浅论滴灌技术

【摘要】在温室土壤-作物-环境连续体中，作物水分损 耗、吸收和水分利用一直是研究的热点。在温室内，作物精量灌溉必须要考虑何时灌和灌多少两个方面的问题。对温室作物需水规律研究、温室作物灌溉决策的定量 指标研究、作物需水信息检测装置研究和温室设施湿度控制策略研究方面对我国设施农业节水灌溉研究的现状进行了分析。最后，初步提出了进一步研究的建议。

【关键词】温室；设施农业；滴灌；滴灌带；水控制系统；需水信息；湿度

1. 前言

农业发展进入了从传统农业向现代农业转化的新阶段，优质、高产、高效已成为现代农业的发展方向。在这一过程中，设施农业发挥着重要作用。我国设施农业面积虽居世界首位，目前全国设施园艺面积已超过210万公顷，但产量仅为世界先进水平的1/3。其中的一个重要原因是设施内灌溉技术落后，严重影响设施内的环境状况，使其未能充分发挥节水增产的巨大作用。设施内的水分调控必须依据作物种类、品种和各生育期对设施内空气湿度和土壤湿度的要求进行适时、适量的调节控制。Hillel指出，节水灌溉理论研究的根本目的并非单纯节约用水，而是通过供水和其它环境变量的优化提高劳动生产率。从这个意义上，国外更多把节水灌溉称为如何高效用 水。节水农业的最终目的是提高单位水资源的农业产出效率，在农田尺度上就是提高作物对土壤水分的利用效率，即消耗单位土壤水量而获得的经济产量。

2. 灌溉是温室作物栽培中唯一水分来源，灌溉用水消耗量大

温室设施是 一个半封闭体系，与大田作物栽培相比较，湿度高，室内风速度较低，水分-土壤-植物-空气有着独特的封闭性特点。因此，在充分利用灌溉水效率基础上，按需 精量灌溉策略成为设施园艺作物水分管理的重要内容，在一天中，根据环境条件决策灌多少（即灌溉量）、根据作物需水信息决策什么时候灌（即灌溉时机）是温室 作物生产灌溉管理中需要确定的两大基本问题。因此研究温室设施中作物节水灌溉理论与技术，同时结合温室湿度控制策略，有效控制实施温室作物灌溉量，缓和温 室高湿环境的矛盾，这对指导温室作物精量灌溉与按需灌溉，进一步提高灌溉水的利用率和生产效率，改善温室作物的生长环境，以及改善作物品质与提高产量均具 有十分重大的意义。

3. 滴灌是利用塑料管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉

（1）它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，其水的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也 可用于大田作物灌溉。其不足之处是滴头易结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理。目前，国产设备已基本过关，有条件的地区应积极发展滴灌。

（2）接管道的固定程度， 滴灌可分固定式、半固定式和移动式三种类型。固定式滴灌，其各级管道和滴头的位置在灌溉季节是固定的。其优点是操作简便、省工、省时， 灌水效果好。国产设备亩投资约为700元（果树）～1400元（大棚蔬菜）。半固定式滴灌， 其干、支管固定， 毛管由人工移动。亩投资为500元～700元。移动式滴灌，其干、支、毛管均由人工移动，设备简单，较半固定式滴灌节省投资，但用工较多。亩投资为2m元～500元。

（3）结合我国劳动力多、资金缺乏的具体情况而研究开发的半固定式、移动式滴灌系统，大大降低了工程造价，为滴灌在大田作物和经济欠发达地区推广应用创造了条件。

（4）水窖滴灌，是通过雨水集流或引用其它地表径流到水窖（或其它微型蓄水工程）内， 再配上滴灌以解决干旱缺水地区的农田灌溉问题。它具有结构简单、造价低、家家户户都能采用的特点。对于旱贫困山区实现每人有半亩到一亩旱涝保收农田，解决温饱问题和发展庭院经济有重要作用，应在干旱和缺水山区大力推广。

（5）地下滴灌，是把滴灌管埋入地下作物根系活动层内，灌溉水通过微孔渗入土壤供作物吸收。有的地方在塑料管上隔一定距离钻一个小孔，埋入地下植物根部附近进行灌溉，群众俗称“渗灌”。

（6）地下滴灌具有蒸发损失少、省水、省电、省肥、省工和增产效益显著等优点，果树、棉花、粮食作物等均可采用。其缺点是，当管道间距较大时灌水不够均匀，在 土壤渗透性很大或地面坡度较陡的地方不宜使用。亩投资为400元～1000元。其效益为：节水50%～60%；省电40%～50%；增产30%左右。

4. 滴灌技术

4.1节水、节肥、省工。滴灌属全管道输水和局部微量灌溉，使水分的渗漏和损失降低到最低限度。同时，又由于能做到适时地供应作物根区所需水分，不存在水的损失问题，又使水的利用效率大大提高。灌溉可方便地结合施肥，即把化肥溶解后灌注入灌溉系统，由于化肥同灌溉水结合在一起，肥料养分直接均匀地施到作物根系层，真正实现了水肥同步，大大提高了肥料的有效利用率，同时又因是小范围局部控制，微量灌溉，水肥渗漏较少，故可节省化肥施用量，减轻污染。运用灌溉施肥技术，为作物及时补充价格昂贵的微量元素提供了方便，并可避免浪费。滴灌系统仅通过阀门人工或自动控制，又结合了施肥，故又可明显节省劳力投入，降低了生产成本。

4.2控制温度和湿度。传统沟灌的大棚，一次灌水量大，地表长时间保持湿润，不但棚温、地温降低太快，回升较慢，且蒸发量加大，室内湿度太高，易导致蔬菜或花卉病虫害发生。因滴灌属于局部微灌，大部分土壤表面保持干燥，且滴头均匀缓慢地向根系土壤层供水，对地温的保持、回升，减少水分蒸发，降低室内湿度等均具有明显的效果。采用膜下滴灌，即把滴灌管（带）布置在膜下，效果更佳。另外滴灌由于操作方便，可实行高频灌溉，且出流孔很小，流速缓慢，每次灌水时间比较长，土壤水分变化幅度小，故可控制根区内土壤能够长时间保持在接近于最适合蔬菜、花卉等生长的湿度。由于控制了室内空气湿度和土壤湿度，可明显减少病虫害的发生，进而又可减少农药的用量。

4.3保持土壤结构。在传统沟畦灌较大灌水量作用下，使设施土壤受到较多的冲刷、压实和侵蚀，若不及时中耕松土，会导致严重板结，通气性下降，土壤结构遭到一定程度破坏。而滴灌属微量灌溉，水分缓慢均匀地渗入土壤，对土壤结构能起到保持作用，并形成适宜的土壤水、肥、热环境。四、改善品质、增产增效 由于应用滴灌减少了水肥、农药的施用量以及病虫害的发生，可明显改善产品的品质。总之，较之传统灌溉方式，温室或大棚等设施园艺采用滴灌后，可大大提高产品产量，提早上市时间，并减少了水肥、农药的施用量和劳力等的成本投入，因此经济效益和社会效益显著。设施园艺滴灌技术适应了高产、高效、优质的现代农业的要求，这也是其能得以存在和大力推广使用的根本原因。

4.4滴灌带是利用塑料管（滴灌管）道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。是通过出流孔口非常小入的滴头或滴灌带，把水一滴一滴地均匀而缓慢地滴在作物根部附近的土壤中。 滴灌带的作用： 它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，其水的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其不足之处是滴头易结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理。目前，国产设备已基本过关，有条件的地区应积极发展滴灌。

5. 滴水器

滴水器是滴灌系统的核心，要满足以下要求：（1）有一个相对较低而稳定的流量在一定的压力范围内，每个滴水器的出水口流量应在2～8升/ 小时之间。滴头的流道细小，直径一般小于2毫米，流道制造的精度要求也很高，细小的流道差别将会对滴水器的出流能力造成较大的影响。同时水流在毛管流动中 的摩擦阻力降低了水流压力，从而也就降低了末端滴头的流量，为了保证滴灌系统具有足够的灌水均匀度，经验上一般是将系统中的流量差限制在10%以内。（2）大的过流断面为了在滴头部位产生较大的压力损失和一个较小的流量，水流通道断面最小尺寸在0.3～1.0毫米之间变化。由于滴头流道较小，所以很容易造成流道堵塞。如若增大滴头流道，则需加长流道，为此，研究出了多种滴水器。

滴水器的分类及特点。由于滴水器的种类较多，其分类方法也不相同：

5.1按滴水器与毛管的连接方式分。

5.1.1管间式滴头：把灌水器安装在两段毛管的中间，使滴水器本身成为毛管的一部分。例如，把管式滴 头两端带倒刺的接头分别插入两段毛管内，使绝大部分水流通过滴头体内腔流向下一段毛管，而很少的一部分水流通过滴头体内的侧孔进入滴头流道内，经过流道消 能后再流出滴头。管间式滴头与毛管的连接方式。

5.1.2管上式滴头：直接插在毛管壁上的滴水器，如旁播式滴头、孔口式滴头等，它们与毛管的连接方式。

5.2按滴水器的消能方式不同分。

5.2.1长流道式消能搞水器：长流道式消能滴水器主要是靠水流与流道壁之间的摩擦耗能来调节滴水器出水量的大小，如微管、内螺纹及迷宫式管式滴头等，均属于长流道式消能滴水器。

5.2.2孔口消能式滴水器：以孔口出流造成的局部水头损失来消能的滴水器，如孔口式滴头、多孔毛管等均属于孔口式滴水器。

5.2.3涡流消能式滴水器：水流进入滴水器的流室的边缘，在涡流的中心产生一低压区，使中心的出水口处压力较低，因而滴水器的出流量较小。设计良好的涡流式滴水器的流量对工作压力变化的敏感程度较小。

5.2.4压力补偿式滴水器：压力补偿式滴水器是借助水流压力使弹性体部件或流道改变形状，从而使过水段面面积发生变化，使滴头出流小而稳定。压 力补偿式滴水器的显著优点是能自动调节出水量和自清洗，出水均匀度高，但制造较复杂，为常用的压力补偿式滴水器。

5.2.5滴灌管或滴灌带式滴水器：滴头与毛管制造成一整体，兼具配水和滴水功能的管（或带）称为滴灌管（或滴灌带）。按滴灌管（带）的结构可分为内镶式滴灌管和薄壁滴灌带。

使用滴灌带的注意事项。

（1）滴灌的管道和滴头容易堵塞，对水质要求较高，所以必须安装过滤器。

（2）滴灌不能调节田间小气候，不适宜结冻期灌溉，在蔬菜灌溉中不能利用滴灌系统追施粪肥。

（3）滴灌投资较高，要考虑作物的经济效益。

（4）滴灌带的灼伤。注意在铺设滴灌带时压紧压实地膜，使地膜尽量贴近滴灌带，地膜和滴灌带之间不要产生空间。避免阳光通过水滴形成的聚焦。播种前要平整土地，减少土地多坑多 洼现象。防止土块杂石杂草托起地膜，造成水汽在地膜下积水形成透镜效应，灼伤滴灌带。铺设时可将滴灌带进行潜埋，避免叫焦点灼伤。

5.3根据滴灌工程中毛管在田间的布置方式、移动与否以及进行灌水的方式不同，可以将滴灌系统分成以下3类。

5.3.1地面固定式滴灌系统。毛管布置在地面，在灌水期间毛管和灌水器不移动的系统称为地面固定式系统，目前绝大多数采用这类系统。应用在果园、温室、大棚和少数大田作物的灌溉中，灌水器包括各种滴头和滴灌管、带。这种系统的优点是安装、维护方便，也便于检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况；缺点是毛管和灌水器易于损坏和老化，对田间耕作也有影响。

5.3.2地下固定式滴灌系统。将毛管和灌水器（主要是滴头）全部埋入地下的系统称为地下固定式系统，这是在近年来滴灌技术的不断改进和提高，灌水器堵塞减少后才出现的，但应用面积不多。与地面固定式系统相比，它的优点是免除了毛管在作物种植和收获前后安装和拆卸的工作，不影响田间耕作，延长了设备的使用寿命；缺点是不能检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况，发生问题维修也很困难。

5.3.3移动式滴灌系统。移动式滴灌系统。塑料管固定在一些支架上，通过某些设备移动管道支架。另一种 是类似时针式喷灌机，绕中心旋转的支管长200米，由五个塔架支承。以上属于机械移动式系统。人工移动式滴灌系统是支管和毛管由人工进行昼夜移动的一种滴灌系统，其投资最少，但不省工。

5.4根据控制系统运行的方式不同，可分为手动控制、半自动控制和全自动控制三类。

5.4.1手动控制系统。系统的所有操作均由人工完成， 如水泵、阀门的开启、关闭，灌溉时间的长短，何时灌溉等等。这类系统的优点是成本较低，控制部分技术含量不高，便于使用和维护，很适合在我国广大农村推广。不足之处是使用的方便性较差，不适宜控制大面积的灌溉。

5.4.2全自动控制系统。系统不需要人直接参与，通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参数可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中，除灌水器、管道、管件及水泵、电机外，还包括中央控制器、自动阀、传感器（土 壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等）及电线等。

5.4.3半自动控制系统。系统中在灌溉区域没有安装传感器，灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是根据预先编制的程序，而不是根据作物和土壤水分及气象资料的反馈信息来控制的。这类系统的自动化程度不等，有的一部分实行自动控制，有的是几部分进行自动控制。

6. 结论与建议

（1）温室内作物 灌溉决策主要是解决两方面问题，即何时灌和灌多少。合理节水灌溉技术的关键是以适量的水进行适时灌溉，既能满足作物对水的需要，又不致造成温室土壤含水量 和空气湿度过大。目前，设施农业中作物栽培以蔬菜和花卉为主，目前对它们的需水规律的研究比较零散，还没有取得可供推广应用的成果。 表征作物水分信息的众多指标，因基本原理和操作可行性有其特定的适用性和局限性，在选取合适的作物需水信息指标和灌溉决策指标上，多数只是考虑了土壤-植 物-空气-环境连续体中某一个因素或某两个因素进行作物水分研究和旱情诊断，缺乏多指标的综合。环境调控系统中只注重光照、温度环境因子调节，湿度对作物 生长、品质的影响及调控重视不够。

（2）因而，在灌溉决策中对作物、土壤、气象复合系统做出综合性的分析和判断， 将是今后温室作物灌溉管理工作中的难点和新点。即在温室设施内，将土壤、作物和设施环境作为一个连续体， 研究作物根系吸水、水分在作物体内的传输和水分蒸腾散失过程，从系统角度研究温室设施内水分迁移规律，同时考虑在灌溉实施过程中作物对灌溉的响应以及对温 室内微环境的影响，从而真正实现设施农业的按需灌溉，实现温室设施作物栽培过程中环境控制、节水、增产和降低能耗并行之目的。同时进行农学、植物生理、环 境控制、工程技术等学科知识相互结合，有效开展温室设施作物试验测试装置和研究方法的创新。

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