设施园艺灌溉技术研究现状与展望.doc
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1、设施园艺节水灌溉技术现状与发展趋势分析设施园艺是目前中国农业发展的重要方面、与人民生活水平和质量关系密切、也是实现农业现代化的重要途径。而灌溉技术的发展决定着设施园艺的发展。将设施农业和节水农业结合进行作物栽培既是农业现代化发展的方向,也是中国农业发展的重要目标之一。设施园艺是指在不适宜园艺作物(菜、花、果)生长发育的寒冷或炎热季节、利用保温、防寒或降温、防雨设施、设备、人为地创造适宜园艺作物生长发育的小气候环境、不受或少受自然季节的影响而进行的园艺作物生产、称之为设施园艺1。目前中国以蔬菜栽培为主的设施园艺面积已达86.7万hm2居世界第1位2。随着社会经济不断发展、设施园艺将向高、精、准农
2、业发展、为顺应建设节约型社会的理念、节水灌溉显得尤为重要。节水灌溉是根据作物需水规律及当地供水条件、为了有效地利用降水和灌溉水、获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境而采取的多种措施的总称3。节水灌溉不仅节约灌溉用水、而且能够科学有效地控制灌水的质量、灌水时间、灌水量、灌水均匀程度等、大大促进了农田水利科学技术进步,提高了灌溉的科技含量、是农业现代化的主要标志之一。1目前应用于设施园艺中的节水灌溉技术中国设施栽培中应用的灌溉技术主要有喷灌、微灌、微喷灌、滴灌、渗灌及其它节水灌溉技术如畦灌、沟灌,地膜覆盖灌溉等。1.1喷灌喷灌就是利用水泵和管道系统、在一定的压力下把水喷到空中、碎成细小的水滴
3、、均匀降落在田间、供给作物水分的一种灌溉方式4。它又称喷洒灌溉、有较显著的省水增产效益、是一种比较先进的灌水技术。1.1.1喷灌的特点传统的地面灌溉水分的利用系数仅为0.4-0.45、而喷灌的灌溉水利用系数可以达到0.75以上、比传统的地面灌溉节水30%-40%;喷灌具有保护土壤结构不被破坏和保持土壤肥力的作用;同时喷灌可以调节设施内的小气候、调节温差和昼夜温差、可以提高作物的经济作物的产量和品质;喷灌的机械化程度高、将大大减轻灌水的劳动强度和提高作业效率。但是喷灌的缺点是喷灌会造成设施内环境湿度太大、使作物不利于通风和冬季设施内温度的提高;喷灌要求较高的投资、平均安装喷灌系统的投资为4500
4、-18000元/hm2、而且相对耗能高。1.2微灌微灌是按作物需水要求、对水加压和水质处理后通过低压管道系统及安装在末级管道上的特制灌水器、将水和肥以微小的流量及时,准确地输送到作物根系最集中的土壤区域进行精量灌溉的方法5。 1.2.1微灌的特点微灌可以节约灌溉水量、一般可比喷灌省水15%-20%;微灌要求的工作压力比喷灌低且微灌用水量小、从而降低了能耗、节省能源;由于微灌的灌水强度低、且采用小定额的浅浇勤灌方法、可适用各种土壤的栽培;由于微灌实施精量灌溉并结合施肥、可以使作物根系活动层的土壤经常保持最有利于作物生长的水,气,肥,热状态、因此、能提高作物的产量、改善产品的质量;微灌完全在系统控
5、制下工作、便于自动控制。但是微灌的缺点是单位面积的投资高;对水质和过滤设备的要求高、否则滴头易被堵塞;微灌可能造成盐分在湿润表层的边缘积累起来、使作物根系遭受盐害;由于灌溉仅湿润作物根区附近的一部分土壤、作物根系的向水性会使作物根系集中向湿润区生长、限制了根系的发展。1.3微喷灌微喷灌是微灌技术的一种,是利用微喷头将水喷洒、水呈细小雨滴状、以湿润土壤的一种灌水方法4。目前在设施中大多采用微喷灌的技术设备。1.3.1微喷灌的特点微喷灌是在改良喷灌和滴灌系统的缺点而发展出来的、微喷灌是通过管道系统将有压水送到作物根部附近、用微喷头或喷带将水喷洒在土壤表面进行灌溉的一种新型灌水方式;微喷头的孔径比滴
6、头的孔径大很多、防堵塞性能好、对水质过滤要求低、相对也降低了成本。它比一般喷灌更省水、增产效果明显、耗能低、可结合施肥、提高肥效、主要应用于果树,花卉,草坪,温室大棚灌溉。1.4滴灌滴灌是利用安装在末及管道上的滴头或滴灌带、将水一滴滴均匀且缓慢的滴入作物根区附近的土壤中的一种技术5。1.4.1滴灌的特点由于滴灌的滴水量小、水滴缓慢入土、因而除滴头下面的土壤水分处于饱和状态外、其他部分的土壤水分均处于不饱和状态、所以无积水且水分蒸发较少、利用双滴灌带直接铺设在作物畦面上灌水、能为棚内作物生长提供良好的环境6。 1.5渗灌渗灌是指灌溉水以滴渗方式湿润作物根系层、实施对作物灌溉。渗灌是继喷灌滴灌之后
7、的一种新型有效的灌溉技术。1.5.1渗罐的特点渗罐是将微压水通过埋在地下根层附近的橡塑渗水管向土壤渗水、再借助土壤的毛细管的作用、将水扩散到作物根区周围、因此、土壤表面几乎没有蒸发,径流、也没有深层渗漏等现象、因此它适合于各种土壤的使用;渗灌管自身的多微孔性能、除可为植物生长提供必要的水分外、还可用来向植物提供肥,水,药等要素、减少其用量、提高其使用效率;渗灌可达到最大的节水增产效率、从而解决了地表灌溉过程中的水蒸发,流失,营养浪费等问题;与滴灌相比、渗灌可节水20%以上、同时它还具有苏松土壤、提高土壤肥力与地表温度、减少杂草与病害、促进作物生长等功能。设施中的各种灌溉设备大多是交错使用的、在
8、一些现代化的温室中既有微喷灌又有滴灌等、而在较简易的大棚中、畦灌,沟灌和地膜覆盖灌溉也是常用的灌溉方式。目前对设施栽培番茄的需水规律的研究还处在初步阶段,各种需水规律的研究还不完善,还不能完全用来指导生产实践$科学工作者还需要进一步研究番茄的需水规律的日变化,全生育期的变化以及年际的变化,从而找出影响番茄需水量的主要因素和生理学机理$并在试验中不断改进番茄需水量的计算方法,以求探索出不同灌溉条件下不同生长阶段番茄适宜的需水量。在番茄灌溉制度的研究中,大多的研究都是以控制土壤的水分状况,如土壤相对含水量,土壤水分上下限和土壤湿润层深度等为试验指标,而对灌水次数和在不同的水分状况下番茄的生理变化机
9、理研究较少,在研究番茄的灌水制度中也应将投入与产出的经济效益考虑在内,力求从最大经济效益出发来研究灌水量与番茄产量和品质的之间灌溉制度。设施内番茄的节水灌灌溉技术的研究相对较多,多集中在灌溉方法的比较试验,但是切合于生产实际的灌溉方法和技术还有待进一步探索。如何将生产实际和试验研究紧密结合,解决生产中的问题仍是今后研究的方向。目前普遍存在于设施微灌中的问题可大体概括为,设备质量差,产品品种少,缺乏系列和配套产品#而且设备使用寿命低,存在设计上的不合理,管理不善等,都造成资金的浪费。所以在设计和安排灌溉技术时应通过灌溉试验,根据不同的地区土壤条件$气候条件等按照灌溉的要求特性及番茄的生长条件,实
10、施合理的灌溉技术。1张福墁.设施园艺学M.北京:中国农业大学出版社,2001.12巨换梅.浅谈我国设施园艺业发展现状J.科技情报开发与经济,2004, 14(3):113-1143罗金耀.节水灌溉理论与技术M.第二版.武汉:武汉大学出版社, 2003.14吴普特,牛文全,郝宏科.现代高效节水灌溉设施M.北京:化学工业出版社,2002.15-405水利部科技司.节水灌溉技术M.北京:中央广播电视大学出版社, 1999.84-846张文渊.大棚温室双上孔软管滴灌新技术J.农机质量与监督,2003,(5):29-29水对于园艺植物栽培生产是至关重要的。灌溉与排水是园艺植物栽培生产中一项经常性的工作,
11、不但耗时长,用工多,而且随着水资源供应的急剧减少,对园艺植物灌排水技术的要求也不断提高。依据植物的生活习性、生长发育规律等特性,合理地利用有限的水资源,适时排灌,积极发展节水农业,对我国这样一个水资源缺乏的农业大国尤为重要。 一、灌溉 (1)灌溉依据 植物体没有水便无法生存,水是植物生长发育的重要因素。植物体内生长发育活跃部分的含水量达到80%以上,没有水植物便无法进行正常的光合作用,代谢过程受阻。一般来说蔬菜产品的含水量为80%95%,果品的含水量为75%95%,不同花卉含水量不同,花卉产品中鲜切花含水量在5%10%的情况下就会出现萎蔫现象,大大降低花卉产品的商品价值,可见植物不能缺水,适时
12、灌溉(irrigation)对植物生长发育非常重要。(2)灌溉方式 地面灌溉:地面灌溉需要很少的设备,投资少,成本低,是生产上最为常见的一种传统的灌溉方式,包括漫灌、树盘灌水或树行灌水、沟灌、渠道畦式灌溉等。平原区果园地面灌水多采用漫灌、树盘灌水或树行灌水、沟灌等灌溉方式。蔬菜植物多畦栽,因而地面灌溉多采取渠道畦式灌溉。畦田种植的草本花卉也可以采用这种方式。木本观赏植物的灌溉方式基本上同果树灌溉。此外,漫灌适用于夏季高温地区大面积种植,且生长密集的草坪,沟灌也适宜大面积、宽行距栽培的花卉、蔬菜。地面灌溉虽简便易行,但灌水量较大,容易破坏土壤结构,造成土壤板结,而且耗水量较大,近水源部分灌水过多
13、,远水口部分却又灌水不足,所以只适用于平地栽培。为了防止灌水后土壤板结,灌水后要及时中耕松土。 喷灌:喷灌又称为人工降雨,是利用喷灌设备将水分在高压下通过喷嘴喷至空中降落到地面的一种半自动化的灌溉方式。喷灌可以结合叶面施肥、药物防治病虫害等管理同时进行,具有节约用水、易于控制、省工高效等优点,不破坏土壤结构,能冲刷植株表面灰尘,调节小气候,适用于各种地势。但其设备投入较大,在风大地区或多风季节不能应用。应用喷灌方式灌溉时雾滴的大小要合适。 喷灌有固定式、半固定式和移动式3种方式。果园中树冠上喷灌多采用固定式喷灌系统,喷头射程较远。树冠下灌溉一般采用半固定式灌溉系统,也可采用移动式喷灌系统。草坪
14、的喷灌系统多安装在植株中间,以避免花朵被喷湿,降低质量。果园喷灌按喷水高度又分3种:一是高于树冠的;二是树冠中部的;三是树冠以下临近地表面的,后者用小喷头,又称微喷。 以原有的喷灌技术为基础,在园艺植物温室自动化栽培控制上,尤其是花卉的温室化生产中,有条件的地方已开始逐步推广微喷技术。微喷是一种高效、经济的喷灌技术,微喷系统是根据园艺植物棚室生产特点而设计的,特别适合于各类花卉和蔬菜设施规模生产。微喷系统水带采用上走式,喷水雾化程度高,喷水时如同下着绵绵细雨,不易损坏各种植物,且能增加植物的光合作用,促进作物生长,既能节水,节省人工,又可结合肥料、农药喷洒,不会引起水土流失,药肥损失。综上,微
15、喷具有以下优点:第一,雾化程度极佳,覆盖范围大,湿度足,保温、降温能力强,提高产量;第二,造价低廉,一次性投资回收快,且安装容易,快捷;第三,具有防滴设计,省时,省水、省力,可结合自动喷药,根外施肥;第四,使用年限长,且喷头更换容易;第五,也可适用于果园喷灌(如荔枝、龙眼),对植物的叶子、果实均能均匀喷洒。总之,微喷系统克服了以往棚室生产中拖带喷水的各种不足,简便实用。 滴灌:滴灌是直接将水分或肥料养分输送到植株根系附近土壤表层或深层的自动化与机械化结合的最先进的灌溉方式,具有持续供水、节约用水、不破坏土壤结构、维持土壤水分稳定、省工、省时等优点,适合于各种地势,其土壤湿润模式是植物根系吸收水
16、分的最佳模式。现广泛应用于果树、蔬菜、花卉生产中,但其设备投资大,而且为保证滴头不受堵塞,对水质的要求比较严格,滤水装备要精密,耗资很高,从节水灌溉的角度来看,滴灌在未来将是一个很有前途的灌溉模式。 地下灌溉:地下灌溉是将管道埋在土中,水分从管道中渗出湿润土壤,供水灌溉,是一种理想的灌溉模式。该方法具有利于根系吸水、减少水分散失、不破坏土壤结构、水分分布均匀等优点。但由于管道建设费用高,维修困难,因而目前该方法正逐步被替代。 此外,在果树灌溉中还采用树盘积雪保墒的办法,对于春季干旱、水源缺乏又无灌溉条件的地区来说,这种方法切实可行。利用冬季积雪增加土壤水分,从而减轻春季的干旱,同时又可以提高地
17、温,减轻根系冻害。为减少积雪蒸发,须将积雪整平压实,春季解冻时溶入土中供果树利用。在花卉上,尤其是容器栽培的花卉,还可以利用浸灌的方法进行灌水,其做法是将花盆或容器放在盛有水的池子中,池中水面不能超过花盆上的边缘,这样水从花盆底部的小孔慢慢渗入盆土,供水充足,又可节约用水,且不破坏土壤结构,但相当费时费工,所以多用于花卉和蔬菜的播种繁殖。 (3)灌溉时期 不同园艺植物由于生育特性不同、环境因子不同、栽培条件不同等原因,造成适宜灌溉期之间存在着差异。 果树灌溉时期:萌芽开花期,供水充足可以防止春寒、晚霜的危害,可促进新梢生长,增大叶面积,促进光合作用,有利于开花结果,为丰产打下基础。 花后幼果膨
18、大期,是果树需水的临界期,供水不足会引起新梢生长与果实生长之间的水分竞争,严重时能引起生长势减弱,落果严重。对于国光苹果来说,花后灌水可极大地提高坐果率。 果实生长期,一般是6-8月份,是多数落叶果树果实膨大和花芽大量分化的重要时期,此时气温高,蒸发量大,需水较多,因而保证水分供应十分重要。 灌冻水,一般在果实采收后至土壤冻结前的这段时期,结合施基肥进行灌水,可增强树体冬季的抗寒能力,为来年果树的正常萌发生长打下基础。 此外,进行果树灌水要在不同种类、品种、树龄、气候环境等综合条件影响下灵活把握最佳灌水时期。在水分缺乏的地区可以只灌花前水、花后水和封冻水,无条件灌溉的情况下,要重视抓好蓄水保墒
19、工作。蔬菜灌溉时期:不同种类、品种的蔬菜对水分需求差异较大,有的蔬菜需水较多,消耗水分也多,如甘蓝、莴苣、黄瓜、白菜、绿叶菜类等;有的蔬菜需水多而耗水少,如葱蒜类等;有的蔬菜要求水分适中,如南瓜、菜豆、番茄、辣椒、马铃薯等;有的蔬菜需水、耗水均少,如西瓜、甜瓜、胡萝卜等;有的蔬菜则长年生长在水中,如莲藕等。因此把握最佳灌水时期首先要把握生态习性,而且不同蔬菜在生长的各个时期对水分的要求也有一定的规律。 种子发芽期,要求一定的土壤湿度,满足种子吸水膨胀以后才可以完成内含物的转化利用,根系生长和胚轴生长都需要水分,水分不足势必影响出苗,所以播种前要充分灌水。 幼苗期,叶片较小,蒸发量小,需水较少,
20、但土壤的蒸发量较大,易引起土壤干旱,所以需水量很大。 养分积累期,是植物积累并形成养分的时期,又是植株细胞体积增大的主要时期,此时植株生长最为旺盛,是需水量最大的时期,应勤浇水,多浇水,保证植株生长、养分积累的水分需求。开花期,对水分较为敏感,水分亏缺易引起落花落果,水分过多又会引起植株徒长,所以果实、蔬菜在开花初期应适当节制浇水,待第一茬果实坐果后再大量供水。 花卉灌溉时期:花卉灌水与季节及生长发育有着密切的关系。通常在春天生长初期生长量较小,耗水量少,每隔一两天浇1次水即可。入夏以后生长进入旺盛期,气温也开始升高,日照延长,蒸腾旺盛,耗水量较大,需要较多的灌水,宜在每天早上和中午稍后各浇1
21、次水。冬季温度相对降低,植株生长缓慢或进入休眠阶段的花卉应少浇水或停止浇水,若需要浇水,一般视情况三四天浇1次或更长时间浇1次。花卉浇水还要本着“见干见湿”的原则,即浇时要浇足。盆栽花卉多表土发白时浇水,浇至盆底渗出水为止。另外,花卉品种繁多,种类各异,不同品种对水分的要求有很大的差异,浇水还要因品种、生活习性、生长发育特性而适时、适量浇水。 将花卉按水分需求分类,不同各类间存在着差别。旱生花卉,如仙人掌科和景天科的多浆植物,需水量少,生长旺盛期浇水要在第1次浇水后盆土完全干燥时再浇第2次水,宁干勿湿,冬季要求完全干燥;湿生花卉,如观叶海棠、网纹草、蕨类植物、凤梨科植物、天南星科植物等,一般需
22、水量较大,表土略有干燥就应浇水,宁湿勿干,一年四季都要保持盆土湿润;中生花卉,大多数盆栽花卉都属于这一类,对水分的要求介于以上两者之间,浇水比较勤,表土稍干就开始浇水,见干见湿,冬季温度低于10时要减少浇水次数。从生长习性角度来分类,一二年生花卉由于根系较浅,对水分要求量大,浇灌时间间隔要短,灌水要勤;宿根、球根类花卉,尤其是球根类花卉,浇水过多会引起地下器官腐烂,因而灌水时间间隔稍长;木本类花卉,其根系达到较深土层,吸收深层地下水的能力强,所以灌水时间间隔较长。 此外,有些花卉植物对水分特别敏感,若浇水不慎就会影响生长和开花,甚至导致死亡。如大岩桐、蒲包花、秋海棠的叶片淋水后往往会腐烂;仙客
23、来球茎顶部的叶芽、非洲菊的花芽等淋水后也会腐烂、枯萎;兰科花卉和牡丹分株后,在新根生出以前,灌水量过大也会引起腐烂。 (4)灌水量 灌水量应根据植物的种类、品种、季节、土壤含水量、降雨、空气湿度、生长发育特点、生态习性等多方面因素来确定,所以很难有一个统一的标准,并且不同灌溉方式间灌水量也不尽相同。 果树灌水量一般遵循以下原则:适宜的灌水量要在1次灌溉中达到根系分布的主要区域,并达到田间最大持水量的6080%,尤其是春季灌溉要1次性浇透,这样有利于土温升高。夏季灌水量宜少,但要增加灌水的次数,利于降低土温。冬前灌冻水要量大,使水分渗透到1m或1m以下的土层,有利于果树越冬。沙土增加浇水次数,盐
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