微灌技術(shù)在農(nóng)業(yè)高效設(shè)施栽培中的應(yīng)用及效益分析

張樹芳

（無棣縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 濱州 251900）

農(nóng)業(yè)高效設(shè)施栽培過程中，灌溉環(huán)節(jié)不僅勞動強(qiáng)度大，同時(shí)浪費(fèi)時(shí)間，因此為降低農(nóng)作物單位種植面積內(nèi)的灌溉水量，提升農(nóng)業(yè)灌溉效率，微灌技術(shù)在滴灌、滲灌等技術(shù)基礎(chǔ)上取得創(chuàng)新發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。

1 微灌技術(shù)系統(tǒng)組成

一套完整的微灌技術(shù)設(shè)備組成中，按照水流方向依次包含水泵、主系統(tǒng)截流閘閥、施肥器、過濾器、主管、控制器、電磁閥、壓力調(diào)節(jié)器、支管和噴頭等。下面對水泵、過濾器、管道及控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能論述。

水泵是微灌技術(shù)系統(tǒng)中的“心臟”，主要實(shí)現(xiàn)對水源取水并加壓，為滿足灌溉水的流量，加大壓力，保證取水順暢[1]。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于水泵作業(yè)過程中所控制的水流量容易發(fā)生動態(tài)變化，不僅影響水泵的作業(yè)效率，同時(shí)浪費(fèi)電量，因此一般情況下，選擇變頻式水泵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水、節(jié)約用電的目的。

過濾器主要用以阻止懸浮固體顆粒物等通過系統(tǒng)管道，過濾也是水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基本保障，是防止微灌系統(tǒng)噴頭堵塞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果噴頭堵塞會加速齒輪的轉(zhuǎn)動，提升噴頭內(nèi)腔壓力，縮減系統(tǒng)使用壽命。過濾設(shè)備的選擇應(yīng)依據(jù)過濾要求、水質(zhì)情況、水流量等綜合考慮，選擇適宜過濾設(shè)備型號。

管道是微灌系統(tǒng)中的輸水網(wǎng)絡(luò)，起到水流傳輸紐帶的作用，其中PVC、PE和PP材質(zhì)的管道應(yīng)用較多。

控制器是微灌技術(shù)應(yīng)用的“大腦”，作為電氣儀表裝置，可按時(shí)間順序控制閥門的關(guān)閉與啟動。更為先進(jìn)的中央控制器裝置可通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、云端功能，收集氣象資料、灌溉及土壤信息等，并通過自動分析，計(jì)算出需水量等參數(shù)，通過程序的自動控制，實(shí)現(xiàn)智能化灌溉，避免人為誤差的出現(xiàn)[2]。

2 高效設(shè)施栽培灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 農(nóng)作物需水量確定

需水量主要由兩部分組成，一是地表和土壤累計(jì)的蒸發(fā)水量，二是農(nóng)作物自身蒸騰作用消耗的水量。導(dǎo)致需水量不穩(wěn)定的因素也較多，如當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤地質(zhì)環(huán)境、農(nóng)作物種類等。因此，實(shí)地觀測是確定農(nóng)作物需水量的最直接方法，但是往往缺乏實(shí)測資料，需要結(jié)合影響需水量的相關(guān)因素進(jìn)行估算，獲取有效的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，氣象條件與農(nóng)作物日需水量的關(guān)系見下表1。

表1 農(nóng)作物日需水量與氣候關(guān)系經(jīng)驗(yàn)估算表Tab1.Estimation table of the relationship between crop daily water demand and climate

按照氣候溫度進(jìn)行劃分[3]，表1 中的濕冷和干冷主要指最高氣溫低于21℃；濕暖和干暖主要指溫度在21℃～32℃；濕熱和干熱主要指高于32℃；其中“濕”以平均濕度為評價(jià)指標(biāo)，一般控制大于50%；“干”主要指平均濕度小于50%。

2.2 輪罐組的劃分

輪罐組數(shù)目的劃分，主要取決于每日運(yùn)行時(shí)長、灌水設(shè)定周期及灌水一次需要用到時(shí)間等參數(shù)。輪罐組的合理劃分有助于及時(shí)灌水，作業(yè)周期短，便于管理等，因此對于大部分的設(shè)施栽培模式單一、面積較小的農(nóng)業(yè)工程來說，一般選擇輪灌方式。

2.3 水力計(jì)算

2.3.1 設(shè)計(jì)力量及水頭計(jì)算

（1）微灌系統(tǒng)某級設(shè)計(jì)流量計(jì)算。

式中：Q——微灌系統(tǒng)中某級管道的設(shè)計(jì)流量，L/h；qi——第i段灌水器的設(shè)計(jì)流量，L/h；n——為同時(shí)作業(yè)的灌水設(shè)備的數(shù)量，個(gè)。

（2）按最不利狀態(tài)下的水頭設(shè)計(jì)。

式中：H——微灌系統(tǒng)或者某級管道結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)水頭，m；Zp——毛管結(jié)構(gòu)進(jìn)口的高程，m；Zb——水源設(shè)計(jì)水量，m；h0——毛管進(jìn)口的設(shè)計(jì)水頭，m；Σhr——沿程水頭損失，m；Σhw——局部水頭損失，m。

2.3.2 水頭損失計(jì)算

主要列舉管道沿程水頭損失計(jì)算：

式中：hf——管道沿程水頭損失，m；f——摩擦阻力系數(shù)；Q——流量，L/h；d——管道的管徑，mm；L——管道長度，m；m——流量指數(shù)；b——管徑指數(shù)；其中參數(shù)m，b 和f 可依據(jù)表2 中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選取。

表2 微灌系統(tǒng)管道沿程水頭損失計(jì)算系數(shù)及指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表Tab2.Empirical statistic table of index data and calculation coefficient of headl oss along pipeline in micro-irrigation system

2.4 水泵的選擇

水泵型號的選擇，應(yīng)依據(jù)水泵生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的水泵名錄，水泵流量和揚(yáng)程的選取要稍大于計(jì)算值，保證設(shè)計(jì)值滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

而以城市供水管網(wǎng)作為水源，則不需設(shè)計(jì)水泵，需要重新校核供水管網(wǎng)水壓，以滿足灌溉所需的揚(yáng)程值，如果調(diào)研和計(jì)算后得出不能夠滿足相應(yīng)水壓值，則需要增大管網(wǎng)中各管道的管徑，減少水頭損失。

3 微灌技術(shù)中系統(tǒng)及設(shè)備的安裝施工

首先，要針對施工前的管溝棄土進(jìn)行合理處理，埋管的順序應(yīng)按照與開挖相反的順序進(jìn)行分層次回填施工，保障原有土壤結(jié)構(gòu)層次一致[4]。

其次，在安裝防水裝置的過程中，在干管、支管等結(jié)構(gòu)上需要安置放水裝置，以滿足冬季防凍管的要求；在非灌溉季節(jié)，也要合理放置空管管道，以避免因?yàn)槲⑸锏拈L期聚集影響噴灌施工的效果。放水系統(tǒng)中，除了常見的球閥、閘閥結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)包含自動泄水閥，滿足管道中水自動排出。必要式可按照噴灌的要求，安裝壓力調(diào)節(jié)設(shè)備。還可按照需求安裝快速取水閥，便于使用鑰匙控制合理控制閥門的啟停。

最后，合理進(jìn)行地埋式設(shè)施栽培噴頭的安裝施工。安裝之前要對噴頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)置，調(diào)整噴頭噴灑的角度，一般控制為180°，同時(shí)應(yīng)按照所需噴灑的地形對噴灑的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。噴頭的頂部位置應(yīng)與地面結(jié)構(gòu)相持平，噴頭與支管的連接應(yīng)保持順暢，最好選擇使用鉸接接頭。

4 微灌技術(shù)在高效設(shè)施栽培中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益

以北方春大棚茄子為例，茄子在北方是重要的蔬菜品種，由于皮薄、肉嫩，因此對于水肥使用量要求高。相關(guān)研究學(xué)者針對微灌技術(shù)在高效設(shè)施栽培中應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，在相同時(shí)間內(nèi)對春大棚茄子進(jìn)行灌水，灌水量保持在108 m3，與溝畦漫灌相比，春大棚茄子產(chǎn)量可增加10%～30%。微灌可按照種植作物需水量適時(shí)、適量供水，并可減少蒸發(fā)和滲漏現(xiàn)象發(fā)生，節(jié)水效率高，最高節(jié)水70%左右。同時(shí)，微灌技術(shù)應(yīng)用可最大程度地提升肥效，節(jié)約肥量，節(jié)省比例在10%～15%。作為一種新型灌溉形式，借助塑料管道即可實(shí)現(xiàn)輸水作業(yè)，并可用微噴頭開展局部灌溉，國產(chǎn)微噴灌溉設(shè)備投入使用后，投資一般在500～800 元 /0.067 hm2，在果樹、花卉、溫室大棚等灌溉常用。綜上所述，微灌技術(shù)在春大棚茄子類型蔬菜中的經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)量等較好。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對微噴技術(shù)系統(tǒng)組成、水力計(jì)算、設(shè)備安裝施工及應(yīng)用案例進(jìn)行研究，得出微灌技術(shù)不僅能夠提升農(nóng)作物產(chǎn)量，同時(shí)能夠控制室內(nèi)溫度，在施肥過程中應(yīng)用噴灌技術(shù)，可避免土壤出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，具有節(jié)能環(huán)保、提升農(nóng)作物種植經(jīng)濟(jì)效益等，值得大力推廣應(yīng)用。