◆湖南省平江縣第二中學(xué)543 班 朱智晗

圖/圖蟲創(chuàng)意

我的家鄉(xiāng)平江縣多山地和丘陵，自古就有很多油茶樹在此自然生長(zhǎng)。近年來，縣政府推行鄉(xiāng)村振興舉措，發(fā)展油茶業(yè)是其中之一，催生了眾多油茶樹種植園和相關(guān)企業(yè)，但平江油茶果的產(chǎn)量和質(zhì)量低下。如何實(shí)現(xiàn)增收提質(zhì)？

我的爺爺、叔伯們都是油茶種植團(tuán)隊(duì)的成員，我在家中常聽長(zhǎng)輩們交流經(jīng)驗(yàn)。2022 年，平江遭遇特大旱災(zāi)，2022 年9 月起，我先后來到平江縣岑川鎮(zhèn)等地的油茶種植山地，走訪了當(dāng)?shù)夭糠址N植油茶樹的村民，他們告訴我，油茶果基本上呈現(xiàn)“望天收”狀態(tài)。

經(jīng)調(diào)研，要平衡平江縣氣候環(huán)境與油茶樹生長(zhǎng)特點(diǎn)間的矛盾，在干旱期間必須實(shí)施人工灌溉。我還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題：無論抗旱技術(shù)如何先進(jìn)，水資源的儲(chǔ)備是最關(guān)鍵的，其次才是對(duì)水資源的合理利用。于是我從實(shí)驗(yàn)入手，先了解土壤保墑的需水量，再考慮儲(chǔ)水問題。

一、滴灌實(shí)驗(yàn)

（一）滴灌技術(shù)的啟示

2022 年5 月，我和同學(xué)一起來到平江某蔬菜研學(xué)基地，調(diào)查植物的田間管理。技術(shù)員叔叔告訴我：植物必須注重雨季排澇、旱季保墑的基本要求。接著，他帶我們參觀了基地的滴灌保墑技術(shù)。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是：將滴水頭埋在地表以下，對(duì)植物根系土壤進(jìn)行灌溉。這種方法節(jié)水省工，蒸發(fā)量少，保墑效果較好。

由此我聯(lián)想到，如果能將此滴灌技術(shù)應(yīng)用到種植油茶樹的山上，根據(jù)其旱季所需提供水分，就能解決油茶果期需水與平江旱季缺水的問題。

（二）滴灌實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2022 年7 月，我在岑川鎮(zhèn)的油茶樹山上選取生長(zhǎng)條件相似的20 棵成年普通油茶樹，每10 棵為一組，分成滴灌A 組、不灌溉B 組并編號(hào)，開展滴灌對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

2.組裝滴灌實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)用滴灌裝置如圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)用滴灌裝置示意圖

3.實(shí)驗(yàn)過程

在A 組每棵油茶樹根部表層土壤中埋入一把滴水槍，通過管道和連接頭與總控閥門、貯水桶接通。打開總控閥門，將滴水速率調(diào)整為每分鐘約60 滴。每天測(cè)試A、B 組每棵油茶樹根周圍土壤的濕度，關(guān)注貯水桶內(nèi)水位的變化，記錄每棵油茶樹的滴灌水量。

4.結(jié)果及分析

（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以每分鐘約60 滴的速率進(jìn)行滴灌，每棵樹平均每天滴灌耗水量約5 kg 時(shí)，能基本滿足旱季油茶樹結(jié)果對(duì)土壤墑情的最低需要。

（2）2022 年10 月23 日，分別采摘A、B 組中油茶樹的鮮茶果并稱量、記錄產(chǎn)量。每畝按90 棵種植量推算，滴灌A 組畝產(chǎn)鮮果約為295.2 kg，是林業(yè)局產(chǎn)業(yè)辦2022 年12 月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)介紹的“平均畝產(chǎn)為164 kg”的1.8 倍。

這表明，我為平江旱季油茶樹設(shè)計(jì)的滴灌保墑思路具有可行性。

二、人工應(yīng)急灌溉實(shí)驗(yàn)與研討

我于2022 年7 月12 日開始進(jìn)行滴灌實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)并不知道會(huì)發(fā)生特大干旱。到7 月底，滿山的油茶樹葉萎蔫變黃，此時(shí)我的滴灌實(shí)驗(yàn)已全面步入正軌，于是我又開始實(shí)施第二套抗旱實(shí)驗(yàn)，觀察了解人工應(yīng)急灌溉對(duì)油茶樹的作用情況。人工應(yīng)急灌溉分噴灌、溝灌、穴灌，其中效果由高到低依次為溝灌、穴灌、噴灌。

本實(shí)驗(yàn)需水量大，在實(shí)際大面積抗旱中是難以實(shí)施的，主要原因是在旱季，河溪斷流、庫(kù)塘露底，水資源捉襟見肘。

三、油茶樹山滴灌保墑的實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)

抗旱首先要解決水源的問題。如何獲取山野的地表水源？我從地理課所學(xué)的知識(shí)中獲得啟示，依據(jù)等高線地形圖，在山坡上挖出等高溝渠，截流蓄水，就可在山野上開創(chuàng)出若干類似“梯田”的蓄水單元層，海拔高的上蓄水單元層給海拔低的下蓄水單元層供水。具體方案如下。

（一）油茶樹山滴灌保墑的整體設(shè)計(jì)

如圖2，依據(jù)山形、坡面、油茶樹的分布等要素，開挖等高集水渠。在渠邊適宜地域填埋該梯級(jí)蓄水罐，儲(chǔ)存春季、夏季的雨水。從蓄水罐的底部引出滴灌輸水管，向下一階梯的油茶樹根部供水。

圖2 滴灌保墑?wù)w設(shè)計(jì)

圖3 工作流程圖

（二）集水渠、蓄水罐、輸水管的施工設(shè)計(jì)

工作流程為：雨季，山坡地表水被等高集水渠截流，經(jīng)粗濾網(wǎng)濾除漂浮物，注入沉淀池，池中上層儲(chǔ)水經(jīng)精濾網(wǎng)二次濾除細(xì)小雜物，由進(jìn)水管流入梯級(jí)蓄水罐儲(chǔ)存。到旱季需水保墑時(shí)，開啟安裝在出水管上的控制閥，蓄水罐內(nèi)儲(chǔ)存的地表水通過出水管末端的滴灌槍流向下一階梯的油茶樹根部土壤，完成滴灌保墑任務(wù)。

四、制作滴灌裝置演示模型

本模型有一個(gè)木質(zhì)總承，該總承由木支架、面板、能顯露埋在地下的沉淀池和蓄水罐的窗口等構(gòu)成。

木支架設(shè)三層，頂層為虛擬的上一級(jí)山體等高階梯，僅表現(xiàn)出該階的等高集水渠，收集該階及以上的雨水，流入沉淀池。中層支架的作用是支撐沉淀池和蓄水罐。底層為下一級(jí)山體等高階梯，該層設(shè)有較寬的等高階梯地面，放置用花缽模擬等高階梯地面的油茶樹。支架正面敷實(shí)木板，模擬山體斜坡面。

沉淀池、蓄水池選用2 L 的塑料油壺，進(jìn)、出水管選用直徑為20 mm 的PE 水管，并配用同規(guī)格的直接、彎頭和控制閥門，按圖4 所示進(jìn)行連接。滴灌槍選用醫(yī)用輸液套件，針頭用筆管自制，再用防堵篩孔套管套住，組成可任意插入泥中防外堵的滴灌槍管，保證滴灌輸水的暢通。等高集水渠選用直徑為75 mm 的PVC 水管，從中線切割成兩個(gè)半圓槽而成。

圖4 模型正面圖

本模型成品可操作演示，為油茶樹種植戶推介，讓其掌握工程施工要領(lǐng)。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

（一）提出了一種“山地等高截流、雨季階梯蓄水、旱季滴灌保墑”的依地勢(shì)調(diào)蓄抗旱理念。

（二）設(shè)計(jì)了一種利用蓄水罐儲(chǔ)存地表水，經(jīng)管網(wǎng)由高階梯向低階梯供水，通過閥門按需控制供水量，且無需提供動(dòng)力支持的新技術(shù)。

（三）本研究以平江油茶樹抗旱保墑為例，論證了等高截流的“微型山塘”的可行性，可為山區(qū)種植業(yè)的抗旱儲(chǔ)備水資源，為防止森林火災(zāi)預(yù)存了一定的滅火資源。

（指導(dǎo)老師：朱擁軍 趙勇 楊銀江）

專家點(diǎn)評(píng)

朱智晗同學(xué)的基于平江旱期與油茶果期重疊的抗旱保墑裝置，是一件富有實(shí)用性的發(fā)明作品。這項(xiàng)作品的選題，體現(xiàn)了現(xiàn)在倡導(dǎo)的“源于日常生活，能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展或社會(huì)生活帶來便利的B 類作品”的青少年科創(chuàng)選題要求。雖然它似乎科技含量不高，看起來也不那么“高大上”，但它能解決實(shí)際問題，充分體現(xiàn)了小發(fā)明簡(jiǎn)單、實(shí)用的特點(diǎn)。

這件發(fā)明作品突出體現(xiàn)了：其一，朱智晗同學(xué)對(duì)科學(xué)探索具有濃厚的興趣，對(duì)本人研究的成果具有強(qiáng)烈的分享意愿，具有一定的科學(xué)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對(duì)科學(xué)研究工作的基本規(guī)律和方法有一定理解，基礎(chǔ)科學(xué)理論和知識(shí)掌握扎實(shí)、運(yùn)用準(zhǔn)確；其二，有一定的科學(xué)研究工作量，原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等記錄規(guī)范、資料齊全，研究和分析數(shù)據(jù)充分，有說服力，作品已取得階段性研究成果，正在被相關(guān)企業(yè)應(yīng)用推廣；其三，提出“山地等高截流、雨季階梯蓄水、旱季滴灌保墑”的依地勢(shì)調(diào)蓄抗旱新理念，符合青少年創(chuàng)新成長(zhǎng)的規(guī)律。