滴灌技术与装备的研究现状与发展趋势

马春玲

（新疆石河子职业技术学院，新疆石河子 832000）

我国水资源短缺，传统的大面积漫灌及喷灌方式对提高水的利用率效果不明显。滴灌方式可通过滴管和滴头精准的将水、肥送到作物根部，进行局部灌溉。采用滴灌方式，水的利用率可达95%，具有较高的节水效果，同时可以结合施肥、水肥同施，实现增产增效。我国通过多年对滴灌技术及装备的引进和学习，可生产成套滴灌设备，但是一些关键部件，如滴灌首部自动化控制方面与国外产品相比还存在着较大的差距。因此，结合国内外几种滴灌设备的类型和结构，分析滴灌设备的研究现状与发展趋势，提出滴灌设备存在问题及优化建议，为更好的实现节水增效、提高水肥利用率提供参考。

1 滴灌设备的类型与特点

1.1 过滤器

无论是哪种水源，都会含有杂质，灌水设备的出口孔径都很小，如水源中杂质没有过滤干净，很容易堵塞出水口。因此，过滤装置是滴灌设备的核心部件，是保障滴灌设备正常运行，延长滴灌设备使用年限和提高滴灌质量的关键措施[1]。不同的过滤装置具有不同的特点和功能，见表1。

表1 常见过滤器功能和特点

1.2 施肥施药装置

施肥施药装置是滴灌设备中向压力管道注入可溶性肥料或农药溶液的装置[2]。常用施肥装置的工作原理和特点见表2。

表2 常见施肥施药装置的工作原理和特点

1.3 灌水器

常见的灌水器有稳流器、微喷头、滴头、滴箭、滴灌管、滴灌带、喷水带等。稳流器由于采用大流量出流，具有节能、不易堵塞、水质过滤简单、省水、适应性强、操作简单等特点。滴头和滴箭一般配合使用，主要用于盆栽花卉、无土栽培等。滴灌管使滴头与毛管成一体，可以兼备配水和滴水两个功能，根据压力补偿方式不同分为压力补偿式和非压力补偿式两种。当滴灌距离较大或者地势比较起伏时可采用压力补偿式，与滴灌带相比，滴灌管的使用寿命稍长，同时价格也稍高。滴灌带可分为4 种：边缝式、中缝式、内镶贴片式和内镶连续贴条式。在铺设的时候滴灌管带，一定要出水口朝上。喷水带是采用特殊的激光打孔方法生产的多孔微喷灌带，具有喷水柔和、适量、均匀，水压低、成本低，铺设、移动、收卷和保管简单方便等优点。

2 国外滴灌技术与装备发展现状

20 世纪70 年代中期，澳大利亚、以色列、墨西哥、新西兰、南非和美国等6 个国家开始推广滴灌，当时全世界滴灌面积总计约3 773.5 hm2，到1991 年，全世界滴灌和微喷灌面积已增至106 672 hm2。由于滴灌和微喷灌系统要克服灌水器堵塞的缺陷，因此，发展速度不如喷灌快[3]。但是，近20 年来，以色列生产的滴灌和微喷灌系统，因其质量优良、技术先进，越来越受世人瞩目，特别是在使用电脑控制的自动化运行方面简便易行，农户很容易掌握使用。

20 世纪80 年代以来，国外滴灌技术在农业上得到空前发展。很多高校、科研机构、企业的研究人员开始探讨和研究地下滴灌技术与装备，将滴灌技术与装备的优点发挥到极致，实现了无地面蒸发损失。

国外著名的滴灌设备生产企业有以色列的耐特费姆、美国的雨鸟公司等。雨鸟公司在我国南疆地区将滴灌带埋于地下30 cm，用于铁路防风林带灌溉，取得良好效果。雨鸟公司随后还开发了一系列应用于园林花卉、人行道树灌溉的滴灌设备。这些技术和设备在美国、加拿大等地广受欢迎。

3 我国滴灌技术与装备发展现状

我国近10 年，在持续增加的财政投入和土地流转政策的直接推动下，现代灌溉技术进入快速发展时期，2018 年全国水利发展统计公报数据显示，我国节水灌溉工程面积达36 125 千hm2，占耕地灌溉面积53%，其中喷灌和微灌面积11 338 千hm2，微灌面积世界排名第一，喷灌面积世界排名第三。我国目前灌溉面积位居世界第一，水资源占世界水资源的6%，耕地面积占世界耕地面积的9%，但养活了世界上21%的人口，灌溉农业生产了75%的粮食作物和90%的经济作物[4]。

近几年，智能化的滴灌设备由于可实现无人化、少人化的操作得到大力发展。2013 年，内蒙古恒宇农业装备有限责任公司发明了一种智能化滴灌装置。该装置由智能监控系统、首部枢纽、管路、滴头等组成，其智能控制系统见图1。该系统通过传感器采集并记录测量数据，后利用无线发送模块将数据传送到信号采集系统，信号采集系统再通过GPRS 无线远程传输系统将采集到的信号传送到电脑终端，电脑实时接收、查看、设置生态环境参数及设备运行状态，建立数据库，根据设置参数条件实现智能化监控。

2014 年，中国灌溉排水发展中心李仰斌等研发的自驱动多功能一体化喷滴灌两用机实现了一机喷灌、滴灌多用，同时还能实现施肥、过滤、量水等功能，打破了土地规模的限制，集约化的土地和分散零碎小地块均可使用。

图1 智能控制系统结构

2021 年，中国水利水电科学研究院水利所吴文勇等，通过多年的研究，围绕现代滴灌水肥调控原理与技术装备开展了大量的研究，系统揭示了滴灌系统水肥变量调控机理，研发了滴灌精量高效水肥调控技术与产品。构建了东北地区覆膜滴灌水肥精量调控、华北地区灌溉水肥高效调控和西北干旱区滴灌水肥盐协同3 种调控技术模式。

4 我国滴灌技术与装备存在的问题及对策

4.1 存在的问题

（1）自动化的滴灌设备与设施不匹配。随着自动化技术的发展及人工工资上涨，自动化滴灌设备得到了大力推广，但已有的滴灌系统在建设初期没有考虑自动化系统需要，与目前的自动化滴灌设备不匹配，造成安装自动化滴灌设备成本高、故障率增加。

（2）滴灌设备品种较单一，系列化程较差。一方面，对滴灌设备生产企业的市场监督机制还有待进一步完善和健全，另一方面，我国自主研发的灌溉设备的自动化控制系统还有待进一步优化，造成部分滴灌设备品种较单一，系列化成度有待加强。

（3）生产企业缺少统一标准。我国已有很多厂家可生产自动化灌溉设备，但每个厂家生产的设备特别是控制系统间不能实现信息共享，数据共享难度大、导致设备在更新换代和安装等方面不能统一，给用户造成了很大的麻烦。

4.2 解决对策

针对自动化设施设备不匹配的问题，建议在水利设计时，在满足水利和农艺需求的前提下，充分考虑自动化滴灌设备的需要，特别是过滤器的使用、阀门的数量和位置、滴灌带的选择，以及水质、排污、排气等方面，尽量选用自动化设备和人工管理通用的系统，为后续自动化滴灌设备的配套做好基础。

针对品种较单一、系列化程较低、信息共享难度大的问题，建议逐步完善市场监督机制和管理办法，同时，应组织编写统一的滴灌设备自动化标准，规范各滴灌设备自动化系统生产企，减小滴灌设备用户在更新换代和新增滴灌设备时的成本，增加选择范围。