温室节水灌溉技术与设备

第九章　温室节水灌溉技术与设备

一、概述

水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。

按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。

发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。

我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10千克左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70％～80％、单方水粮食生产率2.0千克以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。

二、节水灌溉技术体系

（一）节水灌溉的含义

“节水”一词通俗易懂，更确切的提法应当是“高效用水”。“节水灌溉”的真正涵义是，在充分利用降水和土壤水的前提下高效利用灌溉用水，最大限度地满足作物需水，以获取农业生产的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益。

有一些概念常被混淆使用，如“农业节水”与“节水农业”。“农业节水”与节水灌溉的涵义类似，但其节水的范围更广、更深，包括生物节水、农艺节水和旱作农业节水等。它是以水为核心，研究如何高效利用农业水资源，保障农业可持续发展。农业节水的最终目标是建设节水高效农业。“节水农业”类似“节水型农业”，是指农业的一种类型，重点研究如何按照节水的要求规划、建设和管理农业。两种提法的研究内容和重点不同，适用的场合不同，不能混淆或相互代替。

（二）节本灌溉技术体系

灌溉用水从水源到田间，到被作物吸收、形成产量，主要包括水资源调配、输配水、田间灌水和作物吸收等四个环节。在各个环节采取相应的节水措施，组成一个完整的节水灌溉技术体系，包括水资源优化调配技术、节水灌溉工程技术、农艺及生物节水技术和节水管理技术。其中节水灌溉工程技术是该技术体系的核心，已相对成熟并得到普及，其他技术相对薄弱，急需加强研究开发和推广应用。

1.灌溉水资源优化调配技术。

主要包括地表水与地下水联合调度技术、灌溉回归水利用技术、多水源综合利用技术、雨洪利用技术。

2.节水灌溉工程技术。主要包括渠道防渗技术、管道输水技术、喷灌技术、微灌技术、改进地面灌溉技术、水稻节水灌溉技术及抗旱点浇技术。直接目的是减少输配水过程的跑漏损失和田间灌水过程的深层渗漏损失，提高灌溉效率。

微灌技术：包括微喷和滴灌，是一种现代化的精细高效节水灌溉技术，具有省水、节能、适应性强等特点，同时由于它灌水可兼施肥（药），还具有提高肥（药）效，促进作物优质高产的效果，灌溉效率能够达到90％以上。灌溉水从水源到作物根部全部用管道输送，既没有沿途渗漏也没有水面蒸发。连同溶于水中的肥料以点滴状态滴灌到作物根部，不仅提高了用水效率还提高了施肥效率。滴水速度小于土壤入渗速度，不产生地面径流，不破坏土壤结构，不板结土壤。因为全部采用有压管道输水，能适应复杂地形，无需平整土地。因为滴灌是直接向作物根部供水，既无深层渗漏也无空中飘移，可比地面灌溉节水70％～80％，比喷灌节水50％。1991年全世界微灌面积达2650万亩；目前以色列微灌面积已占灌溉总面积的70％；1995年美国微灌面积占灌溉面积4.3％；1998年我国微灌面积约200万亩，占灌溉总面积0.25％。

微灌在我国主要用于果树等经济作物、温室大棚、城市园林美化景观等，近年来在新疆棉花灌溉中也有了较大面积的应用。

三、膜下滴灌技术

目前，宁夏南部山区和中部干旱带使用的微灌技术主要是集贮水灌溉。该技术主要是将地表降水、地下采水和引黄灌溉水集蓄起来之后再与滴灌结合起来的一种灌溉技术。采用滴灌这种节水灌溉方法对设施大棚进行补充灌溉，是干旱、半干旱地区及其他缺水山丘区解决农田灌溉的一种有效方法。

滴灌技术是一项工程技术。该技术的使用具有以下优势：

1.节水。滴灌技术因改变传统的“浇地”为“浇作物”，所以节水效果明显。

2.增产。滴灌能够适时适量地向作物根区供水供肥，不会造成土壤板结，可以为作物生长提供良好的条件，因而有利于实现作物增产。

3.保土保肥、提高肥料利用率。膜下滴灌是通过封闭的管网和灌水器将水、肥直接输送到作物根部附近的土壤中，而且是水、肥同步，不会产生任何土、肥流失，因而肥料利用率大大提高，可节肥20％以上。

4.提高作物品质。滴灌是一种可控性较强的局部灌溉，可以适时适量满足作物生长对水分和养分的需求，而且土壤疏松不板结，有利于作物的生长，因此，滴灌条件下种植的作物品质较常规灌溉好。

5.作物生育进程加快。滴灌可以为作物生长创造良好的水、肥、气、热等生长环境，作物生长发育快，植株健壮。

6.降低生产成本。滴灌可以有效降低生产成本，主要表现在省水、省工、省机力、提高肥效的效果上。

7.抵御自然灾害能力强。因采用滴灌技术，可以使作物从下种、出苗起，就能够得到适量的水和养分供给，作物各类生长指标均处于优先水平，作物生育进程快，植株生长健壮，而且作物植株体内溶液浓度高于常规灌溉条件下的同等作物，因此作物抵御自然灾害能力相对较强。

8.有利于生态环境的改善。采用滴灌技术后，灌溉定额大大降低，可以减少或避免常规灌溉对地下水的补给，抑制地下水位的上升，有效防止土壤盐渍化。同时，该技术的应用，可以减少因施用农药而造成的环境污染，还可以大量减少地表水的引用和地下水的开采量，达到涵养水源，维护生态平衡。因此，该技术的应用，非常有利于改善生态环境。

滴灌是一种半自动化的机械灌溉方式，安装好的滴灌设备，使用时只要打开阀门，调至适当的压力，即可把水分送到作物根区自行灌溉。滴灌比地面沟灌节约用水30％～40％，对土壤结构的破坏大大减轻。滴灌的温室地温相对来说要比传统地面灌溉的高，有利于栽培作物早长早发；湿度较低有利于减轻病虫害发生，增产效果比较明显，一般果菜类可以增产10％～20％。

（一）滴灌系统的组成

该系统由蓄水池（贮水窖）、输水渠（管、沟）、沉沙池和拦污栅，灌水部分的首部枢纽、输配水管和滴头等组成。为了节省投资和运行费，滴灌系统应考虑采用移动式灌水系统，一套滴灌系统可供数个集水窑使用。在有条件的地方，蓄水窑最好建在高出灌溉田块8～10米的位置，以便实行自压滴灌。该技术使干旱、半干旱缺水地区发展庭院经济、日光温室等高效经济作物成为可能，同时对减少水土流失，改善生态与环境也有促进作用。

1.供水装置。包括水源、水泵、流量和压力调节器、肥料混合箱、肥料注入器。进入滴灌管道的水必须具有一定压力，才能保证灌溉水的输送和滴出。要获得具有一定压力的水可采取以下方法：

①利用现有水塔。需要计算水塔与灌溉管道的相对高度差，一般要求送水的压力达到0.1～0.2兆帕，相当于要求水塔与灌区的相对高度差达到10米以上。

②在机井旁设置压力罐。压力罐容量2～8立方米，机井水抽入以后加压至0.2～0.5兆帕，压力罐应装有自动补水装置，以保证不间断地均匀供水。

③简易贮水罐。在温室旁设置简易的贮水罐，如铁桶、水缸、塑料罐、水泥池等，一般容量为0.5～5立方米。贮水罐的高度要距离地面1.5米左右，使用时用微型水泵不断地把水注入贮水罐中。

④微型水泵直接供水。

2.输水管道。是把供水装置的水引向温室等滴灌区的通道。对于温室来说，一般是二级式，即干管和支管，滴灌管直接安装在支管上。滴灌管为高压聚乙烯或聚氯烯管，管的内径有25～100毫米不同的规格。温室外的干管埋入0.8～1米深的冻土层以下。输水管道上引至温室的出水管的内径为37.5～50毫米，输水管道上需要安装过滤器，以防铁锈和泥沙堵塞。过滤器采用8～10目的纱网过滤，同时要安装压力表阀门和肥料混合箱（容积0.5～1立方米）。进入温室后的管道一般置于温室中柱或通道前的地面上。

3.滴水部分。多采用聚乙烯塑料薄膜滴灌带，厚度0.8～1.2毫米，直径有16毫米、20毫米、25毫米、32毫米、40毫米、50毫米等规格，颜色为黑色和蓝色，主要是防止管内生绿苔，堵塞管道。日光温室栽培垄或畦比较短，可选用直径小的软管。滴管带软管的左右两侧各有一排0.5～0.7毫米孔径的滴水孔，每侧孔距25厘米，两侧滴孔交错排列。当水压达到0.02～0.05兆帕时，软管便起到输水作用，将软带的水从两侧滴孔滴入根际土壤中。每米软带的出水量为每小时13.5～27升。

（二）滴水软管的布置和安装

日光温室一般采取东西行向种植，支管布置在温室的北侧，滴水软带一般依栽培作物的行（畦）距，呈南北单分式布置。滴水软带与支管的连接有两种方法：一种是用40×25毫米的异径三通连接，其中25毫米的一端套上滴水软带后用绳索或铁丝扎紧，滴水软带的另一端也要扎紧。然后用内径40毫米的黑色半软塑料管，按一定距离将异径三通的两端连接，温室两头的连接管用塑料堵塞紧。用异径三通连接滴水软带，输水量大，流速快，特别适于长度超过50米的温室。如果温室过长，可从温室中部分成东西两组，安装两个阀门，实行分组灌溉；另一种是将输水支管按软带的布设位置打孔，在孔上安装旁通，将滴水软带接在旁通的出水口上并扎紧。旁通价格便宜，安装时比异径三通省事得多。日光温室输水距离小时，一般都采用这种连接方法。

（三）使用方法及注意事项

1.使用方法

①输水压力调整。把水压调至0.03～0.05兆帕，压力过大易造成软管破裂。没有压力表时，可从滴水软管的运行上加以判断。若软管呈近似圆形，水声不大，可认为压力合适。若软管绷得太紧，水声太大，说明压力太大，应予调整。

②供水量调控。灌溉水量要依作物的不同生育期以及天气情况来确定，一般每亩（1亩=1/15公顷）每次灌水20立方米左右即可，掌握苗期要少，作物生长旺盛期要多，高温干旱时灌水要多。没有流量计显示时，可通过软管供水的时间进行计算，或根据土壤的湿润度来判断。虽然每次灌水的时间要受输水压力、软带直径、软带条数、滴孔大小和密度以及流量等因素的影响，但一般多为2～3小时。采用75～1型土壤湿度计，按作物需要的适宜灌水量供水更为科学。在实际生产中，滴灌的蔬菜往往要比传统灌溉的蔬菜易疯长，所以要适当加以控制，避免影响产量。

③施肥技术。利用滴灌系统施肥时，可以购置专用的施肥装置，也可自制。把出液管与滴管软管的支管连接，将溶解好的肥料不断加入施肥装置，或是将化肥用微型泵或喷雾器压入支管中，即可完成施肥。施肥一般在灌溉结束前半小时进行。导入肥料的孔在不使用时应封闭。

2.注意事项

①防止滴孔堵塞。定期清理过滤装置，追肥时一定要溶解好，并清除杂质。

②注意水压。压力要适中，避免软带破裂。

③肥料营养比例合适。

④保管好塑料管材。夏季不用时应将布置在地面的管材和软带收集起来，放到避光和温度较低的地方保存，再用时要检查是否有破裂漏水或堵塞，维修后再重新布设。