茶园针式滴灌技术及其效果观察

吴玉秀

（新疆农业职业技术学院，新疆乌鲁木齐 840000）

1 滴灌的条件和设备安装

1.1 水源：来自生活、生产用水系统的二级主管道，管径35mm。林场供水系统的水源是120m的深井，经二级提水至100m3的蓄水池，至茶园的水压为44Pa左右。

1.2 设备：（1）滴灌主管道：直径为46mm的镀锌铁管。（2）横头管：直径为25mm的塑料软管。（3）滴管带：黑色胶管，可折叠，直径20mm，每隔20cm有两个小孔眼，水通过此孔眼流入茶园中。（4）堵头：堵住滴管带末端。（5）弯接、内接：滴管带拐弯或加长用。（6）三通：连接滴管带与横向管道用。

1.3 安装：（1）设置主管道：根据茶园的坡向和茶行的长度设置。主管道设置的方向应与茶园的坡向一致。主管道设置的宽幅为30～50m。（2）横头管道的设置：为了减小不同坡位间的水压差而设置。即从主管道处安装三通，接入横头管道并安装1个阀门，再安装三通连接横头管道，横头管每组长度为10.5m，接入6根滴管带。主管道上的每个三通所安装的阀门可控制6行滴管带，这6行滴管带的供水是独立的，称为1组滴灌设施，它可通过调节阀门大小和阀门的开启数量来平衡不同坡位上的水压。

2 茶园滴灌效果

2.1 节约用水：由于滴灌时水是通过滴管带小孔眼从茶树根颈部慢慢地渗入土壤，所以不仅不会出现地表径流，而且地表的蒸发量也大大减小。根据林场实际旱情，需在每年3月下旬和8月初两次启动设备抗旱，总用水量分别约为285t和349t，每亩次用水为30～35t，与喷灌相比，可节约2/3的用水量。

2.2 保持土壤好的物理性状：滴灌可以减少土壤板结，减少地表径流和避免表面肥土流失，又由于滴入土壤的水是通过土壤毛细管下渗的，所以入土深且广，利于茶树根系的吸收。这样，为茶树的生长发育提供了良好的立地条件。

2.3 增产幅度大：进行滴灌的10亩茶园中，由于及时解除了旱情，催芽肥或基肥可充分发挥肥效，增加了茶树有机质的积累，促进了茶芽萌发和新梢生长，从而提高了茶叶的产量和质量。如1999年春季，亩产宝华玉笋茶3.45kg，较1998年同期（还未建有滴灌设施）增产43.75%，亩增值2100元，产生了较好的经济效益。

2.4 投资少，见效快：滴灌设施每亩费用为875元，而启用后第1年春茶就每亩增值2100元，是设施投入的2.4倍。

3 茶园滴灌系统组成

3.1 过滤器系统：过滤器内装有两层网钢比过滤筛，滤除水中苔藓、杂物等，是保持水质清洁，防止滴头和毛管堵塞，使滴灌系统正常运行的重要部件，调节闸阀主要是用以控制和调节流量、压力，使毛管与滴头保持适当的压力。

3.2 输水的干管、支管，一般用高压聚乙烯或聚氯烯制成。直径25-80毫米，毛管一般用高压聚氯乙烯加炭黑制成。直径10毫米左右。

3.3 滴头：滴头是滴灌系统中的主要组成部分之一，滴头的构造和性能优劣，关系到灌水质量，也直接影响作物的产量。目前国产的滴头有螺帽式、双壁毛管式、龟型和空心发丝等形式，其中空心发丝式滴冰设备简单，使用较方便。

4 设计思路

4.1 灌溉设计基本参数

茶园套种作物的设计基本参数，应对所涉及的各类作物进行耗水强度分析，因为不同的作物，作物系数与遮荫系数不同，其耗水强度是不同的，不能像单一作物那样，一个条田只有一种耗水强度。 其次，茶园套种作物湿润比也应逐个分析，不同的作物株行距不同，所选择用的滴灌带的型号不同、湿润比不同。

最后，可计算出条田内各种作物的灌溉时间、灌溉周期均不相同，这成为设计中的一个难点，也是要最终解决的问题。

4.2 灌灌系统的选型

一个灌溉系统同时灌溉两种上作物，难点在两种作物有不同的灌溉需水期，存在以下两种可能性：在灌溉一种作物时，另一种作物可能不需要灌溉；两种作物同时灌溉。在灌溉系统上进行比较与选择，灌溉茶园套种作物可以选择干管+支管+辅管的方式，干管+两条支管的方式。现就这两种方式进行简要介绍：干管+支管+辅管的方式，由一条分干管控制几条支管，由一条支管控制几条辅管，每条辅管控制不同的作物。干管+两条支管的方式，由一条干管控制两条支管，每条支管灌溉不同的作物。两种方式各有优缺点：干管+支管+辅管优点是流量分散，系统总的流量与扬程较小，动力成本费用较低，缺点是田间控制阀门较多，灌溉时所需人工较多，维修成本大。干管+两条支管的灌溉方式优点是开启阀门少，所需人工少，维修成本低，缺点是系统总的流量与扬程较大，动力成本费用较高，一次性投资大。通过比较，在灌溉茶园套种作物的情况下使用干管+两条支管的灌溉方式，对系统整个运行管理较为方便。

4.3 灌溉制度

在工程设计过程中，茶园套种作物的灌溉制度需按种植的作物编制多种灌溉制度表，每种作物制作一个灌溉制度表，灌溉制度的编制对系统的流量有较大的影响。也为管网流量设计提供依据。

5 针式灌溉系统的设计与研发

针式滴灌节水灌溉系统在设计时要遵循以下几种原则[5]：要满足节水、节能和节约劳动力的要求；要满足农产品成长需要的水分；要便于操作，满足当地农耕实际要求；在满足当地农作物灌溉要求的同时，不能产生新型病虫害；要尽可能考虑加装施肥和喷药装置；要尽量降低工程建设造价。

针式滴灌系统的主要包括以下步骤：

（1）在进行针式滴灌系统的设计前，要先收集完成系统设计所需的信息，如：地形信息、土壤信息、水源信息、保护地种植信息等。

（2）合理分析灌溉区域农作物的种类、种植制度和季节、水源状况等，建造能够满足当地农业持续发展要求的灌溉工程。

（3）在针式滴灌系统中，其管道可分为三级：毛管、支管和干管。为减小管道的长度和水头损失，这三级管道应尽量以垂直的方式布置。

（4）拟定针式节水灌溉制度，包括一条毛管可控的灌溉面积、轮灌区数模以及灌水定额、周期、延续时间等内容。

（5）计算滴灌面积。当灌溉水源充足时，针式滴灌的面积由管道的输水能力决定。当水源流量不满足灌溉区域需要时，灌溉面积为

A=nfN

N=Q/Q毛

其中，A代表滴灌系统的灌溉面积（m2）；n为毛灌的数量，f为单条毛管的灌溉面积（m2），N为轮灌组的数量，Q为灌溉水源的流量（L/h），Q毛单条毛灌的输水流量（L/h）。

6 实验结果与分析

为验证本文中所提出针式滴灌节水灌溉技术的性能，分别从蔬菜滴灌实验、果树滴灌实验和食用菌滴灌实验来进行分析研究。

6.1 实验系统配置

本文所设计的针式滴灌技术，是在滴灌系统基础上，引入医用“仿一次性输液器”的工作原理设计而成的。该针式滴灌节水系统由贮液设备和滴液设备两部分组成。贮液设备包括贮液桶、支架、阀门、主管道、上液口和下液口，主要完成灌溉水的储存和运输功能，其中，贮液桶是本系统的核心设备，其工作原理与医用输液瓶相类似。滴液设备由支管和仿一次性输液器滴头组成，是本系统的关键设备，可以通过调整支管上的手动滚轮开关和滴头的形状，达到控制滴灌速度的目的。

图1 仿一次性输液器滴头示意图

在使用时，要保证水源的清洁度、悬浮物的数量和酸碱度。若固定使用该系统，可以采用固定的加水管道。若经常移动该系统，则采用软管将水加入至贮液桶。贮液桶内加水量、肥料中药物的种类和数量都需要由滴灌测量来确定。长久使用后，贮液桶需要清洗才可重新使用，支管和滴头需要更换才能使用。

6.2 蔬菜对比实验

在对比实验中，选用三种灌溉技术对蔬菜进行栽培：沟灌、滴灌带膜下滴灌和针式滴灌。分别从不同的灌溉技术对自然环境、土壤性状、产量和质量特性的影响进行分析，以区分三种灌溉技术的特点。

表1 不同灌溉方式下蔬菜的综合产值对比

图2 不同灌溉方式下蔬菜纯收益(元)和增长率(%)

如表1所示实验结果证明，针式滴灌灌溉方法能将蔬菜产量提高21.8%。如图2所示，若考虑农业生产总投入资金，则针式滴灌灌溉能提高纯收益率30.2%。此外，滴灌灌溉的方式能节约大量农业用水，提高肥料的利用率，并且能有效改善土壤性状，降低蔬菜病虫害发生率，明显提高蔬菜产品的产量和价值，具有很高的经济效益。而针式滴灌技术能精准控制灌溉量和灌溉面积，造价又比滴灌带膜下滴灌系统要低，具有更好的综合经济效益，具有很高的大面积推广价值。

6.3 果树对比实验

果树生长需水量大，传统种植方式是在干旱缺雨时期进行浇灌，保证果树生长需要。本文实验中，通过浇灌和针式滴灌的对比实验，以验证本文所设计的针式滴灌系统的性能和推广价值。

表2 不同灌溉方式下果树的综合产值对比

图3 不同灌溉方式下果树纯收益(元)和增长率(%)

如表2和图3所示实验结果证明，相较于无灌溉培养方式，针式滴灌灌溉方法能将果树产量和纯收益分别161.5%和489%。如表2所示，经对比浇灌和针式滴灌所产苹果质量，滴灌区所产苹果颜色鲜艳，大小更加均匀，平均每亩产量和产值相比较浇灌分别提高44.6%和73.6%。相较于浇灌，针式滴灌所产苹果产量高，质量好，拉开了二者所产苹果的价格，而针式滴灌方式更加节约成本，平均每亩的纯收益增长率比漫灌提高86.7%。此外，因针式滴灌系统的结构简单，拆装方便，其应用范围不再局限于固定场所，可根据需要移动使用。除能满足大规模种植滴灌灌溉要求外，针式滴灌系统设备单元小，也适合小规模使用。对于稀值类果树，针式滴灌方式也是最佳选择。

6.4 食用菌对比实验

目前，食用菌的主流生产技术是太空包法，但该方法存在种植中后期缺水干包的问题。本文中，通过和传统浸泡法、覆土法的对比实验，为太空包法后期补水问题找到最佳解决方法。

该对比实验选择平菇作为实验对象，分别使用浸泡法、覆土法和针式滴灌法对5000kg平菇进行实验，最后统计三种方法的资金总投额、总产量和产值。

表3 不同补水方式下平菇综合产值对比

图4 不同补水方式下平菇产量(kg)和增长率(%)

相较于传统浸泡法和覆土法，针式节水滴灌技术不仅能满足栽培后期对水的需要，节省大量淡水资源，更能降低劳动强度，改善食用菌商品性状。如表3和图4所示结果表明，针式滴灌节水灌溉技术能使食用菌产量提高50%，产值提高57.8%，纯收益增长率提高55.1%。此外，针式滴灌技术供水均匀，补充食用菌在生长所需营养，不易产生菌丝受损、受淹和缺水现象，是一种十分成熟且理想的补水方法。