虧灌溉
調(diào)虧灌溉是主動對作物施加一定程度的有益的虧水度,利用水分脅迫的正面效應(yīng),從生物學(xué)角度來提高水分生產(chǎn)效率,屬于非充分灌溉。這種節(jié)水灌溉技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。冬春季節(jié)日光溫室中,低溫弱光高濕的環(huán)境很容易造成作物植株的徒長,營養(yǎng)生長過旺,生殖生長就會受到抑制,往往形成“壯秧不壯果”,產(chǎn)量與質(zhì)量都會降低。因此,在實際生產(chǎn)中多采用蹲苗控水措施,即在作物苗期適量控制灌水,使作物處于一段時間的干旱脅迫,之后復(fù)水,利用補償效應(yīng)提高作物抗旱能力,達(dá)到節(jié)水目的。
2.3保水劑
保水劑又稱土壤保水劑、高吸水劑、保濕劑、高吸水性樹脂、高分子吸水劑等,能迅速吸收比自身重數(shù)百倍甚至上千倍的去離子水,數(shù)十倍至近百倍的含鹽水分,而且具有反復(fù)吸水功能,吸水后膨脹為水凝膠,可緩慢釋放水分供作物吸收利用,從而增強土壤保水性,改良土壤結(jié)構(gòu),減少水的深層滲漏和土壤養(yǎng)分流失,提高水分利用率。目前,保水劑的價格偏高,而且它的使用量還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),研究成果還沒有系統(tǒng)化,一系列的問題沒有得到徹底解決,推廣使用有很大難度。如今保水劑主要作為土壤改良劑應(yīng)用,將保水劑直接施入土壤或在保水劑中混入無機物質(zhì)(黏土)制成復(fù)合保水劑后施入土壤;也有的用保水劑處理種子表面,即形成包衣種子后播種,也可直接用作培養(yǎng)基。在設(shè)施栽培中,可將保水劑與地膜覆蓋、蒸騰抑制劑等結(jié)合使用,能有效提高作物抗旱增產(chǎn)能力;保水劑與噴灌、滴灌等節(jié)水技術(shù)結(jié)合使用,節(jié)水效果更加顯著。
3生物節(jié)水技術(shù)
生物節(jié)水是將作物水分生理調(diào)控機制與作物高效用水技術(shù)緊密結(jié)合而開發(fā)出的一種農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)。實際上,就是利用作物本身的抗旱、節(jié)水性,減少灌水量,提高水分利用效率。采用生物節(jié)水技術(shù),關(guān)鍵是要培育節(jié)水性強的作物品種。目前,溫室生產(chǎn)中一般都選用抗旱、抗寒、抗病性強、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種。但還沒有把抗旱性強作為選擇品種的首要因素,抗旱還沒有真正成為育種工作的主要目標(biāo),以高水分利用效率為目標(biāo)的育種工作開展更少。
4節(jié)水灌溉技術(shù)在設(shè)施生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢
近年來,現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展,為溫室生產(chǎn)中節(jié)水灌溉技術(shù)的升級插上了翅膀,設(shè)施生產(chǎn)中工程節(jié)水灌溉將朝著自動、精量發(fā)展,保水劑等農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用將更加普及,選用節(jié)水抗旱品種將成為節(jié)水措施的首選。
近年來,空間信息技術(shù)和計算機模擬技術(shù)的發(fā)展,為實現(xiàn)作物水分實時監(jiān)測、自動控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。國外已大量使用紅外槍技術(shù),實現(xiàn)了作物水分信息的采集與精量控制用水,并采用熱脈沖技術(shù)測定作物莖桿的液流和蒸騰,用于指導(dǎo)精量灌溉。中國在這一方面相當(dāng)落后,除了進(jìn)行個別試驗外,還沒有進(jìn)入田間生產(chǎn)應(yīng)用。因此,精量灌溉在中國還有很大的發(fā)展空間,也是溫室生產(chǎn)中節(jié)水灌溉工程技術(shù)的發(fā)展趨勢。
隨著保水劑研究的深入和一系列環(huán)保問題的解決,具有超強吸水能力的保水劑的應(yīng)用將更加普遍。在保水劑的作用下,只需很少量的水分就能完成作物生產(chǎn)。另外,結(jié)合作物關(guān)鍵需水期,大力發(fā)展非充分灌溉,可使灌溉水量更加減少,再次提高灌溉水的有效利用率。不管采取何種節(jié)水灌溉技術(shù),節(jié)水潛力最大的還是作物或品種本身,即生物節(jié)水是節(jié)水農(nóng)業(yè)的歸結(jié)點。不同作物以及同一作物不同品種之間的水分利用效率(water use efficiency,WUE)不同,WUE受數(shù)量性狀多基因控制,遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜,但它是反映品種抗旱性強弱的可遺傳性狀。研究發(fā)現(xiàn),控制WUE的直接主效基因的遺傳規(guī)律后,就可以通過遺傳工程利用轉(zhuǎn)基因方法進(jìn)行轉(zhuǎn)節(jié)水(高WUE)基目作物的培育和改良。通過作物或品種的自身作用提高其內(nèi)在抗旱性、節(jié)水性是生物節(jié)水的最終潛力所在。在節(jié)流的同時,還要力爭開源,以彌補淡水資源的不足。應(yīng)加強鹽水、污水的處理技術(shù)研究,逐步完善其配套的灌溉技術(shù),爭取早日應(yīng)用于實際生產(chǎn)。
5參考文獻(xiàn)
[1] 趙英,郭旭新.節(jié)水灌溉新技術(shù)在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(溫室園藝),2007(11):17-18.
[2] 李永海.設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉微灌技術(shù)在溫室中的應(yīng)用[J].河北農(nóng)業(yè),2006(8):21.
[3] 楊少俊.膜下滴灌技術(shù)在日光溫室中的應(yīng)用[J].中國水利,2006(11):65.
[4] 李慶萍,曹源.溫室膜下節(jié)水灌溉技術(shù)[J].西北園藝(蔬菜),2004(4):21-22.