工程院院士力推项目,节能环保走在农业发展前沿!

在2016年首届中国农业(博鳌)论坛上,中国工程院院士金涌发表演讲,他表示我国是一个缺水的国家,每个人的水资源量只有世界平均的1/4,我们全国人均水资源排名在全世界排在110位,但我们却有400个城市缺水。现在我们发展工业要水权转让,就要从农业里节水,所以节水对于我国未来的发展是非常重要的,而利用水肥一体化技术可以节水50%。

另外水肥一体化可以在植物生长的全周期内按照不同植物的需求,改变肥料的配比,定时定量供给植物,这样一方面可以改善农产品的质量,另一方面还可大幅度减少肥料的用量,一举多得。

今天,有料儿菌就为大家讲讲水肥一体化的技术——滴灌技术。

说起滴灌,确实不是什么稀罕物了,见过甚至用过的人不在少数,有些地方的农业项目还会为农户免费安装。但是真正用起来的有多少人?真正了解滴灌优势的又有多少人?真正清楚一套滴灌设备的关键技术点的又有多少人?

今天,咱们就一次性讲清楚说明白,也为咱们国家的资源节约做出一点贡献。

滴灌施肥技术的原理

滴灌就是滴水灌溉技术,它是将具有一定压力的水,由滴灌管道系统输送到毛管,然后通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器,将水以水滴的方式均匀而缓慢地滴入土壤,以满足作物生长需要的灌溉技术,它是一种局部灌水技术。

由于滴头流量小,水分缓慢渗入土壤,因而在滴灌条件下,除紧靠滴头下面的土壤水分处于饱和状态外,其它部位均处于非饱和状态,土壤水分主要借助毛管张力作用入渗和扩散,若灌水时间控制得好,基本没有下渗损失,而且滴灌时土壤表面湿润面积小,有效减少了蒸发损失,节水效果非常明显。

滴灌施肥技术是在灌水的同时可以把肥料均匀地带到作物根部,实现了水肥一体化管理。其特点是灌水流量小,需要的工作压力较低,能够较精确地控制灌水量,把水和养分直接输送到作物根部附近的土壤中,满足作物生长发育的需要,实现局部灌溉。

重力自压施肥系统示意图

泵吸施肥法示意图

丘陵山地可选用简单实用耐用、价格低廉的自重力滴灌施肥系统;在地形平坦地区则应用泵吸肥系统。实践证明,这两种施肥方法不仅操作方便,且可以控制施肥速度和施肥浓度。设施应用水泥砖结构,坚固耐用。

还可以将有机肥应用于滴灌施肥系统。有机肥经过沤腐过滤后滴施,滴施完后保证15分钟以上的清水冲洗,滴头和过滤器无任何堵塞,滴头处也不会生长藻类青苔等植物,方便且省工。

安装在柚园中的滴灌系统

可采用滴灌技术进行灌溉的作物种类很多,如葡萄、桃、梨、苹果、板栗、柑橘、荔枝、龙眼、火龙果等水果,番茄、黄瓜、茄子等蔬菜,在花卉、苗圃等场合也有很好的应用前景,另外粮食作物如小麦、玉米、马铃薯及经济作物如烟草、芦笋等均可使用滴灌系统。

主要特点

1)水的利用率达到95%,比喷灌拥有更高的节水增产效果,同时结合施肥,提高肥效一倍以上;

2)灌水量小,灌水器每小时流量为2~12升,因此,一次灌水延续时间较长;

3)灌水周期短,可以做到小水灌溉,需要的工作电压低,能够较准确地控制灌水量,不会造成水的浪费。

滴灌的种类

1、地表滴灌,是通过安装在水管上的滴头,孔口或滴灌带毛灌水器将水一滴滴地,均匀面缓慢地滴入作物根系附近的土壤灌土形成。

2、地下滴灌是将毛管和滴水器埋入地表下20-30厘米,灌溉水从灌水器渗出湿润土壤。这种灌水方式可以减缓毛管和灌水器的老化,防止丢失,方便田间作业。但存在一旦灌水器堵塞,不便查找和清洗的问题。

滴灌工程系统

一个完整的滴灌工程系统通常由水源、首部控制枢纽,管网(输配水管道)系统和灌水器四部分组成。

水源

水源是很丰富的,河流、湖泊、河渠、井泉都可能滴灌的水源。但含污物过多的不宜作水源,否则将使水质净化设备过于复杂化。甚至会引起滴灌系统的堵塞。

首部枢纽

滴灌工种的首部通常包括水泵,动力机、控制阀水质净化装置,施肥装置,测量和保护设备。

管网系统

滴灌工程的管网一般由干管、支管、毛管组成。

灌水器

灌水器是安装在毛管或通过连接小管与毛管连接。

滴灌具有省工节水、降低能耗、保护土壤环境、增产增效等优点,是我国近年来大力推广应用的一项先进适用技术,作为实现农业节水灌溉、打造节约型农业、助推农村节约型社会建设的一项有效手段,各地发展势头很猛。但在滴灌使用中很容易出现堵塞问题,严重影响滴灌性能甚至造成系统报废,其原因是滴灌系统本身对灌溉的水质要求较高,尤其是内镶式滴灌管,如系统设计缺陷,或使用不当,容易造成滴灌系统堵塞,需引起足够的重视。

滴灌堵塞原因

物理堵塞

这是引起滴灌堵塞的主要原因。灌溉水质差,过滤系统又不完善,泥沙等杂物被水泵抽取进入管道及滴灌管后,在通过内镶式滴头锯齿状流道时,杂物将流道堵塞而使滴头无法出水。

生物堵塞

作物的根系入侵滴灌出水孔,或灌溉水中藻类及其他微生物的生长而引起的堵塞。作物根系的向水性及不均衡灌溉,会导致根系向滴灌出水孔生长,并伸入出水孔造成堵塞。如果灌溉水中藻类等生物含量丰富,滴灌系统又经常结合施肥灌溉,肥料池等避光设施又不到位,容易造成微生物大量繁殖,将滴灌内壁覆盖堵塞。

沉淀物堵塞

主要是化学肥料及水质沉淀造成。一是滴灌施肥后残留在滴灌管中的有些肥料会发生沉淀,如硫酸钙等,而将滴头流道堵塞。二是如果滴灌水属于硬水,碳酸盐含量偏高,长期使用会在滴灌内管壁生成较多的水垢而堵塞滴头。

解决方法及使用要求

滴灌水的预处理

这是防止堵塞的最经济有效方法,预处理越严格,物理性堵塞发生的现象就越少。根据水质及流量,在水泵取水口处用铁丝网作3道拦污栅,安装的拦污栅目数由小到大,可分别为10-50目不等,拦去悬浮泥砂和杂物。或将河水引入蓄水池中,经沉淀泥沙后备用,并加盖避光,防止杂物进入及藻类繁殖。

合理安装过滤系统及滴灌管

首部根据经预处理的水质情况,要分别安装砂石过滤器、叠片式、筛网式过滤器或组合使用,作过滤处理,水质一般才能达到滴灌水的使用标准。如在棚头阀门后再安装一个小流量的筛网式过滤器,作二级过滤处理,可大大提高滴灌系统防堵塞的安全性能。田间安装滴灌管时,滴灌管上的滴孔朝上,可使水中的少量杂质沉淀在管子的底部,并防止根系入侵滴灌孔。

定期冲洗滴灌管、清洗过滤器

新安装的滴灌管第一次使用时,要打开滴灌管未端的堵头,充分放水冲洗,把管中杂质冲洗干净后才能开始使用,滴灌一般使用5次后要再次冲洗。灌水前要经常检查过滤器,开启过滤器反冲洗装置去污,及时清除过滤器滤网上积聚的杂质,防止过滤器堵塞,发现滤网损坏要及时更换。

正确使用滴灌施肥

一是要选用可溶性肥料,且施肥器必须安装在过滤器之前。二是滴灌系统过滤设备正常才能进行施肥,施肥结束后要用清水对系统进行5分钟左右的冲洗,防止管道中剩余的肥料沉淀。

化学防堵

如滴灌发生肥料等化学堵塞,必要时可进行酸液清洗,可同时达到消毒、抑制和消灭水中的藻类和微生物的效果。常用高氯酸、硝酸、硫酸等酸,使用时将pH值调到5.5-6.0,处理时必须严格控制使用浓度,避免对作物造成危害。酸液清洗时注意调低系统灌溉压力,以减缓流速,提高酸洗效果,结束后再用清水冲洗。

常见问题解析

滴头一滴一滴的出水,出水量那么小,能满足作物水分需求吗?

答:可以!其实滴头流量有很多种选择,常见的范围在1.0~10.0升/小时。滴头流量的选择主要是由土壤质地决定的,通常质地越粘重,滴头流量越小。滴头每秒的出水量虽然很小,但是灌水时间长。以规格为2.3升/小时的滴头为例,如每棵果树安排两个滴头,灌水时间为2.5小时,每株果树将得到11.5升水,灌溉5小时则出水23升。滴灌可以通过延长灌溉时间和增加滴头数量来增加供水量,可以满足作物在各种炎热气候下的需水量。

滴灌可施用有机肥吗?

答:滴灌系统是液体压力输水系统,显然不能直接使用固体有机肥。但我们可以使用有机肥沤制的沼液,经过沉淀、过滤后施用。鸡粪猪粪等沤腐后过滤使用。采用三级过滤系统,先用20目不锈钢网过滤,再用80目不锈钢网过滤,最后用120目叠片过滤器过滤。通过滴灌系统施用液体有机肥,不仅克服了单纯施用化肥可能导致的弊端,而且省工省事,施肥均匀,肥效显著。

在滴灌施肥过程中如何避免过量灌溉?

答:滴灌施肥只灌溉根系和给根系施肥。因此一定要了解所管理的作物根系分布的深度。最简单的办法就是用小铲挖开根层查看湿润的深度,从而可以判断是否存在过量灌溉。或者地里埋设张力计监控灌溉的深度。

在雨季土壤不缺水,如何通过滴灌系统施肥?

答:在土壤不缺水的情况下,施肥要照常进行。一般等停雨后或土壤稍微干燥时进行。此时施肥一定要加快速度。一般控制在30分钟左右完成。施肥后不洗管,等天气晴朗后再洗管。如果能用电导率仪监测土壤溶液的电导率,可以精确控制施肥时间,确保肥料不被淋溶。

肥料的浓度如何控制?

答:很多肥料本身就是无机盐。当浓度太高时会"烧伤"叶片或根系。通过灌溉系统喷肥或滴肥一定要控制浓度。最准确的办法就是测定喷施的肥液或滴头出口的肥液的电导率。通常范围在1.0~3.0ms/cm就是安全的。或者水溶性肥稀释400~1000倍,或者每方水中加入1~3公斤水溶性复合肥喷施都是安全的。对于滴灌,由于存在土壤的缓冲作用,浓度可以稍高一点也没有坏处。

山地果园滴灌必需修建蓄水池吗?

答:不一定。为了节省开支,果园地形高差在15米内的,安装滴灌一般不需要修建蓄水池,只要选择合适扬程和流量的水泵即可。对于地形高差在25米以上的,最好在果园最高处修建一个蓄水池,采用重力滴灌系统,较为省钱。

滴灌系统一般能用多少年?

答:滴灌管有多种规格,壁厚从0.2毫米至1.2毫米。很显然越厚越抗机械损伤。所有滴灌管都加有抗老化材料。在没有机械损伤的情况下,厚壁和薄壁滴灌管的使用寿命是一样的。很多薄壁滴灌带寿命短主要是机械破损,导致漏水。从机械破损的角度,越厚的滴灌管寿命越长。不同作物及栽培方式对使用年限要求不同。一般栽培密度大的作物(如草莓)使用设计年限为1—3年的产品较为经济合理,而栽培密度小的果树使用设计年限为8—10年的产品较为经济合理。当然,使用寿命长,一次性投入的成本也会高一些。

为什么滴灌专用PE管可以露在地面?

答:由于聚乙烯(PE)配料本身的理化性质容易光氧化、热氧化、臭氧分解,在紫外线作用下容易发生降解,所以普通的PE管并不适合在露地使用。滴灌专用的PE管材由于加入了抗老化剂,露地条件下使用寿命可达10年以上。

为什么说PE管不是越厚越好?

答:滴灌专用PE管材长寿的奥秘在于加入了抗老化剂,所以单纯的增加管材的厚度并不能延长使用寿命。选用的PE原料是否是原生料对产品的使用寿命也有影响。由于在物理性质上差异不明显,所以很难从肉眼判断出滴灌PE管的使用寿命。

滴灌工程为什么要有专业队伍来设计安装?

答:滴灌系统的设计涉及水力、土壤、气候、作物栽培、植物营养等多方面的专业知识。通常用户自身掌握不了这么多专业知识。最好由专业人员设计安装,能确保正确的使用和发挥其优点。专业设计安装队伍具有多年的设计经验,能够综合考虑各方面的因素,设计的系统具有一定的扩展性,合理的设计可以最大限度地减轻日后系统升级和维护的成本。同时专业公司会提供技术服务。

滴灌施肥系统的价格是如何构成的?

答:滴灌施肥系统的造价主要由设计费、设备材料费、安装费等三部分组成。具体价格取决于地形条件、高差、种植密度、土壤条件、水源条件、交通状况、施肥设备类型、系统自动化程度、材料型号规格、系统使用寿命、技术服务等级等因素。因此滴灌系统不存在一个统一的价格。根据国内的实际情况,目前滴灌系统的价格在每亩400~1500元间变化。不管价格如何,其基本功能都是一致的,即均匀出水和均匀施肥。

以果树为例,安装滴灌是否划算?

答:高标准建设的滴灌系统造价在1000元/亩左右,设计寿命为10年,折合每年成本为100元/亩。安装滴灌后,一方面可以节省肥料开支,按省肥30%计算,每年可节约开支30—50元/亩;另一方面可以增加产量和品质,从而增加收入,以增收10%计算,每年可增收120—800元/亩,这还没有考虑到节工和保障丰产等隐性的价值。可见,果树安装滴灌是十分划算的,我们不能因为滴灌一次性的投资大,不考虑综合成本与效益而主观认为不经济。

每年需要多少电费?

答:由于微灌系统对压力的要求较低,能够最大限度的节约能源。以面积100亩的柑橘园滴灌系统为例,每年用电量约1200度,以现行电价计算,费用为732元,每亩能源投入只需7.32元。滴灌是最节能的灌溉及施肥方式。

来源:勒夫、农财网种业宝典、节水灌溉专家


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