0引言
在干旱地区，水分缺乏和土壤贫瘠是限制干旱区农业发展的重要障碍，水分条件是限制干旱区土壤生产力提高的主要因素。不合理的灌溉和施肥不仅导致了土壤肥力的下降和土壤生态环境的恶化，而且浪费了大量水肥资源。土壤水分状况不仅直接关系到土壤对作物的水分供应，还会影响土壤的生态环境。
因此，以改善水分状况为主导的土壤生态环境最优调控已成为旱区农业可持续发展的关键。
新疆南疆属于极端干旱地区，多年平均降水量为20～80mm，蒸发量2000～3000mm，生态环境十分脆弱。然而，长期以来人类对自然资源特别是水土资源的不合理利用，导致土壤生态环境恶化、地下水位下降等问题。为了提高农牧民收入和走可持续发展道路，新疆自治区政府提出要在环塔里木地区大力发展经济林果业的产业政策调整。近年来，南疆林果种植面积逐年提高，林果业已成为当地农民的主要经济来源。新疆林果业的战略发展规划明确指出:林果业将成为农村经济的支柱产业。随着南疆经济林果业逐渐规模化和产业化，水分缺乏成为其发展的限制因子，如何选择适宜的节水灌水技术以达到高效节水、节肥及改善土壤环境是亟待解决的问题。为此，本文参阅国内外文献，对普通地表滴灌、地下滴灌及间接地下滴灌条件下水分、养分利用率、土壤环境效应等方面进行分析，选择适宜南疆林果的节水灌溉技术，旨在为南疆干旱地区林果业可持续发展提供理论支持。
1林果节水灌溉技术的选择
1．1地表滴灌
在新疆，滴灌技术已经普遍被采用，特别是膜下滴灌技术。该技术具有节水、省肥和保墒等效果，然而膜下滴灌主要适用于棉花、玉米等作物，很少用于株距较大的多年生果树。目前，果树的节水灌溉技术主要采用地表滴灌。国内外学者们对地表滴灌条件下土壤水分和养分的运移特性、灌溉对作物产量及养分利用率的影响进行了大量研究，同时对果树等作物水分调控也进行了研究。李巧珍等对不同灌溉方式苹果园土壤水分动态、耗水量和产量的影响进行了研究，得出滴灌在果园灌溉中有较好的节水增产效益［1］。王国英等研究了不同土壤水分调控技术对土壤含水量、鸭梨平均单果质量和果肉硬度、鸭梨果实品质的影响，得出鸭梨品质与土壤含水量有密切的关系［2］。林华等对滴灌条件下干旱荒漠地区葡萄进行试验，结果表明:荒漠地区使用滴灌比沟灌能够减少用水量50%以上，产量提高17%，含糖量提高了1．9%［3］。马文涛通过微喷灌与滴灌两种不同的节水灌溉方式对脐橙幼树生长及产量的影响进行试验研究，得知滴灌能促进脐橙幼树树体的生长［4］。但是，地表滴灌条件下作物根区附近的土壤保持较高水分含量，而其他农田近乎裸露而进一步加剧了土壤的蒸发。Mathias对地表滴灌条件下裸土的蒸发进行了研究，得出灌水后7天内土表蒸发量占总灌水量的33%～40%［5］。
研究表明:与沟灌相比，地表滴灌条件下施肥可有效提高肥料利用率，增加作物产量［6－10］。习金根的研究表明:滴灌施肥可以有效降低氮素的淋溶损失，在灌水量较低的情况下，铵态氮会在土壤表层累积［11－12］。Li等对地表滴灌条件下氮素运移分布规律的试验研究表明:施肥结束时，硝态氮在湿润体边界出现累积现象，因此若系统管理不当，极易造成硝态氮淋失［13－14］。李久生等研究也表明:在地表滴灌条件下，硝态氮在湿润体边界存在累积现象;铵态氮在滴头附近土壤出现浓度高峰［15］。宰松梅采用田间抽样调查分析的方法对滴灌施肥对棉田土壤速效养分的影响进行了研究，结果表明:滴灌施肥条件下，0～100cm土体中土壤养分残留量地表滴灌一般高于地下滴灌，尤其是氮的残留量较高［16］。以上资料表明:地表滴灌下施肥可以提高肥料利用率，但容易造成氮素在土壤中的累积，当铵态氮在地表累积时，会造成铵态氮的挥发损失;一定数量的硝态氮在土壤累积是构成硝态氮淋失的主要因素，当灌水量达到一定量时，会造成硝态氮的淋失。新疆土壤盐渍化严重，春季和秋季用大定额的灌水量洗盐，形成了硝态氮淋失的另一个诱因。综上所述，与沟灌相比，滴灌能够节水、提高产量，但果树根系分布较深，地表滴灌技术下水分补给路径长，存在地表蒸发量大、养分易在土壤表层累积等缺点。随着新疆特色林果业的发展，常规的地表滴灌技术已与之不适应。
1．2地下滴灌
地下滴灌是节水灌溉中的另一种重要灌水技术，是指水分通过埋设在地面以下的毛管上的灌水器缓慢地渗入周围土壤，再借助重力作用或毛细管作用将水分扩散到整个根层供作物根系吸收利用。
地下滴灌技术多应用于经济作物，主要集中在蔬菜、果树和其他高产值作物上，大田以玉米、棉花等作物为主。试验结果表明:与其他灌水方法相比，地下滴灌具有比较明显节水效果，可以提高作物产量，至少不会降低产量［17－19］。范永申等做了地下滴灌与沟灌的棉花土壤水分运移田间对比试验，结果表明:地下滴灌与常规地面沟灌和膜下滴灌相比，分别节水36．1%和4．2%［20］。Adamsen研究表明:花生在地下滴灌条件下的产量显着高于喷灌;在玉米的灌溉中，虽然产量没有显着提高，但相对于喷灌地下滴灌可节水30%［21］。在大棚中进行西红柿的灌溉试验，采用地下滴灌比沟灌节水57%～78%，比滴灌节水31%～65%，在经济效益上具有明显的优势［22］。Phene等通过多年的田间试验对比表明:甜玉米采用地下滴灌比喷灌和沟灌增产12%～14%，西红柿地下滴灌比沟灌增产20%［23］，地下滴灌的增产效果明显。程冬玲等的研究结果亦表明:与沟灌对比，地下滴灌提高了苜蓿的鲜草出草率［24］。但也有不同:Dhuyvetter等对地下滴灌条件下的玉米在进行了经济分析，发现地下滴灌的经济效益与系统寿命、系统初始投资、作物产量等有很大的关系［25］;Bajracharya则认为，作物在地表滴灌比地下滴灌产量高，且易于管理［26］。但大多数学者认为，地下滴灌优于其他灌溉技术。
地下滴灌技术可在作物全生育期内适时适量地将营养元素直接地灌施于作物根区，减少土壤对营养元素的截留及营养元素在土壤表层的累积，因而提高了肥料利用率，进而减少肥料用量。采用地下滴灌时，可以直接将磷素输送到根区，磷素养分由于不易迁移，可被作物根系有效地吸收，所以相比地表滴灌，地下滴灌可提高磷素的利用率，减少磷肥的使用量［27］;同时，PheneCJ等的试验结果表明:可利用态磷主要分布于滴孔周围20cm以内;多次施用磷肥可延长磷的有效性［28－29］;相同产量棉花时采用地下滴灌较地表滴灌降低了氮素用量［30］。在地下滴灌条件下，施加的NO3－－N主要聚集在滴孔周围，能够刺激侧根萌发与伸长，使中层土壤作物主要根长密度增大，从而改变了根系在土壤中的分布;同时，加强了作物对出水口周围养分高浓度区NO3－－N的吸收。地下滴灌可以改善土壤孔隙状况，使耕层土壤有效持水孔隙增加，减少易跑墒的充气孔隙;同时，NO3－－N淋失也得到控制［29，31］。
从以上分析得出:地下滴灌可以减少地面蒸发损失、保持作物根层疏松通透的环境条件，有利于作物吸收养分，具有明显的节水增产效益，提高了肥料利用率，具有良好环境效益，但存在管道铺设费用较大、在运行时毛管易堵塞等问题。
1．3间接地下滴灌
间接地下滴灌是一种近年来提出的高效节水灌溉技术，由铺设在地表的普通滴灌系统和埋设在滴头下方土壤当中的导水装置两部分组成。其中，导水装置通常由PVC管和PVC管底部的砂柱构成，即将滴头下方的土壤采用取土器取土形成一定深度的土洞(达到作物根区位置)，先在洞的底部铺设用筛网包裹渗透性较大的材质(保持砂柱形状且日后方便取出)，如3～5mm粒径的粗砂;然后将适宜管径的PVC管置于土洞中的砂柱之上，用土掩埋并踩实。灌溉时，水由地表上滴灌管(带)的滴头滴入下方的导水装置中，可以很快地流到导水装置(即PVC管)底部，并到达砂柱;水通过砂柱的透水底部和侧面向四周土壤入渗，达到了地下滴灌的灌水效果。间接地下滴灌源自于砂管灌(SandTubeIrrigation，STI)［32－34］。1997年，Meshkat等提出砂管灌同样是由地表滴灌和滴头下方的导水装置组成，区别在于其导水装置是由滴灌管下方的土壤用取土器取土形成洞或沟，再将整个洞或沟体用渗透速度较快的粗砂填充形成的［33－35］。
Meshkat通过室内砂管灌水分入渗试验后发现:砂管灌在灌水4天后，其土壤水分蒸发量在供水量中占的比例(4%)远远小于普通地表滴灌(30%)，成功地解决了由于普通地表滴灌后地表湿润而引起棵间蒸发大的问题［33－35］。2004年，Yanni等人将砂管灌应用于果园灌溉试验，并称之为垂直砂覆盖(GravelVerti-calMulching，GVM)。试验表明:在同样灌水量的情况下，灌水后14天后，GVM灌溉方式下的根层含水量要明显高于采用地表滴灌方式下的含水量［33－34，36］。
Ben－Gal等在葡萄园内开展了类似于STI、GVM的砂坑地下滴灌(SubsurfaceDripIrrigationinGravel—FilledCavities，GFC)，并用模拟软件HYDRUS—2D计算出考虑滴头流量、滴头间距和土壤水力特性参数等因素的砂坑深度和半径，同时进行了7年葡萄园灌溉试验的实地检验［37］。在以上STI、GVM和GFC灌溉方式中，都由于砂柱的高透水性，水分主要通过砂柱(砂坑)侧面和底部向周围土壤入渗，造成灌水后砂柱(砂坑)周围的表层土壤仍然处于湿润状态，增加了土壤水分的蒸发;另外，置入砂柱也不方便取出，限制了这些灌溉方式的应用。
在国内，学者提出将STI、GVM和GFC灌溉方式中的砂洞或砂沟由不透水边界和透水底部来替代，即为上述的间接地下滴灌［33－34］。该灌溉技术相对于STI、GVM和GFC，能大大减少水分浸润到地表土壤，进而减少了土壤表层水分蒸发;同时，导水装置能够在日后方便的取出，不影响果树的田间作业，扩大了间接地下滴灌的应用范围。国内一些学者对间接地下滴灌进行了较多的研究:赵伟霞等人利用水量平衡原理为间接地下滴灌建立导水装置规格参数模型，综合考虑滴头流量、土壤水力特性及灌水定额等参数对导水装置规格的影响［33－34，38］;谢恒星在室内模拟了线源沙管滴灌，分析了砂管滴灌条件下水平、垂直湿润锋的运移规律［39］;徐镕、孙三民通过研究得出间接地下滴灌条件下可以提高枣树的水分利用率［40］。间接地下滴灌通过地表滴灌的方式，能够达到地下滴灌的效果。因此，根据现有研究结果可得出:间接地下滴灌可以改善土壤生态环境，提高水肥利用率。
2结论
通过文献资料分析得出:地表滴灌技术存在地表蒸发量大、养分易在土壤表层累积等缺点。随着新疆特色林果业的发展，常规的地表滴灌技术已与之不适应。地下滴灌可以减少地面蒸发损失、保持作物根层疏松通透的环境条件，故地下滴灌技术具有明显的节水增产效益;但地下滴灌存在管道铺设费用较大、运行时毛管易堵塞等问题。间接地下滴灌通过地表滴灌的方式，能够达到地下滴灌的效果，有效地提高水分利用率、改善土壤生态环境、提高水肥利用率，同时适合根深作物(如林果树)的灌溉，所以可在南疆果树的灌溉中可以大力推广。
参考文献:
［1］李巧珍，郝卫平，龚道枝，等．不同灌溉方式对苹果园土壤水分动态、耗水量和产量的影响［J］．干旱地区农业研究，2007，25(2):128－133．
［2］王国英，IMRANHassan．不同土壤水分调控技术对土壤含水量和鸭梨果实品质的影响［J］．河北农业大学学报，2003，26(1):24－27．
［3］林华，李疆．干旱荒漠地区葡萄滴灌试验［J］．新疆农业大学学报，2003，26(4):62．
［4］马文涛，樊卫国，李庆宏．不同节水灌溉方式对脐橙幼树生长及产量的影响［J］．山地农业生物学报，2007，26(6):524－526．
