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第20章 农业灌溉技术的发展(6)

(4)施肥罐

施肥罐主要用于灌溉同期施肥,减少劳动成本。

(5)控制、测量与保护装置

控制、测量与保护装置主要包括进排气阀、流量调节器、压力调节器、压力表、水表等。

3.4.5微灌系统分类

按灌水器出水方式,微灌系统可分为滴灌、微喷灌、渗灌等。

(1)滴灌

滴灌是利用专门输水管道,将水从毛管上的孔或滴头,以水滴的形式湿润根区土壤的灌水方法。

滴灌是干旱缺水区最有效的节水灌溉方式之一,水分利用效率高达95%以上,其主要归因于无输水损失,并大大减少了深层渗漏和地表径流,棵间蒸发量非常少。如配合施肥罐,根据作物水肥需求规律进行水肥一体化管理,效果更好。滴灌的适应范围很广,既适应长期种植的高秆作物,又适应于经济作物和温室大棚灌溉,在干旱缺水的地方也可用于大田农作物灌溉,同时对地形、土壤无特殊要求,是发展前景最为广阔的灌溉技术。

以色列是世界上滴灌技术最先进的国家,其温室种植90%以上采用滴灌。我国自20世纪70年代从国外引进滴灌技术,现在已取得了长足发展,特别是镶式滴灌管、压力补偿滴头、滴灌管、薄壁滴灌带先后研制成功,滴灌技术有了大面积推广,而且已经由经济作物转向大田作物,如新疆棉花滴灌面积不断发展,产生了良好的节水增产效果。特别是结合棉花地膜覆盖,还发明了膜下滴灌,在新疆大面积推广,我国也成为世界上大田滴灌节水技术应用面积最大的国家。

滴灌系统按其管道的固定程度,又可分为固定式、半固定式和移动式三种类型,固定式的各级管道和滴头的位置在灌溉季节是固定的,其优点是操作简便、省工、省时,灌水效率高、效果好;半固定式的干、支管固定,毛管可移动;移动式的干、支、毛管均可移动,设备简单,但用工多。

(2)微喷灌

微喷灌是通过低压管道系统,以小的流量将水喷洒到土壤表面进行灌溉的一种灌水方法,是新发展起来的一种喷灌形式。

微喷灌与一般喷灌相比,工作压力低,喷水流量小,省钱节能;喷水高度低、喷水直径小、受风影响小、喷洒均匀;设备轻便、装卸简单、容易移动、利用效率高。与滴灌相比,湿润面积大,可调节田间小气候;流量和出水口较大,减少了管道堵塞。

微喷灌是新型的灌水技术,发挥了喷灌和滴灌的优点,避免了二者短处,是一种理想的灌水形式,加之它在投资、使用方面的优越性,世界各地的微喷灌面积发展迅速。目前,主要用于果树、经济作物、花卉、温室大棚等灌溉。

(3)地下渗灌

地下灌溉是借助工程措施,将灌溉水输入埋在地面以下一定深度的管道,通过缝隙或孔洞渗出,从而湿润土壤的灌水方法。渗灌技术是节水灌溉中最先进的技术之一,适应性强,应用范围广。

1993年,我国从美国引进渗灌技术,并进行示范、推广,取得了良好的效果,并在果树、棉花、粮食作物中有了初步应用。虽然渗灌在我国取得了长足发展,但与发达国家还有很大差距,主要体现在配套适应性设备少、质量差、防堵技术落后等。

1)渗灌作为先进的灌溉技术,有许多优点,主要表现在:

A.灌水后田面土壤疏松,不破坏土壤结构,土壤不板结。

B.地表土壤含水量低,地表土壤蒸发量少。

C.管道埋入地下,少占耕地,便于田间作业。

D.灌水定额小,水分利用效率高。

E.因地表水分少,田间杂草和虫害减轻。

F.渗灌系统压力低,能耗降低,节约能源。

2)渗灌也有缺点,主要表现在:

A.表土层水分含量低,不利于作物种子发芽和幼苗生长,特别不利于浅根作物生长。

B.投资高,施工复杂,渗水孔易堵塞,管道堵塞或破坏难以及时发现,维修维护难度大。

C.易产生深层渗漏,特别对于透水性较强的轻质土壤,渗漏量更大。

3.5灌溉新理念

新中国成立以来,随着人口的增加和工农业的快速发展,农业用水向非农领域的转移非常明显,农业用水的比重持续降低。1949年,农业用水比例为97.1%,到1980年、1993年、1999年、2012年其比例分别下降到88.2%、78.0%、70%和61.3%,年均下降0.59%,也即每10年下降接近6%。

预计到2030年,农业用水比重可能降到60%以下,我国农业用水形势将更加严峻。在此情况下,相关领域专家开始对农田灌溉开展突破性和创新性研究。逐渐引入非充分灌溉、调亏灌溉及控制性分根交替灌溉等新概念。这些理论的提出和技术的实施,对于提高水分利用效率,推进节水高产型灌溉起到了积极作用,并带来了显著的经济、生态和社会效益。

3.5.1非充分灌溉

非充分灌溉,又称限额灌溉,是针对水资源的紧缺性与用水效率低下的普遍性而提出的一种新的灌溉技术。当一个地区灌溉水量有限,不能完全满足作物生长发育全过程的需水,就将有限的水合理地安排在对作物产量有重要影响的水分临界期,或者合理地在不同作物间分配。这种模式放弃了追求某一作物的单产最高,允许一定限度的减产,转而追求一个地区的总产量最高,即在水分有限条件下,舍弃部分单产,而追求总产量,力求实现水分利用效率、产量、经济效益的有机统一,这是一个灌区在供水量不足的情况下经常采用的一种灌溉方式。水资源有限地区要想实施非充分灌溉技术,必须做好以下三方面工作:

(1)探明作物的需水规律

首先,要研究作物在不同受旱条件下的需水规律,确定各种作物节水灌溉的适宜控制指标,为非充分灌溉实施技术提供最基本的理论依据。

(2)建立作物水分生产函数

作物水分生产函数就是作物灌溉量和产量之间的关系,是非充分灌溉的直接依据。作物不同生育阶段的需水量不同,对水分的敏感性也不同。作物需水高峰期并不一定是需水关键期,通过系统研究,弄清不同生育阶段的水分敏感性差异,并进行排序,把有限水量放到最关键的生育期,尽可能降低缺水造成的产量损失。

(3)优化灌溉制度

根据作物水分生产函数,优化灌溉定额、制定灌溉制度,指导非充分灌溉实施。为了把有限灌溉水量分配到关键期,获得灌溉水的高利用率和产出率,将非充分灌溉与系统优化分析结合起来,追求作物全生育期产出最大化,优化作物灌溉制度。

3.5.2调亏灌溉

(1)调亏灌溉的概念

调亏灌溉的概念最早是由澳大利亚持续灌溉研究所于20世纪70年代提出来的。其核心思想是作物受遗传和环境的影响,如果在某一生育阶段给予一定程度的干旱胁迫,自身会激发某些生理生化途径,使生育后期的抗旱能力增强。由于能引发同化物质在器官间的重新分配,作物产量不仅没有降低,反而还有助于提高经济系数,增加产量,同时,还可以改善某些作物的品质,起到节水、优质、高效的作用。生产中常见的有玉米、棉花的蹲苗。

(2)调亏灌溉与其他灌溉的区别

充分灌溉是在水源可以保证的地区,使作物全生育期的水分需求都得到满足,即作物始终处于最佳的水分状态,再配以其他农业技术,从而获得作物高产。充分灌溉的水分利用效率较低,但单位面积产量最高,只适宜于水源充足的地区。

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