提　要　经过对地膜物料结构的深入研究，提出了单向渗水原理，设计并发明了渗水地膜。渗水地膜具有保温、调温、渗水、保水、微通气等多种功能，可使半干旱地区发生频率为 70% 左右、年累计量为 100～150mm 的小雨量资源得到开发利用。旱地试验表明：渗水地膜覆盖的粮食作物比常规地膜覆盖的增产 15.7%～38.3%，比无覆盖的增产 1 倍以上。

关键词　渗水地膜　小雨　孔隙　旱地

分　类　中图法 S273.1

　　地膜覆盖是设施农业中的一种形式，但不能使小雨进入膜下。针对这一问题以及我国北方干旱与半干旱地区水分不足和作物生长前期温度偏低等限制因子，进行旱地农业研究以此为突破口是行之有效的。

1 渗水地膜的研究背景、机理及特性

1.1 渗水地膜研究背景

　　土壤—植物—大气连续体 (SPAC) 是近代水科学、实验地理学、土壤物理学、农田生态学与农业气象学的前沿研究领域^[4]。虽然国内外对 SPAC 的多个环节已有深入研究，但目前未见对干旱与半干旱地区小于 10mm/次降水有效利用的连续体界面调控途径研究报导。我们从提高旱地水资源利用率入手，以系统控调论^[5]思想为指导，以膜科学知识为基础，充分运用多学科的理论知识，创造性地提出了渗水地膜一词和单向渗水原理，经过 PE 膜的配料与加工研究^[6]，设计并研制发明了“渗水地膜”。渗水地膜克服了常规地膜覆盖存在小雨不能入渗、膜下过于密闭和盛夏季节膜下温度过高以及秸秆覆盖存在低温季节降温负效应等问题的缺陷，使水分正效应与温度正效应叠加在一起。渗水地膜技术已申报了国家发明专利，专利号为 97115761.8。

1.2 渗水地膜研制机理

　　渗水地膜的研制应用了“黑洞原理”，创造性地提出了“微孔自调节原理”和“变形小孔（不）扩散原理”等新理论，这 3 个原理统称为渗水地膜的“单向渗水原理”。①将黑洞原理引入膜的结构设计，使水分借助重力作用穿过地膜进入膜下，当这个穿过地膜的通道面积与非通道面积的比值足够小时，水分的入渗与蒸发具有明显的瞬时不平衡性，即 dv 入》dv 出；②利用高分子材料固有的弹力特性，使膜具有了自调节活性，即对膜两侧的物质和能量的“流”进行有条件的自动反馈控制；③将小孔扩散原理进行了修正，提出了变形小孔（不）扩散原理，当小孔的孔形发生线性改变，边缘线性收缩到闭合状态的多孔膜置于自由水表面时，会明显抑制自由水面的蒸发速度，即变形小孔（不）扩散原理、或称线性小孔不扩散原理。

　　根据上述原理，采用特定的方法实现了地膜的单向渗水功能。渗水地膜的单向渗水性主要是依据膜上水分的重力作用、地面水势梯度力对膜上水的拉力作用以及膜上通道线性变化和自封口的理化弹力作用形成的，其入渗势大于蒸发势。渗水地膜单向渗水的唯象理论公式归纳为：

　　入渗势Ψ₁=F₁[(h,p₀,p(t₂-t₁))/(p₂，p₁)]

　　蒸发势Ψ₂=F₂[p₂/(p₀,h,p₁,(t₂-t₁))]

式中：h——膜上水深度；p₀——地面拉力（表面张力、扩散力、土壤水势、土壤亲水力）；p——雨滴冲击力；p₁——微通道弹力；t₂——膜下温度；t₁——膜上温度；p₂——膜下蒸汽压；F₁ 和 F₂——函数符号。

1.3 渗水地膜的重要特性

　　渗水性：可将天然降水以每 10min2～7mm 的速度渗入膜下，对不同强度的小雨的截获非常有效。保水性：可将入渗到膜下的水分保住，控制逆渗蒸发。据测定，一年期间的膜下水面蒸发量小于 20mm。调温性：在春季或气温较低的季节，渗水地膜与常规地膜有相同的保温增温效应。但在盛夏和高温季节（气温>35℃），渗水地膜下的地温低于常规地膜下的地温。微通气性：渗水地膜具有使水分下渗的通道，故有一定的微通气性，利于作物根系及土壤微生物呼吸。长效性：由于渗水地膜的微通气和自动调温特性，使其具有了抗老化的功效。经试验，在玉米等作物收获期，渗水地膜仍具有较大的弹性，很容易从地面取走，土壤污染很小。易用性：渗水地膜的纵向抗拉强度与常规地膜的纵向抗拉强度基本相同，不影响正常的人工覆膜或机械覆膜过程。经济性：渗水地膜批量生产后将会与常规地膜造价相同，而渗水地膜的增产幅度明显比常规地膜大，因此，渗水地膜的经济前景好。

2 渗水地膜旱地覆盖试验效果

　　1996 年下半年起，在研制渗水地膜的同时，分别进行了冬小麦、玉米、烟草、蔬菜、棉花、谷子、高梁等多种作物的田间覆盖试验。1997 年山西省境内干旱异常严重，降水量较常年减少了 40%～50%，而渗水地膜覆盖示范农田获得丰收，试验效果明显。

2.1 提高了小雨利用率，增加了产量

　　在晋西南旱塬区隰县旱地试验点，玉米播种后 3 个月共降水 14 次，均为小雨。1997-06-23 的调查，渗水地膜覆盖的玉米生物量是常规地膜的 2.6 倍，是无覆盖的 7 倍，是秸秆覆盖的 27 倍。1996 年 10 月初至 1997 年 9 月底总降水量 335.6mm，其中 4 月 18 日至 9 月 17 日玉米生育期总降水量为 219.7mm，其中小于 10mm 降水频率为 72%，降水总量为 57.7mm，占到同期降水总量的 26.3%。试验小区的玉米单产达到 7792.5kg/hm

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