温室、大棚微灌技术(系列讲座之一)
温室、大棚栽培条件与大田栽培具有很多不同点。在覆盖材料的隔离下，其内部环境与外部环境截然不同。某些方面有利于作物生长，某些方面则不利于作物生长，必须实施人工调控。与大田种植相比，能否增产、增值，完全取决于能否人为地创造一个有利于作物生长的环境。
利用微灌是调控室内环境非常有用的工具之一，在世界各地广为采用。近年，我国在这方面也取得重大进展。在大量引进国外设备的同时，国内微灌产品在质量及数量上也取得了长足进步。鉴于温室、大棚中采用微灌技术在我国尚属起步阶段，且许多非专业人员参与或正在参与系统的设计、安装，我们认为较系统地就此项技术作一介绍是非常有必要的。
一、微灌的种类与优缺点
（一）、微灌的种类
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间，通过灌水器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。用于温室、大棚的微灌系统主要有滴灌和微喷灌两种。
1、滴灌
滴灌是利用安装在末级管道(称为毛管)上的滴头，或与毛管制成一体的滴灌带（管）将压力水以水滴状湿润土壤的一种灌水技术。通常将毛管和灌水器放在地面，也可以把毛管和灌水器埋入地面以下30～40cm。前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌。每个灌水器的流量一般为1～12L/h。
2、微喷灌
微喷灌是利用直接安装在毛管上或通过一条φ4mm或6mm塑料管与毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿润土壤的一种灌水技术，如图1－2所示。微喷头有旋转式及折射式两种，流量一般为20～250L/h。
（二）温室、大棚采用微喷、滴灌的优缺点
滴灌的优缺点
保护地采用滴灌与传统地面灌溉（畦灌）相比，具有以下优点。
- 可降低室内空气湿度。由于滴灌除了作物根部湿润外，其他地方始终保持干燥，因而大大减小了地面蒸发，一般情况下室内空气相对湿度下降20％左右。
- 灌水均匀。滴灌系统能够做到有效地控制每个灌水器的出水流量,因而灌水均匀度高,一般可达80%－90%。
- 节省劳力。滴灌是管网供水，操作方便，而且便于自动控制，因而可明显节省劳力。同时滴灌是局部灌溉，大部分地表保持干燥，减少了杂草的生长，也就减少了用于除草的劳力。
- 地温降幅很小。滴灌的运行方式是采用浅灌勤灌的方式，每次灌水量很小，因而几乎不会引起地温下降。
- 滴灌可以结合施肥，适时适量地将水和营养成分直接送到作物根部，提高了水和肥料利用率。
- 可减少病虫害的发生。滴灌可以降低室内的空气湿度，使与湿度有关的病虫害得以大幅度下降，同时降低了防止病虫害的农药使用量，减少蔬菜农药残留量，提高了蔬菜品质。
- 便于农作管理。滴灌只湿润作物根区，其行间空地保持干燥，因而即使是灌溉的同时，也可以进行其它农事活动，减少了灌溉与其它农作的相互影响。
- 提高农作物产量。滴灌可以给作物提供更佳的生存和生长环境，使作物产量大幅度提高。一般增产幅度达30～80％。
- 提早供应市场。使用滴灌系统，一般可早应市15～30天。
- 延长市场供应期。改善了的环境，可使作物更长时间内保持生长旺盛，从而可延长市场供应期，获得最佳的收入。
- 降低了能耗。滴灌比地面畦灌可减少灌水量50～70％，因而可降低抽水的能耗；同时滴灌地温下降小，可减少或免去提高地温所需的能耗，一般能耗可下降30％左右。瓜果类蔬菜及不宜湿润叶面的花卉多采用滴灌。
但是, 滴灌是利用压力管道输水并需要有过滤设备，其系统投资一般要远高于地面灌；灌水器出口很小，易被水中的矿物质或有机物质堵塞，减小系统水量分布均匀度,严重时会使整个系统无法正常工作,甚至报废。此外，因温室中植物通常种植密度大，要求的灌水器多，相对于大田果园滴灌，设备投资要高。
微喷灌的优缺点
- 同滴灌一样，微喷灌也为低压灌溉、局部灌溉。与喷灌比省水且能耗低；
- 微喷雾化好，有利于提高温室湿度。对要求湿度高的叶菜类蔬菜及花卉生长有利。微喷还常常用于温室育苗盘灌溉。
- 微喷可用于夏天降温；
缺点是雾化的水滴使得温室湿度太高，不利与瓜果类蔬菜及湿度要求低的花卉生长。
资金充足的情况下，温室中常常既安装微喷又安装滴灌。
二、 微灌系统的组成
微灌系统由水源、首部枢纽、输配水管网和灌水器以及流量、压力控制部件和量测仪表等组成。
1、水源
河流、渠道、湖泊、水库、井、泉等均可作为微灌水源，但其水质需符合微灌要求。
2、首部枢纽
首部枢纽包括水泵、动力机、肥料和化学药品注入设备、过滤设备、控制阀、进排气阀、压力流量量测仪表等。其作用是从水源取水增压并将其处理成符合微灌要求的水流送到系统中去。
微灌常用的水泵有潜水泵、深井泵、离心泵等。动力机可以是柴油机、电动机等。
在供水量需要调蓄或含砂量很大的水源，常要修建蓄水池和沉淀池。沉淀池用于去除灌溉水源中的大固体颗粒，为了避免在沉淀池中产生藻类植物，应尽可能将沉淀池或蓄水池加盖。
过滤设备的作用是将灌溉水中的固体颗料滤去，避免污物进入系统，造成系统堵塞。过滤设备应安装在输配水管道之前。
肥料和化学药品注入设备用于将肥料、除草剂、杀虫剂等直接施入微灌系统，注入设备应设在过滤设备之前。
流量压力量测仪表用于测量管线中的流量或压力，包括水表、压力表等。水表用于测量管线中单位时间流过的水量或流过的总水量,根据需要可以安装于首部，也可以安装于任何一条干、支管上，如安装在首部，须设于施肥装置之前，以防肥料腐蚀;压力表用于测量管线中的内水压力，在过滤器和密封式施肥装置的前后各安设一个压力表，可观测其压力差，通过压力差的大小能够判定施肥量的大小和过滤器是否需要清洗。过滤器的冲洗有自动及手动两种。
控制器用于对系统进行自动控制，一般控制器具有定时或编程功能，根据用户给定的指令操作电磁阀或水动阀，进而对系统进行控制。
阀门是直接用来控制和调节微灌系统压力流量的操纵部件，布置在需要控制的部位上，其型式有闸阀、逆止阀、空气阀、水动阀、电磁阀等。
3、输配水管网
输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，输配水管网包括干、支管和毛管三级管道。毛管是微灌系统的最末一级管道，其上安装或连接灌水器。
4、灌水器
灌水器是微灌设备中最关键的部件，是直接向作物施水的设备，其作用是消减压力，将水流变为水滴或细流或喷洒状施入土壤。
三、微灌设备
灌水器
(一) 灌水器分类
灌水器质量的好坏直接影响到微灌系统的寿命及灌水质量的高低，其种类繁多，适用条件各有差异。按结构和出流形式可将灌水器分为滴头、滴灌（管）带、微喷头等三类。
1、管上滴头
通过流道或孔口将毛管中的压力水流变成滴状或细流状的装置称为滴头。其流量一般不大于12 L/h，安装在PE管上的管上滴头如图3-1及3-2所示。
按滴头的压力补偿与否可把它分为如下两种。
1)．非压力补偿滴头
非压力补偿滴头是利用滴头内的固定水流流道消能，其流量随压力的提高而增大。
2)．压力补偿型滴头
压力补偿型滴头的流量不随压力而变化。在水流压力的作用下，滴头内的弹性体(硅橡胶片)使流道(或孔口)形状改变或过水断面面积发生变化，当压力减小时，增大过水断面积，压力增大时，减小过水断面积，从而使滴头出流量保持稳定，压力补偿滴头同时还具有自清洗功能。
2、滴灌带（管）
滴头与毛管制造成一个整体，兼具配水和滴水功能的带（管）称为滴灌带（管）。按滴灌带（管）的结构可分为两种。
1)．内镶式滴灌带（管）
内镶式滴灌带（管）是在毛管制造过程中,将预先制造好的滴头镶嵌在毛管内的滴灌带（管）。内镶滴头有两种，一种是片式 （Netafim，绿源），如图3－3(a)；另一种是管式（雨鸟），如图3－3(b)。内镶式滴灌带（管）有压力补偿及非补偿之分。
2)．薄壁滴灌带
薄壁滴灌带为在制造薄壁管的同时，在管上压制出各种形状的流道，灌溉水通过流道以滴流的形式湿润土壤，如图3－4。
滴灌带也有压力补偿式与非压力补偿式两种，雨鸟生产的RAIN TAPE 即为压力补偿式。
3、微喷头
微喷头是将压力水流以细小水滴喷洒在土壤表面的灌水器。单个微喷头的喷水量一般不超过250L/h，射程一般小于7m。
温室大棚微喷头主要有旋转式和折射式两种。
1)．旋转式微喷头
水流从喷水嘴喷出后，集中成一束向上喷射到一个可以旋转的单向折射臂上，折射臂上的流道形状不仅可以使水流按一定喷射仰角喷出，而且还可以使喷射出的水舌反作用力对旋转轴形成一个力矩，从而使喷射出来的水舌随着折射臂作快速旋转。旋转式微喷头一般由三个零件构成，即折射臂、支架、喷嘴，如图1－5a所示。旋转式微喷头有效湿润半径较大,喷水强度较低。由于有运动部件加工精度要求较高,并且旋转部件容易磨损,因此使用寿命较短。
2)．折射式微喷头
折射式微喷头的主要部件有喷嘴，折射锥和支架，如图3-6所示。水流由喷嘴垂直向上喷出，遇到折射架即被击散成薄水膜或射线沿四周射出，在空气阻力作用下形成射线或细微水滴散落在四周地面上。折射式微喷头优点是结构简单,没有运动部件,工作可靠,价格便宜。
(二) 灌水器的结构参数和水力性能参数
结构参数和水力性能参数是微灌灌水器的两项主要技术参数。结构参数主要指流道或孔口的尺寸，对于滴灌带还包括管带的直径和壁厚；水力性能参数主要指流态指数，制造偏差系数、工作压力，对于微喷头还包括射程、喷灌强度、水量分布等。
1、流量与压力关系
微灌灌水器的流量与压力关系用公式(1-1)表示。 q=khx (1-1)
公式中：q-- 灌水器流量；h--工作水头；k--流量指数；x--流态指数。
式(1-1)中，流态指数x反映了灌水器的流量对压力变化的敏感程度，当滴头内水流为全层流时，流态指数x等于1，即流量与工作水头成正比；当滴头内水流为全紊流时，流态指数x等于0.5；全压力补偿器的流态指数x等于0，即出水流量不受压力变化的影响，其它各种形式的灌水器的流态指数在0－1.0之间变化。
2、制造偏差系数
灌水器的流量与流道直径的2.5－4次幂成正比，制造上的微小编差将会引起较大的流量偏差。在灌水器制造中，由于制造工艺和材料收缩变形等的影响，不可避免地会产生制造偏差。实践中，一般用制造偏差系数来衡量产品的制造精度。
(三) 对灌水器的要求
- 制造偏差小，一般要求灌水器的制造偏差系数Cv值应控制在0.07以下；
- 出水量小而稳定，受水头变化的影响较小；
- 抗堵塞性能强；
- 结构简单，便于制造、安装、清洗；
- 坚固耐用，价格低廉。
管道与连接件
管道是微灌系统的主要组成部分，各种管道与连接件按设计要求组合安装成一个微灌输配水管网，按作物需水要求向田间和作物输水和配水。管道与连接件在微灌工程中用量大、规格多、所占投资比重大，所用的管道与连接件型号规格和质量的好坏，不仅直接关系到微灌工程费用大小，而且也关系到微灌能否正常运行和寿命的长短。
(一) 对微灌用管与连接件的基本要求
1、能承受一定的内水压力
微灌管网为压力管网，各级管道必须能承受设计工作压力，才能保证安全输水与配水。因此，在选择管道时一定要了解各种管材与连接件的承压能力。管道的承压能力与管材及连接件的材质、规格、型号及连接方式等有直接关系。因此，所选择管材与连接件时要了解其材质性质及性能，以免影响工程质量。
2、耐腐蚀抗老化性能强
微灌系统中灌水器孔口很小，因此，微灌管网要求所用的管道与连接件应具有较强的耐腐蚀性能，以免在输水和配水过程中因发生锈蚀、沉淀、微生物繁殖等堵塞灌水器。管道及管件还应具有较强的抗老化性能，对塑料管与连接件，则必须添加一定比例的碳黑，以提高抗老化性能。
3、规格尺寸与公差必须符合技术标准
管径偏差与壁厚及偏差应在技术标准允许范围内，管道内壁要光滑平整清洁以减少水头损失；管壁外观光滑、无凹陷、裂纹和气泡，连接件无飞边和毛刺。
4、价格低廉
微灌管道及连接件在系统投资中所占比重大，应力求选择既满足微灌工程要求又价格便宜的管道及连接件。
5、安装施工容易
各种连接件之间及连接件与管道之间的连接要简单、方便且不漏水。
(二) 微灌管道的种类
微灌系统常用塑料管作为输配水管道，塑料管具有抗腐蚀、柔韧性较好、能适应较小的局部沉陷、内壁光滑、输水摩阻粗糙率小、比重小、重量轻和运输安装方便等优点，是理想的微灌用管。塑料管的主要缺点是受阳光照射时易老化。塑料管埋入地下时，塑料管的老化问题将会得到较大程度的克服，使用寿命可达20年以上。
1、 聚乙烯管(PE管)
聚乙烯管分为高压低密度聚乙烯管和低压高密度聚乙烯管两种。低压高密度聚乙烯管为硬管，管壁较薄。高压聚乙烯管为半软管，管壁较厚，对地形的适应性比低压高密度聚乙烯要强。
高压聚乙烯管是由高压低密度聚乙烯树脂加稳定剂、润滑剂和一定比例的碳黑等制成的，它具有很高的抗冲击能力，重量轻、韧性好、耐低温性能强、抗老化性能比聚氯乙烯管好，但不耐摩，耐高温性能差，抗张强度低。
为了防止光线透过管壁进入管内，引起藻类等微生物在管道内繁殖，以及为了吸收紫外线，减缓老化的进程，增强抗老化性能，要求聚乙烯管为黑色。外管光滑平整、无气泡、无裂口、沟纹、凹陷和杂质等。 |
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