地下滴灌的发展与优缺点

张艳霞

兰州市西固区工农渠电灌站，甘肃 兰州 730060

滴灌是一种很重要的节水灌溉技术，而地下滴灌技术是其中一种滴灌技术，是滴灌的一个重要组成部分，美国早在1996年就将地下滴灌定义为“地下滴灌是通过地表下灌水器（滴头）滴水，而灌水器流量范围与地表滴灌大致相同”[1]。将灌水器与管道铺设在耕作层，把作物生长所需要的水肥直接输送到作物的根区，再由重力和毛管作用分散水分。地下滴灌与其他的方法相比，有着很好的节水效果，对于肥料的浪费也相对较小，对于作物产量与品质的提高有很大的帮助，并能够改善土壤环境。虽然这种技术也有许多缺点，但其却有着广阔的应用前景。本文对地下滴灌的发展与应用作出综述，并对地下滴灌的优缺点进行概括。

一、国内外地下滴灌技术的研究发展历程

（一）国外地下滴灌的发展

美国的House在1913年就对地下滴灌开始了研究，但因为当时的技术水平限制，其并没有得出这种技术能够增加土壤根区的含水量[2]。到1920年，美国加利福尼亚州的Charle 申请了一个多孔灌溉瓦罐的技术专利，被认为是世界上最早的地下滴灌技术[3]，这也是地下滴灌的原型。在1940年后，由于塑料领域的发展，这种灌溉技术开始被采用，但同时因为喷头较差的均匀度和易堵塞的问题未能解决，直到20世纪80年代一直都没有较大的发展，导致其发展在很长的一段时间内都落后于地面灌溉。80年代之后，由于各种技术的迅速发展，设备及运行费用大幅度降低，人们又重新燃起了对地下滴灌浓厚的兴趣，大量的学者做了很多的相关工作，取得了很大的发展。这其中最突出的是Mitcnell等人提出的地下滴灌系统的设计、安装和运行管理指南，这也表示这种技术逐渐的步入了成熟的时期。

（二）我国地下滴灌的发展

我国地下滴灌起源于地下水浸润灌溉[4]，一千多年前修建的临汾龙子祠的泉水灌溉工程就是一种地下灌溉工程，而河南省的济源合瓦地就是目前已知的我国最早的地下滴灌工程。我国早在1974年就从墨西哥引入了现代的滴灌设备，在这40多年间，地面灌溉在我们国家已经取得了长远的进步。最早这项技术主要用于灌溉果树，近些年来也被广泛的应用于我国的其他地区，而正是因为这种技术有着一般滴灌技术的优点，运用的设备不容易丢失且对耕作没有影响，让我国相关方面的研究人员做了很多的尝试，同时也取得了一些研究成果，但灌水均匀度和易堵塞的问题一直未能得到很好的解决，导致了大部分工程的失败。“九五”期间，中国水利水电科学院在北京对自己制造研发的滴灌专用灌水器进行了田间的试验研究。取得了明显的节水和增产效果以及相当不错的社会效益。

二、地下滴灌技术的优缺点

（一）地下滴灌技术的优点

1.节水效果明显。相对于其他的灌水方法，地下灌溉节水效果明显。地面灌溉是我国最早的灌溉方式，水分由地表逐渐湿润到作物的根系，在这期间伴随着物理蒸发与地表渗漏，而地表越湿润，蒸发量就越大。地下滴灌改用管道输水，有效的减少了输水过程中的水力损失与渗漏损失，且灌溉时地表相对比较干燥，没有地表水的形成，有效的减少了物理蒸发，而同时计划湿润层的含水率也低于土壤的饱和含水率，不会产生深层渗漏。有研究表明，对不同作物进行地下滴灌，灌溉用水只会占到地表用水的50%～70%。美国佛吉尼亚州对玉米用两种灌溉方式进行了试验，两种灌溉水质和方法下产量基本相同，但是运用地下滴灌却节约了30%的灌溉用水[5]。

2.能够提高作物产量与品质。因为蒸发量的减少，地下滴灌能够减少田间小气候的湿度，保持相对比较高的地面温度和土壤温度，为植物的生长提供了较好的环境，让作物能够吸收更多的水分，将肥料溶解在水分中安全、有效的输送到植物的根系，还可以随时随地添加作物生长不同阶段所需的化学药品。地下滴灌不会产生深层渗漏，对地下水和土壤的污染都相对减小。对于作物早熟、越冬都有着比较大的帮助。而且根区的土壤大多都没有饱和，为微生物的生长提供了环境，减少了病害。有研究表明，对不同的作物采用地下灌溉技术进行灌溉，其作物的产量和品质均有着不同程度的增加。如广西、广东的甘蔗种植，应用地下滴灌技术，甘蔗单产从60～74t/hm2提高到120～150t/hm2；甘蔗糖分从11.0%～13.0%提高到14.0%～15.5%[6]。Henggeler在美国德克萨斯州西部的几个县的试验结果说明地下滴灌的棉花产量要比沟灌的棉花产量增产20%左右[7]。

3.自动化高，劳动生产率大。这种灌溉技术和现在广泛使用的一次性滴灌不同，不需要每年都对设备进行回收和安装，可以对其配套自动化设备，可节省劳力，提高劳动生产率。可以利用全自动的水肥轮灌组进行轮灌，控制闸门相对较少，系统简单、操作便捷。灌溉过程前后地面相对较为干燥，相对杂草较少，不需要进行较多的田间处理作业，而且机械化机具进行田间劳作的影响相对较小，节约了人工成本。

4.有较长的使用寿命，运行费用较低。将管道埋置在地下，可以很好的避免阳光的暴晒，温度升高和冻胀变化。而且由于埋置在地下，耕作对其的影响也微乎其微，田间动物对管道的啃食相对也减弱，这些都延缓了管道的老化，提高了管道的使用寿命。而且通过合理的布置，可以在小流量、低水头的条件下工作，设备的运行费用相对较低，节约了能源。

5.对土壤的结构没有破坏。不像地面灌溉那样对土壤有着较大的冲刷，土体结构并不会被破坏。地下滴灌并不会降低土壤的密实度，根系相对具有较高的活力。

（二）地下灌溉技术的缺点

1.对各种指标的测量比较困难。地下滴灌系统的最大缺点是滴灌系统埋入地下，对灌水器流量不能进行直接测量[8]。因此就很难对系统的灌水均匀度进行评价，而灌水的均匀度是对地下滴灌进行设计时需要考虑的重要的指标，灌水的均匀度不仅与灌水器的制造工艺有关，还与土壤的性质有密切的关系，同时灌水均匀度较难测量。

2.毛管容易堵塞。由于地下滴灌的管道通常都埋置在地下，滴头的出水量较小，且作物根系具有亲水性，故容易产生堵塞，植物的根系可能会进入滴头从而导致灌水器堵塞，应当定期在灌水设备内加入除草剂。滴灌的灌水器也容易被田间土壤中的细小颗粒和微生物等堵塞，故应当减小灌水器的间距，尽量加大灌水器的流量。除了上述的几种物理化学堵塞，还有另外一种可能会导致堵塞的原因：当轮灌组停止工作时，管道内可能会产生负压，可能会将土壤内的土颗粒压入灌水器而造成灌水器的堵塞。应当增加空气阀和排气阀等设施，当毛管中空气压力大时进行排气，停机时加气减少毛管中的负压以防止土壤颗粒进入滴头从而导致堵塞。

3.对种子发芽、出苗有不利影响。因为地下滴灌的管道埋藏在土壤内一定的深度，而且滴头的流量相对非常小，人们已经知道这种灌溉方式土壤的表层相对来说比较干燥，而且由于滴头供水不充分，对于种子发芽、出苗的影响是非常大的。但往往作物种植之后降雨量并不能保证，为了能够让种子发芽、出苗，还应当采用其他的辅助灌水设备来保证，这样不仅增加了系统的复杂程度，而且也增加了系统的投资。

4.设备运行期间管理要求高、受环境影响较大。地下滴灌的管道埋置于地下，运行时检修复杂，使得二次堵塞的可能性加大。当系统发生故障时，需要的检修时间也会大大增加，且检修费用普遍较高。因此在平常的运行管理中要求要严格，要定期的对管道和灌水器进行冲洗，除去附着在管壁和灌水器上的颗粒。由于这种系统自动化较高，机械在地面上的运动会导致土体本身压缩或破坏，使得管道变形，大大降低灌水器的流量和灌水的均匀度。

5.研究、应用起步较晚。相对于其他的节水灌溉技术来说，地下滴灌的技术研究少、应用少，仍然不是很成熟，是否要对这项技术大力推广还需要进一步的研究。

三、结论

地下滴灌技术是一项新发展起来的节水灌溉技术，对于农业的节水与增产有着较为显著的效果。2000年10月，在南非召开的第6次国际微灌大会上，地下灌溉技术被列为今后微灌发展的方向之一[9]。美国加利福尼亚州大学技术中心主任Dvid F.Zoldoske在第6次国际微灌大会上寓言“灌溉的未来将是地下滴灌”[9]。可以说地下滴灌具有良好的发展前景。在全球水资源紧张的大背景下，发展地下滴灌技术是非常有必要的，但目前我国对这种技术的研究并不能达到实践的要求。在地下滴灌技术的研究中，水的研究是毋庸置疑的，但现代的新型农业本质上是利用化学技术，所以如何配合肥料的利用、让水肥的利用率得到提高应受到重视，同时应当重视利用化学肥料对土体和地下水造成的危害，并应当最大程度的避免。人们应当努力避免这种灌溉技术的缺点，大力发展其的优点。灌水器的均匀度较差一直都是困扰地下滴灌发展的一个重要因素，在美国、澳大利亚等西方国家已经有了灌水均匀度较好的设备，并且技术相对来说也比较成熟，但是价格却相对非常昂贵，这对我国是不适用的，我国应当发展属于自己的，较为便宜且运行管理较为简单的地下滴灌设备，探索发明能解决堵塞，能够进行压力补偿的灌水器，制定地下滴灌产品的检验标准，建立自己的技术体系。