可降解材料在滲灌技術(shù)中的應(yīng)用淺談

賈小偉,張麗麗,胡天宇

江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院

可降解材料在滲灌技術(shù)中的應(yīng)用淺談

賈小偉,張麗麗,胡天宇

江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院

滲灌技術(shù)是目前最高效的節(jié)水灌溉方法之一，可有效節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)水、肥共灌，方便安全。但是滲灌管淤堵等問題嚴(yán)重制約滲灌技術(shù)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(tǒng)出現(xiàn)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(shù)的應(yīng)用難度。

滲灌技術(shù)；節(jié)水灌溉；淤堵；可降解材料

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)年均用水量約占全國總水量的60%左右，可達(dá)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(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

一、滲灌技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

節(jié)水灌溉技術(shù)較常規(guī)灌溉節(jié)約用水達(dá)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(yōu)點(diǎn)[1]。節(jié)水灌溉技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化、自動化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水效率，緩解水資源緊缺的問題，保障糧食生產(chǎn)的安全。

節(jié)水灌溉技術(shù)的基本要求，就是要采取最有效的技術(shù)措施，使有限的灌溉水量創(chuàng)造最佳的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。常見的節(jié)水灌溉有噴灌、滴灌、滲灌等，其中滲灌技術(shù)被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的高效節(jié)水灌溉技術(shù)。滲灌是在滴灌技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型高效節(jié)水灌溉技術(shù)[2]。滲灌技術(shù)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(qū)域的土壤中，然后借助毛細(xì)作用或重力作用等將水分?jǐn)U散到作物根系層，供作物吸收，為作物提供養(yǎng)分。

滲灌技術(shù)雖然在灌溉節(jié)水、作物增產(chǎn)等方面有著突出的優(yōu)勢，但是滲灌技術(shù)在推廣、應(yīng)用上面臨嚴(yán)峻困難。首先是滲灌管的設(shè)計問題，主要現(xiàn)象是滲灌管淤堵和灌水不均。其次是長期使用的毛細(xì)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(tǒng)的材料、形狀、工藝等方面深入研究。

二、解決滲灌技術(shù)推廣困難方法分析

滲灌技術(shù)存在兩大問題制約滲灌技術(shù)的推廣、應(yīng)用，究其原因是滲灌管淤堵、灌水不均以及毛細(xì)芯滲灌的穩(wěn)定性等。隨著滲灌管地不斷使用，滲灌系統(tǒng)的性能會逐漸下降，出現(xiàn)滲灌管淤堵、灌水不均、毛細(xì)芯滲水速率下降的現(xiàn)象。滲灌設(shè)備掩埋于地面以下，檢查、維修、更換等很不方便，嚴(yán)重影響滲灌技術(shù)的推廣、應(yīng)用。

滲灌系統(tǒng)在使用前期能很好實(shí)現(xiàn)滲灌技術(shù)的各項(xiàng)功能。隨著長時間使用，性能下降，出現(xiàn)應(yīng)用故障。如果采用生物可降解材料在適當(dāng)或限定期限內(nèi)完成降解，更換新設(shè)備，即可降低滲灌系統(tǒng)的維護(hù)難度，提高實(shí)用性。

生物可降解性材料，是指在適當(dāng)和可表明期限的自然環(huán)境條件下，能夠被微生物（如細(xì)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(nèi)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(xué)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(zhì)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(nóng)業(yè)應(yīng)用材料。常見的天然高分子合成物有淀粉、纖維素、木質(zhì)素、絲素、膠原和甲殼質(zhì)等。

三、滲灌技術(shù)中可降解材料應(yīng)用分析

導(dǎo)水材料是滲灌技術(shù)應(yīng)用的核心部件。導(dǎo)水材料選擇需要滿足三點(diǎn)基本要求[4]：

（1）具有良好的親水性。

（2）物理化學(xué)穩(wěn)定性好。

（3）具有一定的粘黏性，能夠與纖維有良好的結(jié)合性能。

可降解材料在滲灌系統(tǒng)中應(yīng)用主要是用于制作導(dǎo)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(dǎo)水材料原料。

滲灌管是重要的導(dǎo)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(fā)泡劑等摻合料混合后，經(jīng)發(fā)泡、抗紫外線和防蟲咬等特殊技術(shù)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(jìn)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(jīng)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(guī)滲灌管。

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

滲灌系統(tǒng)中應(yīng)用可降解材料可以很好的解決推廣困難的問題。滲灌技術(shù)、可降解材料還處于研發(fā)推廣期，還有很多方案需要大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證修改。

四、總結(jié)

滲灌技術(shù)是目前最高效的節(jié)水灌溉方法之一。可降解材料可以很好的保護(hù)環(huán)境。將可降解材料應(yīng)用滲灌系統(tǒng)中，結(jié)合兩方面的特點(diǎn)，有利于促進(jìn)滲灌技術(shù)的推廣、應(yīng)用，有利于節(jié)約水資源，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。

[1]謝晴.大力推進(jìn)節(jié)水灌溉產(chǎn)品創(chuàng)新和深度研發(fā)[J].中國農(nóng)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(shù)助力水資源節(jié)約[J].高科技與產(chǎn)業(yè)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(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)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(dǎo)水性能分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2014,30(24):74-81.