节水灌溉新技术及其在温室生产中的发展趋势
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摘要介绍了节水灌溉新技术,包括工程新技术、农艺新技术、生物节水技术等,并论述了这些新技术在温室生产中的发展趋势。
关键词节水灌溉;新技术;温室;发展趋势
中国是一个水资源短缺的国家,特别是北方地区干旱缺水已经威胁到经济社会的发展,成为可持续发展的首要制约因素。而另一方面,农业这一用水大户的灌溉用水利用系数平均只有0.4左右,用水浪费加剧了水资源的紧缺。为缓解水资源危机、有效提高农业灌溉水的利用率,节水灌溉技术得到了日益广泛的研究与应用。在中国北方地区,主要利用日光温室在冬春季节进行蔬菜、花卉等的反季节生产,获得较高的经济效益,因此在中国农业产业结构调整中得到了快速发展。温室环境中相对湿度较高,很容易诱发多种病害。节水灌溉技术的应用使节约灌溉用水量、提高水的利用率同降低室内相对湿度、降低生产成本达到了统一[1,2]。
1节水灌溉工程新技术
应用节水灌溉工程技术,能有效减少灌溉渠系(管道)输水过程中的水量蒸发与渗漏损失,从而显著提高了灌溉水的利用率,这些技术尤其是渠道防渗技术在大田生产中得到了广泛应用。近年来,随着人们节水意识的提高和国民经济的发展,低压管道输水灌溉、喷灌、微灌、渗灌等节水灌溉新技术也获得迅速发展,某些新技术在温室生产中发挥着越来越重要的作用。
1.1低压管道输水灌溉技术
在中国北方地区,进行反季节生产的温室面积都比较小,多在333~667m2之间。用低压管道输水,将灌溉水引入设施内,并继续采用这种方式将灌溉水输入每块畦田,再进行灌溉。采用这种技术灌溉,可以省去输水渠道的占用面积,同时具有省工、省时、一次性投资少、设备简单、农民易于掌握等特点,而且比土渠省水40%左右,节水效果显著,还能有效地减少水量蒸发面积,降低室内相对湿度。
1.2喷灌技术
喷灌技术由于一次性投资太大,在普通的日光温室中应用很少,但很适合于连栋温室中进行工厂化育苗生产。目前,喷灌技术正朝着低压、节能型方向发展,在温室生产中可采用固定式、中心支轴式和平移式喷灌机。应用喷灌技术,可充分利用温室空间,实行立体栽培,同时依据作物干旱程度,实现适度灌溉,节约灌溉用水量,降低室内相对湿度,减少作物病害发生。
1.3微灌技术
微灌技术是按照作物的需水要求,通过低压管道系统以及安装在末端管道上的特殊灌水器,小流量、精确地将水、肥输送到作物根区土壤或地下的灌溉方式。适于温室生产应用的微灌技术主要有滴灌、膜下多孔单壁软管微灌等。
1.4集雨节灌技术
温室顶部的塑料棚面具有一定的产流面积,是“天然”的雨水集流场,配套修建集雨槽和蓄水池,结合滴灌、渗灌技术的应用,就可以利用雨水资源进行节水灌溉。降雨时,雨水沿着薄膜聚集于集雨槽,通过落水管进入蓄水池,蓄水池与室内畦田或作物耕作层保持一定高差,利用雨水自身的重力进行膜下滴灌或地下微压水渗灌。在节约灌溉水的同时,还能有效减少雨水对地面的冲刷,减轻水土流失。
2节水灌溉农艺新技术
农艺节水技术主要是在作物生长发育、作物干物质形成与水分供应之间关系的基础上,通过农耕技术和适宜的灌溉手段实现节水,挖掘作物本身节水潜力的灌溉技术。
2.1地膜覆盖
地膜覆盖广泛应用于温室栽培,尤其是冬春季节日光温室番茄、黄瓜等果菜类蔬菜生产,大多采用单行定植—双垄上覆膜—膜下沟灌模式。这种沟灌模式操作简单,有效抑制土壤表面水分的无效蒸发,大大降低室内相对湿度,膜下水分循环利用,提高了水分利用效率[3,4]。其他栽植密度较大的作物如洋葱等可采用平畦覆膜,利用膜孔、膜侧灌溉。
2.2调亏灌溉
调亏灌溉是主动对作物施加一定程度的有益的亏水度,利用水分胁迫的正面效应,从生物学角度来提高水分生产效率,属于非充分灌溉。这种节水灌溉技术广泛应用于设施农业生产中。冬春季节日光温室中,低温弱光高湿的环境很容易造成作物植株的徒长,营养生长过旺,生殖生长就会受到抑制,往往形成“壮秧不壮果”,产量与质量都会降低。因此,在实际生产中多采用蹲苗控水措施,即在作物苗期适量控制灌水,使作物处于一段时间的干旱胁迫,之后复水,利用补偿效应提高作物抗旱能力,达到节水目的。
2.3保水剂
保水剂又称土壤保水剂、高吸水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂等,能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的去离子水,数十倍至近百倍的含盐水分,而且具有反复吸水功能,吸水后膨胀为水凝胶,可缓慢释放水分供作物吸收利用,从而增强土壤保水性,改良土壤结构,减少水的深层渗漏和土壤养分流失,提高水分利用率。目前,保水剂的价格偏高,而且它的使用量还没有统一标准,研究成果还没有系统化,一系列的问题没有得到彻底解决,推广使用有很大难度。如今保水剂主要作为土壤改良剂应用,将保水剂直接施入土壤或在保水剂中混入无机物质(黏土)制成复合保水剂后施入土壤;也有的用保水剂处理种子表面,即形成包衣种子后播种,也可直接用作培养基。在设施栽培中,可将保水剂与地膜覆盖、蒸腾抑制剂等结合使用,能有效提高作物抗旱增产能力;保水剂与喷灌、滴灌等节水技术结合使用,节水效果更加显著。
3生物节水技术
生物节水是将作物水分生理调控机制与作物高效用水技术紧密结合而开发出的一种农业节水技术。实际上,就是利用作物本身的抗旱、节水性,减少灌水量,提高水分利用效率。采用生物节水技术,关键是要培育节水性强的作物品种。目前,温室生产中一般都选用抗旱、抗寒、抗病性强、高产优质的品种。但还没有把抗旱性强作为选择品种的首要因素,抗旱还没有真正成为育种工作的主要目标,以高水分利用效率为目标的育种工作开展更少。
4节水灌溉技术在设施生产中的发展趋势
近年来,现代高新技术的发展,为温室生产中节水灌溉技术的升级插上了翅膀,设施生产中工程节水灌溉将朝着自动、精量发展,保水剂等农艺节水技术的应用将更加普及,选用节水抗旱品种将成为节水措施的首选。
近年来,空间信息技术和计算机模拟技术的发展,为实现作物水分实时监测、自动控制提供了技术基础。国外已大量使用红外枪技术,实现了作物水分信息的采集与精量控制用水,并采用热脉冲技术测定作物茎杆的液流和蒸腾,用于指导精量灌溉。中国在这一方面相当落后,除了进行个别试验外,还没有进入田间生产应用。因此,精量灌溉在中国还有很大的发展空间,也是温室生产中节水灌溉工程技术的发展趋势。
随着保水剂研究的深入和一系列环保问题的解决,具有超强吸水能力的保水剂的应用将更加普遍。在保水剂的作用下,只需很少量的水分就能完成作物生产。另外,结合作物关键需水期,大力发展非充分灌溉,可使灌溉水量更加减少,再次提高灌溉水的有效利用率。不管采取何种节水灌溉技术,节水潜力最大的还是作物或品种本身,即生物节水是节水农业的归结点。不同作物以及同一作物不同品种之间的水分利用效率(water use efficiency,WUE)不同,WUE受数量性状多基因控制,遗传基础复杂,但它是反映品种抗旱性强弱的可遗传性状。研究发现,控制WUE的直接主效基因的遗传规律后,就可以通过遗传工程利用转基因方法进行转节水(高WUE)基目作物的培育和改良。通过作物或品种的自身作用提高其内在抗旱性、节水性是生物节水的最终潜力所在。在节流的同时,还要力争开源,以弥补淡水资源的不足。应加强盐水、污水的处理技术研究,逐步完善其配套的灌溉技术,争取早日应用于实际生产。
5参考文献
[1] 赵英,郭旭新.节水灌溉新技术在温室生产中的应用与发展[J].农业工程技术(温室园艺),2007(11):17-18.
[2] 李永海.设施农业节水灌溉微灌技术在温室中的应用[J].河北农业,2006(8):21.
[3] 杨少俊.膜下滴灌技术在日光温室中的应用[J].中国水利,2006(11):65.
[4] 李庆萍,曹源.温室膜下节水灌溉技术[J].西北园艺(蔬菜),2004(4):21-22.
关键词节水灌溉;新技术;温室;发展趋势
中国是一个水资源短缺的国家,特别是北方地区干旱缺水已经威胁到经济社会的发展,成为可持续发展的首要制约因素。而另一方面,农业这一用水大户的灌溉用水利用系数平均只有0.4左右,用水浪费加剧了水资源的紧缺。为缓解水资源危机、有效提高农业灌溉水的利用率,节水灌溉技术得到了日益广泛的研究与应用。在中国北方地区,主要利用日光温室在冬春季节进行蔬菜、花卉等的反季节生产,获得较高的经济效益,因此在中国农业产业结构调整中得到了快速发展。温室环境中相对湿度较高,很容易诱发多种病害。节水灌溉技术的应用使节约灌溉用水量、提高水的利用率同降低室内相对湿度、降低生产成本达到了统一[1,2]。
1节水灌溉工程新技术
应用节水灌溉工程技术,能有效减少灌溉渠系(管道)输水过程中的水量蒸发与渗漏损失,从而显著提高了灌溉水的利用率,这些技术尤其是渠道防渗技术在大田生产中得到了广泛应用。近年来,随着人们节水意识的提高和国民经济的发展,低压管道输水灌溉、喷灌、微灌、渗灌等节水灌溉新技术也获得迅速发展,某些新技术在温室生产中发挥着越来越重要的作用。
1.1低压管道输水灌溉技术
在中国北方地区,进行反季节生产的温室面积都比较小,多在333~667m2之间。用低压管道输水,将灌溉水引入设施内,并继续采用这种方式将灌溉水输入每块畦田,再进行灌溉。采用这种技术灌溉,可以省去输水渠道的占用面积,同时具有省工、省时、一次性投资少、设备简单、农民易于掌握等特点,而且比土渠省水40%左右,节水效果显著,还能有效地减少水量蒸发面积,降低室内相对湿度。
1.2喷灌技术
喷灌技术由于一次性投资太大,在普通的日光温室中应用很少,但很适合于连栋温室中进行工厂化育苗生产。目前,喷灌技术正朝着低压、节能型方向发展,在温室生产中可采用固定式、中心支轴式和平移式喷灌机。应用喷灌技术,可充分利用温室空间,实行立体栽培,同时依据作物干旱程度,实现适度灌溉,节约灌溉用水量,降低室内相对湿度,减少作物病害发生。
1.3微灌技术
微灌技术是按照作物的需水要求,通过低压管道系统以及安装在末端管道上的特殊灌水器,小流量、精确地将水、肥输送到作物根区土壤或地下的灌溉方式。适于温室生产应用的微灌技术主要有滴灌、膜下多孔单壁软管微灌等。
1.4集雨节灌技术
温室顶部的塑料棚面具有一定的产流面积,是“天然”的雨水集流场,配套修建集雨槽和蓄水池,结合滴灌、渗灌技术的应用,就可以利用雨水资源进行节水灌溉。降雨时,雨水沿着薄膜聚集于集雨槽,通过落水管进入蓄水池,蓄水池与室内畦田或作物耕作层保持一定高差,利用雨水自身的重力进行膜下滴灌或地下微压水渗灌。在节约灌溉水的同时,还能有效减少雨水对地面的冲刷,减轻水土流失。
2节水灌溉农艺新技术
农艺节水技术主要是在作物生长发育、作物干物质形成与水分供应之间关系的基础上,通过农耕技术和适宜的灌溉手段实现节水,挖掘作物本身节水潜力的灌溉技术。
2.1地膜覆盖
地膜覆盖广泛应用于温室栽培,尤其是冬春季节日光温室番茄、黄瓜等果菜类蔬菜生产,大多采用单行定植—双垄上覆膜—膜下沟灌模式。这种沟灌模式操作简单,有效抑制土壤表面水分的无效蒸发,大大降低室内相对湿度,膜下水分循环利用,提高了水分利用效率[3,4]。其他栽植密度较大的作物如洋葱等可采用平畦覆膜,利用膜孔、膜侧灌溉。
2.2调亏灌溉
调亏灌溉是主动对作物施加一定程度的有益的亏水度,利用水分胁迫的正面效应,从生物学角度来提高水分生产效率,属于非充分灌溉。这种节水灌溉技术广泛应用于设施农业生产中。冬春季节日光温室中,低温弱光高湿的环境很容易造成作物植株的徒长,营养生长过旺,生殖生长就会受到抑制,往往形成“壮秧不壮果”,产量与质量都会降低。因此,在实际生产中多采用蹲苗控水措施,即在作物苗期适量控制灌水,使作物处于一段时间的干旱胁迫,之后复水,利用补偿效应提高作物抗旱能力,达到节水目的。
2.3保水剂
保水剂又称土壤保水剂、高吸水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂等,能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的去离子水,数十倍至近百倍的含盐水分,而且具有反复吸水功能,吸水后膨胀为水凝胶,可缓慢释放水分供作物吸收利用,从而增强土壤保水性,改良土壤结构,减少水的深层渗漏和土壤养分流失,提高水分利用率。目前,保水剂的价格偏高,而且它的使用量还没有统一标准,研究成果还没有系统化,一系列的问题没有得到彻底解决,推广使用有很大难度。如今保水剂主要作为土壤改良剂应用,将保水剂直接施入土壤或在保水剂中混入无机物质(黏土)制成复合保水剂后施入土壤;也有的用保水剂处理种子表面,即形成包衣种子后播种,也可直接用作培养基。在设施栽培中,可将保水剂与地膜覆盖、蒸腾抑制剂等结合使用,能有效提高作物抗旱增产能力;保水剂与喷灌、滴灌等节水技术结合使用,节水效果更加显著。
3生物节水技术
生物节水是将作物水分生理调控机制与作物高效用水技术紧密结合而开发出的一种农业节水技术。实际上,就是利用作物本身的抗旱、节水性,减少灌水量,提高水分利用效率。采用生物节水技术,关键是要培育节水性强的作物品种。目前,温室生产中一般都选用抗旱、抗寒、抗病性强、高产优质的品种。但还没有把抗旱性强作为选择品种的首要因素,抗旱还没有真正成为育种工作的主要目标,以高水分利用效率为目标的育种工作开展更少。
4节水灌溉技术在设施生产中的发展趋势
近年来,现代高新技术的发展,为温室生产中节水灌溉技术的升级插上了翅膀,设施生产中工程节水灌溉将朝着自动、精量发展,保水剂等农艺节水技术的应用将更加普及,选用节水抗旱品种将成为节水措施的首选。
近年来,空间信息技术和计算机模拟技术的发展,为实现作物水分实时监测、自动控制提供了技术基础。国外已大量使用红外枪技术,实现了作物水分信息的采集与精量控制用水,并采用热脉冲技术测定作物茎杆的液流和蒸腾,用于指导精量灌溉。中国在这一方面相当落后,除了进行个别试验外,还没有进入田间生产应用。因此,精量灌溉在中国还有很大的发展空间,也是温室生产中节水灌溉工程技术的发展趋势。
随着保水剂研究的深入和一系列环保问题的解决,具有超强吸水能力的保水剂的应用将更加普遍。在保水剂的作用下,只需很少量的水分就能完成作物生产。另外,结合作物关键需水期,大力发展非充分灌溉,可使灌溉水量更加减少,再次提高灌溉水的有效利用率。不管采取何种节水灌溉技术,节水潜力最大的还是作物或品种本身,即生物节水是节水农业的归结点。不同作物以及同一作物不同品种之间的水分利用效率(water use efficiency,WUE)不同,WUE受数量性状多基因控制,遗传基础复杂,但它是反映品种抗旱性强弱的可遗传性状。研究发现,控制WUE的直接主效基因的遗传规律后,就可以通过遗传工程利用转基因方法进行转节水(高WUE)基目作物的培育和改良。通过作物或品种的自身作用提高其内在抗旱性、节水性是生物节水的最终潜力所在。在节流的同时,还要力争开源,以弥补淡水资源的不足。应加强盐水、污水的处理技术研究,逐步完善其配套的灌溉技术,争取早日应用于实际生产。
5参考文献
[1] 赵英,郭旭新.节水灌溉新技术在温室生产中的应用与发展[J].农业工程技术(温室园艺),2007(11):17-18.
[2] 李永海.设施农业节水灌溉微灌技术在温室中的应用[J].河北农业,2006(8):21.
[3] 杨少俊.膜下滴灌技术在日光温室中的应用[J].中国水利,2006(11):65.
[4] 李庆萍,曹源.温室膜下节水灌溉技术[J].西北园艺(蔬菜),2004(4):21-22.