地下滴灌的發展與優缺點

張艷霞

蘭州市西固區工農渠電灌站，甘肅 蘭州 730060

滴灌是一種很重要的節水灌溉技術，而地下滴灌技術是其中一種滴灌技術，是滴灌的一個重要組成部分，美國早在1996年就將地下滴灌定義為“地下滴灌是通過地表下灌水器（滴頭）滴水，而灌水器流量范圍與地表滴灌大致相同”[1]。將灌水器與管道鋪設在耕作層，把作物生長所需要的水肥直接輸送到作物的根區，再由重力和毛管作用分散水分。地下滴灌與其他的方法相比，有著很好的節水效果，對于肥料的浪費也相對較小，對于作物產量與品質的提高有很大的幫助，并能夠改善土壤環境。雖然這種技術也有許多缺點，但其卻有著廣闊的應用前景。本文對地下滴灌的發展與應用作出綜述，并對地下滴灌的優缺點進行概括。

一、國內外地下滴灌技術的研究發展歷程

（一）國外地下滴灌的發展

美國的House在1913年就對地下滴灌開始了研究，但因為當時的技術水平限制，其并沒有得出這種技術能夠增加土壤根區的含水量[2]。到1920年，美國加利福尼亞州的Charle 申請了一個多孔灌溉瓦罐的技術專利，被認為是世界上最早的地下滴灌技術[3]，這也是地下滴灌的原型。在1940年后，由于塑料領域的發展，這種灌溉技術開始被采用，但同時因為噴頭較差的均勻度和易堵塞的問題未能解決，直到20世紀80年代一直都沒有較大的發展，導致其發展在很長的一段時間內都落后于地面灌溉。80年代之后，由于各種技術的迅速發展，設備及運行費用大幅度降低，人們又重新燃起了對地下滴灌濃厚的興趣，大量的學者做了很多的相關工作，取得了很大的發展。這其中最突出的是Mitcnell等人提出的地下滴灌系統的設計、安裝和運行管理指南，這也表示這種技術逐漸的步入了成熟的時期。

（二）我國地下滴灌的發展

我國地下滴灌起源于地下水浸潤灌溉[4]，一千多年前修建的臨汾龍子祠的泉水灌溉工程就是一種地下灌溉工程，而河南省的濟源合瓦地就是目前已知的我國最早的地下滴灌工程。我國早在1974年就從墨西哥引入了現代的滴灌設備，在這40多年間，地面灌溉在我們國家已經取得了長遠的進步。最早這項技術主要用于灌溉果樹，近些年來也被廣泛的應用于我國的其他地區，而正是因為這種技術有著一般滴灌技術的優點，運用的設備不容易丟失且對耕作沒有影響，讓我國相關方面的研究人員做了很多的嘗試，同時也取得了一些研究成果，但灌水均勻度和易堵塞的問題一直未能得到很好的解決，導致了大部分工程的失敗。“九五”期間，中國水利水電科學院在北京對自己制造研發的滴灌專用灌水器進行了田間的試驗研究。取得了明顯的節水和增產效果以及相當不錯的社會效益。

二、地下滴灌技術的優缺點

（一）地下滴灌技術的優點

1.節水效果明顯。相對于其他的灌水方法，地下灌溉節水效果明顯。地面灌溉是我國最早的灌溉方式，水分由地表逐漸濕潤到作物的根系，在這期間伴隨著物理蒸發與地表滲漏，而地表越濕潤，蒸發量就越大。地下滴灌改用管道輸水，有效的減少了輸水過程中的水力損失與滲漏損失，且灌溉時地表相對比較干燥，沒有地表水的形成，有效的減少了物理蒸發，而同時計劃濕潤層的含水率也低于土壤的飽和含水率，不會產生深層滲漏。有研究表明，對不同作物進行地下滴灌，灌溉用水只會占到地表用水的50%～70%。美國佛吉尼亞州對玉米用兩種灌溉方式進行了試驗，兩種灌溉水質和方法下產量基本相同，但是運用地下滴灌卻節約了30%的灌溉用水[5]。

2.能夠提高作物產量與品質。因為蒸發量的減少，地下滴灌能夠減少田間小氣候的濕度，保持相對比較高的地面溫度和土壤溫度，為植物的生長提供了較好的環境，讓作物能夠吸收更多的水分，將肥料溶解在水分中安全、有效的輸送到植物的根系，還可以隨時隨地添加作物生長不同階段所需的化學藥品。地下滴灌不會產生深層滲漏，對地下水和土壤的污染都相對減小。對于作物早熟、越冬都有著比較大的幫助。而且根區的土壤大多都沒有飽和，為微生物的生長提供了環境，減少了病害。有研究表明，對不同的作物采用地下灌溉技術進行灌溉，其作物的產量和品質均有著不同程度的增加。如廣西、廣東的甘蔗種植，應用地下滴灌技術，甘蔗單產從60～74t/hm2提高到120～150t/hm2；甘蔗糖分從11.0%～13.0%提高到14.0%～15.5%[6]。Henggeler在美國德克薩斯州西部的幾個縣的試驗結果說明地下滴灌的棉花產量要比溝灌的棉花產量增產20%左右[7]。

3.自動化高，勞動生產率大。這種灌溉技術和現在廣泛使用的一次性滴灌不同，不需要每年都對設備進行回收和安裝，可以對其配套自動化設備，可節省勞力，提高勞動生產率。可以利用全自動的水肥輪灌組進行輪灌，控制閘門相對較少，系統簡單、操作便捷。灌溉過程前后地面相對較為干燥，相對雜草較少，不需要進行較多的田間處理作業，而且機械化機具進行田間勞作的影響相對較小，節約了人工成本。

4.有較長的使用壽命，運行費用較低。將管道埋置在地下，可以很好的避免陽光的暴曬，溫度升高和凍脹變化。而且由于埋置在地下，耕作對其的影響也微乎其微，田間動物對管道的啃食相對也減弱，這些都延緩了管道的老化，提高了管道的使用壽命。而且通過合理的布置，可以在小流量、低水頭的條件下工作，設備的運行費用相對較低，節約了能源。

5.對土壤的結構沒有破壞。不像地面灌溉那樣對土壤有著較大的沖刷，土體結構并不會被破壞。地下滴灌并不會降低土壤的密實度，根系相對具有較高的活力。

（二）地下灌溉技術的缺點

1.對各種指標的測量比較困難。地下滴灌系統的最大缺點是滴灌系統埋入地下，對灌水器流量不能進行直接測量[8]。因此就很難對系統的灌水均勻度進行評價，而灌水的均勻度是對地下滴灌進行設計時需要考慮的重要的指標，灌水的均勻度不僅與灌水器的制造工藝有關，還與土壤的性質有密切的關系，同時灌水均勻度較難測量。

2.毛管容易堵塞。由于地下滴灌的管道通常都埋置在地下，滴頭的出水量較小，且作物根系具有親水性，故容易產生堵塞，植物的根系可能會進入滴頭從而導致灌水器堵塞，應當定期在灌水設備內加入除草劑。滴灌的灌水器也容易被田間土壤中的細小顆粒和微生物等堵塞，故應當減小灌水器的間距，盡量加大灌水器的流量。除了上述的幾種物理化學堵塞，還有另外一種可能會導致堵塞的原因：當輪灌組停止工作時，管道內可能會產生負壓，可能會將土壤內的土顆粒壓入灌水器而造成灌水器的堵塞。應當增加空氣閥和排氣閥等設施，當毛管中空氣壓力大時進行排氣，停機時加氣減少毛管中的負壓以防止土壤顆粒進入滴頭從而導致堵塞。

3.對種子發芽、出苗有不利影響。因為地下滴灌的管道埋藏在土壤內一定的深度，而且滴頭的流量相對非常小，人們已經知道這種灌溉方式土壤的表層相對來說比較干燥，而且由于滴頭供水不充分，對于種子發芽、出苗的影響是非常大的。但往往作物種植之后降雨量并不能保證，為了能夠讓種子發芽、出苗，還應當采用其他的輔助灌水設備來保證，這樣不僅增加了系統的復雜程度，而且也增加了系統的投資。

4.設備運行期間管理要求高、受環境影響較大。地下滴灌的管道埋置于地下，運行時檢修復雜，使得二次堵塞的可能性加大。當系統發生故障時，需要的檢修時間也會大大增加，且檢修費用普遍較高。因此在平常的運行管理中要求要嚴格，要定期的對管道和灌水器進行沖洗，除去附著在管壁和灌水器上的顆粒。由于這種系統自動化較高，機械在地面上的運動會導致土體本身壓縮或破壞，使得管道變形，大大降低灌水器的流量和灌水的均勻度。

5.研究、應用起步較晚。相對于其他的節水灌溉技術來說，地下滴灌的技術研究少、應用少，仍然不是很成熟，是否要對這項技術大力推廣還需要進一步的研究。

三、結論

地下滴灌技術是一項新發展起來的節水灌溉技術，對于農業的節水與增產有著較為顯著的效果。2000年10月，在南非召開的第6次國際微灌大會上，地下灌溉技術被列為今后微灌發展的方向之一[9]。美國加利福尼亞州大學技術中心主任Dvid F.Zoldoske在第6次國際微灌大會上寓言“灌溉的未來將是地下滴灌”[9]。可以說地下滴灌具有良好的發展前景。在全球水資源緊張的大背景下，發展地下滴灌技術是非常有必要的，但目前我國對這種技術的研究并不能達到實踐的要求。在地下滴灌技術的研究中，水的研究是毋庸置疑的，但現代的新型農業本質上是利用化學技術，所以如何配合肥料的利用、讓水肥的利用率得到提高應受到重視，同時應當重視利用化學肥料對土體和地下水造成的危害，并應當最大程度的避免。人們應當努力避免這種灌溉技術的缺點，大力發展其的優點。灌水器的均勻度較差一直都是困擾地下滴灌發展的一個重要因素，在美國、澳大利亞等西方國家已經有了灌水均勻度較好的設備，并且技術相對來說也比較成熟，但是價格卻相對非常昂貴，這對我國是不適用的，我國應當發展屬于自己的，較為便宜且運行管理較為簡單的地下滴灌設備，探索發明能解決堵塞，能夠進行壓力補償的灌水器，制定地下滴灌產品的檢驗標準，建立自己的技術體系。