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1、浅论滴灌技术【摘要】在温室土壤-作物-环境连续体中,作物水分损 耗、吸收和 水分利用一直是研究的热点。在温室内,作物精量灌溉必须要考虑何时灌 和灌多少两个方曲的问题。对温室作物需水规律研究、温室作物灌溉决策 的定量指标研究、作物需水信息检测装置研究和温室设施湿度控制策略 研究方面对我国设施农业节水灌溉研究的现状进行了分析。最后,初步提 出了进一步研究的建议。【关键词】温室;设施农业;滴灌;滴灌带;水控制系统;需水信息; 湿度1前口农业发展进入了从传统农业向现代农业转化的新阶段,优质、高产、 高效已成为现代农业的发展方向。在这一过程中,设施农业发挥着重耍作 用。我国设施农业血积虽居世界首位,目前
2、全国设施园艺血积已超过210 万公顷,但产量仅为世界先进水平的1/3。其中的一个重要原因是设施内 灌溉技术落后,严重影响设施内的环境状况,使其未能充分发挥节水增产 的巨大作用。设施内的水分调控必须依据作物种类、品种和各生育期对设 施内空气湿度和土壤湿度的耍求进行适时、适量的调节控制oHillel指出, 节水灌溉理论研究的根本目的并非单纯节约用水,而是通过供水和其它环 境变量的优化提高劳动生产率。从这个意义上,国外更多把节水灌溉称为 如何高效用 水。节水农业的最终冃的是提高单位水资源的农业产出效率, 在农出尺度上就是提高作物对土壤水分的利用效率,即消耗单位土壤水量 而获得的经济产量。2 灌溉是温
3、室作物栽培中唯一水分来源,灌溉用水消耗量大温室设施是一个半封闭体系,与大田作物栽培相比较,湿度高,室 内风速度较低,水分-土壤-植物-空气有着独特的封闭性特点。因此,在 充分利用灌溉水效率基础上,按需 精量灌溉策略成为设施园艺作物水分 管理的重要内容,在一天中,根据环境条件决策灌多少(即灌溉量)、根 据作物需水信息决策什么时候灌(即灌溉时机)是温室作物生产灌溉管 理中需耍确定的两大基木问题。因此研究温室设施中作物节水灌溉理论与 技术,同时结合温室湿度控制策略,有效控制实施温室作物灌溉量,缓和 温 室高湿环境的矛盾,这对指导温室作物精量灌溉与按需灌溉,进一步 提高灌溉水的利用率和生产效率,改善温
4、室作物的生长环境,以及改善作 物品质与提高产量均具有十分重大的意义。3滴灌是利用塑料管道将水通过直径约lOnrni毛管上的孔口或滴头送 到作物根部进行局部灌溉(1)它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式,其水的利 用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果,同时可以结合施肥, 提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉, 在干旱缺水的地方也 可用于大田作物灌溉。其不足之处是滴头易结垢和 堵塞,因此应对水源进行严格的过滤处理。冃前,国产设备已基本过关, 有条件的地区应积极发展滴灌。(2)接管道的固定程度,滴灌可分固定式、半固定式和移动式三种 类型。固定式滴灌,其各
5、级管道和滴头的位置在灌溉季节是固定的。其优 点是操作简便、省工、省时,灌水效果好。国产设备亩投资约为700元 (果树)1400元(大棚蔬菜)。半固定式滴灌,其干、支管固定,毛 管由人工移动。亩投资为500元700元。移动式滴灌,其干、支、毛管 均由人工移动,设备简单,较半固定式滴灌节省投资,但用工较多。亩投 资为2m元500元。(3)结合我国劳动力多、资金缺乏的具体情况而研究开发的半固定 式、移动式滴灌系统,大大降低了工程造价,为滴灌在大田作物和经济欠 发达地区推广应用创造了条件。(4)水窖滴灌,是通过雨水集流或引用其它地表径流到水窖(或其 它微型蓄水工程)内,再配上滴灌以解决干旱缺水地区的农
6、田灌溉问题。 它具有结构简单、造价低、家家户户都能采用的特点。对于旱贫困山区实 现每人有半亩到一亩旱涝保收农川,解决温饱问题和发展庭院经济有重要 作用,应在干旱和缺水山区大力推广。(5)地下滴灌,是把滴灌管埋入地下作物根系活动层内,灌溉水通 过微孔渗入土壤供作物吸收。有的地方在塑料管上隔一定距离钻一个小 孔,埋入地下植物根部附近进行灌溉,群众俗称“渗灌”。(6)地下滴灌具有蒸发损失少、省水、省电、省肥、省工和增产效 益显著等优点,果树、棉花、粮食作物等均可采用。其缺点是,当管道间 距较大时灌水不够均匀,在土壤渗透性很大或地面坡度较陡的地方不宜 使用。市投资为400元1000元。其效益为:节水5
7、0%60%;省电40%50%;增产30%左右。4 滴灌技术4. 1节水、节肥、省工。滴灌属全管道输水和局部微量灌溉,使水分 的渗漏和损失降低到最低限度。同时,又由于能做到适时地供应作物根区 所需水分,不存在外围水的损失问题,乂使水的利用效率大大提高。灌溉 可方便地结合施肥,即把化肥溶解后灌注入灌溉系统,由于化肥同灌溉水 结合在一起,肥料养分直接均匀地施到作物根系层,真正实现了水肥同步, 大大提高了肥料的有效利用率,同时又因是小范围局部控制,微量灌溉, 水肥渗漏较少,故可节省化肥施用量,减轻污染。运用灌溉施肥技术,为 作物及时补充价格昂贵的微量元素提供了方便,并可避免浪费。滴灌系统 仅通过阀门人
8、工或自动控制,又结合了施肥,故又可明显节省劳力投入, 降低了生产成本。4. 2控制温度和湿度。传统沟灌的大棚,一次灌水量大,地表长时间 保持湿润,不但棚温、地温降低太快,回升较慢,且蒸发量加大,室内湿 度太高,易导致蔬菜或花卉病虫害发生。因滴灌属于局部微灌,人部分土 壤表面保持干燥,且滴头均匀缓慢地向根系土壤层供水,对地温的保持、 冋升,减少水分蒸发,降低室内湿度等均具有明显的效果。采用膜下滴灌, 即把滴灌管(带)布置在膜下,效果更佳。另外滴灌由于操作方便,可实 行高频灌溉,且出流孔很小,流速缓慢,每次灌水时间比较长,土壤水分 变化幅度小,故可控制根区内土壤能够长时间保持在接近于最适合蔬菜、
9、花卉筹生长的湿度。由于控制了室内空气湿度和土壤湿度,可明显减少病 虫害的发生,进而又可减少农药的用量。4.3保持土壤结构。在传统沟畦灌较大灌水量作用下,使设施土壤受到较多的冲刷、压实和侵蚀, 若不及时中耕松土,会导致严重板结,通气性下降,土壤结构遭到一定程 度破坏。而滴灌属微量灌溉,水分缓慢均匀地渗入土壤,对土壤结构能起 到保持作用,并形成适宜的土壤水、月巴、热环境。四、改善品质、增产增 效由于应用滴灌减少了水肥、农药的施用量以及病虫害的发生,可明显 改善产品的品质。总之,较之传统灌溉方式,温室或大棚筹设施园艺采用 滴灌后,可大大提高产品产量,提早上市时间,并减少了水肥、农药的施 用量和劳力等
10、的成本投入,因此经济效益和社会效益显著。设施园艺滴灌 技术适应了高产、高效、优质的现代农业的要求,这也是其能得以存在和 大力推广使用的根木原因。4.4滴灌带是利用塑料管(滴灌管)道将水通过直径约lOimn毛管上的 孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。是通过出流孔口非常小入的滴头 或滴灌带,把水一滴一滴地均匀而缓慢地滴在作物根部附近的土壤中。滴 灌带的作用:它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式,其水 的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果,同时可以结合 施肥,提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚 灌溉,在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其不足之处是
11、滴头易结 垢和堵塞,因此应对水源进行严格的过滤处理。冃前,国产设备已基本过 关,有条件的地区应积极发展滴灌。5 滴水器滴水器是滴灌系统的核心,要满足以下要求:(1)有一个相对较低而 稳定的流量在一定的压力范围内,每个滴水器的出水口流量应在28升/ 小时之间。滴头的流道细小,直径一般小于2毫米,流道制造的精度要求 也很高,细小的流道差别将会对滴水器的出流能力造成较大的影响。同时 水流在毛管流动中的摩擦阻力降低了水流压力,从而也就降低了末端滴 头的流量,为了保证滴灌系统具有足够的灌水均匀度,经验上一般是将系 统中的流量差限制在10%以内。(2)大的过流断面为了在滴头部位产生较 大的压力损失和一个较
12、小的流量,水流通道断面最小尺寸在0.31.0毫 米之间变化。由于滴头流道较小,所以很容易造成流道堵塞。如若增大滴 头流道,则需加长流道,为此,研究出了多种滴水器。滴水器的分类及特点。由于滴水器的种类较多,其分类方法也不相同:5. 1按滴水器与毛管的连接方式分。5.1.1管间式滴头:把灌水器安装在两段毛管的中间,使滴水器本身 成为毛管的一部分。例如,把管式滴 头两端带倒刺的接头分别插入两段 毛管内,使绝大部分水流通过滴头体内腔流向下一段毛管,而很少的一部 分水流通过滴头体内的侧孔进入滴头流道内,经过流道消 能后再流出滴 头。管间式滴头与毛管的连接方式。5.1.2管上式滴头:直接插在毛管壁上的滴水
13、器,如旁播式滴头、孔 口式滴头等,它们与毛管的连接方式。5. 2按滴水器的消能方式不同分。5.2.1长流道式消能搞水器:长流道式消能滴水器主要是靠水流与流 道壁之间的摩擦耗能来调节滴水器出水量的大小,如微管、内螺纹及迷宫 式管式滴头等,均属于长流道式消能滴水器。5.2.2孔口消能式滴水器:以孔口出流造成的局部水头损失来消能的滴水器,如孔口式滴头、多孔毛管等均属于孔口式滴水器。5.2.3涡流消能式滴水器:水流进入滴水器的流室的边缘,在涡流的 中心产生一低压区,使中心的出水口处压力较低,因而滴水器的出流量较 小。设计良好的涡流式滴水器的流量对工作压力变化的敏感程度较小。5. 2. 4压力补偿式滴水
14、器:压力补偿式滴水器是借助水流压力使弹性 体部件或流道改变形状,从而使过水段面面积发生变化,使滴头出流小而 稳定。压 力补偿式滴水器的显著优点是能自动调节出水量和自清洗,出 水均匀度高,但制造较复杂,为常用的压力补偿式滴水器。5.2.5滴灌管或滴灌带式滴水器:滴头与毛管制造成一整体,兼具配 水和滴水功能的管(或带)称为滴灌管(或滴灌带)。按滴灌管(带)的 结构可分为内镶式滴灌管和薄壁滴灌带。使用滴灌带的注意事项。(1)滴灌的管道和滴头容易堵塞,对水质要求较高,所以必须安装 过滤器。(2)滴灌不能调节田间小气候,不适宜结冻期灌溉,在蔬菜灌溉中 不能利用滴灌系统追施粪肥。(3)滴灌投资较高,要考虑
15、作物的经济效益。(4)滴灌带的灼伤。注意在铺设滴灌带时压紧压实地膜,使地膜尽 量贴近滴灌带,地膜和滴灌带Z间不要产生空间。避免阳光通过水滴形成 的聚焦。播种前要平整土地,减少土地多坑多 洼现象。防止土块杂石杂 草托起地膜,造成水汽在地膜下积水形成透镜效应,灼伤滴灌带。铺设时 可将滴灌带进行潜埋,避免叫焦点灼伤。5.3根据滴灌工程中毛管在田间的布置方式、移动与否以及进行灌水 的方式不同,可以将滴灌系统分成以下3类。5.3.1地面固定式滴灌系统。毛管布置在地面,在灌水期间毛管和灌 水器不移动的系统称为地血固定式系统,目前绝大多数采用这类系统。应 用在果园、温室、人棚和少数大田作物的灌溉中,灌水器包
16、括各种滴头和 滴灌管、带。这种系统的优点是安装、维护方便,也便于检杳土壤湿润和 测量滴头流量变化的情况;缺点是毛管和灌水器易于损坏和老化,对出间 耕作也有影响。5.3.2地下固定式滴灌系统。将毛管和灌水器(主要是滴头)全部埋 入地下的系统称为地下固定式系统,这是在近年来滴灌技术的不断改进和 提高,灌水器堵塞减少后才出现的,但应用面积不多。与地面固定式系统 相比,它的优点是免除了毛管在作物种植和收获前后安装和拆卸的工作, 不影响田间耕作,延长了设备的使用寿命;缺点是不能检查土壤湿润和测 量滴头流量变化的情况,发牛问题维修也很困难。5.3.3移动式滴灌系统。移动式滴灌系统。塑料管固定在一些支架上, 通过某些设备移动管道支架。另一种是类似时针式喷灌机,绕中心旋转 的支管长200米,由五个塔架支承。以上属于机械移动式系统。人工移动 式滴灌系统是支管和毛管由人工进行昼夜移动的一种滴灌系统