刘学军 张红玲 何宝银

（宁夏水利科学研究院 宁夏银川 750021）

苜蓿喷灌技术集成研究与示范

刘学军 张红玲 何宝银

（宁夏水利科学研究院 宁夏银川 750021）

开展牧草喷灌技术研究，提出了喷灌水源工程建设技术、水资源配置技术、黄河水净化处理技术、牧草喷灌技术、优质牧草栽培技术等，集成苜蓿喷灌技术模式，在宁夏灌区开展了广泛的示范应用，苜蓿年喷灌水量4500-5700m3/hm2，产量达到15300-15750 kg/hm2，较大田地面灌溉节水32%-40%，取得了较好的经济效益。年喷灌水量小于3750m3/hm2时，苜蓿的产量将受到显著影响，当喷灌水量减少30%，产量降低57%。

牧草 喷灌 技术集成 示范.

宁夏是全国水资源最为紧缺的省份之一。近年来随着大型工业基地、城镇化、生态工程、移民工程和人畜饮水工程的规模建设，供水矛盾日益突出，水资源短缺已成为影响可持续发展的重大社会问题。进行农业结构调整、推广高效节水灌溉，挖掘灌区节水潜力已经成为解决水资源短缺的主要措施。近年随着农业结构调整，种草养畜已成为灌区产业结构调整的方向之一。2013年全区苜蓿留床面积39万hm2，其中人工灌溉苜蓿2.33万hm2，而且发展势头强劲。为了保障宁夏草畜产业的发展，开展苜蓿喷灌技术研究、发展生态灌区、置换生态恢复空间，对压减农业耗水、改善区域的生态环境，加快生态文明建设具有重要意义。

1 牧草喷灌关键技术研究

随着牧草喷灌区的建设，宁夏水科院近年来开展了牧草喷灌技术的研究与示范，已取得了牧草喷灌多项关键技术，主要包括：喷灌水源工程建设技术、水资源配置技术、黄河水净化处理技术、牧草喷灌技术、喷灌工程运行管理技术等。

1.1 喷灌水源工程建设技术

由于宁夏地处干旱半干旱区，水源工程建设是牧草喷灌的核心。现喷灌工程水源主要有以开采地下水为主的地下水水源工程和利用扬黄、引黄水的黄河水水源工程。

1.1.1 地下水水源工程

地下水水源工程多通过建设浅层地下水开采机井，通过管道输水进入喷灌系统进行灌溉。地下水水源主要含有较粗颗粒的砂和一些化学杂质，为了防止机井水中砂粒进入灌溉系统，通常设置离心过滤器进行过滤，对于泥沙含量较少、水质较好的机井，可直接进行加压灌溉。

1.1.2 黄河水水源工程

扬黄灌区以扬水渠道作为水源。针对扬黄供水具有时段性、供水保证率不高以及高含沙等特点，喷灌工程水源采用修建大中型调蓄水池（沉沙池）蓄水、首部枢纽净化满足喷灌区用水需求。引黄灌区一般利用灌区渠道引水，中小型调蓄水池（沉沙渠）蓄水、首部枢纽净化满足喷灌用水需求。首部枢纽一般包括过滤、施肥设备及量测、控制设备与加压设备。

1.1.3 调蓄水池建设技术14

调蓄规模大于5万m3水池，优先采用调蓄与沉沙相结合的布置形式；对调蓄规模小于5万m3水池，采用调蓄与沉沙分开的布置形式。调蓄水池一般采用长方形。对调蓄规模小于10万m3的，水池长度不小于100m；对调蓄规模大于10万m3的，水池长度不小于200m。池内水深根据地形、地质条件和地基处理要求一般为4-9m。调查宁夏已建调蓄水池，结合投资合理性与运行管理安全性、有效性研究，池底防渗采用：厚60-80cm土料+200g/0.5mm/200g复合土工膜、6-8cm厚预制混凝土板+厚3-5cm水泥砂浆+200g/0.5mm/200g复合土工膜。内坡面防渗采用：6-8cm预制混凝土板+厚3-5cm水泥砂浆+厚20-30cm砂砾石（粒径小于4cm）+200g/0.5mm/200g复合土工膜、厚30-40cm卵砾石（粒径2-10cm）+200g/0.5mm/200g复合土工膜等多种防渗形式。对于卵膜结构的内边坡，边坡系数取1：4～1：6；对于板膜结构的内坡，边坡系数取1:2.5～1:3。

1.2 水资源配置技术

近年来发展的牧草喷灌示范区主要分布在扬黄灌区周边的新开发区，由于灌区供水紧张，新开发区的供水不足，只能在老灌区供水的间歇期为其供水，其供水保证率较低。其供水过程、供水量与灌溉过程、灌水流量不匹配。因此，必须修建调蓄设施，在老灌区供水间歇期或用水低谷，调蓄灌区水量。调蓄水池的容量必须经过水资源调配平衡计算确定。

1.2.1 地下水资源配置技术

机井井位尽可能设置在喷灌项目区的中心，多以单井的出水量作为灌溉单元面积控制指标。在以单井为水源时，单井出水量50-200m3/h；在以多井为水源时，根据井的出水量合理规划设计井距，建设蓄水池，蓄水池容积应最低满足单次灌溉需求。

1.2.2 扬黄水资源配置调蓄技术

利用已建的水利工程，当水源设计来水流量等于或大于喷灌设计用水流量时，供水工程的正常来水过程即可满足喷灌要求，一般不需要修建蓄水工程；当来水流量小于用水流量，而一定时段内的来水总量等于或大于用水总量时，为了满足喷灌用水要求，就必须规划一定规模的蓄水工程来调蓄，改变来水过程，使其与喷灌用水要求相适应。在宁夏以扬黄工程为水源的高效节水灌溉工程主要依托灌区现有干、支渠道季节性供水，而黄河水泥沙含量高、水量时空分配往往难以满足节水灌溉工程对水量、水质的要求，几乎每一个节水灌溉工程都需建设不同规模的调蓄水池（或沉沙池）对用水进行调蓄、配置。

1.2.3 调蓄工程调节周期

调蓄水池调节一般有日调节、多日调节和年调节。当来水流量小于用水流量，而昼夜来水量可满足喷灌日用水量时，可按日调节确定蓄水容积。当一日的喷灌用水量超过了水源昼夜来水量，日调节已不能满足时，可考虑利用喷灌间隔时间蓄水，进行多日调节。年调节计算是将一年内来水有盈余月份的余水蓄存起来，以补充供水量不足月份的用水。在宁夏扬黄灌区，喷灌区调蓄工程调节周期一般为年调节，在扬黄工程供水间歇期的5月和8月，或者在供水期用水不紧张时段，通过调蓄水池进行蓄积，在用水高峰期向喷灌区供水。

1.2.4 调蓄水池调节容积

调蓄水池调节容积必须经过水资源调配平衡计算确定。在对供水工程每日可供水量、灌区每日灌溉需水量、调蓄水池的蒸发和渗漏损失水量进行平衡计算，每日灌区灌溉用水均能得到满足的蓄水时间和流量即为调蓄水池的调蓄过程，出现的最大蓄水池累积水量即为满足灌溉需求的最小容积，即为调蓄工程的调节容积。

1.2.5 调蓄水池总容积

调蓄沉淀池总容积由调节容积、淤积容积、蒸发量、渗漏量组成，计入超高容积后为调蓄水池（含沉沙）总规模。调蓄水池（含沉沙）规模主要受灌溉工程面积、作物种类、水源特点、调度方式等影响。

（1）淤积年限与淤积量。黄河宁夏段近年来平均含沙量约3.5kg/m3左右，汛期瞬时含沙量超过50.0kg/m3。调蓄池（含沉沙）小于1万m3，淤积年限取1年；1-5万m3，淤积年限取2年；5-10万m3，淤积年限取3年；10-20万m3，淤积年限取5年；20-50万m3，淤积年限取10年；＞50万m3，淤积年限取15年左右。黄河水含沙量根据水源条件和调蓄水池运行工况取值，一般情况下，淤积量约占蓄水容积的5%-10%。

（2）蒸发量。调蓄水池水面蒸发量按调蓄水池月平均水面面积与当月平均月蒸发强度（mm/d）计算确定。根据宁夏调蓄水池调查，一般蒸发量约占蓄水容积的6%-8%。

（3）渗漏量。调蓄水池渗漏损失主要包括池堤挡水体和池底基面渗漏，其渗漏损失因工程地质条件和水池防渗材料不同而差异较大。根据宁夏调蓄水池调查，一般渗漏量约占蓄水容积的5%-10%。

（4）超高。调蓄水池超高通过计算分析确定。调蓄水池容积10万m3以下取0.8m；10-20万m3取1.0m；20-50万m3取1.2m；50万m3以上取1.5m。

1.3 黄河水净化处理技术

牧草喷灌区多采用黄河水灌溉，由于黄河水含沙量高，不能直接喷灌，因此必须对黄河水净化处理。灌区渠道泥沙监测统计表明，渠道泥沙粒径均小于0.1mm，以粘粒、粉细沙为主，中值粒径0.015-0.035mm。在渠道行水的143d中，渠道含沙量小于0.5kg/m3的天数占全年运行天数的2.8%，渠道含沙量在0.5-6.5kg/m3的行水天数约占全年行水天数的90.3%。春灌期4-6月渠水泥沙含量在0.5-3kg/m3，夏灌6-8月渠水泥沙含量在1.5-6.5kg/m3。开展黄河水净化处理试验，不同泥沙处理工艺的试验结果见表1。

表1 黄河水含沙量净化处理监测结果表 单位：含沙量kg/m3、除沙率%

经过沉沙池沉淀，调蓄沉沙池的除沙率达93%以上，泥沙含量可降至0.04-0.21kg/m3，达到喷灌灌溉水质标准；经过不同过滤器的处理，含沙量降至0.04-0.08kg/m3，达到了滴灌水质标准。沉沙渠和过滤器除沙效果较差，沉沙渠除沙率为51.32%，经过离心过滤器和砂石过滤器的两级过滤，其含沙量为0.8-1.03kg/m3，不符合喷灌、滴灌水质标准。研究推荐苜蓿喷灌黄河水处理模式为：调蓄水池（含沉沙）初级沉淀+筛网过滤器。在已建牧草喷灌示范区，常将沉砂池与调蓄水池联合运用，同时结合表层取水技术，均可满足喷灌水质要求。

1.4 喷灌技术

现建设的牧草喷灌示范区，均结合牧草的特性、喷灌工程的适应性，以及企业或大户规模化经营的特点，采用了中心支轴式喷灌技术和管道式喷灌技术。充分发挥了喷灌自动化程度高、工作效率高、适宜地形能力强的特点，灌水器为向下的低压折射式喷头或中低压喷头，能耗小、蒸发损失小，实现了高效节水灌溉。

1.5 优质牧草栽培技术

现宁夏种植的苜蓿品种主要有皇冠、新牧1号和WF310、金皇后，采用苜蓿、糜子混播，中心支轴式喷灌和管道式喷灌，基本实现了喷灌水肥一体化、机械收割、清储（商品草）制作储藏。

1.6 牧草喷灌灌溉制度

监测苜蓿灌溉现状，生育期喷灌周期为9-10天，次灌水量50mm、495m3/hm2，全生育期喷灌水9-11次，喷灌水量5100-5700m3/hm2。

1.7 管理技术

包括工程管理、组织管理和用水管理。制定了严格的喷灌工程管理办法，实行专人管理，确保喷灌工程正常维护和运行。

2 苜蓿喷灌技术集成模式

宁夏水科院在牧草喷灌技术研究与示范应用中，将喷灌水源工程建设技术、水资源配置技术、黄河水净化处理技术、喷灌技术、优质牧草栽培技术、牧草喷灌灌溉制度、管理关键技术，按照水源+作物+喷灌方式+产业发展方向的组装原则，组装集成了两种牧草喷灌水资源高效利用模式：

（1）扬黄灌区黄河水蓄水池调蓄净化+中心支轴式喷灌+优质牧草节水栽培+草畜养殖业

（2）引黄灌区机井水源+中心支轴式、管道式喷灌+优质牧草节水栽培+草畜养殖业

3 苜蓿喷灌技术集成示范

宁夏现已建设苜蓿人工灌溉面积2.33万hm2。在开展苜蓿喷灌技术的研究中，在半干旱草原区的盐池县、干旱区的孙家滩、引黄灌区的暖泉农场建设了喷灌示范区，开展了集成技术示范应用监测。

3.1 盐池县管道式牧草喷灌技术示范

盐池县管道式牧草喷灌示范区位于半干旱草原区，土壤为沙质土，土壤肥力低，保水保肥性能差。结合盐环定扬黄工程，示范区建设引水渠道2.5km、调蓄沉砂池1座2000m3，建成管道式牧草喷灌系统80hm2。

示范区苜蓿在4月1日条播前一次性施人猪粪60m3/hm2，深翻后进行喷灌，湿度达到播种要求后，用播种机条播。采取两次播种方式，第一次播掩护作物糜子，接着再播苜蓿，播种量15kg/hm2，行距8cm，播深3cm，4月20日一30日出苗，苗期为30天。返青和根瘤未形成期，配制氮磷肥溶液以自动施肥机喷施，分三次共追施纯氮270kg/hm2、磷187.5kg/hm2。二年生苜蓿4月上旬返青，5月中旬分枝，8月上旬现蕾，5月下旬始花，6月上旬盛花成熟最后停止，返青到盛花期生长速度差别不显著。三年生苜蓿，在整个生长季节出现两次高峰，第一次高峰期在返青期，第二次高峰在分枝期开始到盛花期，返青后减缓。苜蓿返青和分枝蕾期是苜蓿生长灌溉关键期。二年生苜蓿年可收二茬，二年生以上的苜蓿年可收三茬。示范区苜蓿喷灌定额为5100-5700m3/hm2。其中返青期灌10125m3/hm2，分枝及蕾期灌3750m3/hm2,开花成熟期根据当时的气候条件，灌水定额750-1200m3/hm2。试验监测结果见表2。

表2 各茬苜蓿生育期喷灌灌水量 单位：m3/hm2

盐池县牧草管道式喷灌示范区年喷灌水量5715m3/hm2，干草产量15750kg/hm2，水分生产效率达到2.76kg/m3。较大田灌溉9405m3/hm2、产量14805kg/hm2、水分生产效率1.57kg/m3，节水40%、增产6%、提高水分利用效率43%。

3.2 吴忠孙家滩中心支轴式苜蓿喷灌示范区

孙家滩中心支轴式苜蓿喷灌示范区多年平均降水量193.4mm，多年平均蒸发量2013.7mm，多年平均风速2.9-3.7m/s，地面平均坡度在1/50-1/200，土壤以淡灰钙土、风积土为主，示范区通过种草、养殖牛羊，发展清真牛羊肉产业。

示范区结合红寺堡扬水工程，建设引水渠道12km、蓄水池6座、总容积187万m3，安装运行23台大型中心支轴式喷灌机，种植苜蓿0.1万hm2，喷灌工程及种养殖基地由专业的种植、养殖公司进行统一管理。根据苜蓿的需水规律，全年灌溉定额4500m3/hm2，其中生育期灌水7-8次，次灌水定额为495m3/hm2，冬灌灌水定额750m3/hm2。示范区种植紫花苜蓿产量15300kg/hm2，与地面灌溉相比，节约肥料开支300元/hm2，节约水量2100m3/hm2、节水32%。示范区的建设，促进了绿化林网的建设，提高了林木覆盖率，改善了生产小气候，示范区已成为环境优美、生产条件完善、高产高效的农业示范区。

3.3 暖泉农场管道式牧草喷灌示范区

暖泉农场管道式牧草喷灌示范区地处贺兰山东麓，属黄河冲击与贺兰山洪积区，种植面积400亩。示范区建设120m深机井1眼，出水量110-120m3/h，采用地下水固定式管道喷灌。喷头选用工作压力P=0.35Mpa、喷嘴直径6mm、出水量Q=2.53m3/h、射程R=19m的ZY-2喷头，喷洒方式为全园喷洒。喷头组合间距为18×18m，设计喷灌强度为5.85mm/h。每次同时喷洒支管数4根，每根支管喷头个数为11个，同时工作喷头数44个，喷头在同一工作点上的喷洒时间6.5h。

根据苜蓿的需水规律，设计最大耗水强度4.5mm/d、灌水周期9天、次灌水定额40-50mm，年灌溉定额5700m3/hm2，其中冬灌水量750m3/hm2，生育期灌水4950m3/hm2，灌水10-11次，次灌水量495m3/hm2。示范区年运行灌溉电费660元/hm2，机械费用1800元/hm2，化肥、农药900元/hm2、牧草运输费用1350元/hm2、喷灌工程维修费用225元/hm2、管理及劳务费900元/hm2，工程年运行费5835元/hm2，工程年折旧费1515元/hm2，年生产总成本7350元/hm2。年产干草15750kg/hm2，经济产出24000元/hm2，项目生产益本比为3.43，年均净效益16650元/hm2。喷灌较大田灌溉年节水1950m3/hm2、节水35%。示范区工程的建成运行，取得了可喜的生态、社会和经济效益，形成具有明显地方特色的优势产业和新的经济增长点。

4 牧草灌溉制度调查研究

在对宁夏半干旱农牧交错区紫花苜蓿种植状况调查的集成上，选择盐池县马儿庄盐池中部现代草畜产业示范基地、同心县韦州镇万亩节水喷灌示范区开展重点调查。

4.1 马儿庄草畜产业示范基地

盐池县马儿庄草畜产业示范基地位于盐池县城西南约60km处的冯记沟乡，土壤主要为沙土、沙壤土，有机物含量0.5%～0.8%，年降水量296～355mm，年水面蒸发量2095～2180mm。示范区种植金皇后和雷达克之星混播紫花苜蓿200hm2，2011年种植，生长年限3年。示范基地利用盐环定扬水工程马儿庄一支渠供给，经干渠引入蓄水池调蓄沉淀，管道输水至田间喷灌机。示范区共建设蓄水池3座，总容积25万m3,安装8台中心支轴式喷灌机，单机控制面积50～80hm2。

2013年示范区干渠供水量为4695m3/hm2，全年灌水15次，田间喷灌水量为3750m3/hm2，其中生育期灌水14次3450m3/hm2。年收获三次，刈割时间与产量分别为6月中旬6750gk/hm2, 8月上旬3750kg/ hm2，10月初2850kg/hm2，年产量干草13350kg/hm2，销售收入26700元/hm2。水电费1784元/hm2，灌溉水生产效率3.56kg/m3,折合7.12元/m3。

4.2 同心县韦州镇喷灌示范区

同心县韦州镇喷灌示范区位于韦州镇以西3km处，区域地貌属罗山洪积扇区，年均降水量277mm，年均蒸发量2325mm，土壤有砂壤土、壤土，土壤含盐量3.0-6.0g/kg。示范区苜蓿品种为金皇后和雷达克之星混播，面积407hm2，2009年种植，生长年限5年。灌溉水源为红寺堡五干渠11支渠供水，引入蓄水池调蓄沉淀后经管道输送至田间喷灌机。共安装中心支轴式喷灌机11台，单机控制面积20～50hm2。

2013年示范区苜蓿全年灌水15次，灌溉定额2880m3/hm2，其中生育期灌水14次，灌溉定额2700m3/hm2，冬灌180m3/hm2。喷灌水电费为1134元/hm2，喷灌示范区苜蓿年割收获3次，其中6月中旬4230kg/ hm2, 8月初2550kg/ hm2，10月初1680kg/hm2，年收获干草8460kg/hm2，销售收入14805元/hm2，灌溉水生产效率为2.94kg/m3、5.14元/m3。示范区地处灌区的最末梢，由于可供水量少，造成苜蓿生长严重缺水，产量极低。

5 结论

苜蓿喷灌实践表明，扬黄灌区采用黄河水净化处理、调蓄、喷灌是苜蓿最适宜的节水灌溉模式。在宁夏扬黄灌区的周边新开发砂质土壤区，生育期喷灌10-11次，年灌水量4500-5700m3/hm2，能够促进苜蓿的旺盛生长，苜蓿产量达到15300-15750 kg/hm2，显著提高饲草产量，较大田地面灌溉节水32%-40%，极大的提高用水效率和用水经济效益。在水资源短缺地区，年喷灌水量小于3750m3/hm2时，苜蓿的产量将受到显著影响，当喷灌水量减少30%，产量降低57%。实践取得的苜蓿喷灌技术模式可为农业种植结构的调整与节水灌溉管理提供科学依据。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.11.014

TV213.9

B

1672-2469（2014）11-0039-05

14作者简介：刘学军（1965年—），男，研究员。

水利部科技推广计划项目（TG1205）