微润灌溉技术在清原县的应用

张兴华，王育男，李 强

(1.抚顺市水利技术推广中心，辽宁抚顺 113000;2.清原满族自治县水利勘测设计室，辽宁抚顺 113300;3.沈阳东方世纪科技有限公司，沈阳 110014)

1 前言

国际性水危机已成为继能源危机后的第二大资源危机。占耗水总量70%的农业灌溉用水存在巨大的节水潜力，已成为节水行业的主攻焦点和主战略。多年来由于资金和体制限制，对于国外的高效节水技术和设备没有进行深入了解和引进，直到20世纪70年代才开始引进滴灌、喷灌等节水技术，但是由于当时人们认为这是一种价格昂贵的节水技术，所以没有广泛推广和深入研究，基本也只是引进和仿造。与美国和以色列等节水技术发达国家相比，当前我国存在相当大的差距。

“十五”以来，由于国家对农田节水技术的重视和投入，已经自主研发了能够适应当前国情的新型灌溉应用技术——微润灌。微润灌溉技术将科技前沿水平的膜技术方法引入到传统的农业灌溉领域，引起灌溉领域技术层面的革命性变化，它突破了该领域近百年来一直未能解决的两大难题，创造了一种全新的灌溉方法。微润灌溉的关键技术是微润管。微润管以高分子半透膜为核心材料，是具有双层结构的软管。管内充满水后，水分将以一定速度，缓慢、定量地向管外迁移。将微润管埋到作物根部，管内释放的水分直接供给根部吸收，使作物24h不间断灌溉。

2 微灌器特性

2.1 灌水器结构

本次推广项目所使用的微灌器与国外有所不同，是吸力式灌水器(见图1)。针对辽宁地区耕地零散、种植结构分散、土壤保水能力差等特点，利用特殊材质导水芯的毛细浸润作用，在超低水压的条件下，向作物根部土体导水，以实现作物生长需求;其设计的主导思想是通过延长灌水时间，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。该灌水器主要由导水芯、缓冲腔、接口管组成。导水芯是毛管中水向土壤供给的通道，其导水性能直接决定灌水器性能的好坏，同时还起到防止由于管路负压造成堵塞的作用，导水芯的材料为氨纶低弹丝，这是一种特殊的化工纤维材料，该材料一端浸水12h后，水平方向可以浸润到205cm，垂直可上升至25cm。导水芯的直径约为3.0mm，长度为4～6cm，导水孔的直径为2.0mm。缓冲腔有两个作用:一是缓冲水流流速、扩大导水芯与水的接触面积，充分发挥导水芯的吸力作用;二是防止灌溉水的杂质造成灌水器堵塞。

图1 灌水器结构

2.2 灌水器压力流量关系

灌水器平均流量q平均可用下列公式表示:

式中 k——流量系数;

x——流态指数。

一般来说，当流态指数x=1时，灌水器内水的流态为层流;当流态指数0.5＜x＜1时，灌水器内水的流态为光滑流或者半紊流;当流态指数x=0.5时，流量与压力水头的平方根成正比，灌水器内水的流态为全紊流;当流态指数0＜x＜0.5时，灌水器为部分压力补偿式出流;当流态指数x=0时，灌水器内为完全压力补偿式出流，流量不随压力的变化而变化。式中表明:微润灌水器流量系数为130.4，流态指数为0.84，即灌水器内水的流态为光滑流或者半紊流，且流量受压力变化的影响较大。

3 项目实施概况

3.1 项目区概况

清原满族自治县地处辽宁省东北部，是典型的山区县，土地资源贫乏，素有“八山一水半分田半分道路和庄园”之称。全县东西长 96.40km，南北宽75.30km，总面积3921km2。全县辖属14个乡镇，188个村委会，1080个村民小组，总人口35.0万，其中农业人口26万。项目设在清原镇镇西村二道岭屯，设置日光温室10亩，为草莓种植小区，采取棚内膜下微润灌技术。工程建设内容包括新建深井2眼，铺设输水干管1000m，铺设灌水毛管6000m，安装灌水器20000个。

3.2 项目区布置

灌溉系统包括干支输水管道和毛管二级布置。输水管和灌水毛管互相垂直，灌水器串联在毛管上直接灌溉作物根系。干管采用φ32PE管，毛管采用φ10PE管;干管总长100m;毛管间距1m，长6m，灌水器间距0.3m，布设于膜下。具体布置见下页图2。

图2 灌溉系统布置

3.3 灌溉系统设置

根据草莓生长特性和当地灌溉经验，从草莓缓苗进入生长旺期到草莓果实成熟罢园，总共灌水31次，水量约为115.7m3/亩。草莓区分A、B、C为三组，灌水压力分别为0.018MPa，0.023MPa和0.025MPa。三组草莓灌水情况见表1。

表1 不同压力下灌水器浸润及流量

从上表中可以看出，灌水器采用导水灌溉方式，相对于传统滴灌重力灌溉方式，具有工作水头低、流量小的特点，在灌水开始前2h左右为流量最大时间段，在此之后由于周围土壤湿度增加，出水量会大幅减少，所以在表中的变幅是对于单位时间流量的修正参数。灌水器埋于土层以下8cm位置，草莓的根系在土层以下15cm以内分布，所以三种压力下草莓根系需水量均能得到满足。在水平浸润方面，三种压力分布下浸润距离均达到了50cm以上，垄间距为100cm，所以也都满足要求。经过现场测试，草莓土壤表层6～8cm土层较为干燥，这是由于表层腾发比较严重，超过了灌水器补给量。为了应对这一情况，铺设地膜和保证较长的灌水时间是两个较好的措施，灌水器平均30h以上的灌水时间无疑比其他灌水方式1～2h的灌水时间要优越许多。

4 结果分析

2011～2012年间在项目实施区对三组草莓和普通灌溉的各项指标测试如表2～5所示。

表2 项目区草莓相对湿度 单位:%

表3 项目区草莓病虫害调查 单位:%

表4 项目区草莓平均地温 单位:℃

表5 项目区草莓产量 单位:kg/亩

从以上数据可以看出，微润灌能适时适量地向作物根区供水供肥，为作物根系活动层土壤创造良好的水、热、气、养分环境，因而可实现高产稳产，提高产品质量。在温室大棚内可以明显提高地温和气温，可提高3℃以上，更利于作物生长;同时，还能降低空气湿度10%～15%，减少病虫害的发生。通过延长灌水时间、减低灌溉强度，可有效防止土壤的板结。另外，由于利用了毛细浸润作用，微润灌水器在2m的工作压力下便可正常进行灌溉，这比喷灌低得多，又因微润灌比地面灌省水，对提水灌溉来说意味着减少了能耗。而微润灌溉除提水外，不需要其他的压力输水，实现了低碳环保。

在A、B、C三组微润灌草莓的对比试验中，压力的不同决定了灌水时间和灌水强度的差别，随之受到影响的是土壤湿度和平均地温，但是由于灌水总量一定，所以差异并不是很大。在压力为0.023MPa时，项目区草莓产量最高畸形率最低，年增收效益为1520.2元/亩。

5 结论

微润灌溉技术在清原县镇西村二道岭屯草莓大棚的应用，表明其在节水、节能、增产和环保方面的优越性。普通灌溉用水量在200m3/亩以上，比其他三组的115.7m3/亩高出很多。微润灌水器导水孔直径为2mm，有效避开了灌水器孔径0.7～1.5 mm的敏感堵塞尺寸，可有效防治由于灌溉水存在微小颗粒等引起的物理化学堵塞问题。对运行两年的地下灌溉系统中2000个灌水器进行抽检，未发现堵塞现象。目前，大棚和膜下滴灌多使用简易喷、滴灌带，其使用寿命仅为1年;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3～5年。材料总造价为1920元/亩。其中:主管道和支管道的材料费为850元/亩，毛管部分的材料费为650元/亩，首部工程(包括:水箱、过滤器、施肥罐等)的材料费为420元/亩。那么，年折合亩造价为384～640元/年。微润灌是管网供水，操作方便，劳动效率高，而且便于自动控制，因而可明显节省劳力;同时微润灌是局部灌溉，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系统与灌溉水一起直接施到根系附近的土壤中，不需人工作业。

微润灌无论从经济效益、社会效益还是环境效益都优于其他灌溉模式，该项目通过对清原县项目区的应用进一步证实了其可靠性和实用性，并且找到了该地区的最适宜水头压力为0.023MPa，为该技术在辽宁东部山区的推广应用提供了可靠的依据。

1 李道西，罗金耀．地下滴灌技术的研究及其进展［J］．中国农村水利水电，2003(7):15-18．

2 于国丰，王保泽，李春龙，佟威．微润灌水器的研制及沙地灌溉试验［J］．西北农林科技大学学报(自然科学版)，2007(11)．

3 窦超银，李春龙，李光永，张立坤，于国丰．吸力式微润灌水器水力特性试验研究［J］．灌溉排水学报，2012(8)．

4 GB/T 17187—2009农业灌溉设备滴头和滴灌管技术规范和试验方法［S］．北京:中国标准出版社，2010．