李 薇， 郝建新

（1. 邢臺(tái)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 邢臺(tái) 054001； 2. 邢臺(tái)飛燕灌溉制品有限公司，河北 邢臺(tái) 054001）

0 引言

我國(guó)半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)水資源相對(duì)短缺，尤其是半干旱地區(qū)缺水嚴(yán)重，提高農(nóng)業(yè)灌溉效率是解決水資源短缺的重要舉措。而推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)是提高農(nóng)業(yè)灌溉效率的重要途徑[1]。目前節(jié)水灌溉技術(shù)主要包括噴灌、滴灌、地面節(jié)水灌溉3 大類(lèi)。噴灌灌溉不均勻，灌溉過(guò)程中會(huì)損失過(guò)多的灌溉水，中心支軸式、腳盤(pán)式噴灌易受電桿等障礙物影響不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。滴灌的局限性在于投資高、易堵塞、安裝及維護(hù)麻煩、管理成本高和耗費(fèi)勞力等[3]。地面節(jié)水灌溉技術(shù)主要有溝灌和畦灌，這兩種節(jié)水灌溉技術(shù)需要開(kāi)溝和培壟，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且節(jié)水效率低[4]。本文所述多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)（專(zhuān)利號(hào)CN214206660U）是將灌溉水通過(guò)多重管道直接輸送到作物的灌溉部位，灌溉水輸送過(guò)程中，水分不滲漏，能夠更快地到達(dá)灌溉位置，縮短灌溉水流動(dòng)時(shí)間，減少滲水，從而達(dá)到節(jié)水目的[5]。對(duì)于多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)，國(guó)內(nèi)目前其他文獻(xiàn)還未見(jiàn)到詳細(xì)記錄。多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)是對(duì)地面節(jié)水灌溉技術(shù)的有益補(bǔ)充，對(duì)半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)的地面節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展，有較大地促進(jìn)作用。

1 技術(shù)概述

多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)是以主管代替明渠，分管代替出水口，采用低壓輸水將灌溉用水盡快輸送到田間作物的根部。多口水帶由主管和分管組成，主管單側(cè)或兩側(cè)設(shè)分管，分管前端開(kāi)口，灌溉時(shí)打開(kāi)多個(gè)分管出口，水從多個(gè)分管開(kāi)口端流出灌溉田地。其技術(shù)方法是用較低的壓力將灌溉水分盡快輸送到田間，減少灌溉水滲水損失，從而達(dá)到節(jié)水的目的。多口水帶灌溉無(wú)須開(kāi)溝槽，無(wú)須做土壟溝及田埂，安裝簡(jiǎn)便，只需將水帶鋪設(shè)到田間即可使用。灌溉完成后因?yàn)橛卸鄠€(gè)分管處于開(kāi)口狀態(tài)，水帶中存留的水很快流出，收納輕便，配合使用收卷器，收納更快、更省力。

2 裝置設(shè)計(jì)

2.1 多口水帶主管和分管制作

主管和分管是多口水帶最重要的組成部分，主管和分管質(zhì)量要求抗拉、耐磨，并且抗水壓1 000 mm 以上。

采用抗水壓1 000 mm 以上的PU 防水布料，一般采用牛津布、春亞紡、記憶布等化纖絲織品做成的PU 防水布料。通過(guò)布匹分切機(jī)，將布幅切成50 cm×75 cm 的布料，再用縫紉機(jī)分別做成直徑14 和22 cm 的防水布管，如圖1 所示。用防漏劑處理針眼部位，防漏劑的技術(shù)要求是能把針眼封住，耐水壓1 000 mm 以上。把做好的部分長(zhǎng)管根據(jù)需要切成50～70 cm 長(zhǎng)的短管用作分管。分管一端與主管連接，另一端是出水口。分管外側(cè)中部有束繩，用來(lái)控制分管出水量和關(guān)閉分管出水口，分管的作用是將灌溉水均勻分布到田間。

圖1 多口水帶結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of multi-port water hose

2.2 主管和分管的連接

2.2.1 縫紉連接

主管兩側(cè)或單側(cè)開(kāi)孔，根據(jù)灌溉需要確定開(kāi)孔距離，主管開(kāi)孔直徑比分管直徑小4 cm，用縫紉機(jī)將分管和主管連接，縫合布邊寬度2 cm，針眼處做防漏處理。優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是固定后不能拆卸，因此不能調(diào)整分管間距。

2.2.2 硬質(zhì)連接

主管道沿長(zhǎng)度方向設(shè)有多個(gè)出水口，分支管道的一端通過(guò)出水口與主管道連通。分支管道與主管道可拆卸連接，出水口設(shè)有密封組件，密封組件與主管道可拆卸連接[6]。出水口設(shè)有出水管，出水管的一端固定于主管道，另一端設(shè)于主管道外部。出水管外側(cè)壁設(shè)有外螺紋。分支管道靠近主管道的一端連接有連接管，連接管設(shè)有與外螺紋配合的內(nèi)螺紋。密封組件采用密封蓋，密封蓋設(shè)有與外螺紋配合的螺孔[6]。出水管靠近主管道的一端設(shè)有弧形固定板，固定板固定于主管道的內(nèi)側(cè)壁，固定板設(shè)有與出水管連通的通孔。出水管遠(yuǎn)離主管道的一端穿過(guò)出水口[6]。優(yōu)點(diǎn)是分管能拆卸，能調(diào)節(jié)分管間距，缺點(diǎn)是成本高，農(nóng)民不容易接受。

2.3 主管和主管之間的連接

從水源到灌溉地，再加上灌溉地的長(zhǎng)度，主管長(zhǎng)度要用到幾十米甚至幾百米。幾百米的主管收納較困難，所以要把主管分成多節(jié)，主管一節(jié)的長(zhǎng)度一般在10～30 m。主管和主管之間的連接，采用韌性圈接口技術(shù)。

2.3.1 韌性圈材質(zhì)

韌性圈采用聚丙烯材料制成。聚丙烯是一種半結(jié)晶的熱塑性塑料，具有較高的耐沖擊性，機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)韌，抗多種有機(jī)溶劑和酸堿腐蝕，強(qiáng)度高，彈性?xún)?yōu)良，使用溫度范圍為?30～140 °C，能夠較好地滿足水帶接口的需要[7]。

2.3.2 韌性圈規(guī)格

韌性圈外觀是圓形，圈體截面是方形。韌性圈截面設(shè)計(jì)成方形最大的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè)韌性圈結(jié)合后，密封效果好、不易漏水。根據(jù)多口水帶主管的內(nèi)徑有14 和22 cm 兩種規(guī)格，相應(yīng)的韌性圈有外徑14 和22 cm 兩種規(guī)格。韌性圈外徑14 cm 的圈體，厚度0.5 cm，寬度0.7 cm。韌性圈外徑22 cm 的圈體，厚度0.5 cm，寬度1 cm。韌性圈用注塑機(jī)生產(chǎn)。

2.3.3 主管韌性圈連接

主管的兩端設(shè)有卷邊，卷邊內(nèi)放置韌性圈，用縫紉機(jī)將韌性圈固定在卷邊內(nèi)，其中一端主管卷邊內(nèi)，緊連韌性圈縫制一條長(zhǎng)30 cm 的布條，另一端不縫制布條。使用時(shí)將帶布條的一端推至另一根主管不帶布條的一端，然后往回拉緊，兩個(gè)韌性圈緊密結(jié)合，接口完成（圖2）。灌溉完成后，用手握住布條，向上提拉，即可打開(kāi)接口。

圖2 主管接口Fig. 2 Main pipe connector

3 操作方法

3.1 根據(jù)土質(zhì)選擇分管間距

沙質(zhì)土滲水快，分管間距宜短不宜長(zhǎng)（1.0～1.5 m）；黏質(zhì)土分管間距宜長(zhǎng)不宜短（2.5～3.0 m）；壤土分管間距適中（1.5～2.5 m）。另外，地勢(shì)不平坦的地塊兒，分管間距短一些，以保證水充分灌溉到每處土地。

3.2 主管分管形式

主管分管分為單邊分管和雙邊分管。單邊分管，即主管一側(cè)帶分管，單側(cè)出水。工作人員在無(wú)分管一側(cè)操作，優(yōu)點(diǎn)是可以邊澆地邊收攏已灌溉完成的水帶，缺點(diǎn)是一側(cè)出水，灌溉面積小。雙邊分管，即主管兩側(cè)都帶分管，兩側(cè)出水，優(yōu)點(diǎn)是灌溉面積大，缺點(diǎn)是無(wú)法立即收納，一般需等到水分滲入土壤地面不泥濘后再收卷水帶。

3.3 灌溉寬度

灌溉寬度因地而異，沙質(zhì)土滲水快，灌溉寬度宜窄不宜寬，單邊寬度2～3 m，雙邊寬度4～6 m。黏質(zhì)土滲水慢，灌溉寬度宜寬不宜窄，單邊寬度4～5 m，雙邊寬度8～10 m。壤土灌溉寬度適中，單邊寬度3～4 m，雙邊寬度6～8 m。另外，地勢(shì)平坦的灌溉寬度寬一些，地勢(shì)起伏不平的灌溉寬度窄一些。

3.4 田間操作

把多口水帶平鋪到需要灌溉的田地里，然后打開(kāi)5～10 個(gè)分管出水口。打開(kāi)分管出水口的數(shù)量和出水量成正比，出水量在20 m3/h，打開(kāi)5 個(gè)出水口，出水量每增加4 m3/h，增開(kāi)1 個(gè)分管出水口。為保證每個(gè)分管出水口均勻出水，分管出水口距離水源處越近，開(kāi)口越小。如開(kāi)5 個(gè)分管出水口，第1 個(gè)分管出水口開(kāi)1/5大小，第2 個(gè)分管出水口開(kāi)2/5 大小，依此類(lèi)推，最后一個(gè)分管出水口全部打開(kāi)。待到灌溉完成后，用同樣方式打開(kāi)下一批5 個(gè)出水口。將灌溉已完成的水帶關(guān)閉，用束繩將主管捆緊即可。另外也可配合畦灌或溝灌，一次打開(kāi)1～2 個(gè)分管出水口。灌溉完成后，依次打開(kāi)另外1～2 個(gè)分管出水口，關(guān)閉已灌溉完成的分管即可。

4 應(yīng)用示例

灌溉的作用是給作物生長(zhǎng)提供所需的水分，而灌溉水直接作用的對(duì)象是土壤，因此對(duì)于新灌溉技術(shù)，首先要研究其灌溉對(duì)土壤水分的作用及均勻度[8]。管道式噴灌是通過(guò)高壓噴水方式，通過(guò)管道上樹(shù)立的噴管和噴頭，水被分散成若干小水滴，噴灑到土壤表面，經(jīng)過(guò)滲漏到達(dá)土壤內(nèi)部。大水漫灌是古老的地面灌溉方式，將灌溉用水通過(guò)溝渠或管道直接灌溉到農(nóng)田，灌溉水經(jīng)過(guò)滲漏到達(dá)土壤內(nèi)部。多口水帶地面節(jié)水灌溉，則是低壓自流的方式，灌溉水通過(guò)多個(gè)管道，輸送到土壤表面，再通過(guò)滲漏到達(dá)土壤內(nèi)部。

4.1 對(duì)比管道式噴灌對(duì)土壤含水率的影響

4.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在河北省邢臺(tái)市區(qū)北部的山前平原丘縣境內(nèi)進(jìn)行多口水帶地面節(jié)水灌溉和管道式噴灌的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)為壤土，灌溉作物是小麥，灌溉水源是深層地下水，試驗(yàn)于2021 年4 月28 日小麥抽穗期進(jìn)行，如圖3所示。采用主管直徑14 cm，主管兩側(cè)連接分管，分管在主管兩側(cè)并列排放，分管直徑14 cm，分管間距2 m，分管長(zhǎng)度0.5 m，開(kāi)6 個(gè)分管出口，即3 對(duì)分管，按來(lái)水方向分別排列為第1 對(duì)分管、第2 對(duì)分管、第3 對(duì)分管。第1 對(duì)分管口各開(kāi)出水口橫截面積的1/3，第2 對(duì)分管口各開(kāi)出水口橫截面積的2/3，第3 對(duì)出水口全部打開(kāi)。

圖3 小麥灌溉試驗(yàn)Fig. 3 Wheat irrigation experiment

4.1.2 試驗(yàn)方法

灌溉時(shí)間為9 h，機(jī)井出水量24 m3/h，用水量216 m3，多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)灌溉面積0.72 hm2，噴灌灌溉面積0.64 hm2，停灌后48 h 采樣，采用烘干稱(chēng)質(zhì)量法觀測(cè)土壤含水率（%）。多口水帶地面節(jié)水灌溉與管道式噴灌為相同土壤條件、相同灌溉時(shí)間的同比試驗(yàn)。

4.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)量灌溉前和灌溉后20～40 cm 深土壤不同采樣點(diǎn)含水率的分布狀態(tài)。20 cm 深多口水帶地面節(jié)水灌溉和管道式噴灌分別從4 處采樣，土樣含水量如表1 所示。40 cm 深多口水帶地面節(jié)水灌溉和管道式噴灌分別從4處采樣，土樣含水量如表2 所示。

4.1.4 結(jié)果分析

由表1 和表2 數(shù)據(jù)可知，相同的灌溉時(shí)間和土壤條件下，多口水帶地面節(jié)水灌溉比管道式噴灌土壤20 cm深土樣平均含水量高1.7%，40 cm 深土樣平均含水量高2.7%，說(shuō)明管道式噴灌在灌溉時(shí)損失了部分水分，土壤含水率降低。多口水帶地面節(jié)水灌溉20 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值0.6%；40 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值0.9%。管道式噴灌20 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值2.9%；40 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值3.1%。由以上采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析可知，多口水帶地面節(jié)水灌溉的4 個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)基本一致，而管道式噴灌的4 個(gè)采樣點(diǎn)，數(shù)據(jù)差距較大，說(shuō)明多口水帶地面節(jié)水灌溉比管道式噴灌灌溉均勻。

表1 小麥灌水前后土壤20 cm 深含水率對(duì)比Tab. 1 Comparison of soil water content at 20 cm depth before and after wheat irrigation單位：%

表2 小麥灌水前后土壤40 cm 深含水率對(duì)比Tab. 2 Comparison of soil water content at 40 cm depth before and after wheat irrigation單位：%

同一地塊，同樣的水源、抽水工具和灌溉時(shí)間，灌溉用水216 m3，多口水帶地面節(jié)水灌溉灌溉面積0.72 hm2，管道式噴灌灌溉面積0.64 hm2，多口水帶地面節(jié)水灌溉比管道式噴灌灌溉面積多11%，并且多口水帶地面節(jié)水灌溉比噴灌20 cm 土壤含水率高1.7%，40 cm 土壤含水率高2.7%，說(shuō)明多口水帶地面節(jié)水灌溉比管道式噴灌灌溉水利用率高10%以上。

多口水帶節(jié)水灌溉對(duì)增加土壤含水量的作用大于管道式噴灌，其原因是多口水帶地面節(jié)水灌溉通過(guò)低壓自流的方式灌溉到農(nóng)田。而管道式噴灌在噴灌過(guò)程中會(huì)損失過(guò)多的灌溉水，尤其是陽(yáng)光強(qiáng)烈、空氣干燥的天氣時(shí)，更易造成灌溉水的流失，相同條件下，多口水帶地面節(jié)水灌溉比管道式噴灌灌溉面積多11%[9]。多口水帶地面節(jié)水灌溉有多個(gè)出水口，能迅速將灌溉水輸送到各個(gè)部位，灌溉均勻。而管道式噴灌離噴頭近處水量多，離噴頭遠(yuǎn)處水量少，還易受風(fēng)力的影響造成灌溉不均勻[2]。因此，在同樣條件下，多口水帶地面節(jié)水灌溉比管道式噴灌灌溉水利用率高，并且灌溉均勻。

4.2 對(duì)比大水漫灌對(duì)土壤含水率的影響

4.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在河北省邢臺(tái)市區(qū)南部的沙河市境內(nèi)進(jìn)行多口水帶地面節(jié)水灌溉和大水漫灌的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)為粘土，灌溉作物是玉米，灌溉水源是深層地下水，試驗(yàn)于2021 年6 月20 日玉米苗期進(jìn)行，如圖4 所示。采用主管直徑14 cm，主管兩側(cè)連接分管，分管在主管兩側(cè)并列排放，分管直徑14 cm，分管長(zhǎng)0.7 m，分管間距3 m，開(kāi)8 個(gè)分管出口，即4 對(duì)分管，按來(lái)水方向分別排列為第1 對(duì)分管、第2 對(duì)分管、第3 對(duì)分管、第4 對(duì)分管。第1 對(duì)分管口各開(kāi)出水口橫截面積的1/4，第2 對(duì)分管口各開(kāi)出水口橫截面積的2/4，第3 對(duì)分管口各開(kāi)出水口橫截面積的3/4，第4 對(duì)分管口的出水口全打開(kāi)。

圖4 玉米灌溉試驗(yàn)Fig. 4 Corn irrigation experiment

4.2.2 試驗(yàn)方法

灌溉時(shí)間為6 h，機(jī)井出水量32 m3/h，用水量192 m3，多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)灌溉面積0.89 hm2，大水漫灌灌溉面積0.61 hm2，停灌后72 h 采樣，采用烘干稱(chēng)質(zhì)量法觀測(cè)土壤含水率（%）。多口水帶地面節(jié)水灌溉與大水漫灌為相同土壤條件、灌溉時(shí)間的同比試驗(yàn)。

4.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)量灌溉前和灌溉后20～40 cm 深的土壤不同采樣點(diǎn)含水率的分布狀態(tài)。20 cm 深多口水帶地面節(jié)水灌溉和大水漫灌分別從4 處采樣，土樣含水量如表3 所示。40 cm 深多口水帶地面節(jié)水灌溉和大水漫灌分別從4 處采樣，土樣含水量如表4 所示。

4.2.4 結(jié)果分析

由表3 和表4 數(shù)據(jù)可知，相同的灌溉時(shí)間和土壤條件下，多口水帶地面節(jié)水灌溉比大水漫灌20 cm 深處平均含水量低3.5%，40 cm 深處平均含水量低2.2%，說(shuō)明大水漫灌土壤含水量過(guò)高，超過(guò)了粘土最佳含水量25%的極限，而多口水帶地面節(jié)水灌溉的含水量在粘土的最佳含水量范圍之內(nèi)。

表3 玉米灌水前后土壤20 cm 深含水率對(duì)比Tab. 3 Comparison of soil water content at 20 cm depth before and after corn irrigation單位：%

表4 玉米灌水前后土壤40 cm 深含水率對(duì)比Tab. 4 Comparison of soil water content at 40 cm depth before and after corn irrigation單位：%

多口水帶地面節(jié)水灌溉20 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值0.6%，40 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值0.8%。大水漫灌20 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值1.4%，大水漫灌40 cm 深4 個(gè)采樣點(diǎn)含水量最大差值2.1%。通過(guò)以上采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)可知，多口水帶地面節(jié)水灌溉的4 個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)基本一致，而大水漫灌的4 個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)差距較大，說(shuō)明多口水帶地面節(jié)水灌溉比大水漫灌灌溉均勻。

同一地塊，同樣的水源、出水量和灌溉時(shí)間，灌溉用水192 m3，多口水帶地面節(jié)水灌溉灌溉面積0.89 hm2，大水漫灌灌溉面積0.61 hm2，多口水帶地面節(jié)水灌溉比大水漫灌灌溉面積多31%，多口水帶地面節(jié)水灌溉比大水漫灌灌溉水利用率高30%以上。

多口水帶節(jié)水灌溉比大水漫灌節(jié)水，灌溉粘質(zhì)土能達(dá)到土壤最佳含水量，并且灌溉均勻。在水源相同、土壤條件相同情況下，單位時(shí)間內(nèi)多口水帶地面節(jié)水灌溉比大水漫灌能灌溉更多的土地面積。多口水帶地面節(jié)水灌溉采用多重管道將灌溉水直接輸送到田間各個(gè)部位，而大水漫灌是將灌溉水通過(guò)溝渠灌到農(nóng)田，灌溉時(shí)間久，灌溉不均勻。粘土?xí)斐赏寥篮蔬^(guò)高，影響作物根系的正常吸收，甚至?xí)€根，造成作物減產(chǎn)[10]。

5 結(jié)論

通過(guò)以上兩項(xiàng)對(duì)比試驗(yàn)可以得出，多口水帶地面節(jié)水灌溉比管道式噴灌灌溉水利用率提高10%以上，并且比管道式噴灌灌溉均勻。多口水帶地面節(jié)水灌溉比大水漫灌灌溉水利用率提高30%以上，并且比大水漫灌灌溉均勻。多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)適合半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)平坦地塊的粘質(zhì)土和壤土，應(yīng)用面積廣。隨著研究的深入，可以和土壤傳感器、自動(dòng)控制裝置結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、無(wú)人化灌溉，發(fā)展前途非常廣闊。

6 建議

（1）多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)，適合半干旱地區(qū)和半濕潤(rùn)地區(qū)，灌溉時(shí)應(yīng)依據(jù)應(yīng)用地區(qū)的地形、土壤、作物等實(shí)際狀況，制定出合理的分管間距，以及分管開(kāi)口大小，先進(jìn)行小范圍試驗(yàn)，成功后大面積應(yīng)用推廣。

（2）多口水帶地面節(jié)水灌溉技術(shù)，在使用中根據(jù)實(shí)地狀況多做研究，不斷改進(jìn)，使技術(shù)更加完善。