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根灌技术:为作物“送水入口”

随着我国经济社会迅猛发展,水资源短缺日益成为制约我国经济社会发展的瓶颈,尤其是在干旱、半干旱地区,水资源短缺问题更加突出。实践证明,滴灌技术作为一种倍受干旱、半干旱地区农林生产者所青睐的高效节水灌溉技术,仍然存在地下滴灌毛管滴头易堵塞、难以维修、工程量大,地表滴灌水分蒸发损失大、耗时长等一系列影响滴灌水分利用率的关键问题。

  在经济林灌溉方面,滴灌技术亦无法满足其灌水定额大、灌水时间长、水分在垂直方向渗透深度远远大于水平方向湿润范围等需水要求,从而被动增加灌溉系统投资,直接影响作物经济效益。

  中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的科研人员,综合地面滴灌与地下渗灌的优点,克服滴灌缺点,研究出了一种新型的节水灌溉技术——根灌技术。根灌技术依托地表滴灌设施,实现地下滴灌目标,并且技术上采用一种根灌滴头或一种直插式渗灌滴头,直接把水分灌到一定深度的植物根系土壤层。根灌技术支持将灌溉水流和液体肥料直接送到树木的根部,避免了地表蒸发损失,极大地降低了水分损耗,实现由灌溉土壤到灌溉作物的转变,提高了灌溉水利用率。田间毛管全部埋在地下,使用寿命由原来的6年提高到20年,有效减少了系统成本投资。

  2008年,研究人员在塔里木沙漠公路防护林带中开展根灌、滴灌对比试验,用于研究根灌、滴灌土壤水分分布状态。试验灌水时间为6小时,防护林带土壤介质为风成沙,根灌导水管长度为40厘米。试验停灌后,研究人员采用土钻采集距离地表滴灌与根灌滴头10厘米处土壤剖面样品进行分析。结果显示,滴灌有效提高了土壤表层20厘米深的土壤含水率,而根灌可有效提高40厘米~80厘米深土壤层的含水率。滴灌土壤表层20厘米深土壤层含水率最高,而根灌40厘米~80厘米深土壤层平均含水率是滴灌的4倍。土壤表层属于蒸发强烈的地带,部分滴灌水分就会以蒸发的形式消耗,而根灌土壤表层含水率较低,反而可在灌溉目标土壤层上部形成一个保护伞,减少水分蒸发损失。

  针对根灌技术的特点,研究人员采用三维造型、CFD(计算流体动力学)数值模拟、快速成型等技术,设计开发了配套灌水器,并对该产品进行了批量生产。该灌水器额定流量为每小时7升~10升,具有抗堵塞性能好、流态指数小、水力性能良好、适应地形变化能力强、流量大等特点,适用于地下灌溉并可满足经济林灌溉要求,尤其是其独创的反冲洗式结构设计,为解决堵塞问题提供了办法。

  自2007年起,基于根灌技术,利用其配套灌水器,科研人员在陕西省米脂县红枣试验站累计实施管灌、滴灌、根灌工程38.67公顷,并开展三种灌溉技术效益对比研究。三种不同灌水方法的效益分析表明:与不灌溉相比,管灌、滴灌、根灌净每公顷增收入分别为4707.7元、8446.0元和10926.0元,净增值率分别为101.2%、181.6%和235.0%。根灌与滴灌相比,每公顷年成本降低2030元,净收入增加2480元,每立方米灌溉水产值提高3.30元;根灌与管灌相比,每公顷年成本降低743.3元,净收入增加6218.30元,每立方米灌溉水产值提高12.70元。

  以多地试验研究与示范实践为依托的根灌技术相比滴灌技术,具有增加土壤含水量与土壤湿润层深度、抑制土壤表面水分蒸发损失、有效提高灌水效率、缩短灌水时间、节省灌溉能源、降低灌溉成本、提高灌溉水肥利用率等诸多优势。在水资源供需矛盾突出的干旱、半干旱地区,尤其是已采用滴灌技术的地区,根灌有着较为广阔的应用推广市场。同时,根灌产品有着较长的使用寿命,可在干旱、半干旱地区的生态防护林、生态经济林节水灌溉工程中充分发挥其技术优势。同时,根灌技术在技术层面上的创新,对推动我国干旱、半干旱区节水灌溉技术的进一步发展,有积极的作用。

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