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微灌技术在现代化进程和节水农业中应用

编辑:兰州新人类农机装备有限公司   时间:2014/07/25   字号:
摘要:微灌技术在现代化进程和节水农业中应用

1、微灌在节水农业与现代化建设中的地位与作用
(1)微灌技术是一种最为节水的精细灌溉技术,这是众所周知的。微灌能够有效地控制每一株植物的灌水量,微灌技术是灌溉水利用率可达90%以上,微灌自动化灌水程度高,田间管理工作量少;微灌可改善作物生长环境,提高产量,改善品质。
(2)微灌是一种环境友好的灌水技术。微灌不仅可以提高肥料和农药的使用效率,减少化学物质的施用量,有效防止地下水污染,同时还可以利用污水(地下滴灌)或微咸水灌溉,并且微灌在防止沙漠化、生态改良等方面也具有重要的作用。微灌技术在减少农田污染、沙漠化治理、荒漠绿洲农业、改善西部生态环境、水土保持等方面也将发挥巨大的作用。
(3)微灌更是是现代农业的重要组成部分。微灌是一种集机械化、自动化灌溉有机结合起来的现代农业技术,是促进区域农村经济发展,增加农民收入、加快农业现代化步伐的重大技术之一。微灌技术的发展符合中央的、国家的宏观经济、宏观决策、政治稳定。
2、我国微灌的总体水平与差距
微灌技术受到广泛重视,应用日益普及。形成了长江以南以温室大棚微灌为主,果树微灌为辅,山东、东北、华北温室大棚蔬菜、果树微灌并进,西北以棉花、果树为主,其次为荒山和道路绿化、荒漠化治理的大局面。全国微灌面积已达400万亩。
微灌产品门类和系列基本配套,形成了灌水器、管材与管件、净化过滤设备、施肥设备、控制及安全装置等五大类微灌设备,基本可满足各类用户(林果、温室大棚、大田、道路绿化、荒山绿化、园林草坪)的需要,质量也得到了较大幅度的提高。
但是我国微灌技术的发展还不容乐观,微灌面积占总灌溉面积比例仅为0.5%。已落后于与我国在水资源、人口、土地面积、经济发展水平等方面相类似的印度,与我国节水灌溉发展和农村经济结构调整的要求不相适应。

 3、 微灌技术
微灌是利用微灌设备组装成微灌系统,将有压水输送分配到田问,通过灌水去以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术。微灌可以非常方便地将水施灌到每一株植物附近的土壤,经常维持较低的水应力满足作物生长需要。微灌省水、省工、节能,灌水器的工作压力一般为50一150kpa;灌水均匀度高,可达80一90以上;增产、对土壤和地形的适应性强。但微灌系统投资一般要远高于地面灌;灌水器出口很小,易堵塞,敌对过滤系统要求高。微灌系统组成:水源、首部枢纽、输配水管网、灌水器以及流量、压力控制部件和量测仪表等。微灌系统形式:滴灌、微喷灌、小管出流灌和渗灌。
(1)滴灌 :滴灌是利用安装在末级管道上的滴头,或与毛管制成一体的滴灌带将压力水以水滴状湿润土壤,滴灌灌水器的流量为2~12L/h。
(2)微喷灌:微喷灌是利用直接安装在毛管上,或与毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿润土壤。微喷头有固定式和旋转式两种。前者喷射范围小,水滴??;后者喷射范围较大,水滴也大些,故安装的间距也大。微喷头的流量通常为20~250L/h。
(3)小管出流: 小管出流灌溉是利用4mm的小塑料管与毛管连接作为灌水器,以细流(射流)状局部湿润作物附近土壤。对于高大果树通常围绕树干修一渗水小沟,以分散水流,均匀湿润果树周围土壤,小管灌水器的流量为80~250L/h。
(4)渗灌 :渗灌是利用一种特别的渗水毛管埋入地表以下30~1000px,压力水通过渗水毛管管壁的毛细孔以渗流的形式湿润其周围土壤。由于它减小土壤表面蒸发,是用水量最省的一种微灌技术。渗灌毛管的流量为2~3L/h.m。
4、微灌技术发展战略与未来发展的重点领域
微灌技术是集现代农业、高分子材料与加工、精密机械制造、自动化等技术于一体的高科技技术。
战略上,全面认识微灌在节水农业与农业现代化建设和提高农民收入中的地位与作用,建立微灌全面持续发展的指导思想,加强微灌技术基础研究,增强研发创新能力。制定一些鼓励发展微灌的国家政策,建全和完善技术推广服务体系,建立完善的标准化体系与质量监督体系。那么我国近5-10年我国微灌技术研究与技术创新重点领域:
(1)微灌基础理论研究
(1)微灌作物-土壤-水分-养分关系(2)不同作物不同地区微灌的生产效率及最优水分养分管理实践(3)地下滴灌技术应用基础及关键技术(如堵塞、苗期灌溉、埋深、盐分积累与淋洗、灌溉施肥制度、流量变化、滴头和滴灌带间距、鼠害、系统运行管理等技术)(4)微灌灌水器流道水力学与抗堵塞机理
(2)微灌设备研制开发。两个主攻方向:
l传统微灌系统设备的完善与改进。其目的是追踪世界先进水平。
1、自动控制系统(控制网络、控制器、自动阀、施肥设备, 田间信息采集)开发。2、全自动过滤器组。3、压力补偿灌水器。4、单元调压设备。5、产品系列规格完善(如灌水器系列、压力调节器系列、注肥装置系列等)。6、滴灌管(带)挤出生产线机电一体化与精密模具加工
开发研制一次性更加廉价的微灌设备,使系统设备亩投资由目前的400元以上(一次性滴灌带构成的系统)降低到百元左右或甚至更低。其目的是创制适合我国国情的微灌技术。在不降低微灌系统水力性能的前提下,通过材料创新、配套创新、技术创新,使“贵族化、奢侈化”的微灌技术“平民化、廉价化”。如低水头超薄壁滴灌系统,温室大棚小直径或超薄壁滴灌管带系统等。
3.喷灌设备
进入20世纪80年代,喷灌设备机型发展已趋向稳定,目前世界上有的主要机型我国几乎全有。按其配套动力和作业幅宽可分为大型喷灌机、中型喷灌机、轻小型喷灌机组,其技术差距如下:
(1)大型喷灌机主要包括圆型、平移式和滚移式喷灌机。代表当今世界先进技术水平的公司是美国的Valmont公司、Lindsay公司和Wade公司。我国大型喷灌机自20世纪70年代中期开始研制,其中电动圆型喷灌机技术水平已达到世界20世纪90年代初期水平。平移式和滚移式喷灌机已在高起点上,由国家立项进行研制。与国外同类产品的主要技术差距表现在制造精度、电机减速器效率、以及桁架和喷洒器的规格种类偏少。目前,我国大型喷灌机的喷灌面积约占全国喷灌面积的10%左右。
(2)中型喷灌机主要包括绞盘式、双臂式、悬挂式远射程喷灌机。我国绞盘式喷灌机是从20世纪70年代末开始研制的,目前有50、75、90三个品种近10种规格,整体上处于国际20世纪80年代技术水平。其主要问题在于:品种、规格少,制造质量不稳定;特质PE软管性能不过关;水力驱动装置尚不成系列;调整装置与国外的电子调整装置相比精度偏低,影响了喷灌机的喷洒均匀性;垂直摇臂式喷枪可靠性较差,没有形成系列,与绞盘式喷灌机配套的水泵及动力也尚未成系列,严重地制约了这种机型的推广。到1999年止,全国绞盘式喷灌机保有量约在3000台,其中从国外引进约2000多台。
(3)轻小型喷灌机组主要包括手提式、手抬式、手推车式、小型拖拉机悬挂式、小型绞盘式喷灌机。代表当代世界先进技术水平的公司是澳大利亚的Southern Cross公司、奥地利的Bauer公司。我国轻小型喷灌机组是20世纪70年代中期由国家组织、联合攻关研制的。目前,全国保有量达60多万台套,喷灌面积占全国喷灌面积的80%左右。其机型20多年来没有多大变化,急需更新换代。其主要问题表现在:喷头系列长,档次疏,用户选配困难;喷灌泵铸造工艺落后,与电机、柴油机配套后的机组效率低,结构笨重,机型落后,不能很好地满足目前农村的农业生产结构调整的需要。
4.微灌设备
微灌设备按灌水器类型及出流方式可分为滴灌、微喷灌、渗灌和涌泉灌设备。随着世界性的化工塑料技术突飞猛进的发展,一种以塑料为主要原材料的低压节能、精量局部灌溉技术(即微灌技术)在崛起。其产品规格种类成千上万,是农业、园林、草皮业必不可少的灌溉设备。代表当代世界先进技术水平的公司是美国的Rain Bird公司、Toro公司,以色列的Netafim公司等。我国微灌技术发展始于20世纪70年代中期,到目前为止,全国微灌面积累计16万hm2左右。
(1)滴灌设备主要包括首部的施肥器、施药装置、过滤器、控制阀、进排气阀、压力调节器和配水管网及滴灌管(带、头)。我国于1976年开始投入研制国产滴灌设备,从管间式和管上式滴头开始到内镶式滴灌管和一次成型的滴灌带;从非压力补偿滴灌管(头)到压力补偿滴灌管(头);从自行开发到引进国外先进制造设备,其整体技术水平与产品还有较大差距。特别是系统首部的附件品种、规格很少,主要依靠进口;因原材料和制造工艺落后,使滴灌管(带)的生产速度远远低于国际水平,其成品率仅有85%。
(2)微喷设备是介于喷头和滴头之间的一种抗堵塞的微型喷头,国外产品种类繁多、规格齐全、制造精致、使用方便,标准化程度也很高。我国微喷设备的研制始于20世纪80年代初,目前使用较多的型式为折射式喷头。品种单一、附件不全的主要原因是受到国内模具加工精度和费用等因素的制约。二、发展趋势与展望20世纪的科学技术进步,使节水灌溉设备发展突飞猛进、日新月异。目前已朝着适用、先进、成套、可靠的方向发展。供水系统为了适应有电或无电地区的使用要求,正朝移动泵站、板块式集成泵站方向发展。不光是追求单机泵效率,更加关注泵站的系统效率和多用途及方便性。移动泵门可分为自走式和牵引式泵站,板块式集成泵站多为固定式,配套的动力有电机、柴油机、液压驱动装置、风力和太阳能;除用于农业、园林、球场灌溉外,还可用于紧急防洪、引水排涝、水产养殖、高山提水、工业排水。管道输水技术在日本、美国、以色列已是一项成熟技术,管材规格多样,管件系列齐全,质量较高,广泛应用于建筑业、工业和农业。尤其是塑料管材在材料配方、制造工艺等方面取得了突破性进展,使管材耐老化、抗腐蚀、机械强度等性能指标明显提高。但是,薄壁铝合金管材、热浸镀锌薄壁钢管和球墨铸铁大口径管材在制作喷灌机组和远距离露天输水方面是不会被塑料管材所取代的。喷灌设备早在19世纪初出现,到20世纪初出现了简易喷灌车;20世纪20年代有了反冲式旋转喷头;20世纪30年代出现了摇臂式喷灌机和双臂式喷灌机;20世纪40年代出现了端拖式和滚移式喷灌机;20世纪50年代出现了圆型喷灌机;20世纪60年代出现了绞盘式喷灌机;20世纪70年代出现了平移式喷灌机;进入20世纪80年代,世界上喷灌设备机型已基本趋向稳定;到了20世纪90年代,随着世界人口的增长和能源、水资源?;泳?,喷灌设备正朝着低压喷洒、降低能耗、综合利用、多种用途,"电脑"技术、"傻瓜"控制,机型变种、系列成套,可靠性强、生产率高的方向稳步发展?;旧夏芄宦悴煌匀坏孛?、不同经济条件的用户需求。微灌设备随着"电脑"控制的多工位机械加工中心的发展,塑料模具加工精度越来越高,加工成本费用也大幅度降低,大大地促进了微喷头、滴灌带及其附件的更新换代速度和成品率的提高。在产品技术开发方面,均瞄准微灌系统中最令人头痛的堵塞问题,利用微碱水和城市处理过的废水进行灌溉,并配合使用多种施肥装置种植蔬菜、瓜果、花卉,还将重力滴灌技术推广到沙漠上的温室和集雨灌溉区。灌溉设施的自动化除了利用"3S"技术实现精准农业灌溉外,主要是指通过相互独立的控制方式来实现喷灌、微灌系统中供水自动化、田间配水自动化、农药和化肥的调配和回收自动化。供水自动化是通过压力罐的压力传感器实现启闭水泵供水,通过调节阀门开关将出水池的水位保持在一个设定的范围内。田间配水远程控制自动化是从控制室内的微电子控制器向各灌水分区的电磁阀发出启闭指令,依次对各分区进行灌水。但国产的电气元件和电磁阀可靠性较差,小型电子控制器是空白。在施肥、施药自动化方面,目前国内多采用在开敞式施肥池中稀释化肥或农药后,直接注入管道系统进行灌溉的方法。另外一种方法就是水流通过文丘里管时产生的压力差使药液肥注入管道系统。国外最先进的定量施肥是本世纪的发展方向,其代表性产品就是法国和以色列的靠压力水驱动的柱赛式定量施肥泵。笔者深信,只要我们坚适用、先进、成套、可靠"的方针来发展节水灌溉设备,沿着完善提高、稳妥推广的路子走下去,就一定能够战胜21世纪对我们的挑战。
综上我们知道我国是一个水资源严重短缺的农业大国,大力推广节水型农业是我国农业发展的必然趋势,节水灌溉是节水农业的核心,只有通过采用先进的灌溉方法和技术将水源尽可能均匀、适度的分配到作物根区土壤中,使土壤经常保持适宜于作物生长的水分、通气和营养状况;从而达到提高灌溉水利用效率和水产出效率的目的笔者深信,只要我们坚适用、先进、成套、可靠"的方针来发展节水灌溉设备,沿着完善提高、稳妥推广的路子走下去,就一定能够战胜21世纪对我们的挑战。

 

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