比滴灌更节水的灌溉技术――痕量灌溉

我国是一个极度缺水的国家，已被列入全世界13个人均水资源最贫乏的国家之一，而且分布不均，大量淡水资源集中在南方，北方淡水资源只有南方水资源的1/4。

据统计，全国600多个城市中有一半以上城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更为严重。目前我国城市供水以地表水或地下水为主，或者两种水源混合使用，有些城市因地下水过度开采，造成地下水位下降，有的城市形成了几百平方公里的大漏斗，使海水倒灌数十公里。由于工业废水的肆意排放，导致80%以上的地表水、地下水被污染。

面对如此严峻的形势，国家采取各种政策措施提倡和发展节水灌溉技术。目前应用最广也是最为大家所熟知的便是滴灌节水技术。滴灌是目前世界上先进的节水灌溉技术，比管道灌溉节水55%，比漫灌节水80%。但是本文要介绍的痕量灌溉却比滴灌还要节水40%～60%。

痕量灌溉的技术原理

痕量灌溉是指在满足植物水分需求的前提下，通过特制的控水头，将低压水转化成极细小的水流，以极其微小的速度（1～200mL/h），均匀、不间断地直接输送到植物根系附近的土壤。我们通常所讲的常量灌溉是按吨每小时计算的，微量灌溉是按升每小时计算的，而痕量灌溉则是按毫升每小时计算的。

痕量灌溉是依据土壤毛细管作用原理，结合现代膜过滤技术而研发的一种新型节水灌溉技术。它以土壤毛细管力为基础力，以极其微小的速率直接将水或营养液输送到植物根系附近，均匀、适量、连续湿润植物根层土壤，为植物长久供水。

控水头是痕量灌溉技术的核心部件。控水头腔中安装滤膜，出水口处是很多根毛细管构成的毛细头。控水头实现了适量、均匀、连续不间断地向植物供水的目标。

当控水头出水口的毛细管与土壤接触时，控水头中的水会被土壤中的毛细孔隙自动抽出，在控水头内部产生相当大的抽水力，迫使进水口处的水通过滤膜后流入控水头出水口的毛细管中，并再次被土壤吸走。水分进入土壤后，除了毛细管力外，还受到重力和土粒中范德华力的作用，这些为水分移动提供了动力。植物根系吸收水分，根系周围的土壤中水分减少，控水头出水口附近较湿润土壤中的水分在土壤毛细管力、重力和范德华力的作用下扩散到根系周围土壤中，并最终经由根毛区表皮细胞被植物吸收。

控水头如何防堵

通过设置合理的滤膜与出水口毛细管头面积比，降低滤膜的透水流速。当面积比超过临界值后，滤膜几乎无法堵塞。在滤膜阻挡下的杂质会稀松地堆砌在滤膜表面，不仅不会阻挡缓速的水流，反而会变成一层层新滤膜。更大颗粒的杂质由于滤膜微孔过小，也无法堵塞滤膜。尤其是在管道灌溉中使用的普泉控水头，其滤膜拦截的杂质会受到来自管道中动荡水流的搅扰，杂质无法附着在滤膜上，成功避免了物理性堵塞。输配水管网浅埋于地下后，管道内外温度相对恒定，进而有效避免了灌溉水质相对较硬时，化学物质结晶析出而附着在管道内壁，堵塞控水头这一现象的发生

同时，输配水管网浅埋于地表下，处于黑暗不见光状态，故难以为藻类及其他微生物创造适宜生存环境，有效避免了此类型生物性堵塞问题的发生。

根系会向控水头生长，但控水头的出口处是由很多根并列在一起的表面能强大的纳米材料填充而成，且间隙远远小于植物根系直径，从而完全杜绝了植物根系伸入出水口引起的堵塞。管路在负压存在的情况下可以依靠控水头继续正常抽水运行而不发生水分倒吸。

技术特点

痕量灌溉具有高效节水、节肥、节能等环境友好的特性。痕灌管埋在地下，水分只湿润作物根系附近土壤，避免了深层渗漏；随水使用的肥料保留在土壤中或者直接被植物吸收。研究表明，痕量灌溉可比滴灌节水40%～60%，省肥20%～30%。痕量灌溉系统可以在无电的低压条件下工作，与滴灌相比，节省了能源。

水质适应性广。滴灌对水质要求较高。当水质不良，尤其是含有泥沙、化学沉积物等时，即使安装首部过滤装置也无法从根本上解决堵塞问题，不仅增加了系统成本，也极大地限制了滴灌技术的使用范围。痕量灌溉依靠控水头特有的膜过滤方式保证控水头稳定工作不堵塞，因此水质的适应性更广。

适用范围广。水源和电力条件是某一区域能否实施灌溉和采取何种灌溉技术的影响因素。微灌需要大容量的水源和持续电力，特别是过滤和压力装置的使用更离不开电力。痕量灌溉依靠控水头独有的痕灌膜结合毛细管束结构，自动完成抽水和过滤，因此对水源的适应性更加广泛，即使在无电力供给的地区同样可以出色地完成灌溉任务；痕量灌溉管材轻便、结构简单、布设容易，能适应各种复杂地形。对于入渗率很低的紧实土壤，可选择小流量的控水头，对于保水力差的沙土，可选用大流量的控水头；除了能适应干旱地区和保护地栽培外，还可广泛用于垂直绿化、屋顶绿化、取水不便地区的生态改良和防沙治沙等方面。

结构简单，方便维护。痕量灌溉系统构成简单，只需要一个贮水器，用管道将其与控水头连为一体，系统就会自动工作；痕量灌溉系统流量低，可进行长距离铺设，在保证良好灌溉均匀度的前提下，痕灌管的最大铺设长度可达500～600米，地埋毛管可使用5～10年，节约了干、支管道的使用量，减少了系统的投资；痕灌管不易堵塞且机械拉伸力强，能多年使用；由于控水头的流量小，水压低，管材的损伤小，维护的工作量很小；单眼机井控制面积增加，既缓解了水资源紧缺的压力，也减少了打井的数量，节省投资。但是现在痕量灌溉管生产是半机械化，生产规模不大，目前价格较高，痕量灌溉管每米造价5～6元（滴灌带0.2～1.0元/米），亩投资是2000～3000元（果树）、4000～5000元（温室），而滴灌亩投资为600～1000元。

推广应用

目前痕量灌溉技术在西北（新疆、内蒙古）、西南（广西）、中部（河南、山西）及华北（北京）等地区受到了广泛的关注，已与当地政府和企业合作，完成了包括农业（甘蔗、温室、果树）、荒漠治理、城市造林、空间绿化等在内的多种领域示范。

经过实践表明，痕量灌溉田间耗水量减少。青花菜痕量灌溉的田间耗水量比滴灌每亩减少53立方米，即节水56.2%，球茎茴香痕量灌溉的田间耗水量比滴灌每亩减少42.5立方米，即节水49.7%。痕量灌溉条件下作物产量稳定，水分利用效率显著增加。痕量灌溉条件下青花菜、球茎茴香的经济产量与滴灌差异不显著，但水分利用率比滴灌增加显著，青花菜增加13.3千克每立方米（水），球茎茴香增加30.7千克每立方米（水）。痕量灌溉利于作物根系发育。由于痕量灌溉是地下供水且供水速度缓慢，尤其在冬季灌溉时可使到达植物根系的水分温度维持在一个更适宜植物根系生长发育的范围之内，可有效避免低温对根系的不利刺激，促进根系发育，从而有利于根系对水分和养分的吸收，改善了作物品质，提高了作物产量。

痕量灌溉的田间生产示范效果良好，与滴灌对照，其节水效率为43%～58%，最高经济产量增幅为14%，水分利用率增幅为80%～173.2%，省工36.4%～57.9%。