苹果园的节水灌溉方案

在我国优质苹果栽培的最适宜区和主产区，苹果的产量和质量明显受资源性缺水的制约，为了充分利用现有的水资源，使果业生产再上新台阶，在普及推广果园覆膜、覆草的基础上，建设了一大批果园集雨节灌工程。为了进一步提高节灌水的有效利用率，使工程节水与管理节水相结合，建立一整套集雨节水灌溉技术体系，实现滴灌水在时间、空间、灌水量、灌水方式等方面的优化配置。通俗地讲，就是采取适宜的雨水收集方式，贮存在适宜的蓄水建筑物中，采取适宜的灌水方式，将适宜的灌水量，在适宜的时间，灌到适宜的部位，即“六适宜”。我站自1996年以来一直致力于苹果集雨节灌方面的研究，并在当地进行了大量的示范和推广工作，取得了显著成效。1雨水集流方面的研究进展根据雨水集流新材料试验，对甲基硅酸钠、硅烷偶联剂、1#无机防水剂和4号无机防水剂在模拟荒坡和庭院道路的条件下进行筛选试验，试验结果表明[1]：（1）荒坡的集流效率明显低于道路庭院的集流效率；甲基硅酸钠的集流效率均比对照大，集流效果最好，硅烷偶联剂的集流效果较好。（2）1#无机防水剂在日降雨量大于40mm/d时，集流效率比对照明显大；硅烷偶联剂的集流效率在不同日降雨量时均比对照大，集流效果较好；4#无机防水剂集流效率与对照相差不大，集流效果不明显；甲基硅酸钠在日降雨量大于20mm/d时，均明显比对照大，集流效果最好。（3）1h最大降雨量对集流效率的影响远远大于地表湿度对集流效率的影响，同时，在同等条件下，次降雨量越大，新材料对集流效率的提高也越大，从3次降雨观测结果看，4种新材料均有提高集流效率的作用，平均提高12.7%～69.3%。（4）根据分析19项指标的结果，只有色度和细菌总数超标。1#无机防水剂小区色度超标。所有小区细菌总数均超标，4#无机防水剂小区细菌总数严重超标。因此，庭院对照小区水质最好，硅烷偶联剂处理小区和甲基硅酸钠处理小区水质较好。（5）在模拟荒坡集雨场试验中，硅烷偶联剂处理小区的修建费和维护费最低，效果最好；在模拟道路庭院集雨场试验中，甲基硅酸钠处理小区的修建费和维护费最低，效果较好。根据试验结果，甲基硅酸钠和硅烷偶联剂的集流效率较高，适宜雨水集流场中集流面的处理。1#无机防水剂也可用于雨水集流场中集流面的处理。同时根据我站多年试验资料，分析提出了多种作物、乡间土路和庄院的集雨效率和降雨径流含沙量[2]（表1），可在黄土高塬沟壑区雨水集蓄工程设计时参考。表1集雨效率及降雨径流含沙量表集雨面集雨效率平均含沙量kg/m3范围平均值范围平均值冬小麦0.0054～0.2260.10351.97～28.010.61玉米0.0010～0.06090.02831.97～12.17.07小豆/0.1230/2.86高粱0.0029～0.1860.07183.43～17.29.35糜子0.019～0.1490.09021.67～12.67.22洋芋0.0653～0.08490.0751/46.00林地0.0001～0.04190.00280.00～29.73.84苜蓿地0.0003～0.1830.02980.00～38.25.52天然荒坡0.0004～0.3590.05150.00～902118.13乡间土路0.122～0.3820.28774.56～10.47.17庄院0.264～0.3680.30332.04～4.292.952雨水蓄存研究进展根据雨水蓄存效率的试验，结果表明：在水窖防渗处理中，水泥浆中掺混硅烷偶联剂刷浆，防渗效果最好；在水泥薄壁窖防渗处理时，用水泥浆刷浆，防渗效果不明显。在连续长时间蓄水时，用新材料处理的水窖的渗透系数均比对照小，防渗效果比对照要好；水窖用新材料防渗处理时，投入主要是材料费。根据投入分析，在模拟砖砌水窖试验中，混硅烷偶联剂处理的水窖防渗材料费和修建费最低，效果较好。在模拟砂浆抹面水窖试验中，沼气池防渗剂处理水窖的材料费和修建费最低。3沉沙池设计研究进展目前沉沙池设计主要采用沉沙原理进行设计[2]，其中涉及设计标准粒径的选取，这方面各地缺乏适宜的成果资料，而我国各地在土壤侵蚀的长期研究中，取得了大量的成果，这些成果可应用于雨水集蓄工程的规划设计中，以提高雨水集蓄工程设计的可操作性，推动集雨节灌的科学规范发展。就是利用沉沙池拦蓄全年入窖（池）含沙水流中一定比例泥沙的原理设计，可按公式（1）计算。v=β(s1·n1+s2·n2+…+sm·nm)(1)式中：v-----设计容积水窖年来沙量，m3/a；β-----沉沙池拦沙率，一般取0.7～0.9左右；s1、s2、…、sm------设计容积水窖对应的多种集雨场面积，m2；n1、n2、…、nm------对应各种集雨面的年平均冲刷量，m3/(m2·a)。沉沙池的设计也可同时采用沉沙原理和拦沙原理进行设计,并对设计结果进行互相验证,使设计结果更科学、合理。4苹果树耗水规律研究进展先后开展专项试验，对清耕制初果期苹果树和覆盖制盛果期苹果树各生育期耗水规律进行了深入研究[3]、[4]。根据试验结果，覆草、覆膜、清耕3种处理均随树龄的增长、产量的增加而耗水量同时增加，耗水强度也同时增加；在3种处理中，覆草的耗水量和耗水强度最小，比清耕节水9.39%，覆膜的耗水量和耗水强度次之，比清耕节水5.85%。苹果从萌芽到落叶，3种处理年耗水量433.5mm～478.5mm，平均耗水强度2.01mm/d～2.21mm/d。但各物候期的耗水量差异很大，其耗水规律为：①萌芽期（4月上中旬）由于果树还没有抽生枝条，地表土壤含水率较小，使果树的腾发量较小，耗水强度在全物候期内最小，仅为1.21mm/d～1.47mm/d，占全物候期平均耗水强度的58%～67%；②花期（4月下旬至5月上旬）树体已开始正常生长，特别是盛花期果树，耗水量明显增大，耗水强度为1.44mm/d～1.81mm/d；③新梢旺长期（5月上旬至6月上旬）此期为苹果的需水临界期，生长旺盛，叶片蒸腾作用强烈，供水不足，会引起大量落果及春梢生长量不足，也影响果实发育和花芽分化。果树耗水强度在全物候期内最大，为2.58mm/d～2.80mm/d；④新梢停长期（6月中旬至7月上旬）果树耗水明显减少，耗水强度为1.50mm/d～1.62mm/d，此期正处于花芽分化期，适度干旱有助于花芽分化，为翌年丰产创造条件；⑤新梢二次生长期（7月中旬至9月上旬）此期也是果实迅速膨大期，耗水强度2.42mm/d～2.64mm/d，此期正值伏期高温，叶面积大，蒸腾作用强烈，虽然进入集中降雨期，但降水时空分布不均，土壤蒸发量大，是果树需水量最大的时期，此期耗水达152.0mm～165.7mm；⑥果实成熟期（9月中旬至10月中旬）耗水强度为2.07mm/d～2.31mm/d，此期应控制灌水，提高果实的品质；⑦落叶期（10月下旬至11月上旬）此期耗水明显减少，耗水强度为2.01mm/d～2.21mm/d。5苹果树根系与节灌湿润土体耦合理论研究进展在进行苹果树耗水规律研究的过程中，发现了滴灌湿润土体与果树根系分布达到耦合状态，可以大大提高节灌水的利用效率，并根据该成果提出了一次灌水延续时间计算公式[3]～[5]。5.1苹果树根系分布调查结果不同树龄的长富2苹果根系调查结果显示，3年～4年生的苹果树，一般树冠扩展最快，根系伸展也最快，但总根数较少，特别是吸收根少，果树地上部延长枝生长旺盛，春梢长度一般大于1.0m，但短枝形成数量少、质量差，因而成花困难；5年生果树已进入初果期，根系在空间分布上继续向外向下扩展，总根量与吸收根分别比3、4年生果树增加23%左右，果树延长枝生长较旺，春梢长度一般大于0.8m，短枝数量快速增加。6年～7年生苹果树，根系分布范围继续扩展的同时，根量高速增加，在0cm～40cm土层中，单株果树根量达到0.5万条～0.7万条，比4年生果树增加3倍～5倍左右。5.2滴灌水分在土壤中湿润规律表2滴灌水分在土壤中移动状况灌水处理号abcdefghij灌水量（l/个）2.55.17.810.015.421.325.030.040.050.0最大湿润深度（cm）19.023.824.026.846.452.655.061.062.268.6湿润半径（cm）20.726.026.828.431.649.049.452.353.055.0湿润比0.920.920.900.941.471.071.111.171.171.25注：①灌水停止1h后测定；②湿润比=最大湿润深度/湿润半径。根据调查结果（表2），在滴水量小于5.1l时，水分在0cm～10cm的土层内，水平方向的移动速度快于下渗速度，湿润比为0.92；在滴水量5.1l～10.0l时，由于犁底层的阻隔作用，水分下渗缓慢，而在耕层内水平方向的扩展速度相当快；在滴水量由10l增加到15.4l时，水分渗透过坚实的犁底层后，其下渗速度显著加快，下渗深度净增19.6cm，而地表湿润半径仅扩大3.2cm；当滴水量大于15.4l时，由于犁底层下的土壤含水率明显大于耕作层，水分在0cm～40cm的土体内快速扩展，湿润比为1.47；滴头滴水量达到50l时，地表湿润半径为55.0cm，下渗深度68.6cm，湿润比为1.25。总之，下渗的速度快于水平扩展的速度，随着滴水量的不断增加，土壤湿润剖面也在不断扩大，地表湿润形状由最初的小园斑发展成链状园斑，最后形成宽度为1m左右、深度近70cm的湿润条带。5.3滴灌湿润土体与果树根系的耦合状态分析为提高滴灌水的利用效率，滴灌湿润土体应与果树根系分布达到耦合状态，也就是说，应将水最大限度的滴灌到果树吸收根分布最密集的区域内。经调查，在水平方向上，果树吸收根主要分布在冠径的2/3到1/3处，滴灌时毛管应放置到树冠冠径的2/3到1/3的地面中间，这样，滴灌随着树体的生长、树冠的增加而向外延伸，支持和诱导果树根系向外发展；在垂直方向上，吸收根具有成层分布的特点，其中，初果期果树5cm～30cm的土层为吸收根密集区，盛果期果树10cm～50cm的土层为吸收根密集区。在初果期，滴水量达25l时，水分下渗深度为55.0cm，地表湿润直径98.8cm，滴灌湿润带与苹果根系分布耦合状态最佳。因此，每个滴头滴水量25l即每公顷165m3，为每次每公顷滴灌的最佳灌水量；在盛果期，当滴水量达30l时，水分下渗深度为61.0cm，地表湿润半径52.3cm，滴灌湿润带与苹果根系分布耦合状态最佳。因此，每个滴头滴水量30l即240m3/hm2，达到次最佳灌水量。。5.4提出了果树一次灌水延续时间计算公式滴灌毛管的布设方式对果树根系与湿润土体耦合状态有着重要影响，由于果树吸收根主要在树冠1/3～2/3中间，呈园环状分布，灌水时毛管应布设到树冠冠径的1/3到2/3的地面中间，布设成“s”形，这样，滴灌随着冠径的增加而向外延伸，支持和诱导果树根系向外发展。这种呈“s”形布设方式，果树根系与湿润土体耦合状态明显优于直线布设方式。对于果树，采用半固定式滴灌毛管呈“s”形布设时，一次灌水延续时间t可由公式（1）和公式（2）确定。t=mseslr/q(1)r=l湿/l毛(2)式中：m-----设计灌水定额，mm；se-----灌水器间距，m；sl-----毛管间距，m；r-----毛管弯曲系数，果树株距等于树冠时，r=0.89,一般情况下,0.89≤r1；q-----灌水器流量，l/h；l湿----毛管湿润条带直线长度，m；l毛----毛管长度，m。毛管呈“s”形布设、其他条件相同时，一次灌水延续时间比直线布设时短。但毛管投资比直线布设时稍大，一般大2～12%，工程总投资比直线布设时也稍大，一般大0.2～5.4%，这种“s”形布设方式从灌水效果、投资方面分析可以看出，实现了滴灌湿润土体与果树根系的耦合，提高了滴灌水的有效利用率，增加的投资对一个工程来讲也是可以接受的，因此，建议在果园集雨微灌工程设计和运行管理中尽量采用毛管呈“s”形布设这种布设方法。6苹果园微灌方式研究进展通过对半固定式滴灌、固定式滴灌、渗灌、滴渗灌、涌泉灌五种果园微灌方式在滴灌湿润剖面、湿润区域与果树根系耦合性、灌水均