滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用

田凌 寬鵬德 左佳妮

摘要? ? 目前，設(shè)施農(nóng)業(yè)主要灌溉方式為滴灌，滴灌有明顯的節(jié)水效果，配合施肥機使用可以實現(xiàn)水肥一體化管理，但是單獨使用有很多局限。微噴灌作為一種優(yōu)良的節(jié)水灌溉方式，正好可以彌補滴灌的不足。本文介紹了滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)的組成部分及系統(tǒng)設(shè)計要點，以期為提高設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉效率提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 設(shè)施農(nóng)業(yè);滴灌-微噴水肥藥一體化;系統(tǒng)設(shè)計;綜合管理

中圖分類號? ? S275.5;S275.6? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）01-0153-01

隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域新的增長極，設(shè)施農(nóng)業(yè)有效改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，延長了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中一般有完善的灌溉系統(tǒng)，我國目前采用的灌溉系統(tǒng)主要為膜下滴灌，單獨使用滴灌會造成幼苗定植時緩苗時間長，幼苗成活率低，且夏季高溫時降溫困難。微噴灌可以與滴灌互補，但單獨使用噴灌，大棚中濕度過高，會導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生。滴灌結(jié)合微噴主要適用于設(shè)施農(nóng)業(yè)中，以滴灌為主要的灌溉系統(tǒng)和施肥系統(tǒng)，以微噴灌系統(tǒng)作為補充灌溉、噴施肥料和農(nóng)藥以及調(diào)節(jié)溫室田間氣候使用。

滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)是指滴灌技術(shù)與微噴灌技術(shù)相互結(jié)合的系統(tǒng)。滴灌技術(shù)是按照作物需水量，通過輸配水管網(wǎng)與安裝在毛管上的滴水器，在既定的灌水方案下將定額水、肥、藥，均勻而又緩慢地滴入作物根區(qū)土壤中的灌水方法。而微噴灌技術(shù)是利用輸配水管網(wǎng)與安裝在毛管上的噴水器，將水、肥、藥噴至離作物生長區(qū)域土壤較低的空中，使其在空中結(jié)成小水滴均勻地噴灑至作物表面并調(diào)節(jié)作物周圍溫度的灌水方法。將這2種灌水技術(shù)融為一體即為滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)。

1? ? 滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)組成部分

1.1? ? 水源工程

地表水、地下水等均可作為滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)的灌溉水源，但水質(zhì)需要符合其要求。

1.2? ? 首部樞紐

首部樞紐包括水泵、過濾器、施肥機、肥料桶、系統(tǒng)保護閥、量測控制儀表、變頻控制柜等，是整個系統(tǒng)的控制操作中心。

1.3? ? 輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng)

輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng)是指將首部樞紐過濾的水、肥、藥通過各路干支管道按照需水施肥要求輸送、分配到每個灌水小區(qū)和灌水器的管網(wǎng)系統(tǒng)[1]。

1.4? ? 灌水器

灌水器是滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)的核心部件，水由毛管流入滴頭或噴頭，滴頭或噴頭再將灌溉水流在一定的工作壓力下滴入土壤或噴灑在作物葉面上。

2? ? 滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)設(shè)計要點

滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)的設(shè)計不能按照單一的滴灌或者微噴灌灌溉系統(tǒng)要求設(shè)計，要將兩者兼顧起來，統(tǒng)籌設(shè)計。

2.1? ? 管道布置原則

管道布置是滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，直接影響著系統(tǒng)成本的變化。根據(jù)以下原則來布置管網(wǎng)：首先根據(jù)作物種植行距確定滴灌毛管走向，毛管走向與作物行距平行，常見設(shè)施大棚作物行距都是垂直于棚長方向;其次根據(jù)設(shè)施大棚的棚寬來確定微噴灌毛管走向，棚寬相對窄的，毛管走向與棚長方向平行，而棚寬相對寬的，毛管走向與棚寬方向平行，常見設(shè)施大棚微噴灌毛管走向都沿著棚長方向布置，滴灌-微噴灌支管都與毛管垂直。對于分干管、主干管的布置，應(yīng)從項目地實際考慮，采用“梳”形布置[2]，以避免管道橫穿設(shè)施大棚和破壞棚內(nèi)作物的正常生長。

2.2? ? 管道管徑確定

計算管徑時，各級管道的管徑通常采用經(jīng)濟流速計算[1]。對于毛管和支管的管徑計算，依據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》[2]。對于多孔出流管的管徑計算，計算公式為D=1 000，其中，D為管道內(nèi)徑（m），Q為管道的設(shè)計流量（m3/h），V為管道內(nèi)的經(jīng)濟流速（m/s）。對于干管的管徑計算，計算公式為D′=10（tnxn）0.15Q干0.43，由于管材價格的變化，需用式D=（3 900/Y′）0.15D′將管徑修正，其中，tn為年運行時間（h，取值受作物種類和灌溉制度的影響），xn為電費[元/（kw·h）]，Y′為PVC-U管現(xiàn)行價格（元/t）。滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)采用2 套毛、支管網(wǎng)系統(tǒng)，一套主、分干管管網(wǎng)系統(tǒng)，在計算管徑時，Q取值應(yīng)考慮棚內(nèi)2套毛、支管網(wǎng)系統(tǒng)同時運行。

2.3? ? 管道壓力計算及施肥系統(tǒng)選配

2.3.1? ? 首部壓力水頭損失。首部壓力水頭損失的計算要考慮最不利管路的水頭損失[3]，隨后將管路水頭損失逐級往上相加推算求得，計算公式為H首=Δ+Σhf+Σhw+h0。H首為管道首部需要提供的供水水頭（m），Δ為首部供水點與典型支管進口高差（m），h0為典型支管進口設(shè)計水頭（m），Σhf為首部供水點至典型支管進口的管道沿程水頭損失（m），Σhw為首部供水點至典型支管進口的管道局部水頭損失（m）。地勢較為平坦的，首部供水點與典型支管進口高程相等，即Δ=0 m。

2.3.2? ? 沿程水頭損失。沿程水頭損失是指水流在一定長度的順直管道內(nèi)流動時的壓力水頭損失。滴灌-微噴灌系統(tǒng)總沿程水頭損失是毛管、支管和干管沿程水頭損失之和。毛管和支管沿程水頭損失采用多孔出流水力計算，計算式為hf=[-Nm（1-S0/Se）]，其中，hf為毛管或支管沿程水頭損失（m），S0為毛管或支管進口至首孔的間距（m），Se為毛管或支管上出水口的間距（m），N為管道上出水口數(shù)目，qd為毛管或支管灌水器設(shè)計流量（L/h），f為摩阻系數(shù)，d為管內(nèi)徑（mm），m為流量指數(shù)，b為管徑指數(shù)。干管都屬于單出水口管道，一般情況下，當(dāng)出水口數(shù)N<3時，其管徑由經(jīng)濟流速求出，作為初選管徑。干管沿程水頭損失計算式為h干=L。h干為干管水頭損失（m），f為沿程水頭損失摩阻系數(shù)，m為流量指數(shù)，d為管道內(nèi)徑（mm），b為管徑指數(shù)，Q為管道設(shè)計流量（L/h），L為管道長度（m）。

局部水頭損失是指水流在管道中流過不同管道（三通、彎管、閥門、變徑管）所產(chǎn)生的壓力水頭損失。局部水頭損失計算公式為hj=Σξi，其中，hj為局部水頭損失（m），ξi為管網(wǎng)某處局部阻力系數(shù)，v為管道內(nèi)水流流速（m/s），g為重力加速度（m/s2）。由于滴灌-微噴灌系統(tǒng)大小管件、閥門種類繁多復(fù)雜，逐一計算難度比較大，為方便起見，管道局部水頭損失一般可根據(jù)系統(tǒng)大小及地形復(fù)雜情況，取沿程損失的5%～10%[4]。

2.3.3? ? 施肥系統(tǒng)。滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)的施肥系統(tǒng)采用旁路式四通道施肥機，施肥通道運用文丘里吸附原理，可以實現(xiàn)定量或比例精確施肥，提供多種施肥方案，還可實現(xiàn)EC/PH調(diào)節(jié)控制，最終能快速、高效地調(diào)整施肥方案。滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)主要運用在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，滴灌系統(tǒng)為主要的施肥系統(tǒng)，同時也可針對地下病蟲害進行施藥防治。微噴系統(tǒng)用于作物花果期噴施葉面肥，及時補充作物所需營養(yǎng)，提高果實品質(zhì)，并且可作為主要病蟲害防治的施藥系統(tǒng)[3-4]。

3? ? 結(jié)語

滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)克服了滴灌和微噴在設(shè)施農(nóng)業(yè)中單獨使用的不足，充分發(fā)揮了2種灌溉方式的優(yōu)點，達到了灌水、施肥、施藥一體化，實現(xiàn)了水、肥、藥、土壤在同個系統(tǒng)中的綜合管理。一方面可以提高水、肥、藥的利用效率;另一方面可以通過水、肥、藥的調(diào)控提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提高農(nóng)作物抗性，減少病蟲害發(fā)生，改善土壤結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的良性循環(huán)。

4? ? 參考文獻

[1] 馮淑萍，姚青云.寧夏農(nóng)村飲水安全工程UPVC管經(jīng)濟流速確定[J].寧夏工程技術(shù)，2015，14（2）：138-140.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.微灌工程技術(shù)規(guī)范：GB/T 50485-2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3] 葉連橋.農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)滴灌工程設(shè)計[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（7）：578.

[4] 夏明華，呂忠良，王江濤.大田作物滴灌噴灌共用系統(tǒng)設(shè)計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（31）：17840-17841.