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根灌技術:為作物“送水入口”

隨著我國經濟社會迅猛發展,水資源短缺日益成為制約我國經濟社會發展的瓶頸,尤其是在干旱、半干旱地區,水資源短缺問題更加突出。實踐證明,滴灌技術作為一種倍受干旱、半干旱地區農林生產者所青睞的高效節水灌溉技術,仍然存在地下滴灌毛管滴頭易堵塞、難以維修、工程量大,地表滴灌水分蒸發損失大、耗時長等一系列影響滴灌水分利用率的關鍵問題。

  在經濟林灌溉方面,滴灌技術亦無法滿足其灌水定額大、灌水時間長、水分在垂直方向滲透深度遠遠大于水平方向濕潤范圍等需水要求,從而被動增加灌溉系統投資,直接影響作物經濟效益。

  中國科學院寒區旱區環境與工程研究所的科研人員,綜合地面滴灌與地下滲灌的優點,克服滴灌缺點,研究出了一種新型的節水灌溉技術——根灌技術。根灌技術依托地表滴灌設施,實現地下滴灌目標,并且技術上采用一種根灌滴頭或一種直插式滲灌滴頭,直接把水分灌到一定深度的植物根系土壤層。根灌技術支持將灌溉水流和液體肥料直接送到樹木的根部,避免了地表蒸發損失,極大地降低了水分損耗,實現由灌溉土壤到灌溉作物的轉變,提高了灌溉水利用率。田間毛管全部埋在地下,使用壽命由原來的6年提高到20年,有效減少了系統成本投資。

  2008年,研究人員在塔里木沙漠公路防護林帶中開展根灌、滴灌對比試驗,用于研究根灌、滴灌土壤水分分布狀態。試驗灌水時間為6小時,防護林帶土壤介質為風成沙,根灌導水管長度為40厘米。試驗停灌后,研究人員采用土鉆采集距離地表滴灌與根灌滴頭10厘米處土壤剖面樣品進行分析。結果顯示,滴灌有效提高了土壤表層20厘米深的土壤含水率,而根灌可有效提高40厘米~80厘米深土壤層的含水率。滴灌土壤表層20厘米深土壤層含水率最高,而根灌40厘米~80厘米深土壤層平均含水率是滴灌的4倍。土壤表層屬于蒸發強烈的地帶,部分滴灌水分就會以蒸發的形式消耗,而根灌土壤表層含水率較低,反而可在灌溉目標土壤層上部形成一個保護傘,減少水分蒸發損失。

  針對根灌技術的特點,研究人員采用三維造型、CFD(計算流體動力學)數值模擬、快速成型等技術,設計開發了配套灌水器,并對該產品進行了批量生產。該灌水器額定流量為每小時7升~10升,具有抗堵塞性能好、流態指數小、水力性能良好、適應地形變化能力強、流量大等特點,適用于地下灌溉并可滿足經濟林灌溉要求,尤其是其獨創的反沖洗式結構設計,為解決堵塞問題提供了辦法。

  自2007年起,基于根灌技術,利用其配套灌水器,科研人員在陜西省米脂縣紅棗試驗站累計實施管灌、滴灌、根灌工程38.67公頃,并開展三種灌溉技術效益對比研究。三種不同灌水方法的效益分析表明:與不灌溉相比,管灌、滴灌、根灌凈每公頃增收入分別為4707.7元、8446.0元和10926.0元,凈增值率分別為101.2%、181.6%和235.0%。根灌與滴灌相比,每公頃年成本降低2030元,凈收入增加2480元,每立方米灌溉水產值提高3.30元;根灌與管灌相比,每公頃年成本降低743.3元,凈收入增加6218.30元,每立方米灌溉水產值提高12.70元。

  以多地試驗研究與示范實踐為依托的根灌技術相比滴灌技術,具有增加土壤含水量與土壤濕潤層深度、抑制土壤表面水分蒸發損失、有效提高灌水效率、縮短灌水時間、節省灌溉能源、降低灌溉成本、提高灌溉水肥利用率等諸多優勢。在水資源供需矛盾突出的干旱、半干旱地區,尤其是已采用滴灌技術的地區,根灌有著較為廣闊的應用推廣市場。同時,根灌產品有著較長的使用壽命,可在干旱、半干旱地區的生態防護林、生態經濟林節水灌溉工程中充分發揮其技術優勢。同時,根灌技術在技術層面上的創新,對推動我國干旱、半干旱區節水灌溉技術的進一步發展,有積極的作用。

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