渗灌技术的现状以及发展趋势

2015-03-22李典

湖南水利水电 2015年2期

李典

（四川大学水利水电学院成都市 610065）

1 渗灌系统的简要介绍

为了科学合理地灌溉,达到节水、高产的目的,人们发明了许多灌溉装置,如喷灌、滴灌、微喷滴灌和渗灌等,这些灌溉装置在实际应用过程中均有一定的局限性。如喷灌会引起地表板结,滴灌会引起盐分的表聚,滴头易堵塞等缺点,难以推广应用。灌溉方式有多种，渗灌技术是继喷灌、滴灌之后的又一节水灌溉技术。渗灌是一种地下微灌形式，在低压条件下，通过埋于作物根系活动层的灌水器（微孔渗灌管），根据作物的生长需水量定时定量地向土壤中渗水供给作物。渗灌由于节水、增产和保持耕层土壤结构，改善根系土壤的水、肥、气、热条件，减少室内空气湿度，有利于田间管理，减少杂草生长、病虫害和中耕工作量[1～2]。渗灌包括地下滴灌和地下微孔管渗灌。自20 世纪80年代初美国发明专用渗灌管以来，渗灌已先后在美国、法国、日本、澳大利亚以及中东的部分国家广泛应用于温室、果园及绿化灌溉上[3]。

水源、首部枢纽、输配水管网、渗灌管组成完整的渗灌系统，其中首部枢纽和渗灌管最为关键。首部枢纽通常由水泵及动力机、控制阀门、水质净化装置、施肥施药装置、进排气装置、测量和保护设备等组成，是全系统的控制调度中心。渗灌管质量的好坏直接影响到渗灌系统工作的可靠性和灌水质量。对渗灌管的要求是：出水均匀、稳定；抗堵塞性能好；制造精度高，结构简单，便于制造安装；坚固耐用，价格低。

2 渗灌技术的可行性

（1）节水节能，节省土地。渗灌是一种地下灌溉方式，系统全部采用管道输水，几乎不会发生输水渗漏损失，同时灌水量可依据作物需水量来控制，也能有效降低土壤水分的深层渗漏；而且灌溉水经过渗灌管直接运输到作物根部，土壤表层比较干燥，可减少株间蒸发。而且数据表明渗灌系统中70%以上的水分可以被作物吸收利用[4]，是灌溉水利用效率最高的灌溉方式。此外，渗灌属于低压灌溉，所以相比较其它灌溉方式而言，渗灌更为节水节能。

渗灌管网埋于地下，无需在地面开沟整畦，节约了耕地，能带来明显的经济效益和生态效益。

（2）节省工时，提高肥料、农药利用率。用明水浇地须大量人力，而且采用渗灌技术，地表土壤含水量少，没有适宜杂草生长的环境，省去了除草用药及人工除草工时，二者相比，省工率有很大提高。此外，将肥料和农药融入灌溉水中，通过渗灌系统能随水施用，减少了其挥发与淋失，从而提高了农药与肥料的利用率，也减少了人工施肥、药的工时。

（3）降湿、增温，改善土壤结构。土壤表层比较干燥，减少株间蒸发从而降低了空气湿度，不仅能抑制杂草生长，减少虫源，也能在一定程度上减少作物病害。据测定，渗灌大棚内的空气相对湿度一般在60%左右，与地面灌溉相比，渗灌大棚内的蔬菜发病率可降低50%以上[5]。此外，土壤渗灌灌水前后土温变化不大，为作物根系生长也提供了一个相对比较稳定的温度环境。

渗水管出水流非常缓慢，多为层流，管内水流压力低，灌溉水通过管壁周围土壤颗粒的吸水作用向土壤扩散，不会破坏田间土壤结构，防止土壤板结、干裂。同时能够保证田间土壤有良好的通透性，微生物活动旺盛，有利于土壤有机质的分解，更适于作物生长。

（4）增产效果显著，改善作物品质。由以上所述可知，渗灌技术按需供水，既不会在地表形成积水，也不会产生深层渗漏，使耕层土壤保持完好的团粒结构而具有良好的通气性，同时降湿升温，减少病虫害的危害，肥料农药利用率也有较大提高，从而在最大程度上为作物生长提供了一个良好的环境。因此，渗灌还具有提高作物产量，改善作物品质的作用，与地面灌溉相比，渗灌可使作物增产40%左右[6]。

3 渗灌系统的主要设计参数

（1）渗灌管的埋设。渗灌管的埋设有两种方式，一种是挖开沟道后将管道埋入，然后回填；另一种是在地面铺设渗灌管，然后堆出土埂或台田。而渗灌管的埋深则主要取决于作物种类和土壤质地。适宜的埋设深度应能使灌溉水借毛细管作用充分湿润计划湿润层，特别是在表层也能达到一定的湿润程度，而深层渗漏最小[7]。

（2）渗灌管的间距。渗灌管的铺设间距除了和埋深有关，还与当地气候条件、作物种类、土壤质地有关。Phene（1976）研究认为对砂性土和经济价值较高的作物在干旱地区应采用较小的间距,而在湿润地区,间距则可稍大一些[8]。而且一般情况下，较小的管道间距有利于干旱地区或砂性土壤的田间土壤水均匀分布，多雨湿润区则可采用较宽的管道间距。

（3）渗灌管的流量。土壤质地对渗灌管的出流量有着重要的影响，尤其是土壤的渗水性能。在渗灌灌水后，灌水器出水口周围土壤水饱和，处于有压淹没出流状态，则会影响到渗灌效果。一般来说，粘重的土壤适于选择小流量；轻质土壤适于选择大流量。

（4）渗灌工作压力。渗灌适宜的工作压力为（1～3）m 水头。

4 渗灌技术存在的问题

渗灌灌溉技术虽有诸多优点，但由于渗灌管埋设在作物根系层，出水口小且不均匀，作物根系具有趋水性，很容易产生堵塞，清理也很困难。埋设地面以下的管道属于隐蔽工程，不同位置的出水量、堵塞情况、深层渗漏等问题不易被发现。每季作物收获后，检查清理渗灌管难度较大。施加有机肥的过滤器容易锈蚀，减少了有效过水断面面积。同时，由于渗灌管易于堵塞，会致使渗灌的灌水均匀度差，严重影响灌水质量。渗灌灌溉技术虽然经过了多年的研究，但由于土质差异、作物差异，合理确定不同土质、不同作物灌水技术要素指标还存在一定的问题。同时，不合理的渗管出流量也会引发灌溉水出现深层渗漏现象。土壤渗透性很大或地面坡度较陡的地方采用渗灌技术也都存在问题。

然而最主要的问题依旧是渗灌管的堵塞问题。滴灌管发生堵塞将直接影响灌水均匀度,并最终决定灌溉系统的使用年限[3]。经过管壁打孔的塑料管试验结果表明，渗水孔眼的堵塞主要是生物堵塞，其次是由悬浮固体物质、有机物以及作物根系缠绕渗水管引起的。针对各个原因，专家也提出了一系列对应方法，例如美国采用水质处理和pH 值为2 的酸性水冲堵；为防止负压吸力,以色列Netafim 公司在内镶式灌水器出口处增设一颗活动的舌片，Geoflow 公司发明了一种内镶式压力补偿式滴头，这两类滴头在当灌溉停止时，滴头出口会自动锁住，从而阻止了灌水器附近的泥土进入管道引起堵塞；对于作物根系缠绕渗水管问题则可在灌水器材料中添加一种长效、缓施除草剂等。