膜下滴灌技术及其机理清楚明了

膜下滴灌技术及其机理

一、膜下滴灌的概念及来源1、问题的提出

兵团棉花膜下滴灌技术始于石河子垦区，地处新疆天山北麓，全国第二大沙漠-古尔班通古特沙漠的南缘。该区年降雨量100-200mm，蒸发量高达2000-2400mm，属干旱-干涸地带，没有灌溉就没有农业。本区属新疆工农业经济发达的天山北坡经济带，但水资源相对匮乏。要维持当地经济可持续发展，维护生态平衡，唯一的出路就是节水。由于农业用水量比高达95％，因此，节水的首要对象是农业节水。

2、膜下滴灌定义

膜下滴灌，顾名思义，是在膜下应用滴灌技术。这是一种结合了以色列滴灌技术和国内覆膜技术优点的新型节水技术。利用使带肥的灌溉水成滴状、缓慢、均匀、定时、定量地灌溉到作物根系发育区域，使作物根系区的土壤始终保持在最优含水状态。地膜覆盖具有保墒、提墒、灭草、增加地温、减少作物棵间水分蒸发的作用。膜下滴灌，即在滴灌带或滴灌毛管上覆盖一层地膜。这种技术是通过可控管道系统供水，将加压的水经过过滤设施滤“清”后，和水溶性肥料充分融合，形成肥水溶液，进入输水干管-支管-毛管（铺设在地膜下方的灌溉带），再由毛管上的滴水器一滴一滴地均匀、定时、定量浸润作物根系发育区，供根系吸收。膜下滴灌技术应用3、滴灌的发展

1996年在农八师121团25亩盐碱地上首次进行了膜下滴灌试验。

1999年兵团开始推广，2006年底，面积达610万亩。此间由兵团科委、石河子大学等单位承担的“干旱区棉花膜下滴灌综合配套技术研究与示范”课题荣获2004年度国家科技进步二等奖。4、地膜的种类按照地膜的性能与应用范围，一般将地膜划分为以下几种类型：（1）无色透明地膜：优点膜透光性好，土壤增温效果明显，早春可使耕层土壤增温2～4℃，高温时期膜下地表温度可达60℃以上，适用于东北、西北、华北等低温、寒冷的干旱与半干旱地区应用。缺点透明地膜因为透光性好，覆盖下面易生杂草，所以在铺膜前最好喷洒除草剂。低压高密度聚乙烯地膜（HDPE）：俗称高密度地膜或普通地膜，厚0.015mm左右。强度高、光滑、柔软性差、保温保水性同高压膜，不易粘着土壤、透明性和耐候性差不适于沙质土壤地覆盖线型膜（L-LDPE）兼具前两者优点高压低密度聚乙烯地膜（LDPE）：俗称高压地膜或普通地膜，厚0.015mm左右。透光好、柔软性好、易与土壤粘着适于北方地区（2）有色地膜：其增温效果不如无色地膜，但对光的吸收、反射、透过光的成分具有较强的选择性，在控制杂草、防治病虫害、控制温度、改善地面光环境等方面具有独特的效果。黑色地膜：在聚乙烯树脂中加入2～3%的碳黑制成。优点

膜透光率很低，阳光大部分被膜吸收，膜下杂草因缺光黄化而死，具有较好的灭草作用。

缺点

对土壤的增温效果不如透明膜，一般可使土温升高1～3℃。而且自身较易因高温而老化。

应用适用于夏季覆盖，在蔬菜棉花、甜菜、西瓜、花生等作物上均可应用。

黑白条带膜中间为白色，，利于土壤增增温；两侧为为黑色，可抑抑制垄帮杂草草滋生。绿色地膜：能有效阻止可可见光（0.4-0.72微米波长的光光），故抑草草和灭草效果果好，增温效效果优于黑色色膜，对茄果果类蔬菜具有有明显的促长长作用，且着着色较好。主要用于：效益较高的果果菜类栽培。。聚乙烯树脂原原料中加入一一定量的绿色色母料银灰色地膜：：银灰色地膜是是在聚乙烯原原料中加入含含铝的银灰色色母料。银灰灰色地膜透光光率在60%左右，除具有有普通地膜的的增温、增光光、保墒及防防病虫作用外外，突出特点是可可以反射紫外外光，能驱避避蚜虫，减轻轻因蚜虫而传传播病毒病的的发生和蔓延延。主要用于：夏秋季高温期期间防蚜、防防病、抗热栽栽培。实践证证明，夏秋季季节用于覆盖盖黄瓜、西瓜瓜、番茄、菠菠菜、芹菜、、莴苣、棉花花、烟草等作作物，不但有有良好的防病病虫作用，还还能改善这些些农作物的品品质。红色膜美国农业科研研人员研究了了彩色地膜对对草莓和番茄茄及其他作物物的增产效果果。发现红色地膜膜比黑色地膜膜更能刺激作作物生长，植植物会利用更更多的能量进进行地上部分分的光合作用用。红色地膜能透透射红光，同同时可阻挡其其它不利于作作物生长的色色光透过，因因此使作物生生长旺盛。实实践证明，红色农膜能满满足水稻、玉玉米、甜菜等等对红光的需需要，可使水水稻秧苗生长长旺盛，甜菜菜含糖量增加加，胡萝卜长长得大，韭菜菜叶宽肉厚、、收获期提前前。黑白双面地膜膜：乳白色向上，，有反光降温温作用；黑色色向下，有灭灭草作用。主主要用于夏秋秋蔬菜抗热栽栽培。厚度为为0.02-0.025mm。（3）特种地地膜除草膜在薄膜制作过过程中掺入除除草剂，覆盖盖后单面析出出除草剂达70～80%，膜内凝聚的的水滴溶解了了除草剂后滴滴入土壤，或或在杂草触及及地膜时被除除草剂杀死。。国内厂家生产产的杀草膜采采用的除草剂剂主要有：①扑草净主要用于水稻稻、花生、玉玉米及果树，，但对黄瓜甜甜椒、豆类、、西红柿等有有药害，忌用用。②除草醚、敌敌草隆、除草草剂1号可用于茄子、、黄瓜、西红红柿等蔬菜。。有孔膜在地膜吹塑成成型后，经圆圆刀切割打孔孔而成。孔径径及孔数排列列是根据栽培培作物的株行行距要求进行行的。在普通地膜上上用激光打出出微孔，每平平方米打200、400或800孔，以增加地膜透透气性，防止止膜下土壤CO2含量过高。降解膜（1）光降解膜：：在吹塑过程中中混入一定量量的“促老化化材料”制成成地膜。这种种地膜经过一一定时间（40、60、80天）后，能自自行老化降解解破碎成小块块，进一步降降解成粉末掺掺混于土壤中中，不造成污污染，对土壤壤结构无不良良影响。这种地膜在光光的照射下降降解，但是被被埋入地下的的不能够降解解。（2）生物降解膜膜：依靠微生物的的活动来分解解。把淀粉均均匀的撒在膜膜内，依靠微微生降解淀粉粉的同时把地地膜降解掉。。生物降解膜膜的主要缺点点是强度不够够，容易被撕撕破。不同灌溉方式式组图畦灌作物长势势滴灌作物长势滴灌对比畦灌灌误解“滴灌不能提提供足够的水水”浇作物而不是是浇地省水：农田水分消耗耗途径植株蒸腾棵间蒸发农田渗漏膜下滴灌湿润润层和作物根根系生长区省肥：肥料可做到适适时、适量随随水滴灌到作作物根系部位位，易被作物物根系吸收，，且肥料无挥挥发、无淋失失，提高肥料料利用率30%以上。不同灌溉方式式肥料分布影影响示意图省农药：水在管道中封封闭输送，避避免了水对病病虫害的传播播。另外，地地表无积水，，田间地面湿湿度小，不利利于滋生病菌菌和虫害。因因而除草剂、、杀虫剂用量量明显减少，，可省农药10%～20%。省地：由于田间全部部采用管道输输水，地面无无常规灌溉时时需要的农渠渠、中心渠、、毛渠及埂子子，可节省土土地5%～7%。省工和节能：：地面灌水，打打毛渠、挖土土堵口，劳动动强度大，采采用滴灌后，，只观测仪表表、操作阀门门，劳动强度度轻；膜内滴滴灌，膜间土土壤干燥无墒墒，杂草少，，且土壤不板板结，田间人人工作业（包包括浇水、锄锄草、施肥、、修渠、平埂埂、病害治理理等）和中耕耕机械作业等等大大减少，，人工管理定定额也大幅度度提高。不同灌溉方式式田间管理对对比能局部压盐碱碱：膜下滴灌向土土壤中不断补补充纯净水，，农膜阻止了了土壤中水分分的蒸发，将将土壤中部分分水分提升到到地表所形成成的湿润区内内，有一个脱盐区区，（利于幼幼苗成活及作作物生长）和和集盐区。由盐碱地上上的试验可看看出，农田耕耕作层盐份逐逐年减少，田田间作物产量量逐年提高。。滴灌改良盐碱碱地情况增产：由于科学调控控水肥，水肥肥耦合效应好好，土壤疏松松，通透性好好，充分利用用水、肥、土土、光、热、、气资源，使使作物生长条条件优越，作作物普遍增产产15%-50%。新疆经验，，各种作物均均进行缩行增增株，提高种种植密度。以以玉米为例：：采用常规灌灌，播种密度度4000-4500株/亩，采用滴灌灌，播种密度度5000-6000株/亩。二、地膜覆盖栽培培的生态效应1.土壤增温效应由于覆膜的阻隔减减少了膜内外热量量消耗、扩散，减减少土壤中热能以以长波辐射的形式式向外辐射；夜间地膜内凝聚一一层细小的水珠放放出热量，仍保留留在地膜下的空间间，由于水份不能能向外蒸发，减少少了汽化热的损失失，因此使膜内土土温在较大时间内内保持稳定。随气温增高，土壤壤增温效果下降；；晴天增温多，阴阴天增温少；起垄覆膜增温值高高于平地覆膜增温温值，宽膜增温效效果优于窄膜。在一天当中增温最最高值出现在17-19时，最低值出现在在7-9时。春季低温期，在1-10cm的土层中可增温2-6℃，最高可达10℃。增温效应随土层深深度增加而减少，，愈接近表层、增增温值越大；2.土壤的水分效应地膜覆盖阻止土壤壤水分蒸发，使土土壤含水量的变化化趋于平缓。设施施蔬菜栽培，采用用膜下暗灌技术，，减少了地面水分分蒸发和浇水次数数，使设施内空气气湿度降低，对控控制蔬菜病害的发发生与传播有利。。3.促进微生物活动和和养分的分解覆膜增温、墒情好好，促进微生物的的繁殖与活动，从从而增加微生物数数量。东北农业大大学观测，覆膜后后土壤中细菌增加加80%～140%，放线菌增加70%～125%，硝化细菌增加40%～57%，自生固氮菌数量量增加4%～8%。由于微生物的代谢谢活动，加速了土土壤养分的释放，，使土壤中可给态态养分含量增加，，从而提高土壤供供肥能力。同时试验表明，覆膜后土壤有机质质、全氮、全磷、、全钾均有下降趋趋势。因此，覆膜栽培要重视增增施有机肥，补充充土壤有机养分，，不断提高土壤肥肥力。4.改善土壤性状能有效避免因降雨雨和灌水的冲刷而而造成的土壤板结结现象，增加土壤壤的总孔隙度1~10%，同时增加土壤水水稳性团粒。5.增加了近地面CO2浓度由于地膜阻隔了土土壤空气和大气的的气体交换，使土土壤中二氧化碳(CO2)含量比裸地栽培显显著增加。覆膜使地表和株间间二氧化碳(CO2)浓度提高，为地膜膜作物、蔬菜光合合作用提供了较充充足的二氧化碳(CO2)肥源，有助于增产产。6.增强了田间光照强强度覆膜后由于地膜本本身及膜下附着的的水珠反射，使植植株中下部叶片光光照增强，主要是是增加了反射光的光光照强度。河北农业大学测定定，反射光在地表表和株高1/2处分别高于裸地3.4%和5.5%。由于覆膜增加了群群体内反射光，对对促进作物光合作作用、增加干物质质积累，对提高产产量是有利的。7.抑制了土壤返盐、、抑制杂草、减少少虫害覆膜后一般全盐含含量降低30.9%～42.7%，盐化重的土壤效效益更明显。由于覆膜后膜下地地表温度可达40～50℃，可使杂草枯萎闷闷死。覆膜使播期期、生育期提前，，可躲过害虫发生生的高峰期，因而而减少了虫害。二、膜下滴灌技术术的特点：高效节水抑制土壤盐碱化提高肥料的利用率率提高土地利用率减少机耕作业，降降低机耕成本提高作物产量和品品质节约农药，抑制病病虫害的传播，抑抑制杂草生长提高劳动动生产率率、提高高农民（（工）收收入滴灌施肥肥的增产产机理水肥同步步，水肥肥被直接接输送到到根区，，缩短了了养分向向根部运运动的距距离，保保证了根根系的快快速吸收收。水将肥肥料直接接输送到到根区，，养分分分布高度度均匀，，降低了了肥料与与土壤的的接触面面积，减减少了土土壤对肥肥料养分分的固定定，提高高了肥料料的利用用率。。氮肥利用用率达58－65%，磷肥利利用率为为22－28%，较常规规灌溉施施肥的氮氮、磷肥肥利用率率提高20－25个百分点点和5－10个百分点点。节省氮氮肥30%左右，节节省磷肥肥10%左右，节节水50%以上，棉棉花平均均增产15%左右，每每公顷增增收节支支1000－1500元。随水施肥肥采用的的是少量量多次的的方法，，使根系系活动区区土壤常常保持在在适宜的的含水量量和最佳佳的营养养水平，，为根系系生长维维持了一一个相对对稳定的的水肥环环境。随水施肥肥可根据据气候、、土壤特特性及作作物不同同生育期期的营养养特点，，灵活调调节供应应养分种种类、比比例及数数量，从从而满足足作物高高产优质质的需要要。传统种植植和膜下下滴灌种种植密度度对比品质、质质量提高高：膜下滴灌灌营造了了良好的的生长和和环境条条件，因因而，不不但产量量高，而而且品质质好。以以棉花为为例：棉棉花的成成熟度好好，纤维维长度增增加0.4-0.7mm，纤维的的整齐度度高，外外观光泽泽好。传统种植植和膜下下滴灌玉玉米对比比三、膜下下滴灌技技术的效效益分析析1、节水效效益膜下滴灌灌与传统统的裸地地滴灌进进行了对对比试验验，发现现膜下滴滴灌的节节水效果果优于裸裸地滴灌灌。裸地地滴灌灌灌溉定额额为4620m3/hm2，膜下滴滴灌灌溉溉定额为为2805m3/hm2，膜下滴滴灌比裸裸地滴灌灌节水39.6%。2、经济效效益就用水而而言，农农民以方方便、省省力、省省钱为原原则，甚甚至宁愿愿大水漫漫灌也不不去费钱钱、费事事、费工工地搞节节水，除除非节水水的收益益大于投投入。近年来，，学者们们围绕膜膜下滴灌灌技术的的应用效效益进行行了大量量的实证证研究。。一致认认为，膜膜下滴灌灌技术具具有显著著的经济济效益。。采用大田田膜下滴滴灌技术术的棉花花，比常常规灌溉溉每公顷顷增产384.75公斤，增增幅达10.28%。籽棉价价格按3.4元/公斤计，，每公顷顷可增加加产值1308.3元。扣除除成本投投入后，，膜下滴滴灌每公公顷纯收收入为2921.55元，比常常规灌溉溉增收1085.7元。膜下滴灌灌加工番番茄平均均亩产量量增加1000公斤，增增产率5.00%，每公顷顷增收达达4477.50元。膜下滴灌灌技术的的玉米，，每公顷顷增产幅幅度达43.37%，收益增增加3715.35元。膜下滴灌灌用于线线椒生产产，每公公顷产量量增加3195公斤（干干），增增产68.71%，每公顷顷纯收入入增加11608.50元。采用膜下下滴灌技技术，还还可以节节约水、、肥、农农药、人人力、机机力的开开支，也也可产生生一定的的经济效效益。据据对石河河子垦区区的统计计，采用用膜下滴滴灌技术术后，水费、机机力费、、人工费费、肥料料费和农农药费分别比常常规灌溉溉减少40.82%、20.66%、4.01%、9.22%、7.27%，平均每每公顷节节支总额额达1425元。3、生态环环境效益益（1）有抑制制土壤次次生盐渍渍化的效效果覆膜后由由于边界界条件改改变，土壤蒸发发率大大大减少，，盐分上上行受到到抑制，，土壤返返盐率也也随之大大大降低低。如合理调调整滴头头间距和和滴水量量，即可可达到较较好的洗洗盐效果果。为了改良良盐碱地地，过去去一般采采用修建建排水系系统，并并利用排排水系统统洗盐、、压盐的的方法。。这种传传统的作作法不仅仅工程量量大，而而且必须须消耗大大量的水水资源。。而采用膜膜下滴灌灌系统后后，在节节水灌溉溉的同时时，还可可在耕作作层形成成有利于于作物成成长的低低盐区，，自动产产生治理理盐碱化化的效果果，且不不需要修修建排水水系统而而占用大大量耕地地，提高高了土地地利用率率，减少少了工程程投资，，可节省省人力、、物力和和财力。（2）改善农农作物微微观生态态环境膜下滴灌灌直接把把水分灌灌入作物物根部、、降低了了湿润面面积,减少了棵棵间蒸发发,改变了作作物的农农田生态态小气候候,使作物根根系生长长有良好好的水、、气、热热生态环环境。由于集成成了覆膜