茶園針式滴灌技術及其效果觀察

吳玉秀

（新疆農業職業技術學院，新疆烏魯木齊 840000）

1 滴灌的條件和設備安裝

1.1 水源：來自生活、生產用水系統的二級主管道，管徑35mm。林場供水系統的水源是120m的深井，經二級提水至100m3的蓄水池，至茶園的水壓為44Pa左右。

1.2 設備：（1）滴灌主管道：直徑為46mm的鍍鋅鐵管。（2）橫頭管：直徑為25mm的塑料軟管。（3）滴管帶：黑色膠管，可折疊，直徑20mm，每隔20cm有兩個小孔眼，水通過此孔眼流入茶園中。（4）堵頭：堵住滴管帶末端。（5）彎接、內接：滴管帶拐彎或加長用。（6）三通：連接滴管帶與橫向管道用。

1.3 安裝：（1）設置主管道：根據茶園的坡向和茶行的長度設置。主管道設置的方向應與茶園的坡向一致。主管道設置的寬幅為30～50m。（2）橫頭管道的設置：為了減小不同坡位間的水壓差而設置。即從主管道處安裝三通，接入橫頭管道并安裝1個閥門，再安裝三通連接橫頭管道，橫頭管每組長度為10.5m，接入6根滴管帶。主管道上的每個三通所安裝的閥門可控制6行滴管帶，這6行滴管帶的供水是獨立的，稱為1組滴灌設施，它可通過調節閥門大小和閥門的開啟數量來平衡不同坡位上的水壓。

2 茶園滴灌效果

2.1 節約用水：由于滴灌時水是通過滴管帶小孔眼從茶樹根頸部慢慢地滲入土壤，所以不僅不會出現地表徑流，而且地表的蒸發量也大大減小。根據林場實際旱情，需在每年3月下旬和8月初兩次啟動設備抗旱，總用水量分別約為285t和349t，每畝次用水為30～35t，與噴灌相比，可節約2/3的用水量。

2.2 保持土壤好的物理性狀：滴灌可以減少土壤板結，減少地表徑流和避免表面肥土流失，又由于滴入土壤的水是通過土壤毛細管下滲的，所以入土深且廣，利于茶樹根系的吸收。這樣，為茶樹的生長發育提供了良好的立地條件。

2.3 增產幅度大：進行滴灌的10畝茶園中，由于及時解除了旱情，催芽肥或基肥可充分發揮肥效，增加了茶樹有機質的積累，促進了茶芽萌發和新梢生長，從而提高了茶葉的產量和質量。如1999年春季，畝產寶華玉筍茶3.45kg，較1998年同期（還未建有滴灌設施）增產43.75%，畝增值2100元，產生了較好的經濟效益。

2.4 投資少，見效快：滴灌設施每畝費用為875元，而啟用后第1年春茶就每畝增值2100元，是設施投入的2.4倍。

3 茶園滴灌系統組成

3.1 過濾器系統：過濾器內裝有兩層網鋼比過濾篩，濾除水中苔蘚、雜物等，是保持水質清潔，防止滴頭和毛管堵塞，使滴灌系統正常運行的重要部件，調節閘閥主要是用以控制和調節流量、壓力，使毛管與滴頭保持適當的壓力。

3.2 輸水的干管、支管，一般用高壓聚乙烯或聚氯烯制成。直徑25-80毫米，毛管一般用高壓聚氯乙烯加炭黑制成。直徑10毫米左右。

3.3 滴頭：滴頭是滴灌系統中的主要組成部分之一，滴頭的構造和性能優劣，關系到灌水質量，也直接影響作物的產量。目前國產的滴頭有螺帽式、雙壁毛管式、龜型和空心發絲等形式，其中空心發絲式滴冰設備簡單，使用較方便。

4 設計思路

4.1 灌溉設計基本參數

茶園套種作物的設計基本參數，應對所涉及的各類作物進行耗水強度分析，因為不同的作物，作物系數與遮蔭系數不同，其耗水強度是不同的，不能像單一作物那樣，一個條田只有一種耗水強度。 其次，茶園套種作物濕潤比也應逐個分析，不同的作物株行距不同，所選擇用的滴灌帶的型號不同、濕潤比不同。

最后，可計算出條田內各種作物的灌溉時間、灌溉周期均不相同，這成為設計中的一個難點，也是要最終解決的問題。

4.2 灌灌系統的選型

一個灌溉系統同時灌溉兩種上作物，難點在兩種作物有不同的灌溉需水期，存在以下兩種可能性：在灌溉一種作物時，另一種作物可能不需要灌溉；兩種作物同時灌溉。在灌溉系統上進行比較與選擇，灌溉茶園套種作物可以選擇干管+支管+輔管的方式，干管+兩條支管的方式。現就這兩種方式進行簡要介紹：干管+支管+輔管的方式，由一條分干管控制幾條支管，由一條支管控制幾條輔管，每條輔管控制不同的作物。干管+兩條支管的方式，由一條干管控制兩條支管，每條支管灌溉不同的作物。兩種方式各有優缺點：干管+支管+輔管優點是流量分散，系統總的流量與揚程較小，動力成本費用較低，缺點是田間控制閥門較多，灌溉時所需人工較多，維修成本大。干管+兩條支管的灌溉方式優點是開啟閥門少，所需人工少，維修成本低，缺點是系統總的流量與揚程較大，動力成本費用較高，一次性投資大。通過比較，在灌溉茶園套種作物的情況下使用干管+兩條支管的灌溉方式，對系統整個運行管理較為方便。

4.3 灌溉制度

在工程設計過程中，茶園套種作物的灌溉制度需按種植的作物編制多種灌溉制度表，每種作物制作一個灌溉制度表，灌溉制度的編制對系統的流量有較大的影響。也為管網流量設計提供依據。

5 針式灌溉系統的設計與研發

針式滴灌節水灌溉系統在設計時要遵循以下幾種原則[5]：要滿足節水、節能和節約勞動力的要求；要滿足農產品成長需要的水分；要便于操作，滿足當地農耕實際要求；在滿足當地農作物灌溉要求的同時，不能產生新型病蟲害；要盡可能考慮加裝施肥和噴藥裝置；要盡量降低工程建設造價。

針式滴灌系統的主要包括以下步驟：

（1）在進行針式滴灌系統的設計前，要先收集完成系統設計所需的信息，如：地形信息、土壤信息、水源信息、保護地種植信息等。

（2）合理分析灌溉區域農作物的種類、種植制度和季節、水源狀況等，建造能夠滿足當地農業持續發展要求的灌溉工程。

（3）在針式滴灌系統中，其管道可分為三級：毛管、支管和干管。為減小管道的長度和水頭損失，這三級管道應盡量以垂直的方式布置。

（4）擬定針式節水灌溉制度，包括一條毛管可控的灌溉面積、輪灌區數模以及灌水定額、周期、延續時間等內容。

（5）計算滴灌面積。當灌溉水源充足時，針式滴灌的面積由管道的輸水能力決定。當水源流量不滿足灌溉區域需要時，灌溉面積為

A=nfN

N=Q/Q毛

其中，A代表滴灌系統的灌溉面積（m2）；n為毛灌的數量，f為單條毛管的灌溉面積（m2），N為輪灌組的數量，Q為灌溉水源的流量（L/h），Q毛單條毛灌的輸水流量（L/h）。

6 實驗結果與分析

為驗證本文中所提出針式滴灌節水灌溉技術的性能，分別從蔬菜滴灌實驗、果樹滴灌實驗和食用菌滴灌實驗來進行分析研究。

6.1 實驗系統配置

本文所設計的針式滴灌技術，是在滴灌系統基礎上，引入醫用“仿一次性輸液器”的工作原理設計而成的。該針式滴灌節水系統由貯液設備和滴液設備兩部分組成。貯液設備包括貯液桶、支架、閥門、主管道、上液口和下液口，主要完成灌溉水的儲存和運輸功能，其中，貯液桶是本系統的核心設備，其工作原理與醫用輸液瓶相類似。滴液設備由支管和仿一次性輸液器滴頭組成，是本系統的關鍵設備，可以通過調整支管上的手動滾輪開關和滴頭的形狀，達到控制滴灌速度的目的。

圖1 仿一次性輸液器滴頭示意圖

在使用時，要保證水源的清潔度、懸浮物的數量和酸堿度。若固定使用該系統，可以采用固定的加水管道。若經常移動該系統，則采用軟管將水加入至貯液桶。貯液桶內加水量、肥料中藥物的種類和數量都需要由滴灌測量來確定。長久使用后，貯液桶需要清洗才可重新使用，支管和滴頭需要更換才能使用。

6.2 蔬菜對比實驗

在對比實驗中，選用三種灌溉技術對蔬菜進行栽培：溝灌、滴灌帶膜下滴灌和針式滴灌。分別從不同的灌溉技術對自然環境、土壤性狀、產量和質量特性的影響進行分析，以區分三種灌溉技術的特點。

表1 不同灌溉方式下蔬菜的綜合產值對比

圖2 不同灌溉方式下蔬菜純收益(元)和增長率(%)

如表1所示實驗結果證明，針式滴灌灌溉方法能將蔬菜產量提高21.8%。如圖2所示，若考慮農業生產總投入資金，則針式滴灌灌溉能提高純收益率30.2%。此外，滴灌灌溉的方式能節約大量農業用水，提高肥料的利用率，并且能有效改善土壤性狀，降低蔬菜病蟲害發生率，明顯提高蔬菜產品的產量和價值，具有很高的經濟效益。而針式滴灌技術能精準控制灌溉量和灌溉面積，造價又比滴灌帶膜下滴灌系統要低，具有更好的綜合經濟效益，具有很高的大面積推廣價值。

6.3 果樹對比實驗

果樹生長需水量大，傳統種植方式是在干旱缺雨時期進行澆灌，保證果樹生長需要。本文實驗中，通過澆灌和針式滴灌的對比實驗，以驗證本文所設計的針式滴灌系統的性能和推廣價值。

表2 不同灌溉方式下果樹的綜合產值對比

圖3 不同灌溉方式下果樹純收益(元)和增長率(%)

如表2和圖3所示實驗結果證明，相較于無灌溉培養方式，針式滴灌灌溉方法能將果樹產量和純收益分別161.5%和489%。如表2所示，經對比澆灌和針式滴灌所產蘋果質量，滴灌區所產蘋果顏色鮮艷，大小更加均勻，平均每畝產量和產值相比較澆灌分別提高44.6%和73.6%。相較于澆灌，針式滴灌所產蘋果產量高，質量好，拉開了二者所產蘋果的價格，而針式滴灌方式更加節約成本，平均每畝的純收益增長率比漫灌提高86.7%。此外，因針式滴灌系統的結構簡單，拆裝方便，其應用范圍不再局限于固定場所，可根據需要移動使用。除能滿足大規模種植滴灌灌溉要求外，針式滴灌系統設備單元小，也適合小規模使用。對于稀值類果樹，針式滴灌方式也是最佳選擇。

6.4 食用菌對比實驗

目前，食用菌的主流生產技術是太空包法，但該方法存在種植中后期缺水干包的問題。本文中，通過和傳統浸泡法、覆土法的對比實驗，為太空包法后期補水問題找到最佳解決方法。

該對比實驗選擇平菇作為實驗對象，分別使用浸泡法、覆土法和針式滴灌法對5000kg平菇進行實驗，最后統計三種方法的資金總投額、總產量和產值。

表3 不同補水方式下平菇綜合產值對比

圖4 不同補水方式下平菇產量(kg)和增長率(%)

相較于傳統浸泡法和覆土法，針式節水滴灌技術不僅能滿足栽培后期對水的需要，節省大量淡水資源，更能降低勞動強度，改善食用菌商品性狀。如表3和圖4所示結果表明，針式滴灌節水灌溉技術能使食用菌產量提高50%，產值提高57.8%，純收益增長率提高55.1%。此外，針式滴灌技術供水均勻，補充食用菌在生長所需營養，不易產生菌絲受損、受淹和缺水現象，是一種十分成熟且理想的補水方法。