可降解材料在渗灌技术中的应用浅谈

贾小伟,张丽丽,胡天宇

江苏农林职业技术学院

可降解材料在渗灌技术中的应用浅谈

贾小伟,张丽丽,胡天宇

江苏农林职业技术学院

渗灌技术是目前最高效的节水灌溉方法之一，可有效节约水资源，实现水、肥共灌，方便安全。但是渗灌管淤堵等问题严重制约渗灌技术的推广，并且检测、维修困难。本文讨论采用可降解材料，在渗灌系统出现淤堵等性能降低之前完全降解，避免检测、维修的问题，降低渗灌技术的应用难度。

渗灌技术；节水灌溉；淤堵；可降解材料

我国是一个农业大国，农业年均用水量约占全国总水量的60%左右，可达约3600亿立方米。但是我国是一个水资源相对匮乏的国家，单位灌溉面积可利用水资源还不到世界平均水平的20%。大力发展节水灌溉技术，对实现农业现代化和国民经济持续发展有着重大的现实意义。

一、渗灌技术应用特点

节水灌溉技术较常规灌溉节约用水达三分之一，省去了人工下地劳动，省时、省工、省力，具有可控、按需灌溉等优点[1]。节水灌溉技术可以有效实现农业生产的机械化、自动化，提高农业生产用水效率，缓解水资源紧缺的问题，保障粮食生产的安全。

节水灌溉技术的基本要求，就是要采取最有效的技术措施，使有限的灌溉水量创造最佳的生产效益和经济效益[1]。常见的节水灌溉有喷灌、滴灌、渗灌等，其中渗灌技术被认为是最有发展前景的高效节水灌溉技术。渗灌是在滴灌技术基础上发展而来的一种新型高效节水灌溉技术[2]。渗灌技术是在地下掩埋渗灌管，将水和肥料等通过渗灌管缓慢渗入到作物的根部区域的土壤中，然后借助毛细作用或重力作用等将水分扩散到作物根系层，供作物吸收，为作物提供养分。

渗灌技术虽然在灌溉节水、作物增产等方面有着突出的优势，但是渗灌技术在推广、应用上面临严峻困难。首先是渗灌管的设计问题，主要现象是渗灌管淤堵和灌水不均。其次是长期使用的毛细芯渗灌的渗水速率会下降的问题。解决这些问题都要从渗灌系统的材料、形状、工艺等方面深入研究。

二、解决渗灌技术推广困难方法分析

渗灌技术存在两大问题制约渗灌技术的推广、应用，究其原因是渗灌管淤堵、灌水不均以及毛细芯渗灌的稳定性等。随着渗灌管地不断使用，渗灌系统的性能会逐渐下降，出现渗灌管淤堵、灌水不均、毛细芯渗水速率下降的现象。渗灌设备掩埋于地面以下，检查、维修、更换等很不方便，严重影响渗灌技术的推广、应用。

渗灌系统在使用前期能很好实现渗灌技术的各项功能。随着长时间使用，性能下降，出现应用故障。如果采用生物可降解材料在适当或限定期限内完成降解，更换新设备，即可降低渗灌系统的维护难度，提高实用性。

生物可降解性材料，是指在适当和可表明期限的自然环境条件下，能够被微生物（如细菌、真菌和藻类等）完全分解变成低分子化合物的材料[3]。可降解材料按其降解特性可分为完全生物降解材料和生物破坏材料（如图1所示）。

（1）完全降解材料

在微生物作用下，在一定时间内完全分解为二氧化碳和水的化合物。按其来源则可分为微生物合成材料、化学合成材料、天然高分子材料等。

（2）生物破坏材料

在微生物作用下高分子仅能被分解为散乱碎片。生物破坏材料主要分为淀粉类生物破坏型材料、脂肪族聚醋类生物破坏型材料和矿物质类生物破坏型材料。

图1 生物可降解材料的分类

其中天然高分子合成物及其衍生物可以完全降解，对土壤没有破坏性影响，是理想的农业应用材料。常见的天然高分子合成物有淀粉、纤维素、木质素、丝素、胶原和甲壳质等。

三、渗灌技术中可降解材料应用分析

导水材料是渗灌技术应用的核心部件。导水材料选择需要满足三点基本要求[4]：

（1）具有良好的亲水性。

（2）物理化学稳定性好。

（3）具有一定的粘黏性，能够与纤维有良好的结合性能。

可降解材料在渗灌系统中应用主要是用于制作导水材料。天然高分子合成物的制作原料取自天然原料，无毒无害，并且完全降解，改善土壤，保持水土。如壳聚糖能将土壤与可溶性蛋白（如胶原蛋白）合成液体土壤改良剂，具有抗菌能力和改善土壤的作用。天然高分子合成物是理想的导水材料原料。

渗灌管是重要的导水材料。目前，渗灌管是利用废旧橡胶轮胎粉末、PVC塑料粉及发泡剂等掺合料混合后，经发泡、抗紫外线和防虫咬等特殊技术工艺处理挤压成型的具有大量微孔的一种灌水器。渗灌管是通过大量的微孔进行渗灌作用的。

淀粉和聚乳酸是常见的天然高聚物。玉米、大米、红薯等都是富含淀粉的原料。经过处理，可以加工成淀粉型薄膜或聚乳酸塑料等。聚乳酸具有良好的生物降解性和生物相溶性，制成的聚乳酸塑料具有良好的韧性，可以加工成高附加值的薄膜和微孔管，代替常规渗灌管。

在木材、稻壳、豆类等原料中大量存在的木质素可以作为增强剂、粘合剂、保护剂等作用使用。在聚乳酸塑料中加入木质素，制成多层结构的可降解渗灌管，可以有效的增强单纯聚乳酸塑料的强度，并且在降解后可以改良土壤，同时木质素具有良好的吸附性，可以吸附、缓释农药，起到杀虫、灭菌作用。

渗灌系统中应用可降解材料可以很好的解决推广困难的问题。渗灌技术、可降解材料还处于研发推广期，还有很多方案需要大量实验验证修改。

四、总结

渗灌技术是目前最高效的节水灌溉方法之一。可降解材料可以很好的保护环境。将可降解材料应用渗灌系统中，结合两方面的特点，有利于促进渗灌技术的推广、应用，有利于节约水资源，有利于实现农业现代化和国民经济持续发展。

[1]谢晴.大力推进节水灌溉产品创新和深度研发[J].中国农村科技,2014,卷缺失(11):24-27.

[2]谭圣林,张清涛,邱国玉,等.渗灌技术助力水资源节约[J].高科技与产业化,2014,卷缺失(5):66-69.

[3]崔百元,张振飞,孔谦.天然生物可降解性材料在农业领域中的应用[J].中国农学通报,2013,卷缺失(24):5-10.

[4]张增志,王晓健,薛梅.渗灌材料制备及导水性能分析[J].农业工程学报,2014,30(24):74-81.