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            微灌技術在現代化進程和節水農業中應用

            編輯:蘭州新人類農機裝備有限公司   時間:2014/07/25   字號:
            摘要:微灌技術在現代化進程和節水農業中應用

            1、微灌在節水農業與現代化建設中的地位與作用
            (1)微灌技術是一種最為節水的精細灌溉技術,這是眾所周知的。微灌能夠有效地控制每一株植物的灌水量,微灌技術是灌溉水利用率可達90%以上,微灌自動化灌水程度高,田間管理工作量少;微灌可改善作物生長環境,提高產量,改善品質。
            (2)微灌是一種環境友好的灌水技術。微灌不僅可以提高肥料和農藥的使用效率,減少化學物質的施用量,有效防止地下水污染,同時還可以利用污水(地下滴灌)或微咸水灌溉,并且微灌在防止沙漠化、生態改良等方面也具有重要的作用。微灌技術在減少農田污染、沙漠化治理、荒漠綠洲農業、改善西部生態環境、水土保持等方面也將發揮巨大的作用。
            (3)微灌更是是現代農業的重要組成部分。微灌是一種集機械化、自動化灌溉有機結合起來的現代農業技術,是促進區域農村經濟發展,增加農民收入、加快農業現代化步伐的重大技術之一。微灌技術的發展符合中央的、國家的宏觀經濟、宏觀決策、政治穩定。
            2、我國微灌的總體水平與差距
            微灌技術受到廣泛重視,應用日益普及。形成了長江以南以溫室大棚微灌為主,果樹微灌為輔,山東、東北、華北溫室大棚蔬菜、果樹微灌并進,西北以棉花、果樹為主,其次為荒山和道路綠化、荒漠化治理的大局面。全國微灌面積已達400萬畝。
            微灌產品門類和系列基本配套,形成了灌水器、管材與管件、凈化過濾設備、施肥設備、控制及安全裝置等五大類微灌設備,基本可滿足各類用戶(林果、溫室大棚、大田、道路綠化、荒山綠化、園林草坪)的需要,質量也得到了較大幅度的提高。
            但是我國微灌技術的發展還不容樂觀,微灌面積占總灌溉面積比例僅為0.5%。已落后于與我國在水資源、人口、土地面積、經濟發展水平等方面相類似的印度,與我國節水灌溉發展和農村經濟結構調整的要求不相適應。

             3、 微灌技術
            微灌是利用微灌設備組裝成微灌系統,將有壓水輸送分配到田問,通過灌水去以微小的流量濕潤作物根部附近土壤的一種局部灌水技術。微灌可以非常方便地將水施灌到每一株植物附近的土壤,經常維持較低的水應力滿足作物生長需要。微灌省水、省工、節能,灌水器的工作壓力一般為50一150kpa;灌水均勻度高,可達80一90以上;增產、對土壤和地形的適應性強。但微灌系統投資一般要遠高于地面灌;灌水器出口很小,易堵塞,敵對過濾系統要求高。微灌系統組成:水源、首部樞紐、輸配水管網、灌水器以及流量、壓力控制部件和量測儀表等。微灌系統形式:滴灌、微噴灌、小管出流灌和滲灌。
            (1)滴灌 :滴灌是利用安裝在末級管道上的滴頭,或與毛管制成一體的滴灌帶將壓力水以水滴狀濕潤土壤,滴灌灌水器的流量為2~12L/h。
            (2)微噴灌:微噴灌是利用直接安裝在毛管上,或與毛管連接的微噴頭將壓力水以噴灑狀濕潤土壤。微噴頭有固定式和旋轉式兩種。前者噴射范圍小,水滴??;后者噴射范圍較大,水滴也大些,故安裝的間距也大。微噴頭的流量通常為20~250L/h。
            (3)小管出流: 小管出流灌溉是利用4mm的小塑料管與毛管連接作為灌水器,以細流(射流)狀局部濕潤作物附近土壤。對于高大果樹通常圍繞樹干修一滲水小溝,以分散水流,均勻濕潤果樹周圍土壤,小管灌水器的流量為80~250L/h。
            (4)滲灌 :滲灌是利用一種特別的滲水毛管埋入地表以下30~1000px,壓力水通過滲水毛管管壁的毛細孔以滲流的形式濕潤其周圍土壤。由于它減小土壤表面蒸發,是用水量最省的一種微灌技術。滲灌毛管的流量為2~3L/h.m。
            4、微灌技術發展戰略與未來發展的重點領域
            微灌技術是集現代農業、高分子材料與加工、精密機械制造、自動化等技術于一體的高科技技術。
            戰略上,全面認識微灌在節水農業與農業現代化建設和提高農民收入中的地位與作用,建立微灌全面持續發展的指導思想,加強微灌技術基礎研究,增強研發創新能力。制定一些鼓勵發展微灌的國家政策,建全和完善技術推廣服務體系,建立完善的標準化體系與質量監督體系。那么我國近5-10年我國微灌技術研究與技術創新重點領域:
            (1)微灌基礎理論研究
            (1)微灌作物-土壤-水分-養分關系(2)不同作物不同地區微灌的生產效率及最優水分養分管理實踐(3)地下滴灌技術應用基礎及關鍵技術(如堵塞、苗期灌溉、埋深、鹽分積累與淋洗、灌溉施肥制度、流量變化、滴頭和滴灌帶間距、鼠害、系統運行管理等技術)(4)微灌灌水器流道水力學與抗堵塞機理
            (2)微灌設備研制開發。兩個主攻方向:
            l傳統微灌系統設備的完善與改進。其目的是追蹤世界先進水平。
            1、自動控制系統(控制網絡、控制器、自動閥、施肥設備, 田間信息采集)開發。2、全自動過濾器組。3、壓力補償灌水器。4、單元調壓設備。5、產品系列規格完善(如灌水器系列、壓力調節器系列、注肥裝置系列等)。6、滴灌管(帶)擠出生產線機電一體化與精密模具加工
            開發研制一次性更加廉價的微灌設備,使系統設備畝投資由目前的400元以上(一次性滴灌帶構成的系統)降低到百元左右或甚至更低。其目的是創制適合我國國情的微灌技術。在不降低微灌系統水力性能的前提下,通過材料創新、配套創新、技術創新,使“貴族化、奢侈化”的微灌技術“平民化、廉價化”。如低水頭超薄壁滴灌系統,溫室大棚小直徑或超薄壁滴灌管帶系統等。
            3.噴灌設備
            進入20世紀80年代,噴灌設備機型發展已趨向穩定,目前世界上有的主要機型我國幾乎全有。按其配套動力和作業幅寬可分為大型噴灌機、中型噴灌機、輕小型噴灌機組,其技術差距如下:
            (1)大型噴灌機主要包括圓型、平移式和滾移式噴灌機。代表當今世界先進技術水平的公司是美國的Valmont公司、Lindsay公司和Wade公司。我國大型噴灌機自20世紀70年代中期開始研制,其中電動圓型噴灌機技術水平已達到世界20世紀90年代初期水平。平移式和滾移式噴灌機已在高起點上,由國家立項進行研制。與國外同類產品的主要技術差距表現在制造精度、電機減速器效率、以及桁架和噴灑器的規格種類偏少。目前,我國大型噴灌機的噴灌面積約占全國噴灌面積的10%左右。
            (2)中型噴灌機主要包括絞盤式、雙臂式、懸掛式遠射程噴灌機。我國絞盤式噴灌機是從20世紀70年代末開始研制的,目前有50、75、90三個品種近10種規格,整體上處于國際20世紀80年代技術水平。其主要問題在于:品種、規格少,制造質量不穩定;特質PE軟管性能不過關;水力驅動裝置尚不成系列;調整裝置與國外的電子調整裝置相比精度偏低,影響了噴灌機的噴灑均勻性;垂直搖臂式噴槍可靠性較差,沒有形成系列,與絞盤式噴灌機配套的水泵及動力也尚未成系列,嚴重地制約了這種機型的推廣。到1999年止,全國絞盤式噴灌機保有量約在3000臺,其中從國外引進約2000多臺。
            (3)輕小型噴灌機組主要包括手提式、手抬式、手推車式、小型拖拉機懸掛式、小型絞盤式噴灌機。代表當代世界先進技術水平的公司是澳大利亞的Southern Cross公司、奧地利的Bauer公司。我國輕小型噴灌機組是20世紀70年代中期由國家組織、聯合攻關研制的。目前,全國保有量達60多萬臺套,噴灌面積占全國噴灌面積的80%左右。其機型20多年來沒有多大變化,急需更新換代。其主要問題表現在:噴頭系列長,檔次疏,用戶選配困難;噴灌泵鑄造工藝落后,與電機、柴油機配套后的機組效率低,結構笨重,機型落后,不能很好地滿足目前農村的農業生產結構調整的需要。
            4.微灌設備
            微灌設備按灌水器類型及出流方式可分為滴灌、微噴灌、滲灌和涌泉灌設備。隨著世界性的化工塑料技術突飛猛進的發展,一種以塑料為主要原材料的低壓節能、精量局部灌溉技術(即微灌技術)在崛起。其產品規格種類成千上萬,是農業、園林、草皮業必不可少的灌溉設備。代表當代世界先進技術水平的公司是美國的Rain Bird公司、Toro公司,以色列的Netafim公司等。我國微灌技術發展始于20世紀70年代中期,到目前為止,全國微灌面積累計16萬hm2左右。
            (1)滴灌設備主要包括首部的施肥器、施藥裝置、過濾器、控制閥、進排氣閥、壓力調節器和配水管網及滴灌管(帶、頭)。我國于1976年開始投入研制國產滴灌設備,從管間式和管上式滴頭開始到內鑲式滴灌管和一次成型的滴灌帶;從非壓力補償滴灌管(頭)到壓力補償滴灌管(頭);從自行開發到引進國外先進制造設備,其整體技術水平與產品還有較大差距。特別是系統首部的附件品種、規格很少,主要依靠進口;因原材料和制造工藝落后,使滴灌管(帶)的生產速度遠遠低于國際水平,其成品率僅有85%。
            (2)微噴設備是介于噴頭和滴頭之間的一種抗堵塞的微型噴頭,國外產品種類繁多、規格齊全、制造精致、使用方便,標準化程度也很高。我國微噴設備的研制始于20世紀80年代初,目前使用較多的型式為折射式噴頭。品種單一、附件不全的主要原因是受到國內模具加工精度和費用等因素的制約。二、發展趨勢與展望20世紀的科學技術進步,使節水灌溉設備發展突飛猛進、日新月異。目前已朝著適用、先進、成套、可靠的方向發展。供水系統為了適應有電或無電地區的使用要求,正朝移動泵站、板塊式集成泵站方向發展。不光是追求單機泵效率,更加關注泵站的系統效率和多用途及方便性。移動泵門可分為自走式和牽引式泵站,板塊式集成泵站多為固定式,配套的動力有電機、柴油機、液壓驅動裝置、風力和太陽能;除用于農業、園林、球場灌溉外,還可用于緊急防洪、引水排澇、水產養殖、高山提水、工業排水。管道輸水技術在日本、美國、以色列已是一項成熟技術,管材規格多樣,管件系列齊全,質量較高,廣泛應用于建筑業、工業和農業。尤其是塑料管材在材料配方、制造工藝等方面取得了突破性進展,使管材耐老化、抗腐蝕、機械強度等性能指標明顯提高。但是,薄壁鋁合金管材、熱浸鍍鋅薄壁鋼管和球墨鑄鐵大口徑管材在制作噴灌機組和遠距離露天輸水方面是不會被塑料管材所取代的。噴灌設備早在19世紀初出現,到20世紀初出現了簡易噴灌車;20世紀20年代有了反沖式旋轉噴頭;20世紀30年代出現了搖臂式噴灌機和雙臂式噴灌機;20世紀40年代出現了端拖式和滾移式噴灌機;20世紀50年代出現了圓型噴灌機;20世紀60年代出現了絞盤式噴灌機;20世紀70年代出現了平移式噴灌機;進入20世紀80年代,世界上噴灌設備機型已基本趨向穩定;到了20世紀90年代,隨著世界人口的增長和能源、水資源危機加劇,噴灌設備正朝著低壓噴灑、降低能耗、綜合利用、多種用途,"電腦"技術、"傻瓜"控制,機型變種、系列成套,可靠性強、生產率高的方向穩步發展?;旧夏軌驖M足不同自然地貌、不同經濟條件的用戶需求。微灌設備隨著"電腦"控制的多工位機械加工中心的發展,塑料模具加工精度越來越高,加工成本費用也大幅度降低,大大地促進了微噴頭、滴灌帶及其附件的更新換代速度和成品率的提高。在產品技術開發方面,均瞄準微灌系統中最令人頭痛的堵塞問題,利用微堿水和城市處理過的廢水進行灌溉,并配合使用多種施肥裝置種植蔬菜、瓜果、花卉,還將重力滴灌技術推廣到沙漠上的溫室和集雨灌溉區。灌溉設施的自動化除了利用"3S"技術實現精準農業灌溉外,主要是指通過相互獨立的控制方式來實現噴灌、微灌系統中供水自動化、田間配水自動化、農藥和化肥的調配和回收自動化。供水自動化是通過壓力罐的壓力傳感器實現啟閉水泵供水,通過調節閥門開關將出水池的水位保持在一個設定的范圍內。田間配水遠程控制自動化是從控制室內的微電子控制器向各灌水分區的電磁閥發出啟閉指令,依次對各分區進行灌水。但國產的電氣元件和電磁閥可靠性較差,小型電子控制器是空白。在施肥、施藥自動化方面,目前國內多采用在開敞式施肥池中稀釋化肥或農藥后,直接注入管道系統進行灌溉的方法。另外一種方法就是水流通過文丘里管時產生的壓力差使藥液肥注入管道系統。國外最先進的定量施肥是本世紀的發展方向,其代表性產品就是法國和以色列的靠壓力水驅動的柱賽式定量施肥泵。筆者深信,只要我們堅適用、先進、成套、可靠"的方針來發展節水灌溉設備,沿著完善提高、穩妥推廣的路子走下去,就一定能夠戰勝21世紀對我們的挑戰。
            綜上我們知道我國是一個水資源嚴重短缺的農業大國,大力推廣節水型農業是我國農業發展的必然趨勢,節水灌溉是節水農業的核心,只有通過采用先進的灌溉方法和技術將水源盡可能均勻、適度的分配到作物根區土壤中,使土壤經常保持適宜于作物生長的水分、通氣和營養狀況;從而達到提高灌溉水利用效率和水產出效率的目的筆者深信,只要我們堅適用、先進、成套、可靠"的方針來發展節水灌溉設備,沿著完善提高、穩妥推廣的路子走下去,就一定能夠戰勝21世紀對我們的挑戰。

             

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