适合我国农业特点的微灌灌溉模式

后勤部长 · 发表于 2011-2-5 22:30

作者：蒋树芳康跃虎万书勤来源：《中国水利水电市场》2010年11期 2011-01-30 09:42:51 | 字号:大中小
一、研究方向及技术来源
农田SPAC系统水分化学物质循环与调控；
农业节水（喷微灌）理论及技术；
微咸水农业安全高效利用技术；
盐碱地开发利用与盐碱化草场恢复重建理论与技术；
农业化肥面源污染防治理论与技术；
微灌水力学与关键设备研制。
二、主要研究工作及成果
1.微灌理论及技术
多年从事微灌理论方面的研究工作，研究出了利用有限元法微灌系统设计方法和利用退步法等；系统研究了微灌条件下土壤水肥运移规律、作物耗水规律和灌溉制度，提出了2种灌溉计划制定方法，研究出了二十多种主要作物的微灌技术；研究开发了15个（套）微灌关键设备、“软件”和“硬件”结合的3个系列的8个微灌模式及相关产品。
系统研究了喷灌冠层截留及其消散过程、喷灌对近地面气象要素分布特征、农田小气候、作物耗水过程、作物生长、光合作用、产量及产量形成过程、土壤水分养分分布变化规律和分布特征等的影响，阐明了喷灌节水增产机理，提出了基于冠层顶部20cm蒸发皿的灌溉计划制定方法、喷灌农田小气候调控方法、主要作物喷灌技术等。
2.滴灌盐碱地治理开发技术
研究发现了滴灌、垄作和覆膜综合措施对盐碱地水盐分布、作物生长和产量、灌溉水量和灌溉水利用效率、土壤物理性质、土壤化学性质和土壤生物性状的影响规律；提出了控制滴头正下方20cm深度处土壤水分的土壤水盐调控新方法；研究出了“滴灌＋垄作＋覆膜”模式的滴灌盐碱地开发利用技术体系、“咸水滴灌＋垄作＋覆膜”盐碱地开发利用技术体系。3.咸水、微咸水滴灌技术
系统研究了滴灌条件下微咸水矿化度对番茄和黄瓜生长过程、产量、耗水量和水分利用效率的影响和水盐耦合过程，提出了包括做垄、覆盖、选择合理滴灌系统参数、缓苗期淡水滴灌土壤盐分淋洗调控、生长期微咸水滴灌土壤盐分淋洗调控和利用降水资源调节盐分的水盐综合调控技术，建立了黄瓜、番茄、油葵等主要作物优质高产的微咸水滴灌技术体系。
4.灌溉农田水分管理方法
（1）一年生作物
灌水量一定，确定灌水时间。
在滴头正下方20cm深度处埋设一支真空表负压计；每次的灌水量完全相同，或者将作物整个生育期分为2-3个阶段，让每个阶段内每次的灌水量完全相同。
观察负压计的指针读数，只要超出预定的范围，就开始灌水。
(2)一年生作和多年生作物
灌溉频率一定，确定灌溉水量。
根据作物生物学特性、天气条件、土壤条件和水质条件，通过试验确定合适的灌溉频率和蒸发皿系数；在冠层顶部放置一20cm口径蒸发皿；计算灌水量：当到达需要灌水的日期时，将该灌水周期内蒸发量的累积值乘以蒸发皿系数，则为本次的灌溉水量。
（3）多年生作物和林果
灌水量一定，确定灌水时间。
在滴头正下方20～30cm深度处埋设一支真空表负压计，在其旁边埋设另外一支深度为50～60cm的负压计（根据根系分布特点来定）；每次的灌水量完全相同；观察20～30cm深度负压计指针的读数，只要超出预定的范围，就开始灌水；灌水结束半天后检查50cm～60cm深度负压计的指针位置，如果其读数的绝对值不超出设定的范围，则说明达到了要求的灌水量；如果其读数的绝对值超出了设定的范围，说明灌水量不够，需要再灌水，直到其指针不超出设定的范围。
三、我国节水灌溉技术推广应用中存在的问题——以微灌为例
发展较快地区的特点：
具有农场性质；地块面积较大；可以实现统一灌溉；严重缺水或田间只有微灌系统；用户体会到了效益的地区。
发展较慢地区的特点：
地块面积小，一家一户分散种植；难以实现统一灌溉；用户没有体会到效益的地区。
存在的问题之一：
目前我国采用的微灌模式，大多起源于发达国家。用户拥有的土地面积大、集约化程度高、管理者的知识水平和管理素质高、技术服务体系完善等是这些技术使用的前提。我国的农业特点跟发达国家有很大的不同，缺少适合我国农业特点的产品和模式，灌溉系统运行管理复杂、用户难以掌握，是影响微灌技术在地块小、一家一户分散种植、难以实现统一灌溉的华北平原、西北黄土高原、东北地区和南方季节性缺水地区推广应用和发展速度较慢的主要硬件因素。
存在问题之二：
缺乏针对我国农业特点和管理者管理水平的成熟灌溉管理技术，是影响微灌技术在地块小、一家一户分散种植、难以实现统一灌溉的华北平原、西北黄土高原、东北地区和南方季节性缺水地区推广应用和发展速度较慢的主要软件因素。新疆等干旱半干旱区采用滴灌技术后出现的土壤积盐等问题，也主要是由于在灌溉制度中没有很好考虑盐分淋洗水量等水盐调控措施而造成的。
存在的问题之三：
微灌等现代节水灌溉技术，科技含量高，对技术服务的要求也高。目前我国广大地区，都没有建立有效的技术服务和推广体系，没有专门化技术服务机构给用户提供技术指导，用户不会正确使用或出了问题无法及时得到解决，造成微灌技术的经济效益不明显，农民积极性不高，是造成微灌技术在我国新疆以外的地区推广应用较慢的主要体制因素。
存在的问题之四：
对于用户来说，增产、增收、减少费用等是他们的目标，节水是国家的目标。在科学合理的水价体系尚未形成以前，用户认为节水不会给自己带来经济效益。科学合理的水价体系滞后与政府资助较少是影响现代田间农业节水技术推广应用慢的主要政策因素。
四、微灌灌溉技术模式
1.多用户远程控制IC卡滴灌系统及精确施肥灌溉模式
适用用户：多用户用水单水源供水、每个用户地块面积小、种植作物种类多、统一灌溉困难但需要精确施肥灌溉的用户。
技术内容：集IC卡水表与自动控制为一体的远程控制系统、全自动反冲洗过滤系统、管网布置模式、精确施肥灌溉技术、土壤墒情监测装置、灌溉制度等核心装置和关键技术等于一体。
主要特点：
（1）每个用户有一台独立的远程控制器，采用IC卡智能水表预付水电费用，先付费后灌溉，多用水多花钱，少用水少花钱；
（2）首部全自动反冲洗过滤系统，充分发挥了所组装过滤器的特点和独特功能，有效减少了过滤器的反冲洗次数，自动清洗效果好；最大程度的减少了抗腐蚀能力差、易生锈的金属管材和部件的使用量；
（3）每个用户拥有一套文丘里精确施肥灌溉注肥系统，注肥均匀、浓度可调；
（4）配备用颜色标有土壤不同墒情（土壤基质势）范围的土壤墒情监测张力计（负压计），确定灌水时间直观方便、一目了然；
（5）根据栽培的作物类型，配备了科学合理的灌溉制度和模式化管理技术。
示范地点：怀柔区雁栖镇范各庄村。灌溉控制面积约70亩，土地由5户农民承包，为典型的休闲采摘都市农业。
用户特点：（1）每家承包的土地面积都较大，且相差较小，最大地块的面积约22亩，最小面积约10亩；（2）每户的肥料种类、施肥量和施肥时间不同；（3）难以实现由一个管水员统一灌溉。
投资费用：材料费用折算到每年为180元/亩～215元/亩。
使用效果：示范户（白玉贵家）节水约65％，增产约50％，年节约电费70元/亩，年节约劳动力费用72元/亩，年节省肥料50元/亩，总体每年节省生产费用192元/亩，比畦灌每年每亩地增加收入约6000元。
2.统一管理IC卡电表计费滴灌系统及精确施肥灌溉模式
适用用户：多用户用水单水源供水、每个用户地块面积小、种植作物种类多、统一灌溉困难但需要精确施肥灌溉的用户。
技术内容：集自动控制系统、全自动反冲洗过滤系统、管网布置模式、精确施肥灌溉技术、土壤墒情监测装置、灌溉制度等核心装置和关键技术等于一体。
主要特点：
（1）控制器对多个轮灌组进行分别控制，由IC卡电表预付水电费用，对不同轮灌组进行单独计费，通过安装在每户地头的普通水表计算每个轮灌组内各个用户的水电费用，用户多用水多花钱，少用水少花钱；
（2）首部全自动反冲洗过滤系统，充分发挥了所组装过滤器的特点，有效减少了过滤器的反冲洗次数，自动清洗效果好；最大程度的减少了抗腐蚀能力差、易生锈的金属管材和部件的使用量；
（3）每个用户拥有一套文丘里精确施肥灌溉注肥系统，注肥均匀、浓度可调；
（4）配备用颜色标有土壤不同墒情（土壤基质势）范围的土壤墒情监测张力计（负压计），确定灌水时间直观方便、一目了然；
（5）根据栽培的作物类型，配备了科学合理的灌溉制度和模式化管理技术。
示范地点：怀柔区雁栖镇范各庄村。灌溉控制面积约90亩，区内一块土地为集体用地，其他土地由8户农民承包，全部种植桃树，为典型的休闲采摘都市农业。
用户特点：（1）每家承包的土地面积相差很大，最大地块的面积约17亩，最小面积约5亩；（2）每户的施肥种类、施肥量和施肥时间不同；（3）可以实现由一个管水员统一灌溉。
投资费用：材料费用折算到每年为115～145元/亩。
使用效果：节水约35％，增产约50％，年节约电费22元/亩，年节约劳动力费用48元/亩，年节省肥料40元/亩，总体每年节省生产费用110元/亩，比畦灌每年每亩地增加收入约3500元。
3.集约化管理远程遥控控制和实时监控精确施肥滴灌模式
适用用户：多用户用水单水源供水、每个用户地块面积小、种植作物种类多，可以由专门人员统一进行施肥灌溉的用户。
技术内容：集远程遥控控制系统、全自动反冲洗过滤系统、管网布置模式、精确施肥灌溉技术、土壤墒情监测装置、灌溉制度等核心装置和关键技术等于一体。
主要特点：
（1）远程遥控系统控制面积可达数千亩，可对多用户用水统一供水或单用户用水区内有多种作物栽培区的大面积农田进行分区料精确施肥灌溉；
（2）功能接近高端智能温室的精确施肥灌溉注肥系统，注肥均匀、浓度可调，但整个系统的投资费用与普通滴灌系统相当；
（3）首部全自动反冲洗过滤系统，充分发挥了所组装过滤器的特点，有效减少了过滤器的反冲洗次数，自动清洗效果好；最大程度的减少了抗腐蚀能力差、易生锈的金属管材和部件的使用量；
(4)远程监控系统对每个水源及水泵的运行状况（井水水位、系统压力和流量）进行远程实时监控并保存历史记录，同时具备远程强制关机的功能；
(5)用颜色标有土壤不同墒情（土壤基质势）范围的土壤墒情监测张力计（负压计），确定灌水时间直观方便、一目了然；
(6)根据栽培的作物类型，配备了科学合理的灌溉制度和模式化管理技术。
示范地点：怀柔区桥梓镇前辛庄村。面积300亩，区内土地由一个大户承包，主要栽培樱桃、梨、葡萄、桃等，为典型的休闲采摘都市农业。
用户特点：（1）栽培果树种类多且同一类型果树不连片分布；（2）为典型的有机农业，果树生长过程中只追使少量有机液体肥合有机农药；（3）区内有3眼出水量为20m3/h的大口井为灌溉水源；（4）由一个灌溉管理人员统一灌溉
投资费用：材料费用折算到每年为110～150元/亩。
使用效果：一名普通人员可轻松对300亩果园进行适时适量灌溉追肥，节水约63％，增产约38％，年节约电费70元/亩，年节约劳动力费用50元/亩，年节省肥料40元/亩，总体每年节省生产费用160元/亩，比地面灌溉每年每亩地增加收入约6200元。
4.统一管理手动控制滴灌模式
适用用户：单个用户地块面积较大，栽培作物种类比较单一，可以手动控制并由专门人员统一进行施肥灌溉的用户。
技术内容：集全自动反冲洗过滤系统、管网布置模式、精确施肥灌溉技术、土壤墒情监测装置、灌溉制度等核心装置和关键技术等于一体。
主要特点：
（1）整个系统由全自动反冲洗过滤系统、精确注肥装置、经济型薄壁PE管和滴灌带等组成，使用安装较简便，造价较低；
（2）首部全自动反冲洗过滤系统，充分发挥了所组装过滤器的特点，有效减少了过滤器的反冲洗次数，自动清洗效果好；最大程度的减少了抗腐蚀能力差、易生锈的金属管材和部件的使用量；
（3）配套精确施肥灌溉注肥系统，注肥均匀、浓度可调；
（4）手动控制，施肥均匀，压力水头损失少，实现低能耗精确施肥灌溉；
（5）用颜色标有土壤不同墒情（土壤基质势）范围的土壤墒情监测张力计（负压计），确定灌水时间直观方便、一目了然；
（6）根据栽培的作物类型，配备了科学合理的灌溉制度和模式化管理技术。
示范地点：中国科学院地理科学与资源研究所通州现代节水灌溉试验基地（以下简称“通州试验基地”），灌溉面积134亩。
用户特点：（1）地块面积较大；（2）栽培作物种类比较单一，上半年种植马铃薯，下半年种植萝卜或者白菜；（3）由一个灌溉管理人员统一灌溉。
投资费用：材料费用折算到每年为100元/亩～135元/亩。
使用效果：节水约49％，增产约33％，年节约电费62元/亩，年节约劳动力费用120元/亩，年节省肥料40元/亩，总体每年节省生产费用222元/亩，比沟灌每年每亩地增加收入约579元。
5.统一管理全自动控制滴灌模式
适用用户：单个用户地块面积较大，栽培作物种类比较单一，可以自动控制并由专门人员统一进行施肥灌溉的用户。
技术内容：集自动控制系统、全自动反冲洗过滤系统、管网布置模式、精确施肥灌溉技术、土壤墒情监测装置、灌溉制度等核心装置和关键技术等于一体。
主要特点：
（1）整个系统由自动控制系统、全自动反冲洗过滤系统、精确注肥装置、经济型薄壁PE管和滴灌带等组成，使用安装较简便，造价较低；
（2）首部全自动反冲洗过滤系统，充分发挥了所组装过滤器的特点，有效减少了过滤器的反冲洗次数，自动清洗效果好；最大程度的减少了抗腐蚀能力差、易生锈的金属管材和部件的使用量；
(3)配套精确施肥灌溉注肥系统，注肥均匀、浓度可调；
(4)手动控制，施肥均匀，压力水头损失少，实现低能耗精确施肥灌溉；
(5)用颜色标有土壤不同墒情（土壤基质势）范围的土壤墒情监测张力计（负压计），确定灌水时间直观方便、一目了然；
(6)根据栽培的作物类型，配备了科学合理的灌溉制度和模式化管理技术。
示范地点：宁夏回族自治区农业综合开发项目办公室试验示范农场。灌溉面积215亩。
用户特点：（1）地块面积较大；（2）栽培作物种类比较单一；（3）由一个灌溉管理人员统一灌溉
投资费用：材料费用折算到每年为120～160元/亩。
使用效果：节水约49％，增产约33％，年节约电费62元/亩，年节约劳动力费用200元/亩，年节省肥料40元/亩，总体每年节省生产费用302元/亩，比沟灌每年每亩地增加收入约579元。
6.精确施肥灌溉重力滴灌模式
适用用户：日光温室和塑料大棚一家一户分散管理、栽培作物种类或栽培时间不统一、难以由专门人员统一进行灌溉的用户。
技术内容：集塑料柔性水池（有注肥功能和无注肥功能），过滤系统、管网布置模式、精确施肥灌溉技术、土壤墒情监测装置、灌溉制度等核心装置和关键技术等于一体。
主要特点：
（1）整个系统由塑料柔性水池（带有组建化水池支架）、组建化过滤系统、PE支管和滴灌带等组成，使用安装简便；
（2）水池起到调节作用，使得单水源统一供水条件下每个用户的适时适量灌溉成为可能，而且可以使水泵在高效区运行，无需变频等设施，使设备投资减少、能耗大大降低；
（3）水池带有液体肥料室，注肥流量随灌溉水量地变化同步变化，注肥均匀；
（4）用颜色标有土壤不同墒情（土壤基质势）范围的土壤墒情监测张力计（负压计），确定灌水时间直观方便、一目了然；
（5）根据栽培的作物类型，配套了科学合理的灌溉制度和模式化（“傻瓜化”）管理技术。
示范地点：怀柔区桥梓镇东茶坞村红莓园。灌溉面积110亩。
用户特点：红莓园是集科技示范、观光采摘、科普教育为一体的现代农业观光园，主要生产精品草莓、特色蔬菜、水果、花卉和食用菌。
投资费用：材料费用折算到每年为140～180元/亩。
7.咸水/微咸水精确施肥灌溉滴灌模式
适用用户：淡水资源缺乏，但有大量咸水/微咸水资源的地区的用户。
主要技术特点：
（1）滴灌水盐调控技术，可将因微咸水灌溉而到作物根系分布层土壤中的盐分淋洗到作物根系分布范围以外，同时实现盐分的垂直调控，维持土壤盐分平衡；
（2）首部全自动反冲洗过滤系统，充分发挥了所组装过滤器的特点，有效减少了过滤器的反冲洗次数，自动清洗效果好，最大程度的减少了抗腐蚀能力差、易生锈的金属管材和部件的使用量；
（3）配套了精确施肥灌溉注肥系统，注肥均匀、浓度可调；
（4）全自动控制，施肥均匀，压力水头损失少，实现低能耗精确施肥灌溉；
（5）用颜色标有土壤不同墒情（土壤基质势）范围的土壤墒情监测张力计（负压计），确定灌水时间直观方便、一目了然；
（6）根据栽培的作物类型，配套了精确施肥灌溉和水盐调控灌溉制度，灌溉系统实现“傻瓜化”管理。
示范地点：宁夏回族自治区平罗县灵沙何家村，灌溉面积100亩。土壤含盐量含盐量高达1.3~1.6%，属于盐土，除盐蒿等强耐盐植物外，植物都不能生长，为不毛之地。灌溉水矿化度7.5g/L。
投资费用：材料费用折算每年为130～160元/亩。
使用效果：当地采用微咸水地面灌溉方式，枸杞不能生长，没有产量。采用该技术后，第二年枸杞平均产量达到50 kg/亩，达到黄河水地面灌溉良田第二年的产量水平。并且枸杞的干物质含量明显增加。微咸水滴灌枸杞每年每亩地增加收入约为1250元（仅为生长了二年的枸杞苗）。
8.半固定式管道喷灌模式
适用用户：种植密植的作物，面积较大，补充灌溉，可以统一灌溉的用户。
主要技术特点：
(1)应用广泛，适用性强。半固定式管道喷灌几乎可用于栽培各种作物的不同地形的农田；
(2)操作简单，易于推广。喷灌系统支管与干管连接处有快速接头，易于连接和拆卸。支管为轻型材料，易于移动；
(3)设备利用率高。喷灌系统的支管可移动，可在不同地块循环利用支管系统，提高了设备利用率，降低了投资成本；
(4)节水增产。喷灌可以高度控制灌溉水深度，适时适量为作物提供适宜的水分条件，而且水分和养分主要分布在作物根系层，不产生明显的深层渗漏，提高了水分养分的利用率；
(5)节地。喷灌与传统地面灌溉相比，没有渠系和田埂占地；
(6)省工。喷灌系统自动化程度高，可节省大量劳动力。
9.全移动式管道喷灌模式
适用用户：种植密植的作物，面积较大，可以统一灌溉的用户。
主要技术特点：
(1)应用广泛，适用性强。全移动式管道喷灌几乎可用于栽培各种作物的不同地形的农田；
(2)操作简单，易于推广。喷灌系统支管与干管连接处有快速接头，易于连接和拆卸。支管为轻型材料，易于移动；
(3)设备利用率高。喷灌系统干管和支管均为可移动的，可在不同地块循环利用喷灌设备，提高了设备利用率，降低了投资成本；
(4)节水增产。喷灌可以高度控制灌溉水深度，适时适量为作物提供适宜的水分条件，而且水分和养分主要分布在作物根系层，不产生明显的深层渗漏，提高了水分养分的利用率；
(5)节地。喷灌与传统地面灌溉相比，没有渠系和田埂占地；
(6)省工。喷灌系统自动化程度高，可节省大量劳动力。
示范地点：通州试验基地。控制面积130亩，种植作物为冬小麦和夏玉米。
投资费用：材料费用折算到每年为20～35元/亩。
技术效益：
采用后该技术后，节水约25％，增产约16％，年节约电费12元/亩，年节约劳动力费用7元/亩，总体每年节省生产费用19元/亩，比畦灌每年每亩地增加收入约182元。
10.管道输水畦灌模式
适用用户：主要适用井灌区一家一户种植的用户。
主要技术特点：
（1）管道输水畦灌系统由首部枢纽、干管、支管、取水器等组成；
（2）干管和支管采用U—PVC材料，埋在地下；
（3）取水器采用PE材料制成的快速取水阀上面安装PE软管；
（4）通过PE软管将水小流量、短时间地供应到作物根系分布范围的穴坑中。
示范地点：门头沟苛罗坨。灌溉面积100亩，种植作物为葡萄果树等。
投资费用：材料费用折算到每年为35～50元/亩。
技术效益：
采用后该技术后，节水约57％，增产约14％，年节约电费107元/亩，年节约劳动力费用24元/亩，总体每年节省生产费用131元/亩，比漫灌每年每亩地增加收入约420元。

wwxx · 发表于 2014-1-4 19:59

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