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农业渗灌技术进展与应用

 2021-08-13 07:23  来源:杂志社网 

  摘要:渗灌技术属于微灌的一种,需要先在地下铺设好渗灌管,灌溉水源通过管道直接送入作物根系土壤,通过解决地表水蒸发和喷射造成的水土流失等问题以及带来疏松土壤,减少污染、促进作物生长,是一项低成本、高收益、环保便捷的新型节水灌溉技术。渗灌对土壤有很强的保护性,可防止土壤表面因为缺乏有机质或水分蒸发而引起板结,为农作物带来良好的水分供给。渗灌通过土壤的毛细作用进入根系,有效解决了蒸发的问题,提高了利用率,起到了节能减排的作用。


  关键词:渗灌技术;灌溉深度;灌水量与灌水间隔;经济效益


农业渗灌技术进展与应用

农业渗灌技术进展与应用


  灌溉能为农田提供水分,灌溉的数量和效率对农田水分调节起到极其重要的作用。而渗灌能有效地缓解水资源短缺、土地荒漠化、盐碱地改良,还能用于城市地面绿化,解决城市内涝等问题,因而未来前景十分广阔。渗灌技术属于微灌的一种,需要先在地下铺设好渗灌管,灌溉水源通过管道直接送入作物根系土壤,通过解决地表水蒸发和喷射造成的水土流失等问题以及带来疏松土壤,减少污染、促进作物生长,是一项低成本、高收益、环保便捷的新型节水灌溉技术。但同时也存在诸如管道堵塞、后期维修困难等问题[1]。目前,我国渗灌技术还只在少部分地区推广使用,主要制约因素为国内渗灌技术还不是很成熟,存在不同地区土壤环境不同、施工复杂、管理维修较为困难等问题,在理论研究与实地使用都仍需要继续完善。


  1国内现状


  我国正处于快速发展阶段,国家对“三农”十分重视,而农业水利灌溉技术对农业技术的发展与应用具有积极的正向促进作用。有学者提出,在农业生产过程中,一些诸如劳动力、资本的投入要素之间存在着相互替代或互补的关系,这些能够在农业灌溉设施中很好地体现,农业灌溉对提升农业生产中这些投入要素的边际产出有很好的促进作用[2]。这些因素促使水利灌溉工程成为农业生产中的重要组成部分。在传统的农田灌溉方式中,喷灌、漫灌一直是主流的农田灌溉方式,但以往的灌溉方式水资源无法有效地流到植物根部,而是通过地表蒸发、土壤下渗等作用渗到植物根部,利用率很低,且浪费严重,导致农田灌溉利用率仅为43%,灌溉效率相比于发达国家落后。由于科学、高效、节约用水的特点,渗灌已经得到了广泛的研究与应用,极大地提高了水资源利用率,但是目前我国灌溉系统还不够成熟,地下渗透管道受泥沙影响容易堵塞、管理维修困难、埋藏深度需同本地主栽作物相匹配等条件限制[3],因而渗灌在我国的全面推广还面临不少难题,需要社会全方位的协调推进。


  2渗灌技术


  渗灌是通过将渗水管道埋藏在一定深度地下,将灌溉水从土壤灌水方法,是一种新型农业智能灌溉技术[4]。一个简易渗灌系统,只需包含水源、输水管、支管和渗灌管等即可[5]。渗灌根据水流出流方式的不同,可以分为点式和线式两种形式。点式就是用在管道内设置不透水的毛细管,通过灌水器输水,借此通过毛细作用缓慢渗入附近土壤[3]。线式是则是直接由埋藏在地下的管道利用管道的扬程进行直接供水灌溉,这种渗水管又分为多孔管和微孔管两种。多孔管是在管壁上打很多小孔,使水源从孔缝中流出;微孔渗灌所采用的微孔渗灌管是用特殊的材料(废旧轮胎回收的橡胶、塑料等)拉成的管道,管壁上有无数泡沫状的微孔,当管内充水时就会逐渐像出汗一样渗出,将微孔管埋在土壤中,可依赖土壤毛细作用给作物根系供水。


  3渗灌效果的影响因素


  3.1灌溉深度


  作物每次的灌溉深度要控制在一定范围内。深度过深,则无法为根系提供足够的水分;深度过浅,则造成水资源浪费。关小康等[6]通过试验发现在进行地下灌溉时,管道埋藏深度为30cm时夏玉米的株高、整齐度较高,单株的干物质也得到较好的积累。肯吉古丽•苏力旦等[7]通过研究得出,葡萄生长情况受到不同灌溉深度的影响,渗灌深度为30cm时,对温室葡萄的生长最有利。


  3.2灌水量与灌水间隔


  作物每次灌水量不能超过一定的数额,灌水量过大作物无法吸收,容易引起水资源浪费,还会使土壤保持较高的含水量,使毛细作用减弱,渗灌效益减弱。通过对灌水量和灌水间隔合理组合才能达到最好效果。有研究表明[8]:在保护地栽培中,一般对果菜类作物的灌水间隔在6天~8天比较合适,而对于叶菜类作物则需要每4天~6天灌1次水。每667m2对应160m3~200m3灌水量时作物收益更好,利用率更高。


  4渗灌的积极效益


  4.1渗灌的环境效益


  渗灌对土壤有很强的保护性,可防止土壤表面因为缺乏有机质或水分蒸发而引起板结,为农作物带来良好的水分供给[9]。渗灌通过土壤的毛细作用进入根系,有效解决了蒸发的问题,提高了利用率,起到节能减排的作用[10]。渗灌管埋在地下,为农业与交通提供便利,还能使管道处于恒定的状态,免受外界温度、风化、光照等因素影响,从而获得更长的使用期限。有研究表明[11]:在高温干旱地区将渗灌管道埋于地下能有效减少水分损失,提高水分利用效率。渗灌技术应用得当还可改善土壤环境,促进作物生长,有效提高作物产量,对我国水资源节约与保护,特别是新疆等干旱地区有很重要的意义。水分贮存在深层,能起到节水保墒的作用[12]。渗灌为实现节水增效、减排降耗、减少白色污染、农田生态可持续发展提供了条件。


  4.2渗灌的经济效益


  渗灌技术相比于传统灌溉增产效果非常明显,不仅能提高资源利用率,同时也解决了传统灌溉费时费力效率低的问题,提高了农作物的产量与质量,增强了市场竞争力。巴特尔等[13]人通过渗灌的经济效益分析发现,渗灌前期一次性成本高,但在同等折旧年限下,净效益比喷灌多10.9%,是更经济合理的方式,这与李永伟等[14]的研究结果相同。焦继红[15]通过对比得出,呼图壁县膜下渗灌技术与小畦沟灌相比,每亩可增收179.5元。


  5存在的问题


  5.1国内渗灌技术不够成熟


  当前,国内渗灌技术大多局限于理论研究和栽培示范,特别是面对极端干旱区独特气候条件,以及大面积生产的时候更加难以实现。还需进一步加强完善,且自动化、智能化渗灌技术极为欠缺,几乎全部依靠进口。


  5.2渗灌设备急需本地化


  在安装设备之前,需要对当地的作物与土壤充分研究开发,并进行本地化转化,让渗灌系统同本地主栽作物相匹配,同本地土壤、水质类型相匹配。不同的作物所需的含水率不同,作物在不同时期消耗的水量、需要的水量等,都是灌溉时要考虑的内容。只有选择适宜的肥料,确定合适的流量以及渗灌系统的各技术要素,才能保证作物顺利生长。


  5.3设备成本及维修困难


  渗灌设备一次性投入较高,比如前期铺设与后期管护更换问题。渗灌系统施工技术复杂,成本高,后期维修困难,加上灌溉管都埋设在土壤层以下,占用的耕地面积相对较大,不适合大田机械化作业[16]。渗灌系统在使用过程中还有可能遇到被啃噬、虫蛀破坏、泥沙倒吸堵塞管道等其他潜在问题,只有解决地下灌溉管道破裂、堵塞、成本高的问题,节水灌溉技术才能真正得到推广落实。


  6展望


  由于我国水资源短缺,利用率低,所以渗灌的推广与应用十分重要。近年来,国家对水资源问题越来越重视,专家学者关于渗灌的研究越来越多,有力促进了渗灌灌溉的发展。但是,从长远来看,渗灌技术在我国仍然面临着不少问题,需要从理论技术、施工与维修,材料应用等多方面,构建完善可行的方案,推动渗灌技术的发展。1)用先进的渗灌技术取代传统喷灌、漫灌等灌溉方式。水资源短缺与利用率低的问题,是我国要长期面临的问题。因此,应致力于研究开发少损耗、低成本、高利用率、实用性强的渗灌设备。2)加快灌溉产品本地化。结合各地区情况,因地制宜,积极开展本地化转化,力求相关设备能够国产,降低设备材料成本,规范栽培使用技术。在实地成果转化过程中,努力实现按照农作物的需水要求进行灌溉,切实提高农田灌溉水资源利用率。3)加强渗灌的普及与推广。加强对渗透灌溉宣传力度,普及渗灌知识,提高人们对“三农”重视力度,不断提高农民对渗灌的理解以及操作能力。同时要理论联系实际,加强灌溉产品的实际应用。


  参考文献:


  [1]刘煜祥,翟娅萍,张以和,等.渗灌技术在吐鲁番推广应用前景探讨[J].西北园艺(果树),2018(5):9-10.


  [2]栾健,韩一军.农田灌溉设施的全要素生产率增长效应[J].华南农业大学学报(社会科学版),2020,19(3):84-93.


  [3]钱晓辉,孟德财,李茂林.试述农业节水灌溉中的渗灌技术[J].农机化研究,2000(4):72-73.


  [4]方芳.蔬菜种植节水灌溉技术试验对比分析[J].水利科学与寒区工程,2020,3(3):12-15.


  [5]王山.渗灌技术在农业生产中的应用[J].江西农业,2017(17):71.


  [6]关小康,杨明达,白田田,等.适宜深播提高地下滴灌夏玉米出苗率促进苗期生长[J].农业工程学报,2016,32(13):75-80.


  [7]肯吉古丽•苏力旦,袁森.不同渗灌深度对设施葡萄种植的影响[J].中国果菜,2020,40(11):55-58.


  [8]申鹤.国内节水灌溉的发展趋势分析[J].科技创新与应用,2014(11):142.


  [9]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(5):66-69.


  [10]陈亨曼,吕海杰.渗灌技术的现状分析及发展措施[J].农机使用与维修,2005(5):14-15.


  [11]蔡耀辉,吴普特,张林,等.微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比[J].农业机械学报,2017,48(4):242-249.


  [12]周和平,赵经华,张娜,等.渗墒灌溉节水降耗应用试验[J].中国科学:技术科学,2019,49(1):76-86.


  [13]巴特尔•巴克,郑大玮,宋秉彝,等.渗灌节水技术及其经济效益浅析[J].节水灌溉,2005(2):8-10.


  [14]李永伟,娄宝明.渗灌节水技术及其经济效益研究[J].河南水利与南水北调,2009(2):34-35.


  [15]焦继红.膜下深层渗灌技术与小畦沟灌效益对比[J].农机科技推广,2015(4):38+40.


  [16]李文俊.节水灌溉技术研究进展[J].农家参谋,2021(1):187-188.


  作者:秦昌旭


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