滴灌技術(shù)與裝備的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

馬春玲

（新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆石河子 832000）

我國水資源短缺，傳統(tǒng)的大面積漫灌及噴灌方式對提高水的利用率效果不明顯。滴灌方式可通過滴管和滴頭精準(zhǔn)的將水、肥送到作物根部，進(jìn)行局部灌溉。采用滴灌方式，水的利用率可達(dá)95%，具有較高的節(jié)水效果，同時(shí)可以結(jié)合施肥、水肥同施，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。我國通過多年對滴灌技術(shù)及裝備的引進(jìn)和學(xué)習(xí)，可生產(chǎn)成套滴灌設(shè)備，但是一些關(guān)鍵部件，如滴灌首部自動化控制方面與國外產(chǎn)品相比還存在著較大的差距。因此，結(jié)合國內(nèi)外幾種滴灌設(shè)備的類型和結(jié)構(gòu)，分析滴灌設(shè)備的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，提出滴灌設(shè)備存在問題及優(yōu)化建議，為更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效、提高水肥利用率提供參考。

1 滴灌設(shè)備的類型與特點(diǎn)

1.1 過濾器

無論是哪種水源，都會含有雜質(zhì)，灌水設(shè)備的出口孔徑都很小，如水源中雜質(zhì)沒有過濾干凈，很容易堵塞出水口。因此，過濾裝置是滴灌設(shè)備的核心部件，是保障滴灌設(shè)備正常運(yùn)行，延長滴灌設(shè)備使用年限和提高滴灌質(zhì)量的關(guān)鍵措施[1]。不同的過濾裝置具有不同的特點(diǎn)和功能，見表1。

表1 常見過濾器功能和特點(diǎn)

1.2 施肥施藥裝置

施肥施藥裝置是滴灌設(shè)備中向壓力管道注入可溶性肥料或農(nóng)藥溶液的裝置[2]。常用施肥裝置的工作原理和特點(diǎn)見表2。

表2 常見施肥施藥裝置的工作原理和特點(diǎn)

1.3 灌水器

常見的灌水器有穩(wěn)流器、微噴頭、滴頭、滴箭、滴灌管、滴灌帶、噴水帶等。穩(wěn)流器由于采用大流量出流，具有節(jié)能、不易堵塞、水質(zhì)過濾簡單、省水、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單等特點(diǎn)。滴頭和滴箭一般配合使用，主要用于盆栽花卉、無土栽培等。滴灌管使滴頭與毛管成一體，可以兼?zhèn)渑渌偷嗡畠蓚€(gè)功能，根據(jù)壓力補(bǔ)償方式不同分為壓力補(bǔ)償式和非壓力補(bǔ)償式兩種。當(dāng)?shù)喂嗑嚯x較大或者地勢比較起伏時(shí)可采用壓力補(bǔ)償式，與滴灌帶相比，滴灌管的使用壽命稍長，同時(shí)價(jià)格也稍高。滴灌帶可分為4 種：邊縫式、中縫式、內(nèi)鑲貼片式和內(nèi)鑲連續(xù)貼條式。在鋪設(shè)的時(shí)候滴灌管帶，一定要出水口朝上。噴水帶是采用特殊的激光打孔方法生產(chǎn)的多孔微噴灌帶，具有噴水柔和、適量、均勻，水壓低、成本低，鋪設(shè)、移動、收卷和保管簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。

2 國外滴灌技術(shù)與裝備發(fā)展現(xiàn)狀

20 世紀(jì)70 年代中期，澳大利亞、以色列、墨西哥、新西蘭、南非和美國等6 個(gè)國家開始推廣滴灌，當(dāng)時(shí)全世界滴灌面積總計(jì)約3 773.5 hm2，到1991 年，全世界滴灌和微噴灌面積已增至106 672 hm2。由于滴灌和微噴灌系統(tǒng)要克服灌水器堵塞的缺陷，因此，發(fā)展速度不如噴灌快[3]。但是，近20 年來，以色列生產(chǎn)的滴灌和微噴灌系統(tǒng)，因其質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)先進(jìn)，越來越受世人矚目，特別是在使用電腦控制的自動化運(yùn)行方面簡便易行，農(nóng)戶很容易掌握使用。

20 世紀(jì)80 年代以來，國外滴灌技術(shù)在農(nóng)業(yè)上得到空前發(fā)展。很多高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)的研究人員開始探討和研究地下滴灌技術(shù)與裝備，將滴灌技術(shù)與裝備的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致，實(shí)現(xiàn)了無地面蒸發(fā)損失。

國外著名的滴灌設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)有以色列的耐特費(fèi)姆、美國的雨鳥公司等。雨鳥公司在我國南疆地區(qū)將滴灌帶埋于地下30 cm，用于鐵路防風(fēng)林帶灌溉，取得良好效果。雨鳥公司隨后還開發(fā)了一系列應(yīng)用于園林花卉、人行道樹灌溉的滴灌設(shè)備。這些技術(shù)和設(shè)備在美國、加拿大等地廣受歡迎。

3 我國滴灌技術(shù)與裝備發(fā)展現(xiàn)狀

我國近10 年，在持續(xù)增加的財(cái)政投入和土地流轉(zhuǎn)政策的直接推動下，現(xiàn)代灌溉技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，2018 年全國水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，我國節(jié)水灌溉工程面積達(dá)36 125 千hm2，占耕地灌溉面積53%，其中噴灌和微灌面積11 338 千hm2，微灌面積世界排名第一，噴灌面積世界排名第三。我國目前灌溉面積位居世界第一，水資源占世界水資源的6%，耕地面積占世界耕地面積的9%，但養(yǎng)活了世界上21%的人口，灌溉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)了75%的糧食作物和90%的經(jīng)濟(jì)作物[4]。

近幾年，智能化的滴灌設(shè)備由于可實(shí)現(xiàn)無人化、少人化的操作得到大力發(fā)展。2013 年，內(nèi)蒙古恒宇農(nóng)業(yè)裝備有限責(zé)任公司發(fā)明了一種智能化滴灌裝置。該裝置由智能監(jiān)控系統(tǒng)、首部樞紐、管路、滴頭等組成，其智能控制系統(tǒng)見圖1。該系統(tǒng)通過傳感器采集并記錄測量數(shù)據(jù)，后利用無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)傳送到信號采集系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)再通過GPRS 無線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)將采集到的信號傳送到電腦終端，電腦實(shí)時(shí)接收、查看、設(shè)置生態(tài)環(huán)境參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)設(shè)置參數(shù)條件實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。

2014 年，中國灌溉排水發(fā)展中心李仰斌等研發(fā)的自驅(qū)動多功能一體化噴滴灌兩用機(jī)實(shí)現(xiàn)了一機(jī)噴灌、滴灌多用，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)施肥、過濾、量水等功能，打破了土地規(guī)模的限制，集約化的土地和分散零碎小地塊均可使用。

圖1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2021 年，中國水利水電科學(xué)研究院水利所吳文勇等，通過多年的研究，圍繞現(xiàn)代滴灌水肥調(diào)控原理與技術(shù)裝備開展了大量的研究，系統(tǒng)揭示了滴灌系統(tǒng)水肥變量調(diào)控機(jī)理，研發(fā)了滴灌精量高效水肥調(diào)控技術(shù)與產(chǎn)品。構(gòu)建了東北地區(qū)覆膜滴灌水肥精量調(diào)控、華北地區(qū)灌溉水肥高效調(diào)控和西北干旱區(qū)滴灌水肥鹽協(xié)同3 種調(diào)控技術(shù)模式。

4 我國滴灌技術(shù)與裝備存在的問題及對策

4.1 存在的問題

（1）自動化的滴灌設(shè)備與設(shè)施不匹配。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展及人工工資上漲，自動化滴灌設(shè)備得到了大力推廣，但已有的滴灌系統(tǒng)在建設(shè)初期沒有考慮自動化系統(tǒng)需要，與目前的自動化滴灌設(shè)備不匹配，造成安裝自動化滴灌設(shè)備成本高、故障率增加。

（2）滴灌設(shè)備品種較單一，系列化程較差。一方面，對滴灌設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的市場監(jiān)督機(jī)制還有待進(jìn)一步完善和健全，另一方面，我國自主研發(fā)的灌溉設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)還有待進(jìn)一步優(yōu)化，造成部分滴灌設(shè)備品種較單一，系列化成度有待加強(qiáng)。

（3）生產(chǎn)企業(yè)缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。我國已有很多廠家可生產(chǎn)自動化灌溉設(shè)備，但每個(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備特別是控制系統(tǒng)間不能實(shí)現(xiàn)信息共享，數(shù)據(jù)共享難度大、導(dǎo)致設(shè)備在更新?lián)Q代和安裝等方面不能統(tǒng)一，給用戶造成了很大的麻煩。

4.2 解決對策

針對自動化設(shè)施設(shè)備不匹配的問題，建議在水利設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足水利和農(nóng)藝需求的前提下，充分考慮自動化滴灌設(shè)備的需要，特別是過濾器的使用、閥門的數(shù)量和位置、滴灌帶的選擇，以及水質(zhì)、排污、排氣等方面，盡量選用自動化設(shè)備和人工管理通用的系統(tǒng)，為后續(xù)自動化滴灌設(shè)備的配套做好基礎(chǔ)。

針對品種較單一、系列化程較低、信息共享難度大的問題，建議逐步完善市場監(jiān)督機(jī)制和管理辦法，同時(shí)，應(yīng)組織編寫統(tǒng)一的滴灌設(shè)備自動化標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范各滴灌設(shè)備自動化系統(tǒng)生產(chǎn)企，減小滴灌設(shè)備用戶在更新?lián)Q代和新增滴灌設(shè)備時(shí)的成本，增加選擇范圍。