设施膜面软体集雨窖水肥一体化新技术介绍

郑育锁，郭云峰，陈子学，刘志杰，张 滈

（天津市农业发展服务中心，天津 300061）

天津地区设施蔬菜生产主要依赖地下水进行灌溉，同时灌溉用水量较大，地面灌溉方式年平均450 m3以上。在当今水资源紧缺、地下水超采严重，设施农业水肥消耗量大利用率低的形势下，雨水是一种非常规、经济的水资源，在设施农业领域，雨水收集和储存尚处于初级利用阶段[1]，本文总结集成设施大棚膜面、新型软体集雨水窖和水肥一体化技术，在设施蔬菜作物上开发利用雨水资源。通过水窖收集的雨水，可有效补充水源，同时相比地表水，明显改善水质，尤其是在浅层地下水和地表水矿化度较重地区，难以满足蔬菜种植水质要求，集雨窖收集的雨水含盐量低、中性或微酸性，适合作物生长水质要求。

1 技术概念

设施膜面软体集雨窖水肥一体化技术，是在设施农业上通过集成设施棚膜膜面、软体集雨窖和喷滴灌水肥一体化技术，充分利用自然降水，提高水肥利用效率，促进可持续发展的新型绿色节水农业技术措施。

2 适用范围

设施膜面软体集雨窖水肥一体化技术适用于水资源紧缺，年降雨量在400 mm 以上，一般要求设施农业棚与棚之间距离在7 m 以上，且空间基本闲置的设施农业种植区。尤其是在地下水超采严重，浅层地下水和地表水矿化度较高的设施农业种植区技术需求更大。

3 技术体系组成

设施膜面软体集雨窖水肥一体化技术系统，包括设施大棚棚膜面、软体集雨窖和水肥一体化系统集成。软体集雨窖安装在棚与棚之间空地，设施大棚棚膜面与软体集雨窖集雨面连接，集雨面软体材料压在棚膜下，重叠5 ～10 cm 即可；集雨窖体从底侧连接出水管，出水口通过底部地埋PVC 管道与棚室管网连接。棚室内管道上依次安装逆止阀、水泵，分别通过PVCФ50向混肥池和棚室输水，向棚室输水管道上依次布置Ф50 管径的球阀、过滤器，到棚室支管通过PVCФ50 管径直接变为PEФ40，毛管连接到PEФ40 支管上。

温室大棚里水肥一体化系统由水源、首部、管网和灌水器4 个部分组成，首部主要包括阀门、过滤器和施肥器，管网包括棚内支管和毛管，灌水器为毛管上的滴头。另外泵前段从混肥池并联PVCФ50 到主管道上，实现注肥功能，混肥池中并联管道前段安装逆止阀。水肥一体化系统多为滴灌水肥一体化方式，滴灌水肥一体化系统组成及参数：一般PE 支管Φ32，长60 ～90 m，滴灌管铺设在垄中间，每根长8 ～10 m，间距0.8 ～1.2 m；滴灌管Φ16，壁厚0.4 mm，流量1.38 ～1.7 m2·h-1。过滤器一般选用网式过滤器，棚内施肥装置文丘里、比例施肥器或注肥泵，溶肥装置选用棚内3 m3软体圆柱形混肥池。

4 操作要点

4.1 软体水窖选型

一般根据棚室空间大小确定软体集雨窖规格。软体集雨窖一般可有2 种规格：

4.1.1 200 m3软体集雨窖。主要针对宽8 m、长65 m 的日光温室设施大棚，棚与棚空地间距应大于7 m。软体集雨窖窖体可设计为宽3.15 m、长60 m、深1.1 m，水窖集雨面为宽5.15 m、长62 m，集雨面积319 m2，棚膜集雨面积496 m2。

4.1.2 300 m3软体集雨窖。主要针对宽8 m、长90 m 长的日光温室设施大棚，棚与棚空地间距应大于7 m。软体集雨窖窖体可设计为宽3.15 m、长86 m、深1.1 m，水窖集雨面为宽5.15 m、长88 m，集雨面积453 m2，棚膜集雨面积720 m2。

玻璃连栋温室可结合集雨槽进行管道集雨到水窖。水窖规格可根据棚室实际尺寸量身定做。

4.2 操作方法

在软体集雨窖、棚内水肥一体化系统都安装并连接好后，主要是应用好设施膜面软体集雨窖水肥一体化技术。具体操作方法分为2 个环节步骤：

4.2.1 设施膜面软体集雨窖集雨面联合设施棚膜集雨面收集雨水。在雨季时节，提前做好软体集雨窖集雨面和设施棚膜面衔接，并清理水窖集雨面和设施棚膜衔接处杂物（包括杂草等），借助软体集雨窖集雨面联合设施膜面集雨面有效收集雨水。集雨过程不需要人工和能量消耗，只需提前做好清除杂物和棚膜与集雨窖面有效衔接即可。

4.2.2 设施作物水肥一体化操作。一般分单一灌溉和灌溉施肥。在需要灌水时，开启集雨窖水源水泵，将水注入棚室内水肥一体化管网中，实现灌溉。在灌溉同时需要施肥时，可打开棚内施肥装置文丘里或注肥泵，将混肥桶中提前溶好肥料的肥液同时注入管道中，实现灌溉施肥水肥一体化。施肥前先滴清水，压力稳定后再施肥，施肥后再滴清水清洗管道。施肥应注意肥液浓度，避免肥害。要定期检查、及时维修系统设备，防止漏水，及时清洗过滤器。首次灌溉前和末次灌溉后应用清水冲洗系统。在设施温室大棚冬季时使用，一般需要在灌溉3 d 前将温度较低的软体集雨窖收集的雨水提前抽取到棚内混肥池中，进行棚内提温。

5 配套措施

设施膜面软体集雨窖水肥一体化技术要发挥好作用，必须做好相关配套措施，主要包括水窖水位自动监测、集雨窖集雨面与棚膜结合程度、配套棚内混肥池、潜水泵等方面措施。

水窖水位自动监测措施，由于水窖集雨面不透明，水窖水位无法目视，应配套在水窖里放置自动水位监测仪，与水泵连接，保证水泵正常安全运行。

水窖集雨面与棚膜膜面衔接措施，在夏季降雨集中时设施大棚棚膜会不定期、不同程度打开下风口，因此应在降雨时及时放下下风口，并做好水窖集雨面与棚膜无缝衔接，最大限度发挥棚膜集雨面的功能。

配套棚内3 ～4 m3混肥池和水泵措施，一方面可解决设施大棚灌溉水源水压低问题影响水肥一体化有压灌溉要求，一般先储存到混肥池中，通过微小型离心泵，实现有压灌溉和水肥一体化施肥；另一方面，通过配套混肥池储存水作用，在设施大棚冬季灌溉前将水窖低温水提前3 d 抽到混肥池中，可有效解决冬季水窖水低温问题，提升灌溉水温，保证灌溉水达到棚内作物生长适宜温度的问题。

6 应用效果

技术通过集雨窖、棚膜、水肥一体化技术集成，有效集雨、高效节水灌溉、水肥耦合的一体化集成，具有节水、节肥、省工、改善水质、增产、增效的效果。

6.1 替代地下水效果突出

由于设施农业种植大多以反季节作物品种为主，致使作物需水时节与天然降水季节严重不符，往往需要较大容积的蓄水设施进行水量调节[2]。根据目前示范应用效果分析，土壤栽培实现雨水替代深层地下水80%以上，基质栽培实现100%替代；技术最大效果就是提供优质雨水水源，解决了温室冬季生产用水与夏季集中降雨时间上的不匹配。

6.2 改善灌溉水质

相比浅层地下水或河沟地表水，雨水含盐量明显较低、中性或弱酸性。软体水窖存储雨水相对封闭，无绿苔，无异味，水质透亮安全。通过棚窖收集的雨水，很少有杂质进入，含盐量低，EC 值不到200 μS·cm-1，水质明显优于浅层地下水，甚至优于深层地下水和地表河水，一方面适合微灌水肥一体化利用，另一方面有助于提高蔬菜产量和品质。如表1 所示，天津市滨海地区浅井水pH 值为8.2，EC 值高达3 000 μS·cm-1，对设施蔬菜生长产生明显障碍，导致产量下降、品质降低。

表1 天津市西青区设施基地不同水源水质对比

6.3 软体集雨水窖成本低

设施膜面软体集雨窖水肥一体化技术配备的设备，水窖成本根据实际售价，按照建一个100 m3软体集雨窖成本2.8 万元，相比传统砖砌水泥水窖约需成本5 万元，成本降低了44%。

6.4 生态环保

软体水窖符合中央“创新、协调、绿色、开放、共享”的新时代发展理念，符合可持续发展的要求。技术最大生态优势，开辟优质新水源，通过收集雨水，降低地下水开采强度。软体水窖可量身制作，不需硬化工程，产品使用后无需进行生态修复，只需简单地面平整。不产生渗漏，防止水土流失，不破坏原土地植被系统，保持原有生态环境。软体水窖无任何无机污染和有机污染，无土壤污染渗透，无污染物残留。

7 应用前景

经过技术示范实践，形成了适合天津地区设施蔬菜不同生产模式的软体集雨节水技术模式，验证了应用效果，为大面积推广奠定了坚实基础。目前，在全国农业技术推广服务中心推动下，在华北地区20 多个市县区设立50 多个示范区，针对10 多种作物开展试验示范和模式集成，各级组织技术培训和观摩交流活动80 多次，专家技术指导活动12 次，培训指导农民4 000 多人次。集雨补灌技术列入了农业农村部绿色技术导则，结合旱作农业技术推广、地下水超采综合治理、高效节水灌溉等项目开展推广应用。与产业扶贫紧密结合，全国累计推广应用不同容积软体集雨窖1 万多套。如果按照天津地区设施温室面积9 593 hm2推广50%的规模，每667 m2配套300 m3水窖，每667 m2集雨量按300 m3计算，年可替代地下水2 158 万m3，最大程度解决了设施蔬菜生产抽取地下水的矛盾，同时保障了设施蔬菜生产可持续发展。