园林绿化中滴灌水肥一体化技术应用

严英

（华艺生态园林股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

随着社会经济的发展，人们的收入水平不断提高，对居住环境的要求越来越高。但是，随着城市园林绿化程度的增加，人们的居住绿化却由于技术不足、土层浅薄而没有充足的水肥，绿植生长缓慢，生态环境达不到人们的心理预期。相较于西方发达国家，我国园林绿化对肥料的利用率要低15%～30%[1]。所以，我国绿植水肥的管理仍旧处于高耗低效状态，不符合国家“节能减排”的要求。滴灌水肥一体化技术的应用可以有效解决上述问题。因此，从1970 年开始，我国就在试验水肥一体化技术，到如今，已取得巨大进步，但尚未全面应用但园林绿化养护之中。

1 智能水肥一体化灌溉的原理

滴灌水肥一体化技术是智能化时代的产品，在园林中安装物联网传感器，与由水泵装置、供水管道、滴头喷头共同构成的系统相连接，将其接入中央智能控制中心，形成滴灌一体的智能化系统[2]。物联网传感器对周边环境情况产生全面感知，发现土壤中的环境因子低于绿植生长最佳条件时，信息会反馈给中央控制系统，系统启动水肥输送功能，通过滴灌的方式，给绿植提供充足的水肥。滴灌过程中，中央控制系统会实时接收传感器提供的信息，进行详细的数据分析，调整水肥比例，使灌溉达到最佳状态。传感器测出环境因子符合绿植生长需要后，控制中心就会停止输送水肥，自动关闭阀门和水泵。

2 智能水肥一体化灌溉设备的优点

2.1 节约城市用水

近些年，城市绿化成为每个地方最主要的市政工程之一，园林绿植的养护需水量呈逐年递增的趋势。我国属于贫水国家，城市用水匮乏仍旧是制约城市发展的根本因素之一，随着园林绿植养护需水量的增加，用水矛盾日益尖锐，节水灌溉是必然之路。应用滴灌水肥一体化技术，城市园林绿植养护用水量会大幅削减，不仅可以节约用水，还能实现节能减排的目标。按照园林绿植对水肥的需求，滴灌水肥一体化技术可以凭借智能化的系统，将水和肥料溶解，形成不同比例的水肥溶液，通过中央控制系统的指令，运输到不同绿植的根系周边，滴灌到土壤之中，方便植物吸收的同时，解决水分蒸发、工作人员失误等问题[3]。滴灌技术可以保证绿植所需水分，其节水性得到业界广泛认可。比如说，在长距离运水过程中，使用滴灌技术，可以保证水资源的最低，节水效果最强。

2.2 水肥同步管理和利用

滴灌水肥一体化技术应用设备的核心要件包括物联网化的传感器和中央控制系统，滴灌设备并不需要多少成本。传感器感应到环境参数变化，结合园林绿植的水肥需求，传输数据给中央控制系统，由系统根据绿植水肥需求，调整浇灌参数，精准控制水肥比例。相关研究表明，相较于普通灌溉或大水漫灌等方式，应用滴灌水肥一体化技术，可以节约30%～40%的水，15%～25%的肥料。在地形崎岖、气候干燥、炎热干旱、水源不足的地区，滴灌技术可以节约50%水资源、25%肥料。

2.3 实现数据信息化指导养护

滴灌水肥一体化技术与云计算、物联网技术的联合应用，可以在园林养护、灌溉、施肥等过程中发挥巨大作用。物联网传感器实时记录绿植生长情况，将数据信息输送给云计算系统，进行精准分析，将绿植生长环境数据化，形成水肥一体化策略，策略信息传送给中央控制系统，系统操控滴灌设备，围着绿植根系滴灌水肥。如今，物联网技术、云计算技术都走向成熟，与人工智能技术相结合，可以迅速搭建有关装置，形成覆盖范围广、可信度高、可控制性强的滴灌系统。

2.4 节省人工成本、提高效率

城市居民小区的绿植养护因人工操作产生多种问题，人们喜欢通过大水漫灌等方式进行养护，容易导致某些区域灌水过多，直接淹没绿植，有些区域没有喷水，导致绿植枯死。水多的区域变成沼泽地，无水区域变成沙化地。这些问题影响绿植养护，增加养护成本。应用滴灌水肥一体化技术，可以对20000m2的绿地进行滴灌，智能滴灌系统的存在，省去了大量人工成本，解决人工浇水的缺陷问题，实现精准灌溉，最大限度节约水资源。

3 滴灌水肥一体化技术应用实例

3.1 A 市自然条件概况

A 市自然条件不算太好，大风、风沙、干旱是常见现象，年蒸发量为2000mm 以上，但是年降水量仅有260mm。综合来看，A 市气候条件较为恶劣，植被生长缓慢，绿植养护难度很大。因此，A 市每年投入园林绿植养护的费用很高。绿植需水量大，当地水资源不丰富，只能投入大量人力、物力、财力，从他处运水，成本太大。应用滴灌水肥一体化技术能有效节约水资源，降低成本。智能滴灌技术的全面推广，有利于建设节约型园林，打造节约型园林城市，改善区域环境。此外，随着智能滴灌技术的应用，绿植养护成本降低，有利于经济发展。

3.2 A 市园林绿化滴灌水肥一体化技术具体应用

3.2.1 应用总体思路

根据A 市自然环境发展情况，结合滴灌水肥一体化技术的优势，设置分区灌溉系统。具体操作如下：①根据行政村的实际，划分种植结构，产生灌溉分区；此外，结合不同分区的地形地势，利用其变化规律，实现自压灌溉。②铺设灌溉管网过程中，有意识地让管道与田间小路、园林绿植带等处于平行状态，为分区灌溉提供便利。③合理避开建筑物，确保管线平直，缩短管线路程，避免起伏点、转折点过多；此外，铺设分区灌溉管道，不得感染油气管道和军用光缆路线。④安装不同装置和设备，在成本允许的前提下，尽可能满足灌溉需求。

3.2.2 应用范围

结合上文叙述的A 市情况来看，其降水量减少，但蒸发量较大，基本无法满足绿植生长的正常需求，而A市的生态公园的绿植养护仍旧以传统灌溉为主，严重浪费水资源，绿植养护效果却不理想，养护成本居高不下。因此，结合A 市绿地建设实际，全面建设滴灌水肥一体化技术应用所需设施，尽可能节约灌溉成本，节约水资源，建设“海绵城市”。A 使绿地建设主要绿植为乔木和灌木，应用滴灌水肥一体化技术，符合当地供水能力的实际，自动控制装置可操作性强，能够合理控制灌溉的水量。结合A 市地形地貌，设计滴灌水肥一体化所需工程体系，灌溉系统流程如图1 所示。

图1 灌溉系统流程

3.2.3 枢纽工程

建设滴灌水肥一体化工程过程中，要注意不同设备的安装和连接[4]。一般来说，在泵房内的设备包括加压设备、过滤设备、施肥设备。其他设备不放在泵房内，根据实际需要，安装在不同地方。不同设备的设置具体如下所示。

（1）加压设备。根据灌溉工程所在地的地形地貌特征来看，要想应用滴灌水肥一体化技术，就必须根据A 市水源点的特点和流量，设置加压设备，保证水资源的吸入和排出都能满足用水需求。设置加压设备，离心泵是不可或缺的组成部分，安装后，其电动机会带动叶轮，在高速旋转过程中，水源会产生离心力，进入侧流道，排出泵外。

（2）过滤设备。综合来看，园林绿植养护用水来源较为复杂，很多水源中的杂质太多，必须进行过滤处理，才能应用滴灌水肥一体化技术灌溉。建设灌溉系统时，会在泵房安装过滤设备，用来处理水中杂质，过滤水中的悬浮物、有机物和各类微生物，产生澄澈的清水，确保滴灌系统运行正常。过滤系统可以“捕捉”水中的纤维杂质和软性杂质，过滤各种杂质，如砂子、沉淀物、漂浮物等，水中的泥沙、有机质、浮游生物也能过滤。对A 市的智能滴灌系统而言，选择的过滤器会影响整个灌溉系统的使用寿命和灌溉效果，结合A 市灌溉水源的情况，只有在不同位置安装不同类型的过滤器，才能提高灌溉系统使用寿命。例如，将介质过滤器和自动反冲式叠片过滤器组合在一起。

（3）施肥设施。滴灌水肥一体化的前提在于肥料有效溶于水中，所以，选用的肥料应当是完全可溶且相互影响较小的，避免肥料溶于水时，影响水的pH。此外，肥料的腐蚀性要保持最低水准，避免对灌溉系统的管道产生不良行为；使用多种肥料组合的，应当根据肥料主要成分，判断彼此之间的兼容性。

（4）测量设备。该设备体系中，要重点关注水表记录器，对其进行全面密封，避免水雾引起锈蚀；水表安装要根据具体位置，进行水平安装或垂直安装；同时，为避免外界因素和内部因素导致水表锈蚀，可在水表表面涂抹防锈层。同时，为了保证计算机精准控制滴灌，还要在水表中安装电子控制装置。

3.2.4 输配水工程

输配工程是在智能滴灌系统的起始位置与田间工程设置输配水管道，设置各种阀门、组件。因此，要根据不同区域的地形地貌来布置干管，选择不同性能的管材（考虑的因素包括管材的使用寿命、工程的造价成本、供货的方便性等）。根据A 市的实际，最终选择管径为De110～250mm 的HDPE 管作为干管管材，其可以承受的压力达到1.0MPa，符合要求。

3.2.5 田间工程

田间工程由田间阀门、滴灌管、支管道、配套组件一同构成，存储在输配管道内的水通过田间首部的阀门，进入支管道，由中央系统根据绿植的缺水情况，控制喷水喷头，将水肥喷洒到绿地上，实现合理滴灌[5]。①田间阀门由逆止阀、空气阀门、电磁调压自动阀构成，不同田间阀门可以调节不同水压，满足灌溉对水量的要求。②支管道指的是田间阀门组与滴灌喷头之间的连接管道，根据需要，结合滴灌的流速要求和喷头的压力指数，布置不同长度的支管道。用Irricad 设计软件来计算水力，对喷头的高程变化进行分析，了解压力情况，保证全部喷头的压力都在可控范围内。第三滴灌管及相关组件的设置；布置滴灌管时，一定要选择合适的位置。根据A 市的地形地貌，绿植的特点，设置滴灌管线，但要注意A 市水源所在地，尽可能减小管道铺设距离，节约成本。综合考虑，选择型号为DRIPNETPC16010的滴灌管线。此外，施工区域以沙壤土为主，绿植间距为2.0m×1.5m，铺设滴灌管需要考虑这个因素，滴灌管参数如表1 所示。

表1 绿化滴灌水肥一体化技术滴灌管参数参考

喷灌喷头作为绿植滴灌系统不可或缺的组成部分，主要分为摇臂式、折射式和全射流喷头，结合A 市自然气候条件、环境情况、园林绿植养护特性，推荐喷头参数如表2 所示。

表2 绿化滴灌水肥一体化技术喷头参数参考

4 结语

应用滴灌水肥一体化技术，以物联网为依托，综合使用云计算技术、计算机自动控制技术，建设智能化中央控制系统，通过滴灌的方式，将水肥混合物定量、均匀地喷洒在园林绿植根系周围，不仅可以给绿植提供充足的水分，还能增强水肥使用效率，节约水资源和资金成本。随着科技的发展，绿植养护将会全面实现信息化和自动化，我国环境质量也会因此大幅提升。但是，滴灌水肥一体化技术相关的设备或多或少都有缺陷，仍旧需要持续改进。在不久的将来，园林绿植养护信息化设备和自动化设备将会更加先进，走向可持续发展的道路。