四川省农业科学院
新型微润灌溉系统在辽西地区的推广与应用
来源:<<水利科技与经济>>2013-5发布单位:信息所 发布时间:2016/1/13已阅览:747次

  引  言

本文介绍的新型微润灌溉技术是辽宁省水科院自主研发的新型节水型灌溉系统,该项技术以其节水增产、低能耗低成本、易清除堵塞、适应性强等优点,在全省范围内得到了广泛的应用,获得了良好的经济效益、社会效益和生态效益。

2  新型微润灌溉系统简介

辽宁省水科院早在2006年就开始了新型微润灌溉技术的研发,并在中试过程中不断完善,形成了系列化的吸力式微润灌水器产品,在前两代产品的基础上,第三代吸力式微润灌水器的生产工艺、灌水均匀度、清除堵塞等方面都有了较大的改进和完善。

2.1  新型微润灌溉系统工作原理

新型微润灌溉系统依靠吸力式微润灌水器特殊材质的导水芯的毛细浸润作用,在水压较低的条件下,向作物根部土体导水,以满足作物生长需求。其设计的主导思想是通过延长灌水时问,降低灌水强度,更加有效地防止土体深层重力渗漏和田间蒸发,增加作物对灌溉水分的吸收利用率,并可以有效处理灌水器物理堵塞和化学堵塞。

该灌水器突破传统压力式灌溉理念,创造性提土壤自吸式主动灌溉新理念,形成了发明专利技术。将传统的被动式灌溉与主动灌溉理念相结合,继承了传统滴灌带省水、保持地温的优点,减少灌溉过程中的无效蒸发和深层渗漏,实现了作物按需供水,减少水资源无效消耗,从根本上节约了灌溉水资源量。

2.2新型微润灌溉系统的优点

新型微润灌溉系统本身具有节水节能、省工、灌溉均匀、使用寿命长等特点,该项技术的研究与推广应用对于提高农业水资源利用效率,节约农业灌溉水资源,促进区域农业经济发展,保护农村生态环境等方面都具有重要意义。新型微润灌溉系统具有以下优点:

1)节水节能。微润灌吸力式灌水器通过毛细浸润作用湿润作物根系活动层的部分土壤,避免了灌溉水的田间蒸发和重力水的无效渗漏,田间水的利用率可达90%以上。由于利用了毛细浸润作用,微润灌水器在2 m的工作压力下便可正常进行灌溉,降低了能耗。

2)灌溉均匀且易清除堵塞。新型微润灌溉技术能够做到有效地控制灌水器的出水流量,灌水均匀度高,可达90%。同时,由于灌水器的特殊结构,对于物理堵塞和化学堵塞,可方便地通过来回提拉导水芯有效清除。

3)省工。微润灌溉是管网供水,操作方便,便于自动控制,明显节省灌溉劳力;微润灌溉是局部灌溉,大部分地表保持干燥,减少了杂草的生长,也就减少了用于除草的劳力和除草剂费用;肥料和药剂可通过微润灌管路与灌溉水一起直接施到根系附近的土壤中,不需人工作业。

4)使用寿命长。目前,大棚和膜下滴灌使用的多为简易喷、滴灌带,其使用寿命仅为1 a。而微润灌溉管路在材质和防老化方面进行了特殊处理,其使用寿命可延长至3-5a。

5)适应性强。微润灌采用超低压力管道将水输送到每棵作物的根部附近,在各种地形、不同土壤均可有效工作,而且可用于大田作物灌溉,特别适合用于大棚蔬菜和花卉、果园以及林地灌溉。

2.3  新型微润灌溉系统水利性能

在恒压条件下,随机抽选的微润灌水器流量变异系数约为5%,接近A级滴灌设备产品指标。为了尽可能保证流量均匀,在工作过程中微润灌工作压力推荐控制在0.018—0.025 MPa范围内为宜。

在新型微润灌溉系统水利性能测试过程中,发现灌水器流量与工作压力有较好的幂指数函数关系,流态指数大于0.5,即灌水器内水的流态为光滑流或者半紊流,流量易受压力影响,表现为流量随压力增加而增大。随着工作压力的增加,灌水强度空间分布的变幅增大。同时,灌溉水分布均匀系数随着工作压力的增加先增大后减小。微润灌水器出流量随沙粒浓度的增加指数递减,在实际运行中,为了减少微润灌水器的堵塞,建议在首部系统加一个270目筛网过滤器,净化灌溉用水,防止堵塞,保证灌水器的正常运行。

微润灌水器灌溉湿润峰运移距离和入渗时间有很好的对数函数关系,灌水初期在水平和垂直向上方向上湿润锋运移速率较大,运移距离较长,垂直向下方向运移很小,且运移速率也较小。在灌溉停水48 h后,湿润锋在水平和垂直方向上均趋于稳定,湿润体内等值线间距更加平均,即水分分布趋于均匀,湿润中心区域含水率17.5%,缓慢降低。湿润锋在上移到距离地表1--5 cm时,冲破地表困难,当地表出现湿润点时,地表以下土壤湿润宽度远大于地表。

3  新型微润灌溉系统在辽西地区推广与应用效益

辽西地区主要包括锦州市、阜新市、朝阳市和葫芦岛市,耕地面积合计214.15×104 hm2,占全省耕地面积的51.17%,水资源量为82.52 x 104 m3,仅为全省水资源量的24.14%,而耕地平均水资源量仅为3855 m3/hm2,不足全省平均水平的1/2,全国的1/7。尤其是辽西地区的坡耕地,土壤保水能力较差,再加上降水时空分布极不均匀,极易出现春旱和秋吊现象,素有“十年九旱”之称。由水资源短缺引发的持续干旱不仅成为阻碍辽宁省“突破辽西北”发展战略的严重制约因素,也严重制约着辽西地区社会经济的可持续发展。

新型微润灌溉技术自诞生以来,就以其良好的灌水均匀度和节水节能的优点得到了广泛的推广和应用,受到全省特别是缺水地区农民的欢迎。该项技术于2010年被列入水利先进实用技术重点推广指导目录,结合水利部多项科技成果推广项目,在辽宁省的辽西半干旱地区进行了推广和应用,主要用于大田、经济作物、设施农业和果树的灌溉中,获得了良好的效果。2010 - 2012年,新型微润灌溉技术在辽西地区的推广面积和获得效益情况详见表1。

2010 -2012年,新型微润灌溉技术在辽宁省西部地  区的锦州市黑山县、阜新市彰武县、朝阳市建平县和喀左县、葫芦岛市绥中县得到了大面积推广和应用,总推广面积0.52×104 hm2,实现作物增产1.71×104 t,由增产带来直接经济收入5585.4万元。此外,3年间采用新型微润灌溉技术,以上地区节水量约为587×104 m3,节水、增产、节电及省工效益合计7251万元。

新型微润灌溉技术极大地降低了用水定额,从而降低了输水管径,减少了工程投资几乎没有深层渗漏,减少了对土壤和地下水的污染,有利于提高棚内气温和土温,控制湿度,促进根系正常生长和光合作用正常进行,从而有利于作物生长。该项技术的推广与应用给以上地区带来了广泛的经济、社会和生态效益。

4  结  语

以吸力式微润灌水器为主导的新型微润灌溉技术在田间具有较好的工作性能,具有节水、增产、增效等多重效益,在辽宁省西部干旱地区得到了广泛的推广和应用,获得了良好的经济、社会和生态效益。与此同时,本项技术的研发也为目前东北四省区大范围开展的“节水增粮行动”提供了新的途径,为提高农业灌溉水资源利用效率,实现区域节水、增产、增效、增收等多重目标提供了有效的技术手段,具有良好的推广和应用前景。