茶园针式滴灌技术及其效果观察

2020-10-17 08:26吴玉秀
福建茶叶 2020年9期
关键词:滴头支管滴管

吴玉秀

(新疆农业职业技术学院,新疆乌鲁木齐 840000)

1 滴灌的条件和设备安装

1.1 水源:来自生活、生产用水系统的二级主管道,管径35mm。林场供水系统的水源是120m的深井,经二级提水至100m3的蓄水池,至茶园的水压为44Pa左右。

1.2 设备:(1)滴灌主管道:直径为46mm的镀锌铁管。(2)横头管:直径为25mm的塑料软管。(3)滴管带:黑色胶管,可折叠,直径20mm,每隔20cm有两个小孔眼,水通过此孔眼流入茶园中。(4)堵头:堵住滴管带末端。(5)弯接、内接:滴管带拐弯或加长用。(6)三通:连接滴管带与横向管道用。

1.3 安装:(1)设置主管道:根据茶园的坡向和茶行的长度设置。主管道设置的方向应与茶园的坡向一致。主管道设置的宽幅为30~50m。(2)横头管道的设置:为了减小不同坡位间的水压差而设置。即从主管道处安装三通,接入横头管道并安装1个阀门,再安装三通连接横头管道,横头管每组长度为10.5m,接入6根滴管带。主管道上的每个三通所安装的阀门可控制6行滴管带,这6行滴管带的供水是独立的,称为1组滴灌设施,它可通过调节阀门大小和阀门的开启数量来平衡不同坡位上的水压。

2 茶园滴灌效果

2.1 节约用水:由于滴灌时水是通过滴管带小孔眼从茶树根颈部慢慢地渗入土壤,所以不仅不会出现地表径流,而且地表的蒸发量也大大减小。根据林场实际旱情,需在每年3月下旬和8月初两次启动设备抗旱,总用水量分别约为285t和349t,每亩次用水为30~35t,与喷灌相比,可节约2/3的用水量。

2.2 保持土壤好的物理性状:滴灌可以减少土壤板结,减少地表径流和避免表面肥土流失,又由于滴入土壤的水是通过土壤毛细管下渗的,所以入土深且广,利于茶树根系的吸收。这样,为茶树的生长发育提供了良好的立地条件。

2.3 增产幅度大:进行滴灌的10亩茶园中,由于及时解除了旱情,催芽肥或基肥可充分发挥肥效,增加了茶树有机质的积累,促进了茶芽萌发和新梢生长,从而提高了茶叶的产量和质量。如1999年春季,亩产宝华玉笋茶3.45kg,较1998年同期(还未建有滴灌设施)增产43.75%,亩增值2100元,产生了较好的经济效益。

2.4 投资少,见效快:滴灌设施每亩费用为875元,而启用后第1年春茶就每亩增值2100元,是设施投入的2.4倍。

3 茶园滴灌系统组成

3.1 过滤器系统:过滤器内装有两层网钢比过滤筛,滤除水中苔藓、杂物等,是保持水质清洁,防止滴头和毛管堵塞,使滴灌系统正常运行的重要部件,调节闸阀主要是用以控制和调节流量、压力,使毛管与滴头保持适当的压力。

3.2 输水的干管、支管,一般用高压聚乙烯或聚氯烯制成。直径25-80毫米,毛管一般用高压聚氯乙烯加炭黑制成。直径10毫米左右。

3.3 滴头:滴头是滴灌系统中的主要组成部分之一,滴头的构造和性能优劣,关系到灌水质量,也直接影响作物的产量。目前国产的滴头有螺帽式、双壁毛管式、龟型和空心发丝等形式,其中空心发丝式滴冰设备简单,使用较方便。

4 设计思路

4.1 灌溉设计基本参数

茶园套种作物的设计基本参数,应对所涉及的各类作物进行耗水强度分析,因为不同的作物,作物系数与遮荫系数不同,其耗水强度是不同的,不能像单一作物那样,一个条田只有一种耗水强度。 其次,茶园套种作物湿润比也应逐个分析,不同的作物株行距不同,所选择用的滴灌带的型号不同、湿润比不同。

最后,可计算出条田内各种作物的灌溉时间、灌溉周期均不相同,这成为设计中的一个难点,也是要最终解决的问题。

4.2 灌灌系统的选型

一个灌溉系统同时灌溉两种上作物,难点在两种作物有不同的灌溉需水期,存在以下两种可能性:在灌溉一种作物时,另一种作物可能不需要灌溉;两种作物同时灌溉。在灌溉系统上进行比较与选择,灌溉茶园套种作物可以选择干管+支管+辅管的方式,干管+两条支管的方式。现就这两种方式进行简要介绍:干管+支管+辅管的方式,由一条分干管控制几条支管,由一条支管控制几条辅管,每条辅管控制不同的作物。干管+两条支管的方式,由一条干管控制两条支管,每条支管灌溉不同的作物。两种方式各有优缺点:干管+支管+辅管优点是流量分散,系统总的流量与扬程较小,动力成本费用较低,缺点是田间控制阀门较多,灌溉时所需人工较多,维修成本大。干管+两条支管的灌溉方式优点是开启阀门少,所需人工少,维修成本低,缺点是系统总的流量与扬程较大,动力成本费用较高,一次性投资大。通过比较,在灌溉茶园套种作物的情况下使用干管+两条支管的灌溉方式,对系统整个运行管理较为方便。

4.3 灌溉制度

在工程设计过程中,茶园套种作物的灌溉制度需按种植的作物编制多种灌溉制度表,每种作物制作一个灌溉制度表,灌溉制度的编制对系统的流量有较大的影响。也为管网流量设计提供依据。

5 针式灌溉系统的设计与研发

针式滴灌节水灌溉系统在设计时要遵循以下几种原则[5]:要满足节水、节能和节约劳动力的要求;要满足农产品成长需要的水分;要便于操作,满足当地农耕实际要求;在满足当地农作物灌溉要求的同时,不能产生新型病虫害;要尽可能考虑加装施肥和喷药装置;要尽量降低工程建设造价。

针式滴灌系统的主要包括以下步骤:

(1)在进行针式滴灌系统的设计前,要先收集完成系统设计所需的信息,如:地形信息、土壤信息、水源信息、保护地种植信息等。

(2)合理分析灌溉区域农作物的种类、种植制度和季节、水源状况等,建造能够满足当地农业持续发展要求的灌溉工程。

(3)在针式滴灌系统中,其管道可分为三级:毛管、支管和干管。为减小管道的长度和水头损失,这三级管道应尽量以垂直的方式布置。

(4)拟定针式节水灌溉制度,包括一条毛管可控的灌溉面积、轮灌区数模以及灌水定额、周期、延续时间等内容。

(5)计算滴灌面积。当灌溉水源充足时,针式滴灌的面积由管道的输水能力决定。当水源流量不满足灌溉区域需要时,灌溉面积为

A=nfN

N=Q/Q毛

其中,A代表滴灌系统的灌溉面积(m2);n为毛灌的数量,f为单条毛管的灌溉面积(m2),N为轮灌组的数量,Q为灌溉水源的流量(L/h),Q毛单条毛灌的输水流量(L/h)。

6 实验结果与分析

为验证本文中所提出针式滴灌节水灌溉技术的性能,分别从蔬菜滴灌实验、果树滴灌实验和食用菌滴灌实验来进行分析研究。

6.1 实验系统配置

本文所设计的针式滴灌技术,是在滴灌系统基础上,引入医用“仿一次性输液器”的工作原理设计而成的。该针式滴灌节水系统由贮液设备和滴液设备两部分组成。贮液设备包括贮液桶、支架、阀门、主管道、上液口和下液口,主要完成灌溉水的储存和运输功能,其中,贮液桶是本系统的核心设备,其工作原理与医用输液瓶相类似。滴液设备由支管和仿一次性输液器滴头组成,是本系统的关键设备,可以通过调整支管上的手动滚轮开关和滴头的形状,达到控制滴灌速度的目的。

图1 仿一次性输液器滴头示意图

在使用时,要保证水源的清洁度、悬浮物的数量和酸碱度。若固定使用该系统,可以采用固定的加水管道。若经常移动该系统,则采用软管将水加入至贮液桶。贮液桶内加水量、肥料中药物的种类和数量都需要由滴灌测量来确定。长久使用后,贮液桶需要清洗才可重新使用,支管和滴头需要更换才能使用。

6.2 蔬菜对比实验

在对比实验中,选用三种灌溉技术对蔬菜进行栽培:沟灌、滴灌带膜下滴灌和针式滴灌。分别从不同的灌溉技术对自然环境、土壤性状、产量和质量特性的影响进行分析,以区分三种灌溉技术的特点。

表1 不同灌溉方式下蔬菜的综合产值对比

图2 不同灌溉方式下蔬菜纯收益(元)和增长率(%)

如表1所示实验结果证明,针式滴灌灌溉方法能将蔬菜产量提高21.8%。如图2所示,若考虑农业生产总投入资金,则针式滴灌灌溉能提高纯收益率30.2%。此外,滴灌灌溉的方式能节约大量农业用水,提高肥料的利用率,并且能有效改善土壤性状,降低蔬菜病虫害发生率,明显提高蔬菜产品的产量和价值,具有很高的经济效益。而针式滴灌技术能精准控制灌溉量和灌溉面积,造价又比滴灌带膜下滴灌系统要低,具有更好的综合经济效益,具有很高的大面积推广价值。

6.3 果树对比实验

果树生长需水量大,传统种植方式是在干旱缺雨时期进行浇灌,保证果树生长需要。本文实验中,通过浇灌和针式滴灌的对比实验,以验证本文所设计的针式滴灌系统的性能和推广价值。

表2 不同灌溉方式下果树的综合产值对比

图3 不同灌溉方式下果树纯收益(元)和增长率(%)

如表2和图3所示实验结果证明,相较于无灌溉培养方式,针式滴灌灌溉方法能将果树产量和纯收益分别161.5%和489%。如表2所示,经对比浇灌和针式滴灌所产苹果质量,滴灌区所产苹果颜色鲜艳,大小更加均匀,平均每亩产量和产值相比较浇灌分别提高44.6%和73.6%。相较于浇灌,针式滴灌所产苹果产量高,质量好,拉开了二者所产苹果的价格,而针式滴灌方式更加节约成本,平均每亩的纯收益增长率比漫灌提高86.7%。此外,因针式滴灌系统的结构简单,拆装方便,其应用范围不再局限于固定场所,可根据需要移动使用。除能满足大规模种植滴灌灌溉要求外,针式滴灌系统设备单元小,也适合小规模使用。对于稀值类果树,针式滴灌方式也是最佳选择。

6.4 食用菌对比实验

目前,食用菌的主流生产技术是太空包法,但该方法存在种植中后期缺水干包的问题。本文中,通过和传统浸泡法、覆土法的对比实验,为太空包法后期补水问题找到最佳解决方法。

该对比实验选择平菇作为实验对象,分别使用浸泡法、覆土法和针式滴灌法对5000kg平菇进行实验,最后统计三种方法的资金总投额、总产量和产值。

表3 不同补水方式下平菇综合产值对比

图4 不同补水方式下平菇产量(kg)和增长率(%)

相较于传统浸泡法和覆土法,针式节水滴灌技术不仅能满足栽培后期对水的需要,节省大量淡水资源,更能降低劳动强度,改善食用菌商品性状。如表3和图4所示结果表明,针式滴灌节水灌溉技术能使食用菌产量提高50%,产值提高57.8%,纯收益增长率提高55.1%。此外,针式滴灌技术供水均匀,补充食用菌在生长所需营养,不易产生菌丝受损、受淹和缺水现象,是一种十分成熟且理想的补水方法。

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