我國是一個極度缺水的國家，已被列入全世界人均水資源13個貧水國家之一，而且分布不均，大量淡水資源集中在南方，北方淡水資源只有南方水資源的1／4。據(jù)統(tǒng)計，全國600多個城市中有一半以上城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更為嚴(yán)重。目前我國城市供水以地表水或地下水為主，或者兩種水源混合使用，有些城市因地下水過度開采，造成地下水位下降，有的城市形成了幾百平方公里的大漏斗，使海水倒灌數(shù)十公里。由于工業(yè)廢水的肆意排放，導(dǎo)致80％以上的地表水、地下水被污染。

        面對如此嚴(yán)峻的形式，國家采取各種政策措施提倡和發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)。目前應(yīng)用最廣也是最為大家所知便是滴灌節(jié)水技術(shù)。滴灌是目前世界上先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，比管道灌溉節(jié)水55%，比漫灌節(jié)水80%。但是本文要介紹的痕量灌溉卻比滴灌還要節(jié)水40%~60%。?

 

痕量灌溉的技術(shù)原理?

 

        痕量灌溉是指在滿足植物水分需求的前提下，通過特制的控水頭，將低壓水轉(zhuǎn)化成極細(xì)小的水流，以極其微小的速度（1～200mL/h），均勻、不間斷地直接輸送到植物根系附近的土壤。我們通常所講的常量灌溉是按噸每小時計算的，微量灌溉是按升每小時計算的，而痕量灌溉則是按毫升每小時計算的。          ?

 

        痕量灌溉是依據(jù)土壤毛細(xì)管作用原理，結(jié)合現(xiàn)代膜過濾技術(shù)而研發(fā)的一種新型節(jié)水灌溉技術(shù)。它以土壤毛細(xì)力為基礎(chǔ)力，以極其微小的速率直接將水或營養(yǎng)液輸送到植物根系附近，均勻、適量、連續(xù)濕潤植物根層土壤，為植物長久供水。          ?

 

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        控水頭是痕量灌溉技術(shù)的核心部件?？厮^腔中安裝濾膜，出水口處是很多根毛細(xì)管構(gòu)成的毛細(xì)頭。控水頭實(shí)現(xiàn)了適量、均勻、連續(xù)不間斷地向植物供水的目標(biāo)。

       當(dāng)控水頭出水口的毛細(xì)管與土壤接觸時，控水頭中的水會被土壤中的毛細(xì)孔隙自動抽出，在控水頭內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的抽水力，迫使進(jìn)水口處的水通過濾膜后流入控水頭出水口的毛細(xì)管中，并再次被土壤吸走。水分進(jìn)入土壤后，除了毛細(xì)管力外，還受到重力和土粒中范德華力的作用，這些為水分移動提供了動力。植物根系吸收水分，根系周圍的土壤中水分減少，控水頭出水口附近較濕潤土壤中的水分在土壤毛細(xì)力、重力和范德華力的作用下擴(kuò)散到根系周圍土壤中，并最終經(jīng)由根毛區(qū)表皮細(xì)胞被植物吸收。?

 

控水頭如何防堵

       通過設(shè)置合理的濾膜與出水口毛細(xì)管頭面積比，降低濾膜的透水流速。當(dāng)面積比超過臨界值后，濾膜幾乎無法堵塞。在濾膜阻擋下的雜質(zhì)會稀松地堆砌在濾膜表面，不僅不會阻擋緩速的水流，反而會變成一層層新濾膜。更大顆粒的雜質(zhì)由于濾膜微孔過小，也無法堵塞濾膜。尤其是在管道灌溉中使用的普泉控水頭，其濾膜攔截的雜質(zhì)會受到來自管道中動蕩水流的攪擾，雜質(zhì)無法附著在濾膜上，成功避免了物理性堵塞。輸配水管網(wǎng)淺埋于地下后，管道內(nèi)外溫度相對恒定，進(jìn)而有效避免了灌溉水質(zhì)相對較硬時，化學(xué)物質(zhì)結(jié)晶析出而附著在管道內(nèi)壁，堵塞控水頭這一現(xiàn)象的發(fā)生

        同時，輸配水管網(wǎng)淺埋于地表下，處于黑暗不見光狀態(tài)，故難以為藻類及其他微生物創(chuàng)造適宜生存環(huán)境，有效避免了此類型生物性堵塞問題的發(fā)生。

        根系會向控水頭生長，但控水頭的出口處是由很多根并列在一起的表面能強(qiáng)大的納米材料填充而成，且間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于植物根系直徑，從而完全杜絕了植物根系伸入出水口引起的堵塞。管路在負(fù)壓存在的情況下可以依靠控水頭繼續(xù)正常抽水運(yùn)行而不發(fā)生水分倒吸。?

 

技術(shù)特點(diǎn)?

 

       痕量灌溉具有高效節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)能等環(huán)境友好的特性。痕灌管埋在地下，水分只濕潤作物根系附近土壤，避免了深層滲漏；隨水使用的肥料保留在土壤中或者直接被植物吸收。研究表明，痕量灌溉可比滴灌節(jié)水40%-60%，省肥20%-30%。痕量灌溉系統(tǒng)可以在無電的低壓條件下工作，與滴灌相比，節(jié)省了能源。?

 

      水質(zhì)適應(yīng)性廣。滴灌對水質(zhì)要求較高。當(dāng)水質(zhì)不良，尤其是含有泥沙、化學(xué)沉積物等時，即使安裝首部過濾裝置也無法從根本上解決堵塞問題，不僅增加了系統(tǒng)成本，也極大地限制了滴灌技術(shù)的使用范圍。痕量灌溉依靠控水頭特有的膜過濾方式保證控水頭穩(wěn)定工作不堵塞，因此水質(zhì)的適應(yīng)性更廣。?

 

     適用范圍廣。水源和電力條件是某一區(qū)域能否實(shí)施灌溉和采取何種灌溉技術(shù)的影響因素。微灌需要大容量的水源和持續(xù)電力，特別是過濾和壓力裝置的使用更離不開電力。痕量灌溉依靠控水頭獨(dú)有的痕灌膜結(jié)合毛細(xì)管束結(jié)構(gòu)，自動完成抽水和過濾，因此對水源的適應(yīng)性更加廣泛，即使在無電力供給的地區(qū)同樣可以出色完成灌溉任務(wù)；痕量灌溉管材輕便、結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)容易，能適應(yīng)各種復(fù)雜地形。對于入滲率很低的緊實(shí)土壤，可選擇小流量的控水頭，對于保水力差的沙土，可選用大流量的控水頭；除了能適應(yīng)干旱地區(qū)和保護(hù)地栽培外，還可廣泛用于垂直綠化、屋頂綠化、取水不便地區(qū)的生態(tài)改良和防沙治沙等方面。

       結(jié)構(gòu)簡單，方便維護(hù)。痕量灌溉系統(tǒng)構(gòu)成簡單，只需要一個貯水器，用管道將其與控水頭聯(lián)為一體，系統(tǒng)就會自動工作；痕量灌溉系統(tǒng)流量低，可進(jìn)行長距離鋪設(shè)，在保證良好灌溉均勻度的前提下，痕灌管的最大鋪設(shè)長度可達(dá)500-600米，地埋毛管可使用5-10年，節(jié)約了干、支管道的使用量，減少了系統(tǒng)的投資；痕灌管不易堵塞且機(jī)械拉伸力強(qiáng)，能多年使用；由于控水頭的流量小，水壓低，管材的損傷小，維護(hù)的工作量很小；單眼機(jī)井控制面積增加，既緩解了水資源緊缺的壓力，也減少了打井的數(shù)量，節(jié)省投資。但是現(xiàn)在痕量灌溉管生產(chǎn)是半機(jī)械化，生產(chǎn)規(guī)模不大，目前價格較高，痕量灌溉管每米造價5～6元（滴灌帶0.2～1.0元/米），畝投資是2000～3000元（果樹）、4000～5000元（溫室），而滴灌畝投資為600～1000元。?

 

推廣應(yīng)用?

 

        目前痕量灌溉技術(shù)在西北（新疆、內(nèi)蒙古）、西南（廣西）、中部（河南、山西）及華北（北京）等地區(qū)痕量灌溉受到了廣泛的關(guān)注，已與當(dāng)?shù)卣推髽I(yè)合作，完成了包括農(nóng)業(yè)（甘蔗、溫室、果樹）、荒漠治理、城市造林、空間綠化等在內(nèi)的多種領(lǐng)域示范。   ?

 

        經(jīng)過實(shí)踐表明，痕量灌溉田間耗水量減少。青花菜痕量灌溉的田間耗水量比滴灌減少53立方米每畝，即節(jié)水56.2%，球莖茴香痕量灌溉的田間耗水量比滴灌減少42.5立方米每畝，即節(jié)水49.7%。痕量灌溉條件下作物產(chǎn)量穩(wěn)定，水分利用效率顯著增加。痕量灌溉條件下青花菜、球莖茴香的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與滴差異不顯著，但水分利用率比滴灌增加顯著，青花菜增加13.3千克每立方米（水），球莖茴香增加30.7千克每立方米（水）。痕量灌溉利于作物根系發(fā)育。由于痕量灌溉是地下供水且供水速度緩慢，尤其在冬季灌溉時可使到達(dá)植物根系的水分溫度維持在一個更適宜植物根系生長發(fā)育的范圍之內(nèi)，可有效避免低溫對根系的不利刺激，促進(jìn)做根系發(fā)育，從而有利于根系對水分和養(yǎng)分的吸收，改善了作物品質(zhì)，提高了作物產(chǎn)量。?

 

        痕量灌溉的田間生產(chǎn)示范效果良好，以滴灌對照，其節(jié)水效率為43%～58%，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增幅為0～14%，水分利用率增幅為80%～173.2%，省工36.4%～57.9%。