膜下滴灌技術以及大田膜下滴灌高效節水系統研究

張 彥

（甘肅省山丹縣農業農村局，甘肅 山丹 734100）

膜下滴灌技術在我國已經有較長的發展歷史，有關膜下滴灌技術的理論也日益完善，應用經驗逐年豐富，膜下滴灌技術的應用前景愈來愈廣闊。現結合實際對該項灌溉技術做具體分析。

1 膜下滴灌技術

1.1 技術原理

從本質來說，膜下滴灌技術屬于一種復合型灌溉技術，該技術是將滴灌、覆膜2 項技術的優點有機結合而形成的一套獨立灌溉技術。該技術的應用原理以及操作方法：于地膜下敷設滴灌毛管、滴灌帶，然后將這些基礎設施與可控管道系統、自動化灌溉控制系統等有機結合，最終將水輸送到作物根部，實現膜下自動灌溉。在膜下滴灌系統中，加壓水經過過濾設施后與水溶性肥料混合形成肥水溶液，肥水溶液在壓力推動下依次進入輸水干管、支管、灌溉帶，然后由灌溉帶的滴水器均勻、定時且定量地輸送到作物根部，從而保持作物根部濕潤，使作物對水分的需求得到滿足[1]。

1.2 技術優點

與傳統灌溉技術相比，膜下滴灌技術作用顯著，優勢明顯。膜下滴灌技術的存在，大多都是以滴灌毛管為基礎，通過合理的手段對作物根系輸水情況進行精準管控，以此來避免發生水資源浪費現象，并對作物的吸收率產生良好的影響。受到膜下滴灌技術特性的影響，其本身所產生的水分蒸發速率得以控制，水源消耗降低，對于水資源利用管理也會產生良好的促進作用。采用膜下滴灌技術可使水與肥混合灌溉，既加快了肥料的溶解速度與作物的吸收速度，又大大簡化了生產程序，減少了農民的勞動量，同時也提高了農業生產效率[2]。水肥同時灌溉以及地膜的覆蓋還有利于土壤微環境的改善。在地膜作用下，水分蒸發量減少，因水分蒸發而產生的土壤返鹽現象也隨之減輕，土壤酸堿性更加均衡，肥力持續提升，作物的長勢也更加良好。另外，膜下滴灌技術減少了田間水分散發，從而降低了田間濕度，病蟲害的滋生與散播速度也得到抑制，作物的生長環境更加理想。

1.2.1 常壓式膜下滴灌系統 與其他技術相比，常壓式膜下滴灌系統是以渠道按照原本線路模式為基礎，開展相應的引導作業，利用地頭管道的鋪設來完成相應的引流工作，等到水流完全被引入作物軟管后，再通過相應的閥門裝置來開展控制作業，不但能夠有效提高滴灌效率，還能夠滿足農民的灌溉需求，降低成本支出，使得農作物的產量能夠得到較大地提升。從主體結構上來看，有關常壓式膜下滴灌系統的裝置大體上可以分為4 部分，即主管、支管、毛管、鋪膜鋪管播種機。

1.2.2 加壓式膜下滴灌系統 通常情況下，相關人員在進行加壓式膜下滴灌系統的應用過程中，先要合理地選用首部設備，也就是以水泵結構為主的裝置，通過過濾器來開展后續的灌溉工作。同時，為了滿足首部設備的應用需求，還可以根據實際情況進行施肥或者是施藥，以此來確保農作物的生產質量能夠達到預期標準。在進行主管道的應用過程中還會涉及水資源以及肥料的傳輸，通過地埋裝置開展相應的滴灌作業，不但能夠有效降低外在因素所產生的風險影響，對于農戶自身的經濟收入也會產生積極有效的促進作用，同時也是實現我國生態環保核心目標的重要措施。

1.3 使用效果

1.3.1 經濟效益 通過對大田膜下滴灌高效節水系統的應用，相較于大水漫灌，能夠有效提高農作物產量，并且在節水效果方面也能夠得到有效保障，降低農民的成本支出，同時還能夠為后續工作奠定良好的基礎，以此來保障整個地區的土地利用率，提升農業產業的經濟效益。

1.3.2 社會效益 對于農業用水管理工作而言，施工人員需要按照相關標準完成灌溉模式的控制與應用，根據相關標準開展田間管理工作，不但能夠有效提高土地利用率，同時還能夠對我國經濟可持續發展產生積極有效的促進作用。

1.3.3 生態效益 通過對膜下滴灌技術的應用，能夠對農田土壤結構進行改良與優化，并根據實際情況進行土壤次生鹽堿化的防治處理，提高生態環境質量，滿足農民的灌溉需求，同時還能夠對我國農業長久發展奠定良好的基礎。

2 大田膜下滴灌高效節水系統構成

2.1 膜下滴灌系統總架構

目前我國部分地區已經建設并應用了膜下滴灌高效節水系統。現有的膜下滴灌系統一般由以下內容構成：決策支持系統、數據采集監測系統與灌溉自動控制系統。膜下滴灌系統的基本原理：在田間裝設智能傳感器，通過傳感器采集農田信息。采集到的農田信息先經過下位機處理，然后根據用戶需求上傳給用戶使用的服務系統。用戶在接收到農田信息后，運用專家知識庫、模型庫、方法庫等對信息進行分析與處理，使數字信號轉化為物理量。經轉化得到的物理量再由決策支持系統做進一步的分析與計算，最后得到最佳灌溉量以及精確的灌溉時間等重要信息。工作人員根據分析結果在系統中設置指令，之后的灌溉工作就會由自動控制系統根據決策支持的指令自動完成[3]。

2.2 膜下滴灌系統子系統

2.2.1 決策支持系統 膜下滴灌系統中的決策支持系統又包含多個功能模塊，如模型庫、數據庫、支持庫、控制管理子系統等。在這幾個功能模塊中，模型庫管理模塊是核心模塊，通過這一模塊，用戶才能接收到相對準確的作物生長信息與農田水分預報，后續的灌溉決策才會更加科學合理。

2.2.2 數據采集監測系統 膜下滴灌系統中的數據采集監測系統主要負責采集土壤水分變化信息、作物生長信息、農田水分變化信息等。該系統基于各項監測數據對農田墑情做出判斷，對農田水分狀況做出評估，使農民能及時、全面地掌握土壤變化情況，進而做出更加科學合理的灌溉決策[4]。

2.2.3 灌溉自動控制系統 灌溉自動控制系統由驅動器、計算機、控制卡、傳感器、采集卡等硬件設備以及監測軟件、程序設計軟件、決策軟件共同構成。在灌溉自動控制系統的支持下，安置在田間的各類傳感器采集各類環境參數，之后將環境參數進行計算機系統的傳輸，而后利用相應的數據處理技術來完成參數處理，從而確保灌溉指令能夠得到有效發出，并為后續工作奠定良好的基礎。

3 大田膜下滴灌高效節水系統建設要點

3.1 優化控制閥的選用

在大田膜下滴灌系統中，控制閥是一個非常重要的設備，該設備在一定程度上決定了滴灌自動控制目標能否實現。因此，在構建大田膜下滴灌系統時，首先要對控制閥做詳細研究，根據系統覆蓋范圍、系統自動控制要求以及灌溉水量等科學選擇性能良好、質量過關且價格適中的控制閥，以此保證整個系統能高效穩定運行。在選擇出高質量的控制閥后，在一個系統或相鄰幾個滴灌系統首部安裝控制卡，然后通過控制卡將灌溉指令發送給控制閥，控制閥按照指令自動打開或閉合，讓大田膜下灌溉真正實現自動化。

3.2 做好水源工程建設

農田灌溉水源工程包括蓄水工程、攔引水工程、沉淀工程以及提水工程、輸配電工程等。水源工程是大田膜下滴灌系統的基礎，前期必須做好水源工程建設。建設水源工程時，首先通過實地勘察掌握當地灌溉水來源，然后根據灌區的地形地勢、灌溉面積、用水需求等確定水源工程類型，之后逐步完善水渠等配套工程建設。其次是在建設水源工程時必須加強工程質量管控，確保水源工程能長久為膜下滴灌系統提供支撐與保障。

3.3 科學設計首部樞紐

大田膜下滴灌系統的首部樞紐一般由水泵、動力機、過濾設施、安全保護裝置以及施肥裝置與量測控制設備等構成。首部樞紐在灌溉系統中的作用是從水源取水并將水與肥料混合，獲得混合液后加壓將混合液輸送進管網，使作物獲得水肥保障。首部樞紐擔負著整個系統的驅動、量測和調控任務，作用重大。因此，在設計與建設大田膜下滴灌系統時要根據灌區與系統的具體情況合理設計首部樞紐模式，保證首部樞紐適用于整個系統。

3.4 滴頭流量計算與設計

大田膜下滴灌系統中的滴灌流量一般是由滴灌帶之間的間距決定，但為了獲得更加環保經濟的效果，設計人員在設計時還應詳細分析滴頭流量對系統造成的影響。據有關研究表明，在膜下滴灌自動控制系統中，選用小流量、小管徑的滴灌帶有利于降低滴灌系統運行成本以及提高水資源利用率[5]，進行系統設計時工作人員可對這一結論加以借鑒與參考。

4 應用意義

膜下滴灌高效節水灌溉技術在農業生產中的重要作用是其綜合效益的提高，從經濟效益上看，膜下滴灌不但能提高作物產量20%以上，還能節省水肥、人力、設備等費用，從而產生巨大的經濟效益。從生態效益上看，膜下滴灌可以節省30%～50%的水資源，同時還能降低深層滲漏和地表徑流，能有效防止土壤板結和二次鹽堿化。此外，膜下滴灌高效節水灌溉技術隨水施肥、施藥，大大降低了肥料、殺蟲劑的消耗，降低了對自然生態環境的污染與破壞，節約的水資源還可以用于生態建設，改善生態環境。從社會效益上看，由于滴灌的使用效率和灌溉面積得到了極大地提高，解決了水資源短缺的問題。

與傳統灌溉模式相比，膜下滴灌高效節水灌溉技術無論是效率上還是安全性上都得到了很大地提升，作為生態環境保護下的產物，膜下滴灌高效節水灌溉技術具備環保性與可控性，能夠根據不同環境需求進行模式的調整，進而為后續工作奠定良好的基礎，以此來滿足社會經濟建設的需要。

正因如此，施工單位在進行工程技術應用的過程中，應加強管控，明確農作物產量與膜下滴灌高效節水灌溉技術之間的關系，并以此為基礎開展相應的管理，增強人員的綜合素養，正確分析不同參數下農作物的生長趨勢，并利用信息化手段開展相應的管理工作，不但能夠有效提高農民的灌溉用水需求，同時還能對農業地區的經濟發展與建設產生積極有效的促進作用。因此，我國應加速推廣膜下滴灌技術，以確保農業的持續、穩定發展。

5 結語

膜下滴灌技術理論先進、操作方便、節水效果理想，是現代農業中不可缺少的灌溉技術。在水資源更加短缺的今天，各地應進一步加大對膜下滴灌技術的研究與推廣應用。相關部門要結合當地具體情況科學運用先進的知識理論與技術方法，建設與應用膜下滴灌高效節水系統，進而提高水資源利用率，提升農業生產水平。