微润灌溉技术在徐州地区应用前景分析

余莹莹,朱艳,范敬兰,梁森,陈建

(1.徐州市水利科学研究所,江苏 徐州221018;2.江苏建筑职业技术学院 建筑设备与市政工程学院,江苏 徐州221116)

微润灌溉技术在徐州地区应用前景分析

余莹莹1,朱艳1,范敬兰1,梁森1,陈建2

(1.徐州市水利科学研究所,江苏 徐州221018;2.江苏建筑职业技术学院 建筑设备与市政工程学院,江苏 徐州221116)

徐州市基于新时期农业节水面临的新形势和新情况,将节水增效列为农民增收的主要措施之一,大力治理荒山,发展农业高效节水灌溉技术.微润灌溉是一种根据半透膜原理研制而成的微润灌溉系统,该灌溉系统具有低能耗、高节水的特征,其技术效益高,维养护成本低,投资回收期短,在徐州地区荒山治理中具有广阔的应用前景.

微润灌溉;技术;节水;荒山治理;微型水库

徐州市“二次进军荒山”绿化范围为全市山脚线以上未绿化荒山,计392个山头地块,面积达41.3 km2,工程总投资概算38 964万元.由于绿化荒山的面积很大且绿化区域多为丘陵地带,土壤贫瘠,植株成活率低,因此迫切需要选择一种适宜的灌溉技术,以创造出更大的经济和生态效益.目前,农林业生产普遍使用的喷、滴灌方法在徐州地区荒山治理中存在着投资成本过高、水资源消耗量大等问题,而微润灌溉技术能较好地克服以上问题,特别适用于设施农业和荒山绿化灌溉.

1 微润灌溉的原理

微润灌溉是使用微量水,以缓慢释放的方式连续不断地供水,使土壤湿润,植物受到灌溉的一种新型地下灌溉新技术[1].该技术是一种以低工作压力和土壤负压为输水动力的节水灌溉系统,通过毛细浸润作用湿润作物根系活动层的部分土壤,避免了水的蒸发和重力水无效渗漏,该技术最大的特点就是节水,比地面灌溉节水40%～50%,比喷灌节水20%～30%.该技术具有操作简单、使用寿命长,低压节能,不易堵塞,适应性强、造价低廉等优点[2].

微润灌溉的灌水器有两种,一种是管状的,称微润管;一种是袋状的,称为“微型水库”.微润管是具有双层结构的软管,内层是高分子半透膜,外层是保护性透水材料.微润管内充满水后埋在土壤中,管内水分在土壤水势的驱动下,穿越管壁向土壤迁移,使植物得到灌溉,最后在土壤中形成一个以微润灌溉管为轴心的。沿垄的长度方向伸展的圆柱形润湿体,如图1所示.

图1 微润管示意Fig.1 Diagram of micro irrigation tubes

荒山治理则是利用微润灌溉技术中的“微型水库”为荒山树木进行灌溉.“微型水库”是用高分子半透膜材料制成的袋状结构,同微润管一样,亦为双层结构设计,依靠膜内外的势差能驱动,使内部的水分向外迁移,进而达到灌溉目的.“微型水库”主要用于树木类稀植单株作物,每棵树旁埋一支“微型水库”,以点式灌溉方式使棵间裸地保持干燥,而作物根区受到灌溉.这种独特的“只浇树木不浇地”的灌溉方式避免了大面积棵间裸地水分蒸发损失,达到了更加节水的目的,如图2所示.

图2 微型水库剖面示意Fig.1 Cross-section diagram of micro reservoir

2 微润灌溉应用情况分析

2.1 应用情况综述

微润灌溉工程是辽宁省2009年度央财农业科技推广示范项目,被广泛应用于农业、林业、城市高效节水绿化,特别是在山丘地、荒漠化和盐碱地治理中,此项技术优势尤为明显[3].目前湖北省秭归县已经实施了千亩微润灌溉[4],经过2年多示范证明,增产幅度高达30%以上.除此之外,内蒙、青海、甘肃、宁夏等地的现代农业示范园建设也实施了微润灌溉.总结微润灌溉技术试点应用的成果,其在节水、节能方面表现优越,特别适用于丘陵荒山区域治理,主要表现在以下方面：

1)能为植物提供连续、充分地灌溉,节水效果非常显著,解决了农业灌溉用水严重浪费的问题.在农作物得到充分灌溉的前提下,比国际最先进、应用最广泛的滴灌技术尚节水60%～80%,是农田、园林、城市绿地、畜牧业草场、建筑屋顶等绿化最佳的灌溉方式.

2)微润灌溉系统运行不消耗电能和机械能,比滴灌节能95%以上,是荒漠化地区实施自动灌溉、恢复植被的有效技术手段.

3)与传统系统不同,微润灌溉系统不含水泵、电机、配电柜等机电设备,系统结构简化,造价降低30%～40%.运行费用及综合应用成本低廉,具有明显的价格优势,更易于用户接受.

4)系统安装方便、控制简单、自动运行,不需专业人员定时定点操作控制,便于管理,不仅节省人工,降低了使用难度,也减少了管理人员费用.

5)能直接将水输送到作物根部,避免了传统灌溉的蒸发、渗漏、径流等损失,实现了高效灌溉;同时改善了土壤水气环境,防止水浇板结,使土壤始终处于疏松、通气状态,有利于减少病虫害,可使农作物丰产丰收提前上市;并且为农业水肥一体化提供了最佳载体,节省肥料用量50%以上,避免了过量使用肥料造成的农业面源污染.

2.2 与其他灌溉方式效益比较

2.2.1 评价指标 衡量一种节水灌溉形式的优劣,应从技术的成熟程度、节水效果、经济效益以及是否易于群众接受等诸多方面进行权衡考虑,其中经济效益的高低是选取节水灌溉形式的关键因素.因此,以下从工程经济角度分析不同节水灌溉技术的总效益现值、益本比、投资回收年限、内部收益率等指标,以确定其经济效益的高低,便于决策者做出选择[5].

1)总效益现值计算：

式中：B N为折算到基准年(投资第1年)的净效益现值,元;B总为折算到基准年的总效益现值,元;C总为折算到基准年的年运行费用现值;K总为折算到基准年的总投资.

考虑经济计算期n,社会折现率i,按年均收益(B年)和年运行管理费(C年)折算,则式(1)变为

式中：B年为年均收益;C年为年运行管理费,包括工资福利费、电费、药剂费、折旧费、年维护费和管理费等.

2)益本比(Rn)计算：

3)投资回收年限(T)计算：

4)财务内部收益率(FFIRR)计算：

先令B N=0,将FFIRR代入式(2)：(B年-C年)×,经求解方程可得FFIRR.

2.2.2 结果分析 本文选取徐州地区荒山坡(面积5.33 hm2)果蔬种植为例.该山坡属于渗漏土质,分别使用喷灌、滴灌、微润灌3种节水灌溉技术.通过试验,与已推广多年的喷灌、滴灌的数值进行综合比较[6],经济计算期取15 a,社会折现率取8%,计算结果见表1.

表1 不同灌溉技术增产效益分析Tab.1 Analysis on increase benefits of various irrigation technology

由表1计算结果可见,3种节水灌溉技术所产生的效益差别较大,微润灌的工程投资虽然最大,但其净效益远高于喷、滴灌;单位投入产出回报率(益本比)也最高,达到1.57.在返本年限和财务内部收益率上,微润灌略低于滴灌,高于喷灌.主要原因在于,目前喷、滴灌是应用比较成熟的技术,而微润灌尚处于试验推广阶段,随着微润灌应用量的加大,工程成本必然会有所降低,其各方面的优势将充分发挥出来.综合来看,微润灌溉技术效益高,工程维养护成本低,投资回收期短,比喷、滴灌技术更适用于徐州地区的荒山治理.

3 结语

徐州属于半润湿半干旱地区,随着经济社会的进一步发展,水资源的战略性地位益显重要,节水灌溉已经成为缓解区域水资源紧缺矛盾的战略选择.发展节水灌溉,对水资源进行合理开发,高效利用,优化配置,科学管理,全面节约,有效保护和综合治理,不但是保障水资源和经济社会可持续发展的需要,也是恢复和建设良好生态环境的需要,并有利于调整农业和农村产业结构,增加农民收入,促进实现农业机械化和农村水利现代化[7].

微润灌溉技术在理论上提出了水量供给和控制的新的理念,在实践中实现了地下供水,连续灌溉.该灌溉系统充分地利用功能性膜材料的技术特性,操作简单,运行成本较低,更易于为农业工作者认可和接受,为节水农业和精准农业的发展提供了一种有效的技术手段和有力的技术支撑,在徐州地区设施农业和荒山治理中具有广阔的应用前景.

[1] 王林强.微润地下灌溉：仿生型供水给世界一片绿洲[J].科技中国,2013(9)：55- 57.

[2] 《水利水电技术》编辑部.无限生机,点滴滋润：微润灌溉方法与应用[J].水利水电技术,2010,41(10)：9-10.

[3] 张丹.新型微润灌溉系统在辽西地区的推广与应用[J].水利科技与经济报,2013,19(5)：83- 85.

[4] 长江水利委员会长江科学院.秭归县柑橘微润灌溉条件下实施效果观测汇报[R].长沙：长江水利委员会长江科学院,2013.

[5] 王建勋,庞新安,刘彬.农业节水灌溉经济效益的分析和计算[J].农业工程科学,2006,1(22)：372- 375.

[6] 何玉琴,成自勇,张芮,等.不同微润灌溉处理对玉米生长和产量的影响[J].华南农业大学学报,2012,33(4)：567- 569.

[7] 郭璇.浅谈高效设施农业节水灌溉技术[J].才智,2011(2)：60.

Prospect analysis on application of micro irrigation in Xuzhou area

YU Ying-ying1,ZHU Yan1,FAN Jing-lan1,LIANG Sen1,CHEN Jian2
(1.Xuzhou Hydraulic Research Institute,Xuzhou,Jiangsu 221018,China;2.School of Construction Equipment and Municipal Engineering,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China)

Based on new situation which agricultural water-saving faces in new period,Xuzhou city has listed water saving and efficiency increasing as main measures to increase farmers'income,devoted much efforts to controlling barren mountains and developed effective and watersaving irrigation technology.Micro irrigation is a system developed with semipermeable membrane principle.This system has characteristics such as low energy consumption and high water saving,which leads to high technical feedback,low maintenance cost and short pay back period.It has very broad prospect in controlling barren mountains in Xuzhou area.

micro irrigation;technology;water-saving;barren mountain control;micro reservoir

S 275.9

B

2095- 3550(2014)03- 0024- 03

2014- 04- 21

余莹莹,女,江苏睢宁人,工程师,硕士研究生.

E- mail：yuyingying-2004@163.com

(责任编辑:赵国淮)