張國祥，趙愛琴

（1. 原中國灌排技術(shù)開發(fā)公司，北京 100053；2. 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院博士后工作站，北京 100125）

專家推薦

“痕量灌溉”理論支撐與技術(shù)特點的質(zhì)疑

張國祥1，趙愛琴2

（1. 原中國灌排技術(shù)開發(fā)公司，北京 100053；2. 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院博士后工作站，北京 100125）

學科：農(nóng)業(yè)工程

推薦專家：魏秀菊編審（中國農(nóng)業(yè)工程學會）

推薦論文：張國祥，趙愛琴.痕量灌溉理論支撐與技術(shù)特點的質(zhì)疑［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2015，31（6）： 1-7

·專家點評·

該文是一篇學術(shù)爭鳴文章.作者基于現(xiàn)有理論、試驗資料及微灌實踐，對痕量灌溉原理、特點及節(jié)水效果進行了討論，并認為痕量灌溉所述原理及其實現(xiàn)“自適應”灌溉、解決了灌水器堵塞的論述，及其技術(shù)本身存在諸多問題，缺乏依據(jù)論證和檢驗.

該文的發(fā)表，有利于推動關(guān)于痕量灌溉技術(shù)的深入討論，促進對此技術(shù)更為嚴謹和深入細致的研究探索，糾正學術(shù)誤區(qū)，并進而推動我國節(jié)水灌溉技術(shù)體系的健康發(fā)展和完善.除了對提高痕量灌溉應用基礎(chǔ)研究的科學性具有極為重要的指導意義外，該爭鳴性文章對于倡導科學研究自由探索、“百家爭鳴”的精神，以及推動學術(shù)的繁榮也有積極的意義.

0　引 言

發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)是解決水資源短缺的一條有效途徑.地下滴灌將毛管和滴頭埋入耕作層以下，在節(jié)水方面比地表滴灌更有優(yōu)勢.美國加利福尼亞大學灌溉技術(shù)中心主任Davi F. Zoldoske曾預言灌溉的未來將是地下滴灌［1］.然而，滴頭堵塞問題是制約地下滴灌發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一.近年來，出現(xiàn)了痕量灌溉技術(shù)，據(jù)北京普泉科技有限公司、華中科技大學痕量灌溉研究中心的《痕量灌溉技術(shù)介紹》［2］，痕量灌溉技術(shù)不僅以其獨特的控水頭結(jié)構(gòu)保證了在超低流量下控水頭不發(fā)生堵塞，解決了長期困擾滴灌低流量下灌水器堵塞的世界難題，而且出水量可以和植物的需水量相匹配.痕量灌溉還被認為突破了“被動式”灌溉（人為控制灌溉時機和灌水量）的固有思維，達到了“自適應”灌溉的效果［3］.目前，痕量灌溉技術(shù)在西北、西南、中部、華北等地區(qū)進行了試點或推廣應用［2］.該技術(shù)已經(jīng)得到科技部的重視，2013年“痕量灌溉關(guān)鍵技術(shù)與裝備”列入“十二五國家科技支撐”計劃［2］，“痕量灌溉產(chǎn)品”列入《水利先進實用技術(shù)重點推廣指導目錄》［2］.

本文作者之一應邀參加了在新疆哈密召開的“極端干旱區(qū)痕量灌溉適宜性實驗現(xiàn)場研討會”，在深入了解了痕量灌溉原理、設(shè)備及試點現(xiàn)場后認為：這種技術(shù)是否有合理的理論支撐，是否真能達到其所述效果，有必要進一步討論.

1　痕量灌溉

1.1自適應灌溉的控水原理

文獻［3］認為：痕量灌溉是基于土壤毛細管原理和膜過濾技術(shù)的灌溉系統(tǒng)，痕量灌溉技術(shù)的核心在于其可以實現(xiàn)“自適應”作用的灌水器；痕量灌水器由具有良好導水性能的微米級纖維束（原文稱毛細管束）和具有過濾功能的痕灌膜（也叫濾膜）組成（如圖1所示），埋在根系附近；纖維束兩端分別連接充滿水的管道和土壤毛細管.連接土壤毛細管的一端可以感知土壤水勢變化，從而使作物-土壤-灌溉系統(tǒng)形成一個水勢平衡系統(tǒng)；當作物吸水導致根系周圍水勢降低時，痕灌灌水器內(nèi)的水不斷以毛細管水的形式，通過纖維束間空隙和土壤毛細管，以微小的速度（10～200 mL/h）輸送到植物根系附近的土壤并流向根系周圍，直至作物-土壤-灌水器系統(tǒng)水勢重新達到平衡，作物停止吸水，毛細管水不再流出.“痕量灌溉技術(shù)以毛細管力為基礎(chǔ)力，只需要配合一定重力（1～2 m水壓），即可實現(xiàn)對植物的長期穩(wěn)定供水”［2］.“出水量可以和植物的需水量相匹配”［2］.

1.2抗堵原理

根據(jù)文獻［2-3］，痕量灌溉控水頭依靠濾膜和纖維束之間的巧妙配合來防止滴頭堵塞：濾膜面積大可以降低過膜流速，而濾膜上的微小孔徑可以大幅提高過濾精度，使灌溉水中物理雜質(zhì)被阻滯在濾膜上游，不會阻擋緩速的水流；濾膜攔截的雜質(zhì)會受到來自管道中動蕩水流的擾動，無法附著在濾膜上；輸配水管網(wǎng)淺埋于地下后，遮光、低溫，有效避免了灌溉水中化學物質(zhì)結(jié)晶析出、藻類及其他微生物生長，有效避免了生物性、化學性堵塞；此外，灌水器內(nèi)的纖維束間隙（即流道）遠小于植物根系直徑，完全杜絕因植物根系伸入出水流道引起的堵塞，同時，纖維束間隙遠大于濾膜孔徑，能通過濾膜的小顆粒及離子也能通過纖維束間隙進入土壤，保證纖維束不堵塞.痕量灌溉灌水器可以長久不堵塞［3］.

2　幾個問題討論

2.1關(guān)于毛細管力是痕量灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)力

有文獻［2-3］認為，痕量灌溉基于纖維束間和土壤的毛細管力；或者說“痕量灌溉技術(shù)以毛細管力為基礎(chǔ)力”.然而，毛細管力真的是基礎(chǔ)力嗎？

2.1.1毛細管現(xiàn)象與毛細管力的基本特征

眾所周知，將一根內(nèi)徑足夠小的直管插入水中，水會沿管壁上升到最大高度 hm（本文僅討論水能夠浸潤管壁的情況），這就是水的毛細管現(xiàn)象.圖2a所示為毛細管長度L大于水面上升高度hm的情況；其實質(zhì)是水氣之間的凹形界面（簡稱：凹液面）表面張力F在鉛錘方向的分力（即毛細管力）與管內(nèi)高度為hm 的水柱所受重力相等.

從圖2a可以看出：

1）凹液面是毛細管現(xiàn)象和毛細管力存在的必要條件；一旦凹液面消失，毛細管力就不存在了，也就沒有毛細管現(xiàn)象.

2）毛細管水是指由毛細管力懸吊著的靜態(tài)水柱，一旦在其他力作用下形成了連續(xù)水流，管內(nèi)的凹液面、毛細管力都立即消失；所以連續(xù)水流不是毛細管水，毛細管力不是形成連續(xù)水流的動力.灌溉系統(tǒng)在灌水時均為連續(xù)出流，從系統(tǒng)進口到滴頭出口都不存在毛細管現(xiàn)象和毛細管力，毛細管力不可能成為任何灌溉（包括痕量灌溉）技術(shù)的基礎(chǔ)力.

3）因毛細管水中的壓強≤0，如無其他力的作用，二根毛細管連接在一起是不可能無縫的；如果通過外力使其成為一根水柱（無縫連接），那么，下端管的凹液面消失，二根管中的水重將全部由上端管的毛細管力來懸吊；也就是說毛細管力是不可疊加的.

4）水與氣的界面以下，是水的飽和區(qū)；只有在水飽和區(qū)內(nèi)才可能出現(xiàn)毛細管現(xiàn)象.

5）毛細管現(xiàn)象中的管壁是不透水的，也就是說沒有透過管壁的水交換是毛細管現(xiàn)象的側(cè)向邊界條件.

圖2b示出了毛細管長度L＜hm的情況；此時水會從管頂流出來嗎？答案是否定的.因為如果水從管頂連續(xù)流出，意味著不消耗任何能量卻對水做了功，亦即出現(xiàn)了一臺永動機；這與能量守恒定律相違背.需要指出：此時水對管壁浸潤的最高點為管頂，并同樣遵循毛細管力與管內(nèi)高度為h 的水所受重力相等.

從圖2b可以看出：

1）φn僅取決于液體種類和管壁材質(zhì)，而φ還取決于毛細管長度L.

2）在L＜hm的情況下，毛細管力小于最大值，且與h成正比（h與L很接近）.

2.1.2灌水器內(nèi)的毛細管力對灌水的作用可以忽略

筆者認同：痕灌灌水器內(nèi)的微米級纖維束之間的空隙，可能形成異形斷面細管束，有出現(xiàn)毛細管現(xiàn)象的可能.然而：

1）痕灌灌水器的纖維束長度僅約5 mm，屬于L＜hm的情況，也就是說其毛細管力最大也就是管內(nèi)5 mm高水柱的重量，這與文獻［2］所提“配合1～2 m水壓”相比，僅占0.25%～0.5%.與哈密試點痕灌管進口水頭為5、7.5和10 m相比，更是微不足道.

2）一旦水從灌水器連續(xù)出流，纖維束間細管中的凹液面就消失，毛細管力也就消失了.在整個灌水期間灌水器都是連續(xù)出流，故毛細管力只在纖維束上游端剛接觸水流，至纖維束下游端流出水這一短暫的時間（幾秒鐘）內(nèi)存在.整個出流期間，痕灌灌水器內(nèi)沒有毛細管力.可見，灌水器內(nèi)纖維束間細管的毛細管力既微小、又極為短暫，對灌水的作用基本可以忽略；不可能成為基礎(chǔ)力.

2.1.3小流量點水源出口處土壤是否有毛細管現(xiàn)象尚待研究證實

土壤中水的毛細管現(xiàn)象，是指：在毛細管力的作用下，潛水沿著土壤微細空隙上升到一定高度；在這個高度以下，土壤是飽和的［4］.如把土壤中沿錘向微細空隙視為管的話，其管壁是開放的（可透水），可能有透過管壁的水交換，這不符合毛細管現(xiàn)象的側(cè)向邊界條件.然而，由于潛水位通常有一定的面積規(guī)模，除去周邊一定范圍之外的中間部分，可以近似地看作沒有側(cè)向的水交換，類同于管壁不透水；這可能是前人用毛細管現(xiàn)象來解釋潛水升高的前提.

然而，地下滴灌與痕量灌溉均為點水源灌溉，水分以灌水器出口為中心向周邊空間（土壤）擴散，不可能形成單向的水分擴散條件，也就不具備形成毛細管水的側(cè)向邊界條件.又因滴頭出口處土壤的水飽和區(qū)范圍很小；而痕量灌溉灌水器流量更小，土壤水飽和區(qū)的范圍必然更小，水的毛細管現(xiàn)象即使存在，其范圍也極小.在小流量點水源的條件下，土壤中是否有毛細管現(xiàn)象？未見到過相關(guān)報道；所以，微小流量的灌水器出口土壤中是否存在毛細管現(xiàn)象尚待證實；即使存在，它在水分運移中起多大作用更待研究.因此，認為土壤中的毛細管力是痕灌技術(shù)的基礎(chǔ)力，目前還沒有依據(jù).

2.2關(guān)于自適應灌溉

2.2.1痕量灌溉所稱“自適應灌溉”的含義

自適應現(xiàn)象，筆者的理解是：一個處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，如某個重要因素發(fā)生變化，系統(tǒng)在經(jīng)歷過渡過程之后，會自動達到新的平衡狀態(tài)；這種現(xiàn)象自然界廣泛存在，不勝枚舉.對于灌水與作物之間，作物會對灌水是否適時、適量自動做出反應，即作物會自適應于灌水的時和量.如果灌水不能滿足作物最低生存條件，作物的反應是死亡；如果完全按照作物實時需水規(guī)律供水，作物的反應是最高產(chǎn)量；這些都是自適應現(xiàn)象.所以自適應并不表示最優(yōu).痕量灌溉所稱的“自適應灌溉”，其含義是：“出水量可以和植物的需水量相匹配”［2］的自適應，也就是說：灌水系統(tǒng)能實時地按照作物需水規(guī)律來供水，并及時到達作物根區(qū)，實現(xiàn)作物耗水與需水的高度一致；這是自適應現(xiàn)象中的最高境界.如果真能做到，將確實是開創(chuàng)性的技術(shù)成果.

2.2.2痕量灌溉的灌水器沒有比地下滴灌灌水器有更多的功能

靠什么來實現(xiàn)自適應灌溉？文獻［3］認為：“痕量灌溉技術(shù)的核心在于其可以實現(xiàn)自適應作用的灌水器，痕灌灌水器出水口的毛細管束結(jié)構(gòu)正是利用了這一原理（筆者注：指毛細管現(xiàn)象）達到作物需水觸動式自適應自由供水效果的”.對此，筆者不能認同.

1）本文第2.1節(jié)已經(jīng)闡明了毛細管現(xiàn)象與毛細管力的基本特征，灌水器中的毛細管力很小且僅在數(shù)秒鐘內(nèi)存在，對灌水器出水的作用基本可以忽略.尤其是哈密試點，其灌水器出口向下，痕灌管進口水頭為5～10 m，水壓力才是其出流的動力.文獻［3］的觀點，源自對毛細管現(xiàn)象與毛細管力的錯誤認識.

既然出流狀況下沒有毛細管力，內(nèi)裝纖維束的痕灌控水頭只是滴頭的一種結(jié)構(gòu)形式，它與其他結(jié)構(gòu)形式的滴頭相同.痕灌灌水器與地下滴灌任何結(jié)構(gòu)形式的滴頭相比，沒有任何新的功能；靠它來實現(xiàn)最高境界的“自適應灌溉”，毫無依據(jù).

2）關(guān)于“需水觸動”，筆者的理解是：當作物需水而供水不足時，土壤會出現(xiàn)某種程度的干旱表達，埋設(shè)在土壤中的張力計會顯示出負壓值；這個負壓值假定會傳遞到灌水器出口，從而使灌水器的流量發(fā)生變化，土壤越干旱，即土水勢的負壓絕對值越大，灌水器流量也將越大.

如上所述，包括痕灌灌水器在內(nèi)的所有滴頭，其水力性能均可由式（3）來表達；地表滴頭出口為大氣（壓強為0），故H即為滴頭進口水頭；地下滴灌的出口在土壤中，出口可為正壓或零壓.筆者于70年代末在山西陽城上李村田間測到地下滴頭出口有0.8 m水頭，原因在于滴頭流量太大（4 L/h），超過了土壤的水分擴散能力，導致滴頭出口處水壓增高，既減小滴頭流量，又增大土壤水分擴散能力，以達平衡.如果滴頭流量小于土壤水分的擴散能力，那么滴頭出口就是零壓；美國堪薩斯州地下滴灌面積大、應用時間長，所用滴頭的流量多在1 L/h以下（目前最小的為0.5 L/h），就沒有發(fā)現(xiàn)過地下出流與地面出流的滴頭流量有何不同.滴頭出口如果為負壓，文獻［2］是指干旱條件下土壤的張力或作物根系的吸力所致；對此需要進一步討論.

其一，如果滴頭出口有負壓，由式（3）可見，H將增大，從而導致滴頭流量增大，這可能就是文獻［2］所說的“可以感知土壤水勢變化”.然而，這不是痕灌灌水器所專有，也不是纖維束結(jié)構(gòu)滴頭所特有，而是地下滴頭共有的水力性能.

其二，文獻［2］沒有說明土壤水勢變化，是由什么指標來實現(xiàn)灌水器“感知”的.負土水勢和張力計所測負壓，僅表示土壤在該含水量時作物吸水的難易程度，并不表示土壤中有與其相等的負壓存在；若將真空壓力表測壓口插入土壤中，是測不到負壓值的.因此“痕量灌溉”提出者應說明纖維束出口是通過什么指標來“感知土壤的水勢變化”；該不會是把土水勢與土壤中的負壓等同吧！

其三，即使灌水器出口能“感知”土水勢，一旦滴頭連續(xù)出水，滴頭出口處土壤很快飽和，土水勢迅速升高并趨于零，盡管作物尚未吸足水，滴頭流量也會很快減小；靠灌水器“感知”土水勢，也不可能實現(xiàn)實時地按照作物需水規(guī)律供水.

最后，文獻［3］在自適應論述中還認為：“……直至作物-土壤-灌水器系統(tǒng)水勢重新達到平衡，作物停止吸水，毛細管水不再流出.”就是說：此時雖然痕灌系統(tǒng)并未關(guān)閉，痕灌灌水器將自動停止出水；但這更是不可能的.因為只要灌溉系統(tǒng)不關(guān)閉，痕灌系統(tǒng)內(nèi)的重力與壓力仍在，灌水器還將遵循式（3）繼續(xù)工作.除滿足作物耗水外，灌水的去向還可以為深層滲漏、地面積水蒸發(fā)及徑流損失.

2.2.3已有試驗資料不支持痕量灌溉實現(xiàn)了“自適應灌溉”

專業(yè)從事痕灌技術(shù)理論研究、產(chǎn)品與技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計及施工的北京普泉科技有限公司已成立10 a，痕量灌溉技術(shù)試點范圍已擴展到10?。▍^(qū)、市）［2］，發(fā)表了一批試點的技術(shù)論文；很遺憾，沒有看到有支撐其具有“自適應灌溉”功能的試驗資料.

痕灌系統(tǒng)如果能夠做到實時地按照作物需水規(guī)律來供水的“自適應灌溉”，在極端干旱區(qū)（如哈密）灌水流量時程線應該與作物耗水強度時程線基本一致.比如，作物在白天和晚上、冬天和盛夏耗水強度會有很大差別，那么這種差別應該在灌水器流量的日和月時程線上得到反映.新疆水利水電科學研究院的報告［2］中，提供了2014年在哈密市節(jié)水實驗中心棗園內(nèi)測得的痕量灌溉滴頭流量日變化圖（見圖3），可以看出：測試時間段（12 h）內(nèi)滴頭流量的變化不超過7%，尤其是處理2滴頭流量白天平穩(wěn)，21：00左右達最大，這與作物耗水規(guī)律不符；報告認為：“從日變化圖上看，不同處理的流量在日內(nèi)各時刻均較穩(wěn)定，基本不受作物蒸騰變化的影響［2］”；不支持痕量灌溉能實現(xiàn)“自適應灌溉”.

再者，目前只有痕量灌溉自稱可做到“出水量可以和植物的需水量相匹配”［2］；若果真如此，痕灌作物吸水所耗能量最小，有利于作物高產(chǎn).但文獻［5］提供的溫室草酶產(chǎn)量痕灌低于滴灌的資料，也不支持痕灌實現(xiàn)了“自適應灌溉”.

痕量灌溉與地下滴灌的滴頭埋深基本一致，土壤及作物對水分運移的影響也相同；已經(jīng)實踐了30多年的地下滴灌，沒有數(shù)據(jù)證明其實現(xiàn)了灌水的“自適應”.痕量灌溉只是換用了3～5 mm長微米級纖維束的灌水器，就認為可實現(xiàn)“自適應灌溉”，很可能是理論認識上的錯誤.

2.3關(guān)于滴頭堵塞

從文獻［2-3］所述解決了地下小流量灌溉堵塞問題的論述中表明，相關(guān)作者對微灌堵塞問題的了解并不深入.從過濾的角度看，微灌系統(tǒng)采用集中過濾（過濾器），過濾元件可沖洗與更換；故只存在滴頭堵塞問題.痕灌系統(tǒng)將過濾分散到每個灌水器的進口，失去了沖洗與更換的條件；因此存在著濾膜和纖維束間隙流道二處的堵塞問題.

2.3.1如何理解ISO“短周期堵塞測試程序”的試驗結(jié)果

2013年北京普泉公司將痕灌控水頭送中國農(nóng)業(yè)大學做短周期（8 h）滴頭堵塞檢測，“檢測結(jié)果表明隨著泥沙濃度加大，滴灌對照流量逐漸下降，在第 4階段之后發(fā)生堵塞，而痕量灌溉在整個試驗過程中無堵塞發(fā)生.由此可見痕量灌溉具有很好的抗堵性”［2］.筆者認為：這是對試驗結(jié)果的錯誤解讀.

1）ISO標準草案規(guī)定“短周期堵塞測試程序”的測試目的為：“這種測試方法主要用來測試滴頭讓某尺寸粒徑的固體顆粒通過或阻止其通過的能力，著眼于了解滴頭內(nèi)部最小的過流尺寸，以及建立對過濾系統(tǒng)尺寸要求的指導”.可見，它不是用來評價灌水器抗堵塞性能的依據(jù).測試中被測滴頭上游不裝過濾器，泥沙將全部通過被測滴頭流道，滴頭處于完全不設(shè)防（非工作）狀態(tài)；痕灌把過濾設(shè)在灌水器進口并與控水頭成為一體，試驗中痕灌控水頭處于全設(shè)防（正常工作）狀態(tài)，只有通過濾膜的顆粒才通過纖維束間流道；對照雙方的工作狀態(tài)完全不對等.以此來評判［2］抗堵性能誰優(yōu)誰劣，完全沒有說服力；也就是說痕灌控水頭做此對比測試毫無意義.

2）如果把濾膜去除，使其也處于不設(shè)防（非工作）狀態(tài)再行測試，最先堵塞的一定是痕灌控水頭.當然，也不應由此得出痕灌灌水器抗堵塞性能最差的結(jié)論.

3）文獻［2］公布的短周期堵塞測試結(jié)果見圖4，可以看到：隨試驗階段的進展，滴頭的流量是漸減的，而痕灌控水頭的流量卻是漸增的.流量漸減是正常的，漸增卻是異常的；只有流道斷面積在逐漸增大，才可能出現(xiàn)流量遞增的結(jié)果.那么什么情況下流道斷面積會增大？筆者認為很可能是：纖維束間流道出現(xiàn)了堵塞點，堵塞點上游的水壓力大幅增大（動水壓變成靜水壓、受壓面積增大），堵塞點周邊的纖維在水壓力的推動下滑出灌水器，從而增大了過流面積，這種局部堵塞陸續(xù)發(fā)生，致使出現(xiàn)流量漸增的結(jié)果.痕灌控水頭在試驗中其實已經(jīng)出現(xiàn)堵塞，并造成了控水頭損壞.

2.3.2濾膜的堵塞問題

國際微灌界對過濾精度的選擇，普遍按過濾孔基本尺寸為流道最小直徑的1/7～1/10來考慮.有關(guān)痕量灌溉的文獻中未見報道纖維直徑、纖維束間隙面積及濾膜孔徑等數(shù)據(jù).筆者按纖維直徑為10 μm（微米級纖維［3］）來估算，其濾孔直徑約在0.16～0.20 μm，屬于微濾膜.

眾所周知，膜過濾凈水機的微濾膜和超濾膜都有堵塞問題，需要沖洗或更換；在哈密會議上中國農(nóng)大李光永教授交流了痕灌濾膜被紅色沉積物堵塞的實例照片，文獻［10］提供了多種微濾膜抗堵塞措施等，均說明濾膜是會堵塞的.文獻［2］認為“雜質(zhì)被緩慢地堆積在痕灌膜表面，而無法堵塞膜孔”，不知有何根據(jù).

膜過濾還存在以下情況：1）膜的孔徑要比微灌過濾孔小很多，僅為120目網(wǎng)過濾器基本尺寸的0.13%.濾孔越小對化學堵塞越敏感；而且相同水質(zhì)條件下，被攔截的物理雜質(zhì)比滴灌數(shù)量要多，甚至多得多；2）痕灌管埋于地下，濾膜無法沖洗與更換，被攔截的物理雜質(zhì)沒有出路；3）粒徑≤5 μm的顆粒為黏粒，濾膜攔截的雜質(zhì)中含有黏粒，會降低濾膜上游沉積物的透水性；4）盡管痕量灌溉宣稱：作物全生育期都灌水.但在二茬作物之間，總會有停灌的時段；在北方冬天停灌.不僅有可能產(chǎn)生溶質(zhì)析出，而且為膜上游面沉積物固結(jié)提供了條件.

總之，痕灌系統(tǒng)需要在地下長期工作，日積月累，隨著時間的推移，發(fā)生膜堵塞的幾率會越來越大；需要不同水質(zhì)條件下的長期觀測資料來驗證.

2.3.3纖維束間隙流道的堵塞問題

按纖維直徑為0.01 mm估算，纖維束間每條流道的面積，約為直徑1 mm微灌滴頭流道面積的10萬分之5.下面僅提出二種可能堵塞的情況.

1）目前痕灌纖維束間隙是最小的（微潤管的孔徑不清）流道，如前所述，對化學堵塞應該極為敏感；痕灌系統(tǒng)每年都有一段或數(shù)段時間停灌，這給水中溶質(zhì)析出提供了機會.

2）即使如文獻［2］所述：“能通過濾膜的小顆粒及離子也能通過纖維束間隙進入土壤“，也還有堵塞的可能.絕大多數(shù)情況下毛管是有坡度的，也就是說痕灌灌水器的埋深雖可一致，但各個灌水器的高程各異.當系統(tǒng)節(jié)制閥門關(guān)閉后，閥下游的管系內(nèi)還有余水，灌水器仍在出水；位于順坡毛管上游（或逆坡毛管下游）的灌水器會比下游（或上游）灌水器早斷水，毛管內(nèi)水位不斷降低，又無補氣通道，管內(nèi)定會呈現(xiàn)負壓，出現(xiàn)負壓吸泥現(xiàn)象.正好灌水器出口土壤中，有通過濾膜與纖維束間流道的小直徑顆?！ち?，會隨水一起被吸入纖維束間流道；黏粒有聚凝作用，并在停灌期間失水，造成纖維束間流道的堵塞.這種現(xiàn)象早已被微灌滴頭的實際所證實.

總之，痕量灌溉灌水器可以長久不堵塞［3］的結(jié)論，顯得太過草率.

2.4關(guān)于節(jié)水

2.4.1痕量灌溉所宣傳的節(jié)水效果

從現(xiàn)有文獻中摘錄出痕量灌溉比其他灌溉方式的節(jié)水增產(chǎn)效果，見表 1.總體而言，它比常規(guī)滴灌節(jié)水 22%～63%、比畦灌節(jié)水39%～44%、比溝灌節(jié)水40%～50%、比減量滴灌節(jié)水0～51.2%.

2.4.2痕量灌溉試點選錯了比較對象

眾所周知，地下灌溉可以減少地表蒸發(fā)，設(shè)施不占耕地；故與地面灌溉相比，具有節(jié)地、節(jié)水等突出優(yōu)點.痕量灌溉為地下灌溉技術(shù)，其主要比較對象應為地下滴灌；可現(xiàn)有試點資料中唯獨沒有地下滴灌.

2.4.3所發(fā)表的節(jié)水結(jié)論性資料科學性不足

國家和水利行業(yè)標準對灌溉試驗有明確的規(guī)定，但所見文獻中沒有相應的說明.

1）試驗條件中未說明：底部是否隔絕了地下水補給、側(cè)向是否阻斷了水分流通.

2）未說明耗水量中是否計入了播種與收獲時的土壤水分增（減）量.

3）大田條件下，有沒有計入降雨.

4）多數(shù)文獻中把灌水量之差作為節(jié)水量，進而算出節(jié)水率，不符合技術(shù)標準規(guī)定.

2.4.4地下灌溉短時段（≤3 a）的試驗數(shù)據(jù)極可能造成判斷錯誤

筆者之一曾于20世紀70年代末做過0.2 hm2（3畝）大田地下滴灌試驗，毛管（含滴頭）埋深在40 cm（犁底層下）.第1年每次灌水20 m3/667 m2，地面可見濕潤斑，效果很好；次年效果略差，到第4年后期，每次灌水50 m3/667 m2，地面也不見濕.經(jīng)開挖檢查分析認為：因無配套的開溝機，管溝寬達20 cm（鐵锨寬度），管溝打破犁底層，顯著改善了水分向上運移的條件，隨著時間推移，犁底層逐漸再形成，水分向上運移的條件逐年變差所致.目前發(fā)表的文獻基本上是第1年的試驗結(jié)果，是濾膜攔截的雜質(zhì)數(shù)量最少、水分運移條件最優(yōu)時的結(jié)果；憑此就下結(jié)論，極易出現(xiàn)誤判.因此，地下灌溉（包括痕灌）的節(jié)水、增產(chǎn)效果需要用第4～5年的試驗數(shù)據(jù)來證實.

2.4.5哈密試點棗園的痕灌系統(tǒng)可能供水不足

哈密試點棗園28 hm2（420畝），棗樹行距3 m，滴頭間距0.33 m，相當于每平方米1個滴頭；按廠家提供滴頭在10 m水頭下的流量為0.11 L/h估算，日（24 h）灌水量為2.64 L/m2，相當于日灌水深2.64 mm；對于進口水頭為5 m的方案，滴頭流量為0.06 L/h，日灌水深僅1.44 mm.筆者估計在哈密盛果期棗樹的月平均日耗水強度峰值至少應＞4 mm（對于地下滴灌），因此供水不足在所難免；痕灌系統(tǒng)設(shè)計沒有考慮這一問題.

3　結(jié)論

應該肯定：痕量灌溉對更小流量供水和膜過濾在地下滴灌系統(tǒng)中的應用做了有益的嘗試.但是在一些基本問題未搞清之前，輕率地提出［2］：“在理論方面，痕量灌溉以全新的原理實現(xiàn)了出水量與植物的需水量相匹配，使學術(shù)界重新審視植物的真實需水量，將改寫植物生理、農(nóng)田水利、作物栽培等學科的論述；運用痕量灌溉技術(shù)可以精確地控制土壤含水量”，“痕量灌溉技術(shù)的發(fā)展，使中國第一次站在國際節(jié)水灌溉技術(shù)的前沿，將引領(lǐng)下一輪節(jié)水灌溉創(chuàng)新”等；這不是科學的態(tài)度.

1）根據(jù)毛細管現(xiàn)象的基本特征、痕灌灌水器及小流量點水源的實際，毛細管力不可能成為灌溉系統(tǒng)的基礎(chǔ)力.

2）土水勢與土壤內(nèi)的負壓是不能等同的二個量，土水勢目前還不能被滴頭出口所感知，痕量灌溉能實現(xiàn)與作物需水相匹配的“自適應灌溉”，缺乏依據(jù).

3）濾膜及纖維束滴頭流道可以長久不堵塞的結(jié)論，顯得過于草率.

4）地下灌溉需要用第4～5 年的試點資料來驗證其節(jié)水、抗堵及增產(chǎn)效果，才比較可信.

5）根據(jù)國際微灌界的共同認知，流量不大于12 L/h的灌水器統(tǒng)稱為滴頭，痕量灌溉應歸屬于地下滴灌，只是用了膜過濾和纖維束結(jié)構(gòu)的滴頭.

總之，痕量灌溉作為新提出來的灌水技術(shù)，其理論和技術(shù)本身存在諸多問題，失敗的風險很大；該技術(shù)尚處于原理探索階段，目前最需要的是補做技術(shù)原理的小面積試驗驗證；離中試或大面積推廣應用距離尚遠.