滴灌技術與裝備的研究現狀與發展趨勢

馬春玲

（新疆石河子職業技術學院，新疆石河子 832000）

我國水資源短缺，傳統的大面積漫灌及噴灌方式對提高水的利用率效果不明顯。滴灌方式可通過滴管和滴頭精準的將水、肥送到作物根部，進行局部灌溉。采用滴灌方式，水的利用率可達95%，具有較高的節水效果，同時可以結合施肥、水肥同施，實現增產增效。我國通過多年對滴灌技術及裝備的引進和學習，可生產成套滴灌設備，但是一些關鍵部件，如滴灌首部自動化控制方面與國外產品相比還存在著較大的差距。因此，結合國內外幾種滴灌設備的類型和結構，分析滴灌設備的研究現狀與發展趨勢，提出滴灌設備存在問題及優化建議，為更好的實現節水增效、提高水肥利用率提供參考。

1 滴灌設備的類型與特點

1.1 過濾器

無論是哪種水源，都會含有雜質，灌水設備的出口孔徑都很小，如水源中雜質沒有過濾干凈，很容易堵塞出水口。因此，過濾裝置是滴灌設備的核心部件，是保障滴灌設備正常運行，延長滴灌設備使用年限和提高滴灌質量的關鍵措施[1]。不同的過濾裝置具有不同的特點和功能，見表1。

表1 常見過濾器功能和特點

1.2 施肥施藥裝置

施肥施藥裝置是滴灌設備中向壓力管道注入可溶性肥料或農藥溶液的裝置[2]。常用施肥裝置的工作原理和特點見表2。

表2 常見施肥施藥裝置的工作原理和特點

1.3 灌水器

常見的灌水器有穩流器、微噴頭、滴頭、滴箭、滴灌管、滴灌帶、噴水帶等。穩流器由于采用大流量出流，具有節能、不易堵塞、水質過濾簡單、省水、適應性強、操作簡單等特點。滴頭和滴箭一般配合使用，主要用于盆栽花卉、無土栽培等。滴灌管使滴頭與毛管成一體，可以兼備配水和滴水兩個功能，根據壓力補償方式不同分為壓力補償式和非壓力補償式兩種。當滴灌距離較大或者地勢比較起伏時可采用壓力補償式，與滴灌帶相比，滴灌管的使用壽命稍長，同時價格也稍高。滴灌帶可分為4 種：邊縫式、中縫式、內鑲貼片式和內鑲連續貼條式。在鋪設的時候滴灌管帶，一定要出水口朝上。噴水帶是采用特殊的激光打孔方法生產的多孔微噴灌帶，具有噴水柔和、適量、均勻，水壓低、成本低，鋪設、移動、收卷和保管簡單方便等優點。

2 國外滴灌技術與裝備發展現狀

20 世紀70 年代中期，澳大利亞、以色列、墨西哥、新西蘭、南非和美國等6 個國家開始推廣滴灌，當時全世界滴灌面積總計約3 773.5 hm2，到1991 年，全世界滴灌和微噴灌面積已增至106 672 hm2。由于滴灌和微噴灌系統要克服灌水器堵塞的缺陷，因此，發展速度不如噴灌快[3]。但是，近20 年來，以色列生產的滴灌和微噴灌系統，因其質量優良、技術先進，越來越受世人矚目，特別是在使用電腦控制的自動化運行方面簡便易行，農戶很容易掌握使用。

20 世紀80 年代以來，國外滴灌技術在農業上得到空前發展。很多高校、科研機構、企業的研究人員開始探討和研究地下滴灌技術與裝備，將滴灌技術與裝備的優點發揮到極致，實現了無地面蒸發損失。

國外著名的滴灌設備生產企業有以色列的耐特費姆、美國的雨鳥公司等。雨鳥公司在我國南疆地區將滴灌帶埋于地下30 cm，用于鐵路防風林帶灌溉，取得良好效果。雨鳥公司隨后還開發了一系列應用于園林花卉、人行道樹灌溉的滴灌設備。這些技術和設備在美國、加拿大等地廣受歡迎。

3 我國滴灌技術與裝備發展現狀

我國近10 年，在持續增加的財政投入和土地流轉政策的直接推動下，現代灌溉技術進入快速發展時期，2018 年全國水利發展統計公報數據顯示，我國節水灌溉工程面積達36 125 千hm2，占耕地灌溉面積53%，其中噴灌和微灌面積11 338 千hm2，微灌面積世界排名第一，噴灌面積世界排名第三。我國目前灌溉面積位居世界第一，水資源占世界水資源的6%，耕地面積占世界耕地面積的9%，但養活了世界上21%的人口，灌溉農業生產了75%的糧食作物和90%的經濟作物[4]。

近幾年，智能化的滴灌設備由于可實現無人化、少人化的操作得到大力發展。2013 年，內蒙古恒宇農業裝備有限責任公司發明了一種智能化滴灌裝置。該裝置由智能監控系統、首部樞紐、管路、滴頭等組成，其智能控制系統見圖1。該系統通過傳感器采集并記錄測量數據，后利用無線發送模塊將數據傳送到信號采集系統，信號采集系統再通過GPRS 無線遠程傳輸系統將采集到的信號傳送到電腦終端，電腦實時接收、查看、設置生態環境參數及設備運行狀態，建立數據庫，根據設置參數條件實現智能化監控。

2014 年，中國灌溉排水發展中心李仰斌等研發的自驅動多功能一體化噴滴灌兩用機實現了一機噴灌、滴灌多用，同時還能實現施肥、過濾、量水等功能，打破了土地規模的限制，集約化的土地和分散零碎小地塊均可使用。

圖1 智能控制系統結構

2021 年，中國水利水電科學研究院水利所吳文勇等，通過多年的研究，圍繞現代滴灌水肥調控原理與技術裝備開展了大量的研究，系統揭示了滴灌系統水肥變量調控機理，研發了滴灌精量高效水肥調控技術與產品。構建了東北地區覆膜滴灌水肥精量調控、華北地區灌溉水肥高效調控和西北干旱區滴灌水肥鹽協同3 種調控技術模式。

4 我國滴灌技術與裝備存在的問題及對策

4.1 存在的問題

（1）自動化的滴灌設備與設施不匹配。隨著自動化技術的發展及人工工資上漲，自動化滴灌設備得到了大力推廣，但已有的滴灌系統在建設初期沒有考慮自動化系統需要，與目前的自動化滴灌設備不匹配，造成安裝自動化滴灌設備成本高、故障率增加。

（2）滴灌設備品種較單一，系列化程較差。一方面，對滴灌設備生產企業的市場監督機制還有待進一步完善和健全，另一方面，我國自主研發的灌溉設備的自動化控制系統還有待進一步優化，造成部分滴灌設備品種較單一，系列化成度有待加強。

（3）生產企業缺少統一標準。我國已有很多廠家可生產自動化灌溉設備，但每個廠家生產的設備特別是控制系統間不能實現信息共享，數據共享難度大、導致設備在更新換代和安裝等方面不能統一，給用戶造成了很大的麻煩。

4.2 解決對策

針對自動化設施設備不匹配的問題，建議在水利設計時，在滿足水利和農藝需求的前提下，充分考慮自動化滴灌設備的需要，特別是過濾器的使用、閥門的數量和位置、滴灌帶的選擇，以及水質、排污、排氣等方面，盡量選用自動化設備和人工管理通用的系統，為后續自動化滴灌設備的配套做好基礎。

針對品種較單一、系列化程較低、信息共享難度大的問題，建議逐步完善市場監督機制和管理辦法，同時，應組織編寫統一的滴灌設備自動化標準，規范各滴灌設備自動化系統生產企，減小滴灌設備用戶在更新換代和新增滴灌設備時的成本，增加選擇范圍。