可降解材料在滲灌技術中的應用淺談

賈小偉,張麗麗,胡天宇

江蘇農林職業技術學院

可降解材料在滲灌技術中的應用淺談

賈小偉,張麗麗,胡天宇

江蘇農林職業技術學院

滲灌技術是目前最高效的節水灌溉方法之一，可有效節約水資源，實現水、肥共灌，方便安全。但是滲灌管淤堵等問題嚴重制約滲灌技術的推廣，并且檢測、維修困難。本文討論采用可降解材料，在滲灌系統出現淤堵等性能降低之前完全降解，避免檢測、維修的問題，降低滲灌技術的應用難度。

滲灌技術；節水灌溉；淤堵；可降解材料

我國是一個農業大國，農業年均用水量約占全國總水量的60%左右，可達約3600億立方米。但是我國是一個水資源相對匱乏的國家，單位灌溉面積可利用水資源還不到世界平均水平的20%。大力發展節水灌溉技術，對實現農業現代化和國民經濟持續發展有著重大的現實意義。

一、滲灌技術應用特點

節水灌溉技術較常規灌溉節約用水達三分之一，省去了人工下地勞動，省時、省工、省力，具有可控、按需灌溉等優點[1]。節水灌溉技術可以有效實現農業生產的機械化、自動化，提高農業生產用水效率，緩解水資源緊缺的問題，保障糧食生產的安全。

節水灌溉技術的基本要求，就是要采取最有效的技術措施，使有限的灌溉水量創造最佳的生產效益和經濟效益[1]。常見的節水灌溉有噴灌、滴灌、滲灌等，其中滲灌技術被認為是最有發展前景的高效節水灌溉技術。滲灌是在滴灌技術基礎上發展而來的一種新型高效節水灌溉技術[2]。滲灌技術是在地下掩埋滲灌管，將水和肥料等通過滲灌管緩慢滲入到作物的根部區域的土壤中，然后借助毛細作用或重力作用等將水分擴散到作物根系層，供作物吸收，為作物提供養分。

滲灌技術雖然在灌溉節水、作物增產等方面有著突出的優勢，但是滲灌技術在推廣、應用上面臨嚴峻困難。首先是滲灌管的設計問題，主要現象是滲灌管淤堵和灌水不均。其次是長期使用的毛細芯滲灌的滲水速率會下降的問題。解決這些問題都要從滲灌系統的材料、形狀、工藝等方面深入研究。

二、解決滲灌技術推廣困難方法分析

滲灌技術存在兩大問題制約滲灌技術的推廣、應用，究其原因是滲灌管淤堵、灌水不均以及毛細芯滲灌的穩定性等。隨著滲灌管地不斷使用，滲灌系統的性能會逐漸下降，出現滲灌管淤堵、灌水不均、毛細芯滲水速率下降的現象。滲灌設備掩埋于地面以下，檢查、維修、更換等很不方便，嚴重影響滲灌技術的推廣、應用。

滲灌系統在使用前期能很好實現滲灌技術的各項功能。隨著長時間使用，性能下降，出現應用故障。如果采用生物可降解材料在適當或限定期限內完成降解，更換新設備，即可降低滲灌系統的維護難度，提高實用性。

生物可降解性材料，是指在適當和可表明期限的自然環境條件下，能夠被微生物（如細菌、真菌和藻類等）完全分解變成低分子化合物的材料[3]。可降解材料按其降解特性可分為完全生物降解材料和生物破壞材料（如圖1所示）。

（1）完全降解材料

在微生物作用下，在一定時間內完全分解為二氧化碳和水的化合物。按其來源則可分為微生物合成材料、化學合成材料、天然高分子材料等。

（2）生物破壞材料

在微生物作用下高分子僅能被分解為散亂碎片。生物破壞材料主要分為淀粉類生物破壞型材料、脂肪族聚醋類生物破壞型材料和礦物質類生物破壞型材料。

圖1 生物可降解材料的分類

其中天然高分子合成物及其衍生物可以完全降解，對土壤沒有破壞性影響，是理想的農業應用材料。常見的天然高分子合成物有淀粉、纖維素、木質素、絲素、膠原和甲殼質等。

三、滲灌技術中可降解材料應用分析

導水材料是滲灌技術應用的核心部件。導水材料選擇需要滿足三點基本要求[4]：

（1）具有良好的親水性。

（2）物理化學穩定性好。

（3）具有一定的粘黏性，能夠與纖維有良好的結合性能。

可降解材料在滲灌系統中應用主要是用于制作導水材料。天然高分子合成物的制作原料取自天然原料，無毒無害，并且完全降解，改善土壤，保持水土。如殼聚糖能將土壤與可溶性蛋白（如膠原蛋白）合成液體土壤改良劑，具有抗菌能力和改善土壤的作用。天然高分子合成物是理想的導水材料原料。

滲灌管是重要的導水材料。目前，滲灌管是利用廢舊橡膠輪胎粉末、PVC塑料粉及發泡劑等摻合料混合后，經發泡、抗紫外線和防蟲咬等特殊技術工藝處理擠壓成型的具有大量微孔的一種灌水器。滲灌管是通過大量的微孔進行滲灌作用的。

淀粉和聚乳酸是常見的天然高聚物。玉米、大米、紅薯等都是富含淀粉的原料。經過處理，可以加工成淀粉型薄膜或聚乳酸塑料等。聚乳酸具有良好的生物降解性和生物相溶性，制成的聚乳酸塑料具有良好的韌性，可以加工成高附加值的薄膜和微孔管，代替常規滲灌管。

在木材、稻殼、豆類等原料中大量存在的木質素可以作為增強劑、粘合劑、保護劑等作用使用。在聚乳酸塑料中加入木質素，制成多層結構的可降解滲灌管，可以有效的增強單純聚乳酸塑料的強度，并且在降解后可以改良土壤，同時木質素具有良好的吸附性，可以吸附、緩釋農藥，起到殺蟲、滅菌作用。

滲灌系統中應用可降解材料可以很好的解決推廣困難的問題。滲灌技術、可降解材料還處于研發推廣期，還有很多方案需要大量實驗驗證修改。

四、總結

滲灌技術是目前最高效的節水灌溉方法之一。可降解材料可以很好的保護環境。將可降解材料應用滲灌系統中，結合兩方面的特點，有利于促進滲灌技術的推廣、應用，有利于節約水資源，有利于實現農業現代化和國民經濟持續發展。

[1]謝晴.大力推進節水灌溉產品創新和深度研發[J].中國農村科技,2014,卷缺失(11):24-27.

[2]譚圣林,張清濤,邱國玉,等.滲灌技術助力水資源節約[J].高科技與產業化,2014,卷缺失(5):66-69.

[3]崔百元,張振飛,孔謙.天然生物可降解性材料在農業領域中的應用[J].中國農學通報,2013,卷缺失(24):5-10.

[4]張增志,王曉健,薛梅.滲灌材料制備及導水性能分析[J].農業工程學報,2014,30(24):74-81.