膜下滴灌技术以及大田膜下滴灌高效节水系统研究

张 彦

（甘肃省山丹县农业农村局，甘肃 山丹 734100）

膜下滴灌技术在我国已经有较长的发展历史，有关膜下滴灌技术的理论也日益完善，应用经验逐年丰富，膜下滴灌技术的应用前景愈来愈广阔。现结合实际对该项灌溉技术做具体分析。

1 膜下滴灌技术

1.1 技术原理

从本质来说，膜下滴灌技术属于一种复合型灌溉技术，该技术是将滴灌、覆膜2 项技术的优点有机结合而形成的一套独立灌溉技术。该技术的应用原理以及操作方法：于地膜下敷设滴灌毛管、滴灌带，然后将这些基础设施与可控管道系统、自动化灌溉控制系统等有机结合，最终将水输送到作物根部，实现膜下自动灌溉。在膜下滴灌系统中，加压水经过过滤设施后与水溶性肥料混合形成肥水溶液，肥水溶液在压力推动下依次进入输水干管、支管、灌溉带，然后由灌溉带的滴水器均匀、定时且定量地输送到作物根部，从而保持作物根部湿润，使作物对水分的需求得到满足[1]。

1.2 技术优点

与传统灌溉技术相比，膜下滴灌技术作用显著，优势明显。膜下滴灌技术的存在，大多都是以滴灌毛管为基础，通过合理的手段对作物根系输水情况进行精准管控，以此来避免发生水资源浪费现象，并对作物的吸收率产生良好的影响。受到膜下滴灌技术特性的影响，其本身所产生的水分蒸发速率得以控制，水源消耗降低，对于水资源利用管理也会产生良好的促进作用。采用膜下滴灌技术可使水与肥混合灌溉，既加快了肥料的溶解速度与作物的吸收速度，又大大简化了生产程序，减少了农民的劳动量，同时也提高了农业生产效率[2]。水肥同时灌溉以及地膜的覆盖还有利于土壤微环境的改善。在地膜作用下，水分蒸发量减少，因水分蒸发而产生的土壤返盐现象也随之减轻，土壤酸碱性更加均衡，肥力持续提升，作物的长势也更加良好。另外，膜下滴灌技术减少了田间水分散发，从而降低了田间湿度，病虫害的滋生与散播速度也得到抑制，作物的生长环境更加理想。

1.2.1 常压式膜下滴灌系统 与其他技术相比，常压式膜下滴灌系统是以渠道按照原本线路模式为基础，开展相应的引导作业，利用地头管道的铺设来完成相应的引流工作，等到水流完全被引入作物软管后，再通过相应的阀门装置来开展控制作业，不但能够有效提高滴灌效率，还能够满足农民的灌溉需求，降低成本支出，使得农作物的产量能够得到较大地提升。从主体结构上来看，有关常压式膜下滴灌系统的装置大体上可以分为4 部分，即主管、支管、毛管、铺膜铺管播种机。

1.2.2 加压式膜下滴灌系统 通常情况下，相关人员在进行加压式膜下滴灌系统的应用过程中，先要合理地选用首部设备，也就是以水泵结构为主的装置，通过过滤器来开展后续的灌溉工作。同时，为了满足首部设备的应用需求，还可以根据实际情况进行施肥或者是施药，以此来确保农作物的生产质量能够达到预期标准。在进行主管道的应用过程中还会涉及水资源以及肥料的传输，通过地埋装置开展相应的滴灌作业，不但能够有效降低外在因素所产生的风险影响，对于农户自身的经济收入也会产生积极有效的促进作用，同时也是实现我国生态环保核心目标的重要措施。

1.3 使用效果

1.3.1 经济效益 通过对大田膜下滴灌高效节水系统的应用，相较于大水漫灌，能够有效提高农作物产量，并且在节水效果方面也能够得到有效保障，降低农民的成本支出，同时还能够为后续工作奠定良好的基础，以此来保障整个地区的土地利用率，提升农业产业的经济效益。

1.3.2 社会效益 对于农业用水管理工作而言，施工人员需要按照相关标准完成灌溉模式的控制与应用，根据相关标准开展田间管理工作，不但能够有效提高土地利用率，同时还能够对我国经济可持续发展产生积极有效的促进作用。

1.3.3 生态效益 通过对膜下滴灌技术的应用，能够对农田土壤结构进行改良与优化，并根据实际情况进行土壤次生盐碱化的防治处理，提高生态环境质量，满足农民的灌溉需求，同时还能够对我国农业长久发展奠定良好的基础。

2 大田膜下滴灌高效节水系统构成

2.1 膜下滴灌系统总架构

目前我国部分地区已经建设并应用了膜下滴灌高效节水系统。现有的膜下滴灌系统一般由以下内容构成：决策支持系统、数据采集监测系统与灌溉自动控制系统。膜下滴灌系统的基本原理：在田间装设智能传感器，通过传感器采集农田信息。采集到的农田信息先经过下位机处理，然后根据用户需求上传给用户使用的服务系统。用户在接收到农田信息后，运用专家知识库、模型库、方法库等对信息进行分析与处理，使数字信号转化为物理量。经转化得到的物理量再由决策支持系统做进一步的分析与计算，最后得到最佳灌溉量以及精确的灌溉时间等重要信息。工作人员根据分析结果在系统中设置指令，之后的灌溉工作就会由自动控制系统根据决策支持的指令自动完成[3]。

2.2 膜下滴灌系统子系统

2.2.1 决策支持系统 膜下滴灌系统中的决策支持系统又包含多个功能模块，如模型库、数据库、支持库、控制管理子系统等。在这几个功能模块中，模型库管理模块是核心模块，通过这一模块，用户才能接收到相对准确的作物生长信息与农田水分预报，后续的灌溉决策才会更加科学合理。

2.2.2 数据采集监测系统 膜下滴灌系统中的数据采集监测系统主要负责采集土壤水分变化信息、作物生长信息、农田水分变化信息等。该系统基于各项监测数据对农田墒情做出判断，对农田水分状况做出评估，使农民能及时、全面地掌握土壤变化情况，进而做出更加科学合理的灌溉决策[4]。

2.2.3 灌溉自动控制系统 灌溉自动控制系统由驱动器、计算机、控制卡、传感器、采集卡等硬件设备以及监测软件、程序设计软件、决策软件共同构成。在灌溉自动控制系统的支持下，安置在田间的各类传感器采集各类环境参数，之后将环境参数进行计算机系统的传输，而后利用相应的数据处理技术来完成参数处理，从而确保灌溉指令能够得到有效发出，并为后续工作奠定良好的基础。

3 大田膜下滴灌高效节水系统建设要点

3.1 优化控制阀的选用

在大田膜下滴灌系统中，控制阀是一个非常重要的设备，该设备在一定程度上决定了滴灌自动控制目标能否实现。因此，在构建大田膜下滴灌系统时，首先要对控制阀做详细研究，根据系统覆盖范围、系统自动控制要求以及灌溉水量等科学选择性能良好、质量过关且价格适中的控制阀，以此保证整个系统能高效稳定运行。在选择出高质量的控制阀后，在一个系统或相邻几个滴灌系统首部安装控制卡，然后通过控制卡将灌溉指令发送给控制阀，控制阀按照指令自动打开或闭合，让大田膜下灌溉真正实现自动化。

3.2 做好水源工程建设

农田灌溉水源工程包括蓄水工程、拦引水工程、沉淀工程以及提水工程、输配电工程等。水源工程是大田膜下滴灌系统的基础，前期必须做好水源工程建设。建设水源工程时，首先通过实地勘察掌握当地灌溉水来源，然后根据灌区的地形地势、灌溉面积、用水需求等确定水源工程类型，之后逐步完善水渠等配套工程建设。其次是在建设水源工程时必须加强工程质量管控，确保水源工程能长久为膜下滴灌系统提供支撑与保障。

3.3 科学设计首部枢纽

大田膜下滴灌系统的首部枢纽一般由水泵、动力机、过滤设施、安全保护装置以及施肥装置与量测控制设备等构成。首部枢纽在灌溉系统中的作用是从水源取水并将水与肥料混合，获得混合液后加压将混合液输送进管网，使作物获得水肥保障。首部枢纽担负着整个系统的驱动、量测和调控任务，作用重大。因此，在设计与建设大田膜下滴灌系统时要根据灌区与系统的具体情况合理设计首部枢纽模式，保证首部枢纽适用于整个系统。

3.4 滴头流量计算与设计

大田膜下滴灌系统中的滴灌流量一般是由滴灌带之间的间距决定，但为了获得更加环保经济的效果，设计人员在设计时还应详细分析滴头流量对系统造成的影响。据有关研究表明，在膜下滴灌自动控制系统中，选用小流量、小管径的滴灌带有利于降低滴灌系统运行成本以及提高水资源利用率[5]，进行系统设计时工作人员可对这一结论加以借鉴与参考。

4 应用意义

膜下滴灌高效节水灌溉技术在农业生产中的重要作用是其综合效益的提高，从经济效益上看，膜下滴灌不但能提高作物产量20%以上，还能节省水肥、人力、设备等费用，从而产生巨大的经济效益。从生态效益上看，膜下滴灌可以节省30%～50%的水资源，同时还能降低深层渗漏和地表径流，能有效防止土壤板结和二次盐碱化。此外，膜下滴灌高效节水灌溉技术随水施肥、施药，大大降低了肥料、杀虫剂的消耗，降低了对自然生态环境的污染与破坏，节约的水资源还可以用于生态建设，改善生态环境。从社会效益上看，由于滴灌的使用效率和灌溉面积得到了极大地提高，解决了水资源短缺的问题。

与传统灌溉模式相比，膜下滴灌高效节水灌溉技术无论是效率上还是安全性上都得到了很大地提升，作为生态环境保护下的产物，膜下滴灌高效节水灌溉技术具备环保性与可控性，能够根据不同环境需求进行模式的调整，进而为后续工作奠定良好的基础，以此来满足社会经济建设的需要。

正因如此，施工单位在进行工程技术应用的过程中，应加强管控，明确农作物产量与膜下滴灌高效节水灌溉技术之间的关系，并以此为基础开展相应的管理，增强人员的综合素养，正确分析不同参数下农作物的生长趋势，并利用信息化手段开展相应的管理工作，不但能够有效提高农民的灌溉用水需求，同时还能对农业地区的经济发展与建设产生积极有效的促进作用。因此，我国应加速推广膜下滴灌技术，以确保农业的持续、稳定发展。

5 结语

膜下滴灌技术理论先进、操作方便、节水效果理想，是现代农业中不可缺少的灌溉技术。在水资源更加短缺的今天，各地应进一步加大对膜下滴灌技术的研究与推广应用。相关部门要结合当地具体情况科学运用先进的知识理论与技术方法，建设与应用膜下滴灌高效节水系统，进而提高水资源利用率，提升农业生产水平。