7.3.3.1膜下滴灌
近年来，中国广大农业科技工作者在引进推广滴灌技术的同时，结合中国农业生产的实际情况，把作物覆膜种植技术与滴灌技术集成为一体，再加上作物配套栽培技术，实现高效节水、增产和增效目标的膜下滴灌技术。滴灌管道系统供水、供肥，使带肥的灌溉水成滴状，缓慢、均匀、定时和定量地灌溉到作物根系活动区，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、增加地温和减少作物棵间水分蒸发的作用。通过使用改装后的农机具可实现播种、铺带和覆膜一次完成，提高了农业机械化、精准化栽培水平和水资源的高效利用。
1.膜下滴灌的技术特点
（1）节水。滴灌技术由于采取管道系统输水，具有可控制性，能够有效地减少渗透和蒸发损失；而覆膜技术能够对农作物的棵间蒸发起到很好的抑制作用。基于以上两点，膜下滴灌技术相较于地面灌溉能够节省40%～70%的水资源。
（2）省地。膜下滴灌技术全部采用管道系统，常规的地面用具斗、毛渠、地埂等不再需要，可以节省用地5%～8%。
（3）省肥。膜下滴灌技术是通过管道系统供肥，能够将肥料定时、定量地随水滴供应到农作物根部，提高了吸收效率，减少挥发。一般能够提高肥料30%以上的利用率。
（4）省农药。传统的灌溉技术中，有些病虫害可以通过水进行传播，而膜下滴灌技术采用管道供水，具有一定的封闭性，可以有效地避免这一问题。另外，滴灌技术能够对供水定时、定量控制，可以有效的避免地面积水，减少病菌和虫害的滋生，可以有效地减少杀虫剂的使用，一般可以节省10%～20%的农药使用。
（5）增产提质。膜下滴灌技术能够做到对水肥供应的合理控制，使二者用量有效组合。对于水肥的控制能够使土壤疏松，增大土壤的通透性，另一方面可以保证作物对水、肥、土、光、热、气等资源的充分利用，能够取得良好的增产效果。水肥的科学供应，病虫害的减少能够大大提高农作物的品质。
2.膜下滴灌的技术要点
（1）主要滴灌设备。
①首部控制设备。首部控制设备一般包括水泵、施肥罐、过滤装置及压力调节阀门、流量控制阀门、水表、压力表、排气阀、逆止阀等组成。水泵的作用是提供输水水压，过滤设备是将水中杂质过滤，施肥罐的作用是溶解、稀释随水冲施的肥料、农药等，水表起到计量水量作用，压力表用来监测压力，排气阀用来排除管道内空气，逆止阀防止停水后逆流。
②输配水管道。一般由干管、支管、辅管组成，不使用滴灌带时还需要毛管。目前滴灌所用管道大都为塑料管。干管为主管道，支管和辅管在滴灌系统中起到合理控制滴灌带长度、划分轮灌区的作用。
③毛管、滴头、滴灌带。毛管一般为内径较细的塑料管，等距安装滴头。滴头是通过流道或孔口将毛管中的压力水流入土壤的装置。制造过程中，与滴头结合在一起的毛管称之为滴灌带。
（2）应用技术要点。
①合理确定滴灌带的规格、距离、长度。要根据作物种类和种植方式，确定滴灌带之间的距离。一般一条辅管连接10～12条滴灌带，滴灌带距离为80～120厘米，平地滴灌带长度不超过80米，坡度较大时可缩短到40米以内。铺设时注意做到土地平整、滴灌带平直，压好地膜。
②合理灌溉。滴灌属缓慢、持续供水方式，因此定植前要提前灌溉造墒，以保证成活率（播种作物一般先播种后灌溉）。采用滴头距离30厘米的单翼迷宫式滴灌带，1个滴头出水量约1.5千克/小时，视土壤墒情，一般首次灌溉4～5小时灌透，生长期间灌溉时间控制在3小时左右。灌溉周期根据降雨、土壤墒情、温度、作物需水规律合理确定。
③合理施肥。根据作物需水需肥特点，计算出每个灌溉区的用肥量，将肥料放在大的容器中溶解，再将溶液倒入施肥罐中。选肥时既可选择固态肥料又可选择液态肥料，但要求其水溶性强，残留的固态杂质极少，避免堵塞管路。
7.3.3.2非充分灌溉
非充分灌溉是指由于水资源不足使得水分供给状况不能充分满足作物的需求，从而使作物实际用水量小于最佳生长环境条件下作物需水量的灌溉技术。该技术主要用于水资源短缺的地区，根据作物与水分之间的关系，在作物需水关键期或者敏感期进行灌水，以节省水资源，提高水分利用效率。非充分灌溉能有效降低作物无效耗水量，减少作物根区养分流失，降低作物病虫害风险。生产上有3种可行的非充分灌溉技术：控制性干湿交替灌溉技术，调亏灌溉技术，连续性非充分灌溉技术。
1.非充分灌溉作物优质高产高效机理
（1）作物对水分亏缺具有一定的适应性。净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率对土壤水分具有阈值效应，随着土壤水分增加，植物水分利用效率最先达到最大值，随后净光合速率达到最大值，之后蒸腾速率才达到最高水平，最后气孔导度也达到最大值。因此，随着干旱的发生发展，气孔导度、蒸腾速率、光合速率和水分利用效率依次受到影响，调节气孔导度可以优化光合与蒸腾关系，抑制奢侈蒸腾以提高植物生理用水效率，对作物净光合速率影响不显著。干旱缺水时，根系将产生激素，将缺水信号传递给叶子，调节气孔导度，控制蒸腾消耗水分，进而不会影响光合作用下的产物积累。
（2）有限水分亏缺下的作物补偿效应。补偿效应在生物中广泛存在。遇到干旱的情况，会在一定程度上影响作物生长，导致作物生长的减慢或停止，复水后短期内生长速度会有明显的加快，有时会超过没有受过干旱的作物，这就是生长的补偿效应。因此，作物在某一时期缺水，并不代表着产量会降低，相反还可能有增长的效果。作物在干旱的条件下如果没有超出一定的适应范围，那么当复水后，在补偿效应的作用下，会有利于作物产量的增长。
（3）有限水分亏缺对光合作用产物品质的影响。试验证明，不能将水分胁迫完全看成是负面的，在特定发育阶段，有限的水分胁迫有利于作物品质的提升。
（4）作物在不同生育期对缺水敏感度不同。农作物在不同的生育期内对水分的需求是不同的，并且差异性很大。通常情况下，作物营养生长盛期需要的水分多一些，而在苗期和营养生长结束时，适当的水分亏缺不会对其产生实质性的影响。有的旱作物苗期的土壤含水量比较低，有利于促进根系深扎，使得土壤水能够得到有效利用。待到成熟期土壤含水量保持在较低的水平上是很有必要的，这会有效防止倒伏。
2.非充分灌溉方法的评价
（1）控制性干湿交替灌溉。控制性干湿交替是在人为的作用下使作物根系处于半边湿润、半边干燥的土壤环境中，充分利用水分，减小或避免干旱影响的一种全新灌溉方法。局部干旱，会刺激受旱侧的根系生长，调节作物的水分消耗速率，降低作物株间水分蒸发损失和叶片水分蒸腾损失，提高水分的利用率，植株的干物质积累不会有非常明显地减少，保证了作物正常的生长和产量。相比于地面全部湿润灌溉，交替灌溉能够很好地降低作物株间水分蒸发损失和叶片水分蒸腾损失，提高水分的利用率。
处于干燥区域内的根系吸水受到限制后，能产生一些特殊的化学物质，这些物质传输到叶片某部位后，会发出受到水分胁迫的指示信号，使叶片气孔开度减小，减少叶片水分的蒸腾，从而减少水分的消耗，尽管仍有部分根系处于充分湿润状态下也是如此。发出指示信号的物质是脱落酸（ABA），主要在处于干燥土壤内的根系中形成。脱落酸的浓度随干旱的加剧而增加可帮助作物监测土壤中的水分状况并据此调节作物的水分消耗速率从而使植株的干物质积累不会明显减少。
（2）调亏灌溉。调亏灌溉是澳大利亚持续灌溉农业研究所于20世纪70年代中期提出的，是一种有效利用作物生理功能节水的灌溉技术。调亏灌溉是在作物某一生育期内，有目的、主动地减少灌水量，造成作物受到一定程度的水分胁迫的灌溉方法。目前，在小麦、玉米和棉花等作物上实施调亏灌溉已取得了一定进展。
（3）连续性非充分灌溉。连续性非充分灌溉是在作物生育期内按比例分配灌溉用水，均匀分配水分亏缺，从而避免了在作物生育期内发生严重水分亏缺影响作物产量和品质。
表7-2 非充分灌溉技术优缺点
非充分灌溉技术 |
优势 |
缺点 |
控制性交替灌溉 |
（1）提高水分生产率 （2）减少养分流失，降低化肥使用量 （3）降低病虫害风险，减少农药使用量 （4）降低气孔导度，提高作物水分利用效率 （5）优化作物生物量分配，提高作物产量和品质 |
（1）降低盐分淋溶，增加盐渍化风险 （2）未能及时补充灌溉，会出现一定程度的产量降低 （3）目前未能明确界定交替灌溉时间 （4）在大田条件下不可能完全控制根系干旱和水分再分配 |
调亏灌溉 |
（1）提高水分生产率 （2）减少养分流失，降低化肥使用量 （3）降低病虫害风险，减少农药使用量 （4）节约用水，提高作物品质 （5）适用于沟灌和滴灌 |
（1）降低盐分淋溶，增加盐渍化风险 （2）未能及时补充灌溉，会出现一定程度的产量降低 （3）未确定水分亏缺对芽体发育的影响 （4）未能精确定义不同条件下作物水分亏缺 |
连续性非充分灌溉 |
（1）提高水分生产率 （2）减少养分流失，降低化肥使用量 （3）降低病虫害风险，减少农药使用量 |
（1）降低盐分淋溶，增加盐渍化风险 （2）未能及时补充灌溉，会出现一定程度的产量降低 （3）收获器官生物量降低 |
7.3.3.3精准灌溉
1.精准灌溉技术
中国目前水资源短缺、灌溉系数低，中国农业灌溉系数低于0.5，在美国可以达到0.6～0.7，在以色列则高达0.9以上。随着人口数的不断增长，水资源的匮乏成为制约21世纪中国农业有效发展的最主要因素。在此情况下，依托现代科技基础之上的精准灌溉技术将是中国农业灌溉发展的必然趋势。近几年来，精准农业成为很多国家在农业科学研究领域的一大热点，精准灌溉技术是精确农业的重要组成部分之一。精准灌溉技术是伴随着精确农业的产生而产生，并伴随着精准农业的发展而不断发展的新型灌溉技术。精准灌溉技术作为精确农业系统工程的重要组成部分，不仅可以大大提高灌溉水的利用效率（达80%～90%，目前中国平均为40%），而且还可以提高灌溉用水对农业的增产率达20%～40%。精准灌溉技术是指以大田耕作为基础通过3S信息技术的检测手段，获取种植区气象资料、农田墒情资料、作物生长资料，来确定不同作物在各个生育期间的灌溉用水量及灌溉时间，并结合精准灌溉工程技术（如喷灌、微灌和渗灌等）实时精量灌溉，以确保作物在各个生育期中的需水量，从而达到高产、优质、高效和节水的农业灌溉措施。未来精细精准灌溉主要是通过传感器实现的反馈系统来控制运行过程中的电磁阀的开度，从而来精确控制灌水过程中的水流量和灌水时间，从而达到精确最优灌溉。目前精准的灌溉通常与精准施肥技术融为一体，集成水肥一体化技术。水肥一体化精准灌溉施肥技术是一项进行精准灌溉施肥的农业新技术，也是精准农业的发展趋势。
2.水肥一体化技术
（1）水肥一体化技术。水肥一体化技术是将灌溉和施肥有效结合在一起的现代农业技术，其生产过程可控，水肥利用率高，具有节水、节肥、省工、增效等优势，并向着农业精准化、科学化、高效化的方向发展，因而在现代农业生产中应用越来越广泛。中国水资源缺乏且分布不均衡，肥料利用率普遍偏低，水肥一体化技术的应用是提高水分利用效率、有效利用肥料的一项重要且必需的环节。水肥一体化技术起始于以色列，以色列自20世纪60年代初开始研究和应用滴灌技术，水肥一体化技术是伴随着滴灌技术而逐渐发展起来的。水肥一体化技术译为“施肥灌溉技术”，在中国称为“水肥耦合技术”或者“水肥一体化技术”，目前基本统一采用“水肥一体化技术”这一概念。根据灌溉方式的不同，水肥一体化技术主要分为喷灌、滴灌和微喷三种形式，其中滴灌发展最为迅速，应用最为广泛，节水最为显著。
水肥一体化技术的核心是水肥适时定量耦合，手段是建设科学的灌溉管道，目的是在满足植物水肥需求的基础上实现节水节肥。即综合分析地块地形、植物种类、气候变化等条件的影响作用，选择适宜的水肥一体化模式，通过田间铺设科学合理的灌溉管道系统，实现灌溉水和肥料的完全耦合，并根据植物整个生长发育过程的水肥需求规律以及土壤水分养分状况，适量及时地供给相应的营养元素和水分，从而达到植物增产和节本增效的双重目的。水肥一体化技术对于肥料选择的要求和标准很高，首先为了保证水肥能够顺利通过管道到达农作物根部，肥料既能够溶于水且不会造成管道堵塞；其次，在作物的不同生长期，肥料的种类和配比也需要随时进行更换，这样才能够保证作物的品质。
（2）滴灌水肥一体化技术。滴灌水肥一体化技术是根据农作物的需肥特点，借助压力系统或者自然压差将液体肥或者可溶性固体肥通过可控管道系统进行养分输送，通常采用定时、定量、均匀的滴灌方式将肥液与灌溉水混合物浸润到作物根系生长发育区域，营造良好的生长环境，提升肥料的利用率。使用滴灌水肥一体化技术可以缓解中国水资源短缺现状，实现现代农业可持续发展。滴灌水肥一体化技术应用于蔬菜种植，比大水漫灌节约用水50%，肥料施用量比传统施肥节省50%左右。苹果采用滴灌水肥一体化技术，产量增加了14.1%，肥料用量减少50%。葡萄采用滴灌水肥一体化技术，肥料成本下降17.4%，净产值提升了39.5%～75.8%。
本书以滴灌水肥一体化在蔬菜种植中的应用为例来讲解滴灌水肥一体化的应用方式。首先，提前施用基肥。在蔬菜种植实施肥水一体化管理时，通常无法于后期对设施蔬菜补充有机肥，因此，基于各种作物的特点，将有机肥当作基肥，一次施入土壤中至关重要。其次，整地作墒。确保种植区域土壤的平整性至关重要，倘若土壤的平整性较差，将会使得浇灌的整体质量受到较大的不良影响，进而影响蔬菜的生长发育质量。再者，合理布置滴灌管。依照相应蔬菜的实际种植密度，合理择选间距最佳的滴灌管，并将其良好的铺设于蔬菜种植土壤中。最后，科学设计灌溉施肥计划。在对不同肥料混合而成的产物的溶解度加以充分考量以后，再实施营养液的配置操作，应在存贮肥料时，尽可能做到一个贮肥罐中放置一种肥料，并可以应用多个贮肥罐实施具体的肥料存贮操作，防止肥料由于混合而相互作用，导致肥料的实效性降低。以蔬菜的实际种植面积、生长条件以及对肥水的需求等为基础，确定最终的肥水灌溉量；在肥水灌溉量确定以后，对具体的灌溉时间、频率以及单位灌溉量进行设计。
滴灌水肥一体化在蔬菜种植中的应用注意事项。首先，防堵塞。一是选择的肥料要求溶解度和纯净度要高，本身无杂质，如果肥料无法完全溶解则要先将未溶解颗粒完全过滤掉，再倒入施肥罐。二是肥料相溶性好，混合使用时不会相互作用形成沉淀物。肥料要现配现用，一般不能与磷素追肥同时使用，以免形成不溶性磷酸盐沉淀堵塞滴头。三是肥料养分含量要高，这样就可以减少肥料的用量，降低溶液的浓度。其次，清洗滴灌系统。施肥前要先放开滴灌管末端的堵头，用清水冲洗滴灌系统。在滴灌系统正常后再向施肥罐内注肥，并保证施肥的均匀性。滴灌系统运行4～5次后，要及时打开过滤器下部的排污阀进行排污，并及时清洗施肥罐底部的残渣。每次施肥后要继续滴20～30分钟清水，清洗滴灌系统，将管道内残留的肥液全部排出。
（3）膜下滴灌水肥一体化技术。膜下滴灌水肥一体化技术是将覆膜技术与滴灌施肥技术结合起来，与传统的撒施肥料相比能够大大减少人力，防止肥料淋失，提高水肥利用效率。滴灌水肥一体化技术是当前世界上最为先进的一项灌溉施肥技术，同时覆膜技术也是目前应用和成本效果最好的一种栽培手段，将两项技术实现合理的互补、优化组结合，最终变为膜下滴灌水肥一体化技术。膜下滴灌条件下采用水肥一体化的水溶肥处理，氮、磷和钾肥的利用率分别被提高了22.7%、20.5%和23.5%。良好的水肥耦合比例不仅可以提高水肥资源的利用率，而且可以更好地改善马铃薯的品质。膜下滴灌水肥一体化技术应用于水蜜桃种植优果率提高了近15%、节水43.6%、节肥29.6%、省工64%～80%，节本增效较为显著。