摘要：微潤灌溉作為一種新型的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，已經(jīng)逐漸應用于生產(chǎn)實踐中。在研究和分析了大量國內(nèi)外關(guān)于微潤灌溉技術(shù)的文獻基礎(chǔ)上，對微潤灌溉技術(shù)的發(fā)展歷史、該技術(shù)的優(yōu)缺點以及國內(nèi)外對微潤灌溉技術(shù)的研究進展進行了歸納總結(jié)。并且指出了微潤灌溉技術(shù)所要克服的困難以及需要進一步研究的問題。

關(guān)鍵詞：微潤灌溉；連續(xù)滲灌；節(jié)水

中圖分類號：S275.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）15-3809-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.15.001

Abstract： As a new type of high efficiency water saving equipment， micro irrigation technique has been applied to production practice. In research and analysis of a large number of domestic and foreign about micro run pipe irrigation technology on the basis of literature， of micro run pipe irrigation technology development history， micro embellish tube irrigation technology advantages and disadvantages， and at home and abroad to micro run pipe irrigation technology research progress were summarized. And put forward some suggestions for overcoming the difficulties and problems to be studied.

Key words： micro irrigation； continuous infiltration irrigation； water saving

根部微灌是一種高效節(jié)水的灌溉技術(shù)，是將管道中的水通過灌水器以小流量均勻精確地滲入到作物根部附近土壤進行灌溉[1]。微潤灌溉作為近年研發(fā)出的一種新型高效的根部微灌技術(shù)，它是將半透膜技術(shù)引入農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域，利用半透膜的透水原理擬合生物半透膜的吸水過程，將水緩慢地滲入到作物根區(qū)完成灌溉[2]。其顯著特點是對作物的整個生長發(fā)育期進行連續(xù)滲灌灌溉[3]。微潤灌溉技術(shù)的節(jié)水效果相比于世界上最廣泛運用的地表滴灌系統(tǒng)還節(jié)水60%～80%。該系統(tǒng)依靠勢能滲出灌溉水，不需要加壓設(shè)備，能耗低，比滴灌節(jié)能95%以上[4]。因此，大力發(fā)展微潤管灌溉技術(shù)具有重要的意義。

1 微潤灌溉技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況

微潤灌溉技術(shù)是近年研發(fā)的一種新型高效的微灌技術(shù)，該技術(shù)是在滲灌技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。美國開始滲灌灌溉技術(shù)的研究可以追溯到20世紀70年代，在80年代初期美國科學家利用回收的廢舊輪胎橡膠以及一些塑料制品，通過添加一些特殊的化學物品，并采用特殊的加工方法制造生產(chǎn)出一種新型的可以滲水的灌溉管道，稱之為Aquapore多孔滲灌管[5]。整個20世紀80年代，美國各地分別進行過用滲灌灌溉技術(shù)種植棉花、西瓜、玉米、馬鈴薯、番茄、小麥等作物的可行性研究。為了驗證地下滲灌灌溉技術(shù)是否能夠高效節(jié)水以及能否被大范圍推廣，有學者在美國的加利福利亞州做了大量的試驗研究。同時位于美國亞利桑那州Sundance農(nóng)場也進行了20多年的地下滲灌灌溉技術(shù)的研究。隨著滲灌灌溉技術(shù)的推廣，其他國家也開始對其進行研究，法國就是根據(jù)別國的研究經(jīng)驗，利用廢棄塑料（低密度PE）通過加發(fā)泡劑研發(fā)出了一種新型的灌溉管道，稱為TURORZX管。該管道的特點是管壁內(nèi)有無數(shù)個泡狀的微孔，當灌溉系統(tǒng)進行供水時，水將會沿著管壁內(nèi)的微孔滲出并且均勻地流入作物的根部用于灌溉，TURORZX管的滲水量的大小及滲水均勻度主要取決于水頭壓力，并且還與泡狀微孔的孔徑和材料的均勻性有關(guān)[6]。

中國采用滲灌灌溉方法也有一段很長的歷史，可以追溯到200多年前的河南省濟源縣，當時該縣就采用了地下暗管進行灌溉。在20世紀80年代初期中國才真正意義上開始研究滲灌灌溉技術(shù)，并且用于果樹栽培的試驗。1987年中國對法國贈送的滲灌灌溉設(shè)備進行水力性能測試和田間試驗，同時對該設(shè)備的制造工藝進行了大量的研究，最終成功地仿制該灌水設(shè)備，并于1989年通過了試驗成果鑒定。但是由于當時技術(shù)水平的不發(fā)達和設(shè)備的不成熟等主客觀因素的限制，仿制出來的設(shè)備出水均勻度非常低，雖然通過試驗驗證，但是最終難以投入到生產(chǎn)實踐中使用[7，8]。近幾年，隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，不同學科之間的互動也越來越頻繁，這同時也加速了各個學科之間的合作，微潤灌溉就是基于跨學科合作誕生的灌溉技術(shù)。深圳市微潤灌溉技術(shù)有限公司首次將半透膜技術(shù)原理引進灌溉領(lǐng)域。微潤管（圖1）作為微潤灌溉技術(shù)的一種專用灌水器，它是一種軟管狀給水器，其主要的核心部分是半透膜，該設(shè)備具有雙層結(jié)構(gòu)，其特點是軟管壁上分布著數(shù)以萬計的微孔（圖2），這些微孔隨意無序分布，并且沒有固定孔距[9，10]?？讖椒植荚诎胪改こ叨确秶鷥?nèi)，具有半透膜特性。當灌溉系統(tǒng)開始供水時，微潤管內(nèi)充滿水，水分子就會通過這些微孔向管壁外遷移，若微潤管埋在土壤中，水分就會進一步向土壤遷移使土壤濕潤，起到灌溉作用。

2 微潤灌溉技術(shù)的優(yōu)缺點

2.1 微潤灌溉技術(shù)的優(yōu)點

微潤灌溉技術(shù)具有灌水均勻、節(jié)省勞力、水肥結(jié)合、降低室內(nèi)濕度、地溫下降小、減少病蟲害，便于作物管理、提高產(chǎn)量、提前上市九大優(yōu)點[11]。除了以上的優(yōu)點，和傳統(tǒng)的灌溉系統(tǒng)相比還具有以下優(yōu)點。

2.1.1 實現(xiàn)連續(xù)滲灌灌溉 作物吸水是一個連續(xù)的過程，不同的生長階段對水分需求量也是不同的[12]。但是以往的灌溉方式都是間歇的，無論是澆灌、噴灌、還是滴灌，都是根據(jù)作物不同階段生長的需水量進行人為間歇性供水，供水精度低，容易造成作物水分虧缺或者過量灌溉，不利于作物的生長，降低田間水分的利用率。微潤灌溉技術(shù)實現(xiàn)了作物需水連續(xù)動態(tài)灌溉，根據(jù)作物生長各個階段需水量進行實時供水，提高灌溉水的利用率，同時保證了作物的產(chǎn)量。

2.1.2 節(jié)水效率高 農(nóng)田主要有三種途徑會造成的水分損失：分別是蒸發(fā)損失、滲漏損失以及徑流損失[13]。由于微潤管既是輸送管又是灌水器，因此在灌溉供水的過程中都不會出現(xiàn)徑流損失。微潤管灌溉是直接采用地埋式，灌溉水直接流入作物的根區(qū)，并且土壤中的水都是以毛管水的狀態(tài)存在，所以不會產(chǎn)生滲漏損失，同時又降低了土壤蒸發(fā)損失。整個試驗充分證明，在灌溉供水充足的情況下，滴灌的用水量約是微潤管灌溉的5倍，微潤管灌溉設(shè)備的節(jié)水效果約是滴管設(shè)備的1.7倍[14]。

2.1.3 無動力消耗、運行成本低 微潤灌溉系統(tǒng)主要由水塔、減壓閥、微潤帶三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無水泵、水表、逆止閥、排氣閥等復雜結(jié)構(gòu)，整個設(shè)備主要是由減壓閥或者自動水位控制器進行控制的[15]。灌溉系統(tǒng)主要驅(qū)動力是利用了土吸力以及半透膜內(nèi)外水勢梯度，相比于滴灌系統(tǒng)等需要依靠其他設(shè)備供水，無須外加機械動力驅(qū)動，節(jié)省大量動力設(shè)備及機械能，減少能源消耗和浪費[16]。微潤管灌溉系統(tǒng)是節(jié)能系統(tǒng)，無動力消耗、運行成本低。

2.1.4 適用于環(huán)境條件較差的地區(qū) 微潤灌溉技術(shù)由于能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)灌溉，并且不消耗動力，便于管理，該設(shè)施可以在沙漠中和偏遠山區(qū)使用，為山區(qū)果樹的種植、沙漠草原的恢復、沙產(chǎn)業(yè)以及荒山造林中的運用提供了設(shè)備支撐。

2.2 微潤灌溉技術(shù)的缺點

微潤灌溉技術(shù)雖然具有以上諸多優(yōu)點，但也存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.2.1 堵塞問題 灌水器堵塞問題直接影響微潤灌溉技術(shù)的發(fā)展，堵塞造成的灌水不均勻，不僅會影響作物生長，而且嚴重時也會造成整個系統(tǒng)無法正常運行[17]。Nakayama等[18]認為微灌系統(tǒng)堵塞主要是由物理堵塞、生物堵塞、化學堵塞這三方面造成的。

物理堵塞的主要原因是水體中那些無法過濾掉的無機物質(zhì)懸浮顆粒（如細小的沙粒）、微生物死后殘留下的遺體和生物的代謝有機物引起的[19]。對于根部微灌系統(tǒng)來說，在關(guān)閉整個灌溉系統(tǒng)時，系統(tǒng)會突然產(chǎn)生負壓，將灌水器出水口附近的一些土壤雜質(zhì)生物倒吸入灌水器中，造成灌水器堵塞，稱為負壓堵塞[20]。

微潤灌溉屬于根部微灌的一種，理論上也有可能發(fā)生負壓堵塞，但是由于微潤灌溉是一個連續(xù)灌水的過程，因此它不會出現(xiàn)負壓堵塞的情況。微潤灌溉的半透膜作為整個管件的核心部分，其材料上的微孔孔徑大小為10～900 nm，而土壤顆粒中的小顆粒，一般粒徑也在5 μm以上[21]，因此土壤顆粒不可能進入膜上的微孔引起出水口的堵塞。雖然土壤微粒不會引起微孔的堵塞，但有可能會造成管道堵塞。謝香文等[22]在灌溉水泥沙量及粒徑對微潤管出流的影響中得出微潤管初始流量隨著泥沙量的增加而降低，且懸浮物粒徑在0.037～0.074 mm時，微潤管易產(chǎn)生堵塞，在出流后期和泥沙量較低時更加明顯。微潤管在抗負壓堵塞和出水口堵塞有一定的效果，但是不能完全消除物理堵塞，微潤管管道內(nèi)容易出現(xiàn)堵塞。

從謝香文的研究可以猜測微潤灌溉技術(shù)的堵塞只可能發(fā)生在微潤管內(nèi)部，水質(zhì)極有可能是引起微潤管堵塞的主要原因。上面已經(jīng)分析過灌溉水中土壤顆粒問題，下面將分析灌溉水中的化學成分和生物成分。相比于物理堵塞，從化學和生物堵塞的機制分析來看，均是由于傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)屬于間歇式灌溉，化學成分（如可溶性鹽類、氫氧化物和硅酸鹽等）和生物成分（如藻類、細菌以及微生物分解物）在流道內(nèi)積累引起堵塞[23-25]。微潤管灌溉是一個連續(xù)灌水的過程，理論上能夠有效地沖刷管道內(nèi)積累的化學成分和生物成分。但是這些都只是理論上的判斷，缺少試驗來進行驗證。并且灌溉水中的微生物的大小也可以達到納米級[26]，所以微生物極有可能會進入微孔中造成堵塞。

2.2.2 缺少大型田間試驗 任何新發(fā)明的產(chǎn)品，都必須要經(jīng)過大量的試驗才能夠完全投入到生產(chǎn)實踐中。微潤灌溉是一種新型的灌溉技術(shù)，缺少一些大型的種植試驗進行研究，并且研究的年限也較短。目前涉及到微潤管灌溉半透膜技術(shù)在大田應用的試驗研究還未見報道，亟需加強這方面的研究[27]。

2.2.3 運行管理費用高，更換灌水器時容易破壞作物根系 微潤灌溉屬于地下滲灌技術(shù)，由于微潤灌溉的灌水器是采用地埋式，一旦系統(tǒng)發(fā)生堵塞故障后，必須對微潤灌溉的灌水器進行更換處理，提高了整個系統(tǒng)的費用。并且在更換灌水器時，需要翻開土壤，容易破壞作物的根系，最終影響作物的生長。

3 微潤灌溉技術(shù)的研究進展

微潤灌溉作為新型的節(jié)水灌溉技術(shù)已經(jīng)逐漸進入人們的視野。也因其高效節(jié)水，連續(xù)灌溉的特性和巨大的潛力逐漸受到農(nóng)民的歡迎和專家的重視。

3.1.1 微潤灌溉技術(shù)設(shè)備研究 針對微潤灌溉技術(shù)的設(shè)備研究，竇超銀等[28]和于國豐等[29]分別開展了吸力式微潤灌水器的研制，并在實踐中開展了相關(guān)的試驗研究。魏鎮(zhèn)華等[30]在交替控水條件下微潤灌溉對番茄耗水和產(chǎn)量的影響研究中得出該條件下微潤灌溉技術(shù)節(jié)水效果與水分利用效率有顯著提高。邱照寧等[11，31]研究認為微潤管出流存在一定的誘導時間，且出流量與水溫存在一定的聯(lián)系。

3.1.2 微潤灌溉技術(shù)埋深方面 Devitt等[32]、Lamm等[33]、Camp[34]研究得出適當?shù)穆裆顚ψ魑锏纳L有很大的促進作用，各類作物都有各自相適宜的埋深。牛文全等[35]在埋深與壓力對微潤灌濕潤體水分運移的影響中得出微潤管的埋深影響濕潤體的形狀，同時通過建立不同埋深累計入滲量預測模型得出土壤濕潤均勻系數(shù)與埋深呈正相關(guān)，黏壤土微潤灌最適埋深為15～20 cm。張子卓等[36]研究認為微潤管灌溉埋深在15 cm左右對番茄生長最適宜。湯英等[2]認為果樹最適埋深應在30～40 cm之間，有利于果樹根系的生長。

3.1.3 微潤灌溉技術(shù)土壤水分運動方面 探索微潤灌溉技術(shù)的土壤水分分布和作用規(guī)律，對提高微潤灌溉效率有著非常重要的作用。李朝陽等[3]對低壓微潤灌灌水均勻性及土壤水分分布特性進行研究，得出在新疆沙性土壤中微潤灌溉灌水均勻度較高，微潤灌溉的濕潤區(qū)大概在5～30 cm。謝香文等[37]在地埋微潤管入滲試驗中得出沙質(zhì)壤土中微潤管灌溉濕潤體是以微潤管為中心對稱分布的，且遠離微潤管的水分含量也將降低。毛曉超[38]的研究認為微潤管灌溉濕潤體開始時是以微潤管為中心的圓形，但是會隨灌溉時間的增長，逐漸變?yōu)椴灰?guī)則的橢圓形。不同水質(zhì)和水頭壓力對濕潤體與濕潤鋒距離都有一定的影響。牛文全等[9]研究得出礦化度對濕潤體的形狀影響小，對濕潤體的體積影響較大，并且礦化度的濕潤體的體積大于清水。薛萬來等[39]研究認為壓力水頭的大小與微潤管滲水量呈正相關(guān)，并且濕潤鋒的運移距離也是隨水頭壓力的增加而增加。灌溉土壤容重對微潤管的濕潤鋒距離也有較大的影響，薛萬來等[15]認為土壤容重越大，微潤管的濕潤鋒距離減少。張俊等[40]通過對初始含水率對微潤管線源入滲特征的研究得出含水率梯度隨著初始含水率的增大而減小；微潤灌均勻系數(shù)隨初始含水率的增大而增大。

4 結(jié)語

微潤灌溉是一種高效節(jié)水的灌溉技術(shù)。但是目前微潤灌溉技術(shù)還存在著一些問題，如灌水器堵塞問題還沒有完全解決，缺少堵塞試驗研究的依據(jù)；大田種植試驗不足；運行管理費用高，更換灌水器時容易破壞作物根系等。因此需要對微潤灌溉系統(tǒng)的復雜性及特殊性進行研究，克服微潤灌溉技術(shù)還存在的缺點，充分發(fā)揮其諸多優(yōu)勢，為微潤灌溉技術(shù)的設(shè)計、運行及管理提供合理的理論依據(jù)，對推動中國的節(jié)水灌溉發(fā)展有著重要的實際意義。

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