吳玉秀

（新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 840000）

1 滴灌的條件和設(shè)備安裝

1.1 水源：來自生活、生產(chǎn)用水系統(tǒng)的二級主管道，管徑35mm。林場供水系統(tǒng)的水源是120m的深井，經(jīng)二級提水至100m3的蓄水池，至茶園的水壓為44Pa左右。

1.2 設(shè)備：（1）滴灌主管道：直徑為46mm的鍍鋅鐵管。（2）橫頭管：直徑為25mm的塑料軟管。（3）滴管帶：黑色膠管，可折疊，直徑20mm，每隔20cm有兩個小孔眼，水通過此孔眼流入茶園中。（4）堵頭：堵住滴管帶末端。（5）彎接、內(nèi)接：滴管帶拐彎或加長用。（6）三通：連接滴管帶與橫向管道用。

1.3 安裝：（1）設(shè)置主管道：根據(jù)茶園的坡向和茶行的長度設(shè)置。主管道設(shè)置的方向應(yīng)與茶園的坡向一致。主管道設(shè)置的寬幅為30～50m。（2）橫頭管道的設(shè)置：為了減小不同坡位間的水壓差而設(shè)置。即從主管道處安裝三通，接入橫頭管道并安裝1個閥門，再安裝三通連接橫頭管道，橫頭管每組長度為10.5m，接入6根滴管帶。主管道上的每個三通所安裝的閥門可控制6行滴管帶，這6行滴管帶的供水是獨(dú)立的，稱為1組滴灌設(shè)施，它可通過調(diào)節(jié)閥門大小和閥門的開啟數(shù)量來平衡不同坡位上的水壓。

2 茶園滴灌效果

2.1 節(jié)約用水：由于滴灌時水是通過滴管帶小孔眼從茶樹根頸部慢慢地滲入土壤，所以不僅不會出現(xiàn)地表徑流，而且地表的蒸發(fā)量也大大減小。根據(jù)林場實(shí)際旱情，需在每年3月下旬和8月初兩次啟動設(shè)備抗旱，總用水量分別約為285t和349t，每畝次用水為30～35t，與噴灌相比，可節(jié)約2/3的用水量。

2.2 保持土壤好的物理性狀：滴灌可以減少土壤板結(jié)，減少地表徑流和避免表面肥土流失，又由于滴入土壤的水是通過土壤毛細(xì)管下滲的，所以入土深且廣，利于茶樹根系的吸收。這樣，為茶樹的生長發(fā)育提供了良好的立地條件。

2.3 增產(chǎn)幅度大：進(jìn)行滴灌的10畝茶園中，由于及時解除了旱情，催芽肥或基肥可充分發(fā)揮肥效，增加了茶樹有機(jī)質(zhì)的積累，促進(jìn)了茶芽萌發(fā)和新梢生長，從而提高了茶葉的產(chǎn)量和質(zhì)量。如1999年春季，畝產(chǎn)寶華玉筍茶3.45kg，較1998年同期（還未建有滴灌設(shè)施）增產(chǎn)43.75%，畝增值2100元，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 投資少，見效快：滴灌設(shè)施每畝費(fèi)用為875元，而啟用后第1年春茶就每畝增值2100元，是設(shè)施投入的2.4倍。

3 茶園滴灌系統(tǒng)組成

3.1 過濾器系統(tǒng)：過濾器內(nèi)裝有兩層網(wǎng)鋼比過濾篩，濾除水中苔蘚、雜物等，是保持水質(zhì)清潔，防止滴頭和毛管堵塞，使滴灌系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要部件，調(diào)節(jié)閘閥主要是用以控制和調(diào)節(jié)流量、壓力，使毛管與滴頭保持適當(dāng)?shù)膲毫Α?/p>

3.2 輸水的干管、支管，一般用高壓聚乙烯或聚氯烯制成。直徑25-80毫米，毛管一般用高壓聚氯乙烯加炭黑制成。直徑10毫米左右。

3.3 滴頭：滴頭是滴灌系統(tǒng)中的主要組成部分之一，滴頭的構(gòu)造和性能優(yōu)劣，關(guān)系到灌水質(zhì)量，也直接影響作物的產(chǎn)量。目前國產(chǎn)的滴頭有螺帽式、雙壁毛管式、龜型和空心發(fā)絲等形式，其中空心發(fā)絲式滴冰設(shè)備簡單，使用較方便。

4 設(shè)計(jì)思路

4.1 灌溉設(shè)計(jì)基本參數(shù)

茶園套種作物的設(shè)計(jì)基本參數(shù)，應(yīng)對所涉及的各類作物進(jìn)行耗水強(qiáng)度分析，因?yàn)椴煌淖魑?，作物系?shù)與遮蔭系數(shù)不同，其耗水強(qiáng)度是不同的，不能像單一作物那樣，一個條田只有一種耗水強(qiáng)度。 其次，茶園套種作物濕潤比也應(yīng)逐個分析，不同的作物株行距不同，所選擇用的滴灌帶的型號不同、濕潤比不同。

最后，可計(jì)算出條田內(nèi)各種作物的灌溉時間、灌溉周期均不相同，這成為設(shè)計(jì)中的一個難點(diǎn)，也是要最終解決的問題。

4.2 灌灌系統(tǒng)的選型

一個灌溉系統(tǒng)同時灌溉兩種上作物，難點(diǎn)在兩種作物有不同的灌溉需水期，存在以下兩種可能性：在灌溉一種作物時，另一種作物可能不需要灌溉；兩種作物同時灌溉。在灌溉系統(tǒng)上進(jìn)行比較與選擇，灌溉茶園套種作物可以選擇干管+支管+輔管的方式，干管+兩條支管的方式?，F(xiàn)就這兩種方式進(jìn)行簡要介紹：干管+支管+輔管的方式，由一條分干管控制幾條支管，由一條支管控制幾條輔管，每條輔管控制不同的作物。干管+兩條支管的方式，由一條干管控制兩條支管，每條支管灌溉不同的作物。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：干管+支管+輔管優(yōu)點(diǎn)是流量分散，系統(tǒng)總的流量與揚(yáng)程較小，動力成本費(fèi)用較低，缺點(diǎn)是田間控制閥門較多，灌溉時所需人工較多，維修成本大。干管+兩條支管的灌溉方式優(yōu)點(diǎn)是開啟閥門少，所需人工少，維修成本低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)總的流量與揚(yáng)程較大，動力成本費(fèi)用較高，一次性投資大。通過比較，在灌溉茶園套種作物的情況下使用干管+兩條支管的灌溉方式，對系統(tǒng)整個運(yùn)行管理較為方便。

4.3 灌溉制度

在工程設(shè)計(jì)過程中，茶園套種作物的灌溉制度需按種植的作物編制多種灌溉制度表，每種作物制作一個灌溉制度表，灌溉制度的編制對系統(tǒng)的流量有較大的影響。也為管網(wǎng)流量設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

5 針式灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)

針式滴灌節(jié)水灌溉系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時要遵循以下幾種原則[5]：要滿足節(jié)水、節(jié)能和節(jié)約勞動力的要求；要滿足農(nóng)產(chǎn)品成長需要的水分；要便于操作，滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕實(shí)際要求；在滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物灌溉要求的同時，不能產(chǎn)生新型病蟲害；要盡可能考慮加裝施肥和噴藥裝置；要盡量降低工程建設(shè)造價。

針式滴灌系統(tǒng)的主要包括以下步驟：

（1）在進(jìn)行針式滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前，要先收集完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的信息，如：地形信息、土壤信息、水源信息、保護(hù)地種植信息等。

（2）合理分析灌溉區(qū)域農(nóng)作物的種類、種植制度和季節(jié)、水源狀況等，建造能夠滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展要求的灌溉工程。

（3）在針式滴灌系統(tǒng)中，其管道可分為三級：毛管、支管和干管。為減小管道的長度和水頭損失，這三級管道應(yīng)盡量以垂直的方式布置。

（4）擬定針式節(jié)水灌溉制度，包括一條毛管可控的灌溉面積、輪灌區(qū)數(shù)模以及灌水定額、周期、延續(xù)時間等內(nèi)容。

（5）計(jì)算滴灌面積。當(dāng)灌溉水源充足時，針式滴灌的面積由管道的輸水能力決定。當(dāng)水源流量不滿足灌溉區(qū)域需要時，灌溉面積為

A=nfN

N=Q/Q毛

其中，A代表滴灌系統(tǒng)的灌溉面積（m2）；n為毛灌的數(shù)量，f為單條毛管的灌溉面積（m2），N為輪灌組的數(shù)量，Q為灌溉水源的流量（L/h），Q毛單條毛灌的輸水流量（L/h）。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證本文中所提出針式滴灌節(jié)水灌溉技術(shù)的性能，分別從蔬菜滴灌實(shí)驗(yàn)、果樹滴灌實(shí)驗(yàn)和食用菌滴灌實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行分析研究。

6.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配置

本文所設(shè)計(jì)的針式滴灌技術(shù)，是在滴灌系統(tǒng)基礎(chǔ)上，引入醫(yī)用“仿一次性輸液器”的工作原理設(shè)計(jì)而成的。該針式滴灌節(jié)水系統(tǒng)由貯液設(shè)備和滴液設(shè)備兩部分組成。貯液設(shè)備包括貯液桶、支架、閥門、主管道、上液口和下液口，主要完成灌溉水的儲存和運(yùn)輸功能，其中，貯液桶是本系統(tǒng)的核心設(shè)備，其工作原理與醫(yī)用輸液瓶相類似。滴液設(shè)備由支管和仿一次性輸液器滴頭組成，是本系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，可以通過調(diào)整支管上的手動滾輪開關(guān)和滴頭的形狀，達(dá)到控制滴灌速度的目的。

圖1 仿一次性輸液器滴頭示意圖

在使用時，要保證水源的清潔度、懸浮物的數(shù)量和酸堿度。若固定使用該系統(tǒng)，可以采用固定的加水管道。若經(jīng)常移動該系統(tǒng)，則采用軟管將水加入至貯液桶。貯液桶內(nèi)加水量、肥料中藥物的種類和數(shù)量都需要由滴灌測量來確定。長久使用后，貯液桶需要清洗才可重新使用，支管和滴頭需要更換才能使用。

6.2 蔬菜對比實(shí)驗(yàn)

在對比實(shí)驗(yàn)中，選用三種灌溉技術(shù)對蔬菜進(jìn)行栽培：溝灌、滴灌帶膜下滴灌和針式滴灌。分別從不同的灌溉技術(shù)對自然環(huán)境、土壤性狀、產(chǎn)量和質(zhì)量特性的影響進(jìn)行分析，以區(qū)分三種灌溉技術(shù)的特點(diǎn)。

表1 不同灌溉方式下蔬菜的綜合產(chǎn)值對比

圖2 不同灌溉方式下蔬菜純收益(元)和增長率(%)

如表1所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，針式滴灌灌溉方法能將蔬菜產(chǎn)量提高21.8%。如圖2所示，若考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總投入資金，則針式滴灌灌溉能提高純收益率30.2%。此外，滴灌灌溉的方式能節(jié)約大量農(nóng)業(yè)用水，提高肥料的利用率，并且能有效改善土壤性狀，降低蔬菜病蟲害發(fā)生率，明顯提高蔬菜產(chǎn)品的產(chǎn)量和價值，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。而針式滴灌技術(shù)能精準(zhǔn)控制灌溉量和灌溉面積，造價又比滴灌帶膜下滴灌系統(tǒng)要低，具有更好的綜合經(jīng)濟(jì)效益，具有很高的大面積推廣價值。

6.3 果樹對比實(shí)驗(yàn)

果樹生長需水量大，傳統(tǒng)種植方式是在干旱缺雨時期進(jìn)行澆灌，保證果樹生長需要。本文實(shí)驗(yàn)中，通過澆灌和針式滴灌的對比實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的針式滴灌系統(tǒng)的性能和推廣價值。

表2 不同灌溉方式下果樹的綜合產(chǎn)值對比

圖3 不同灌溉方式下果樹純收益(元)和增長率(%)

如表2和圖3所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，相較于無灌溉培養(yǎng)方式，針式滴灌灌溉方法能將果樹產(chǎn)量和純收益分別161.5%和489%。如表2所示，經(jīng)對比澆灌和針式滴灌所產(chǎn)蘋果質(zhì)量，滴灌區(qū)所產(chǎn)蘋果顏色鮮艷，大小更加均勻，平均每畝產(chǎn)量和產(chǎn)值相比較澆灌分別提高44.6%和73.6%。相較于澆灌，針式滴灌所產(chǎn)蘋果產(chǎn)量高，質(zhì)量好，拉開了二者所產(chǎn)蘋果的價格，而針式滴灌方式更加節(jié)約成本，平均每畝的純收益增長率比漫灌提高86.7%。此外，因針式滴灌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，其應(yīng)用范圍不再局限于固定場所，可根據(jù)需要移動使用。除能滿足大規(guī)模種植滴灌灌溉要求外，針式滴灌系統(tǒng)設(shè)備單元小，也適合小規(guī)模使用。對于稀值類果樹，針式滴灌方式也是最佳選擇。

6.4 食用菌對比實(shí)驗(yàn)

目前，食用菌的主流生產(chǎn)技術(shù)是太空包法，但該方法存在種植中后期缺水干包的問題。本文中，通過和傳統(tǒng)浸泡法、覆土法的對比實(shí)驗(yàn)，為太空包法后期補(bǔ)水問題找到最佳解決方法。

該對比實(shí)驗(yàn)選擇平菇作為實(shí)驗(yàn)對象，分別使用浸泡法、覆土法和針式滴灌法對5000kg平菇進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后統(tǒng)計(jì)三種方法的資金總投額、總產(chǎn)量和產(chǎn)值。

表3 不同補(bǔ)水方式下平菇綜合產(chǎn)值對比

圖4 不同補(bǔ)水方式下平菇產(chǎn)量(kg)和增長率(%)

相較于傳統(tǒng)浸泡法和覆土法，針式節(jié)水滴灌技術(shù)不僅能滿足栽培后期對水的需要，節(jié)省大量淡水資源，更能降低勞動強(qiáng)度，改善食用菌商品性狀。如表3和圖4所示結(jié)果表明，針式滴灌節(jié)水灌溉技術(shù)能使食用菌產(chǎn)量提高50%，產(chǎn)值提高57.8%，純收益增長率提高55.1%。此外，針式滴灌技術(shù)供水均勻，補(bǔ)充食用菌在生長所需營養(yǎng)，不易產(chǎn)生菌絲受損、受淹和缺水現(xiàn)象，是一種十分成熟且理想的補(bǔ)水方法。