微润灌溉技术研究及其应用
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摘 要：对近年来国内外微润灌溉技术的研究进展和应用现状进行综述，探讨未来研究方向。重点分析微润灌溉技术条件下，土壤渗润的机理研究、对作物品质及生长状况影响的性能研究，以及该项技术在国内的应用情况，提出未来应该更加关注该项技术的应用推广，并注重解决推广过程中遇到的科学问题。
关键词：微润灌溉;现状;应用
中图分类号：S-1 文献标识码：A
DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530023
引言
我国是农业用水大国，干旱缺水已成为制约我国农业发展的重要因素。农业可持续发展与水资源短缺之间的矛盾引起了全世界的关注。随着全球水资源供需矛盾的加剧，世界各国，特别是发达国家，都把发展节水灌溉作为农业可持续发展的重要措施之一[1]。一直以来传统的灌水方法是地面灌溉，20世纪80年代后期，水平畦灌、长畦分段灌、波涌灌等这些新的灌水方法被用于作物灌溉，节水效果得到了很大的改善[2]。喷灌和滴灌技术的优点是输水效率高、地形适应性强，并能够改善田间小气候，与除草、施肥及用药等农业措施配套使用，节水增产效果好。然而，目前应用的灌溉技术，无论是地面灌溉还是微灌（喷灌、滴灌、渗灌），都存在灌溉具有间歇性、水气平衡困难、灌溉用水效率低、灌水均匀度差的问题。因此，基于半透膜原理的新型微灌技术为节水灌溉技术的发展提供了强有力的指导[3]。
微润灌溉是一种利用半透膜的连续灌水技术，属于局部灌溉。微润灌溉采用功能半透膜材料制成灌溉装置，由膜内外水势梯度驱动，根据作物对水分的需求，以慢速流出的方式持续不断地自动、实时、适时、适量地向作物根部区域注水[4]。微润灌溉的一个重要技术特点是很容易使土壤水分处于水/气最佳状态并且可以使这一状态长时间稳定的保持下去，使作物在全生命期内处于最佳灌溉条件下生长。采用微润灌溉有利于土壤有效养分的分解，改善作物的营养状况，既不会造成水土流失、肥料流失，也不会破坏土壤团聚体结构，同时还能使得土壤通气性良好、氧气充足，作物根系发达、枝干健壮。此外，微润灌溉技术运行的驱动力是水势能和土壤势能，不需要动力设备，运行成本低[5]。
1 微润灌溉的机理研究进展
微润灌溉的过程是微润管逐渐湿润附近的土壤，随着渗出水量的增加，土壤水分向微润管周边循环扩散，土壤最终形成湿润体。土壤中水分的扩散迁移速度受土壤孔隙率、初始含水量、微润管内部水压力、管道埋深等参数的影响，掌握微灌过程中土壤水分入渗和润湿体形成及变化特征是认识微润灌溉灌水机理的关键。
陶涛等研究了土壤类型和埋深对微润管入渗的影响。结果发现，微润灌溉单位时间的入渗量与水头呈线性相关，灌水时间内的累积入渗随埋藏深度的增大而减小[6]。薛万来、牛文全等研究了土壤容重、初始含水量、管道深度和压力水头对土壤入渗与湿润锋随时间变化关系的影响。研究发现，在相同的入渗时间内，湿润锋的迁移距离随着土壤容重的增大而减小，随着土壤初始含水量和压力水头的增大有增大的趋势[7]，同时其还研究了水质矿化度对土壤水分入渗特性的影响，发现微润灌溉技术模式下矿化度对湿润体的形状影响小，而对湿润体体积影响大[8]。张俊、牛文全等分析了土壤质地和土壤密度对湿润体特征的影响，发现微润灌溉湿润体是以微润管为轴心，湿润峰的水平和垂直迁移距离与灌溉时间呈显著幂函数关系，湿润体特征受土壤密度和质地的影响较大[4]。李朝阳等发现微润管下层土壤含水率大于上层土壤含水率，微润灌溉技术灌水均匀度较高，且表层土壤能够形成干土层，减少了表层土壤水分蒸发[9]。谢香文、祁世磊等研究了灌溉水中泥沙量和粒径对管道出口流量的影响，发现在浑水条件下管道流量随时间延长逐渐减小，初始出流量会随着含沙量的增加而降低[10]。
2 微润灌溉的性能研究进展
微润灌溉技术的研究应用基础是其节水增收效果[3]。现有的微润灌溉性能研究主要是针对玉米、番茄、黄瓜等作物产量和品质的影响[5]。该项技术主要应用于温室大棚蔬菜、花卉等作物灌溉，同时也应用于果树等作物灌溉[10]。
何玉琴对微润灌溉玉米生长和产量的研究，发现微润灌溉有利于玉米籽粒发育，使籽粒饱满，百粒重量增加[11]。张明智对微润管布置方式下夏玉米生长的研究，发现随着微润管布置密集程度增加，株高、茎粗与地上鲜物质重量均有所增加[12]。于秀琴对温室黄瓜生长和产量的研究发现微润灌溉能够促进黄瓜株高和茎粗的生长，并使其增产4.4%[13]。董瑾通过比较微润灌溉和滴灌对草莓生长的影响，发现微润灌溉处理的草莓维生素C含量、叶片总含水量、平均生长速率、根长及根系数量与其它灌溉方式相比均较高[14]。田德龙等对盐渍化灌区向日葵生长的研究发现微润管埋深20cm时向日葵的生长最好，且该项技术能提高向日葵产量和水分利用效率[15]。薛万来等通过对比微润灌溉和滴灌条件下温室番茄的生长，发现微润灌溉条件下的番茄株高、茎粗及产量均较滴灌处理高[16]。深圳市微润灌溉技术有限公司以脐橙为对象，对其进行微润灌水肥一体化试验研究，发现树冠直径、新稍长、脐橙果径和单果均较降雨灌溉增大[17]。
3 微润灌溉的应用及推广情况
微润灌溉技术能够应用于高效农业、林業、城市绿化节水，其最大优势是突破了自动灌溉的技术瓶颈，解决了一直以来山地丘陵区、荒漠化和盐碱地治理难题，为治理类似地区土地提供了有效的解决方案。
在济源市丘陵区采用微润灌溉新技术后，山楂果实长势快且长相好，灌溉水量节约60%～80%，肥料节约30%，人工节省80%，李英红认为该技术能最大限度地利用和发挥区内有限的水资源，具有广阔的应用前景[18]。余莹莹认为微润灌溉技术在徐州地区设施农业和荒山治理中具有广阔的应用前景[19]。张丹认为吸力式微润灌溉技术在田间有较好的工作性能，在辽宁省西部干旱地区的推广和应用获得了良好的经济、社会和生态效益[1]。张兴华认为微润灌从经济、社会及环境效益方面都优于其它灌溉模式，清原县项目区的应用说明其具有可靠性和实用性，为微润灌溉技术在辽宁东部山区的推广应用提供依据[20]。新型微润灌溉技术实现了在灌溉作物节水增产的同时，无需人工看管，还能将常规生产中的追肥、施药和灌水融为一体，达到“水、肥、药一体化”，既节水增产，又节省劳动力。 4 结语
微润灌溉以其连续低流量灌溉的灌水优势，使得灌溉水量与作物耗水量以及水分吸收生理过程保持同步，通过地下埋设管道的方式直接向作物供应水分，使水分和养分直接作用于植物根部，提高了灌溉水利用效率，避免地表蒸发损失及渗漏损失，同时达到改善作物质量，增加产量的目的。已有较多学者参与了微润灌溉的机理研究和性能研究，未来应该更加关注该项技术的应用推广，并注重解决推广过程中遇到的科学问题。
参考文献
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（责任编辑 常阳阳）
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