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膜下滴灌对降雨入渗影响研究

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：李虎

[导读] 摘要：膜下滴灌是干旱半干旱地区节水灌溉技术。

        巴林左旗农业技术推广中心内蒙古赤峰 025450
        摘要：膜下滴灌是干旱半干旱地区节水灌溉技术。垄作、地膜覆盖和滴灌是膜下滴灌的三大特点。垄作能促进垂直入渗；地膜覆盖能提高地膜下土壤温度，抑制土壤蒸发，具有较好的保水效果；滴灌能有效提高根系对灌溉水的吸收利用效率。然而，由于地膜的隔离效应、垄作的引导效应和滴灌的节水效应，地膜下滴灌区农田小气候和水分循环发生了一定程度的变化。
        关键词：降雨入渗；膜下滴灌；降雨入渗百分比；湿润锋；
        为了深入了解覆膜滴灌条件下起垄和覆膜下垫面形式对降雨入渗的影响，在田间原位观测试验的基础上，通过观测4种不同下垫面形式（平裸地、地面灌溉、无膜滴灌、膜下滴灌）降雨前后的土壤含水量，从入渗量、入渗深度和湿润锋移动速率3个方面分析了相同自然降雨条件下起垄和覆膜对降雨入渗的影响。
        一、降雨入渗率分析
        为了分析不同灌溉方式之间的大小关系和差异关系，即观测点的累积入渗能，考虑到降雨与累积入渗量存在较大差异，分析了降雨本身直接影响的大小或差异易受影响；为消除影响，引入降雨入渗率λ，即降雨入渗程度。具体计算公式如下：
        λ＝I／P
        其中：λ为降雨入渗百分比；I是降雨累积入渗，mm；p为总降雨量，mm，图1为五种降雨条件下不同灌溉形式对应的降雨入渗百分比分布图。从图1可以看出：

        图5不同灌溉形式降雨入渗百分比
        虽然第五次降雨的总降雨量最小，但降雨入渗百分比大于第一次降雨。可见，降雨入渗程度不仅与降雨量有关，还与降雨过程有关。当降雨量少且分散时，降雨入渗率明显小于集中降雨。相同降雨条件下，受植被截留影响，平坦裸地降雨入渗百分比最大，降雨量越小，降雨强度越弱，截留效果越明显。只有在高强度、强降雨的集中降雨条件下，如降雨ⅱ，平坦裸地的降雨入渗率小于其他三种农田下垫面处理。同时，除高强度暴雨外，无膜滴灌的降雨入渗率仅次于平地裸地，大于地面灌溉，因此集雨和沟集水可以促进降雨入渗，提高降雨入渗率。对于膜下滴灌，虽然下垫面呈脊状，但降雨入渗百分比低于地面灌溉，说明地膜覆盖可以阻碍降雨入渗，减少降雨入渗量，从而降低降雨入渗百分比。相同降雨条件下，地膜对入渗的阻隔作用大于起垄对入渗的促进作用。在5种降雨条件下，无膜滴灌和地面灌溉的降雨入渗率差异分别为0.61%、3.99%、1.74%、0.91%和0.49%。对于同一降雨类型，降雨ⅴ、ⅲ、ⅱ为集中降雨，3.99% > 1.74% > 0.49%，降雨ⅰ、ⅳ为分散降雨，0.91% > 0.61%，即无论是集中降雨还是分散降雨，降雨量越大，无膜滴灌与地面灌溉的入渗百分比差异越大，二者呈正相关。也就是说，增加降雨量可以通过在山脊和山谷收集雨水来促进降雨渗透。同一降雨量，ⅲ、ⅰ降雨量为20 ~ 30 mm，1.74% > 0.61%，ⅱ、ⅳ降雨量在30 mm以上，3.99% > 0.91%，即降雨量在20 mm以上，降雨历时短，集中性强，无膜滴灌与地面灌溉的入渗百分率差异较大；也就是说，降雨浓度越大，沟集雨对入渗率的影响越明显。为了进一步分析膜下滴灌降雨入渗率低的原因，对膜下滴灌不同观测断面的累积入渗量进行了对比分析。覆盖下三个观测点的降雨入渗率大小顺序为沟>膜边>膜，沟>地面灌溉，膜<地面灌溉。可见，膜下滴灌降雨入渗率低主要是由于三个观测断面的入渗程度不平衡造成的，尤其是膜中位置。也就是说，随着降雨量的增加，膜缘、膜内和沟内的降雨入渗率均为100%，可见增加降雨量可以减小膜下滴灌三个部位的降雨入渗差异，降低入渗不平衡程度，从而在一定程度上缩小膜下滴灌与地面滴灌累积入渗率的差异。
        二、最大渗透深度对比分析
        最大入渗深度是衡量降雨入渗能力的另一个指标。入渗深度较浅时，降雨入渗水分主要残留在耕层和作物根层，入渗水分主要消耗植物蒸腾和无效蒸发；大的入渗深度可以促进深层渗流，便于地下水补给。研究区50 ~ 80 cm深度范围内，土壤质地为粘土，饱和导水率较小；此外，该地区二次降雨一般在50 mm以下（多为0 ~ 20 mm），降雨强度基本不超过10mm/h；因此，该区域深层渗漏的概率较小，本次研究的最大深度为120 cm。图2是不同观测位置降雨最大入渗深度的统计图。

        图2不同观测位置处最大入渗深度
        降雨ⅰ和降雨ⅴ的最大入渗深度在5组降雨中相对较小，这与降雨ⅰ和降雨ⅴ的降雨强度较小有关。虽然降雨量I为26.6 mm，属于中等水平，但降雨强度小于1mm/h；降雨ⅴ虽然平均降雨强度可达5 mm/h，但降雨量只有10 mm，除了膜内和膜旁两个观测位置外，其他观测断面的降雨最大入渗深度相似。如果滴灌区最大观测深度取三个观测断面的最大入渗深度，则四种下垫面处理下的降雨最大入渗深度基本相同，说明下垫面形式对最大入渗深度影响不大。薄膜涂层的存在显著降低了薄膜中以及薄膜边缘的最大渗透深度。
        三、分析湿润锋运移对比
        根据自动检测数据，统计分析湿锋到达各个位置的时间。在集中降雨条件下，膜下滴灌条件下3个观测位置0 ~ 20 cm浅部湿锋的迁移速率差异不大，随着深度的增加，沟内的迁移速率逐渐高于其他2个观测断面。在集中降雨条件下，当降雨量超过30 mm时，膜下滴灌沟0 ~ 70 cm深度范围内湿锋的迁移速率与地面灌溉近似相等，70 ~ 110 cm深度范围内沟内的迁移速率大于地面灌溉。在0 ~ 50 cm深度范围内，膜下滴灌的运移速率与地面灌溉相同，在50 ~ 60 cm深度范围内，运移速率低于地面灌溉，膜下滴灌湿锋的运移速率与地面灌溉近似相等。降雨量为20 mm时，膜下滴灌沟0 ~ 60 cm深度范围内湿锋的迁移速率与地面灌溉近似相等，60 ~ 100 cm深度范围内略高于地面灌溉。膜下滴灌湿润锋在边缘位置和中间位置的移动速率低于地面灌溉。当降雨量为10 mm时，膜下滴灌沟0 ~ 40 cm深度范围内湿锋的迁移速率与地面灌溉基本相同，在40 ~ 60 cm深度范围内，沟内迁移速率大于地面灌溉，在20 ~ 50 cm深度范围内，膜下滴灌湿锋的迁移速率小于地面灌溉。在散雨条件下，降雨量大于30 mm时，膜下滴灌沟内位置在0 ~ 60 cm深度范围内，湿锋的迁移速率与地面灌溉略有不同，地面灌溉的迁移速率大于膜下滴灌，60 ~ 110 cm深度范围内湿锋的迁移速率与地面灌溉的迁移速率相等；膜下滴灌湿润锋在边缘位置和中间位置的移动速率低于地面灌溉。当降雨量为20 mm时，膜下滴灌沟内湿锋的迁移速率与地面灌溉的迁移速率大致相等；膜下滴灌湿润锋在边缘位置和中间位置的移动速率低于地面灌溉。一般来说，膜下滴灌湿润锋的最大深度和迁移速率小于地面灌溉，差异较大，尤其是膜内。在分布式降雨条件下，沟内湿润锋的迁移速率与地面灌溉相似，而在集中降雨条件下，沟内湿润锋的迁移速率在0 ~ 50 cm深度范围内与地面灌溉近似相等，在50 cm以下，沟内湿润锋的迁移速率大于地面灌溉。可以看出，在集中降雨条件下，塑料薄膜和起垄对雨水的汇聚作用比分散降雨更强，沟内地下水积累时间较长，有利于深层入渗。
        总之，单次降雨的最大垂直入渗深度主要受降雨条件影响，与下垫面形态关系不大。增加降雨量或降雨强度可以增加降雨入渗深度。在覆盖物的影响下，膜下滴灌和膜边缘滴灌的最大入渗深度较小。此外，起垄和覆膜在一定程度上可以促进降雨入渗的侧向迁移过程，但对增加垂直迁移深度没有明显影响。湿锋的迁移速率受降雨条件和下垫面条件的影响。垄沟集雨和覆膜集雨可以提高降雨入渗的垂直迁移速率，降雨持续时间越短，降雨量越大，这种效应越明显。
        参考文献：
        ［1］张杰，关于膜下滴灌对降雨入渗影响研究.2020.