滴头研制及滴灌技术运用研究

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我国开发研制的滴灌产品大多适宜于地表滴灌应用，对适宜经济林根际滴灌应用的滴灌产品和根际滴灌技术的研究较少，特别是田间输水管浅埋和单独将滴头埋入地下、出水口不与土壤接触的滴灌技术未见报道。现已报道的地下渗灌技术都是在田间输水管插接滴头，并开沟将连接滴头后的输水管埋入地下渗灌，出水口与土壤直接接触，停止滴灌时管道负压吸力容易吸泥，滴头堵塞严重，滴头堵塞后开沟维修困难，渗灌技术的推广受到极大的限制，所以，亟待开发一种滴头抗堵塞滴头，解决目前经济林根际渗灌滴头堵塞造成运行成本高等问题。

通过对传统滴灌技术进行改进［1－2］，经多年反复试验，设计开发出一种适宜经济林根际滴灌的多变量抗堵塞滴头（以下简称滴头，发明专利号：200810017757．0），新产品的开发研制和滴头连接方法的技术改进，二者组合集成一种经济林根际滴灌新装置，经山地枣树灌溉试验测定，根际滴灌的节水和增产效果显著高于传统滴灌和渗灌。

1　滴头的设计参数与技术特点

1．1　滴头的设计参数

滴头顶部设计长1cm连接头，连接头可插入毛管连接，滴头与毛管连接可单独埋入地下滴灌，滴头下部出水口设置高8cm、直径3cm圆筒形防护罩，圆筒防护罩使滴头埋入地下出水口不与土壤接触，并可避免土壤垒入孔中，当滴灌停止运行产生负压并达到不易吸泥。滴头的整体结构由带丝扣上下二部分组合而成，易于拆卸，便于维修。

滴头流量设计关键参数是滴头的上下进出水口的孔径大小，滴头进水口为控制滴灌水流口，口径较小，出水口径较大。滴头上部规格参数见图1，下部规格参数见图2。

滴头上部为控制滴灌水流量部分，下部对出水口起防护罩的作用，滴头插入地下滴灌时，下部圆形筒体可阻挡土壤不与下部出水口直接接触。当滴头埋入地下，出水口处在悬空状态，即使管道产生负压滴孔也不吸泥。在二部分连接处有一直径1cm、高1．5cm的凸型锥体空间为水流蜗旋区，上部滴灌直射水流在空间蜗旋后通过下部大出水口滴出体外，若有泥土进入滴头下部，再次滴灌时直射水流会将存留泥土冲洗出去。

1．2　技术特点①

滴头上部进出水口流道间距为0．1cm，滴头进出水之间流道为直流通道，流短而直在水压力冲击不易沉积来自管道内微尘堵塞；②滴头上部出水口由连接处的间隔区所保护，滴头下部出水口由下端圆筒体起到防护罩的作用；滴头埋置于地下时滴头上下出水口均受防护罩的保护；③滴头是通过地面打孔直立埋入地下的，出水口完全由滴头圆筒体所保护，滴灌时土壤不会与滴头出水口直接接触，即使产生负压横吸，出水口处于悬空，杂物也不会直接造成上出水口的堵塞；若下出水口进入泥沙，由于下出水口孔径大，再次滴灌时，上出水口直射水流会自动将沉积泥沙从滴头体内冲洗出体外；④滴头是直接插入毛管的末端管孔的，出现堵塞从管孔直拔拆卸时不会对毛管造成损伤，所以维修易拆易装。

2　根际滴灌试验研究

根际滴灌装置的组装集成技术，将原滴灌输水管安装滴头改为直流管，然后在直流管末端连接孔径4mm毛管，在毛管末端管孔内插入多变量抗堵塞滴头即可。根际滴灌装置的田间实施技术，使用专用打孔器在地面垂直打孔，打孔深度根据不同树种根系深度确定，然后将滴头直立插入孔内，插入深度距离底部10cm即可（示意图见图3）。在米脂试验区布设了地表滴灌、渗灌和根际滴灌试验，进行了比较分析。

2．1　试验材料及方法

试验材料为10年生枣树，品种为梨枣，栽植株行距2m×3m，1　665株／hm2，试验地为20°坡地。灌溉设地表滴灌、渗灌、根际滴灌和对照，各小区面积分别为0．15hm2。灌水方法，滴灌是将灌溉水点园滴于地表；渗灌开沟40cm深，将输水管埋入枣树行间；根际滴灌打孔40cm深，将滴头直立插入，直接把水滴入根系分布层。灌水时间分5月下旬初花期、6月中旬幼果期和7月中旬果实膨大期3次灌溉。

3次灌水总量750m3／hm2，每次单株灌水量为0．15m3。对照不灌溉。

灌溉停止24h后，以滴水点为中心向下垂直挖剖面，观测分析不同灌水技术土壤湿润体到达根系分布层面积。灌溉24h后据滴灌点外50cm处用土钻分层取土，测定深度100cm，每10cm取1次土，烘干法测定不同土层含水量。每5天测定1次，为防止降雨对测定的影响，降雨时在测定位置铺设了塑料布。果实成熟时将各试验地全部采摘，测定产量。

2．2　不同灌溉土壤湿润体在根系间分布状态

据10年生山地枣树根系分布调查，主要水肥吸收根系分布于土壤20～60cm土层，渗灌和根际滴灌土壤湿润体峰值在自然耗散层之下根系密集层，灌溉水能够得到充分利用，而地表滴灌有30％左右土壤湿润于地表20cm自然耗散层，该区域既无根系，土壤水分又容易蒸发。根据灌溉停止24h后0～100cm土壤含水率测定统计，地表滴灌一次灌溉水量250m3／hm2，滴灌水分主要补充到0～50cm土层中，渗灌和根际滴灌土壤水分主要补充到20～70cm土层中。从表1可知，地表滴灌0～20cm无根系区土壤含水率平均为15．5％，渗灌和根际滴灌土壤含水率平均为10．5％，地表滴灌20cm以上土层土壤水补充到近饱和状态，而渗灌和根际滴灌地表土壤接近自然含水率，灌溉水主要补充到20～70cm根系密集区，根系密集区土壤平均含水率补充到15．1％。所以，从不同灌溉方式土壤分层含水率测定结果分析认为，地表滴灌到达水肥吸收根系层水分是有限的，只有渗灌和根际滴灌水分完全到达根系分布层。

2．3　根际滴灌增产效益分析

10年生山地枣园灌溉试验产量统计表明（表2），3种灌溉技术在开花和坐果生育期采取补充灌溉均有增产效果，幅度最大的是渗灌和根际滴灌技术。山地10年生枣树在生育期总灌水次数为3次，年灌溉定额750m3／hm2的条件下，滴灌和渗灌、根际滴灌产量比不灌溉（CK）分别增产12　075、15　145和15　150kg／hm2，WUE分别提高66．94％、72．07％、72．07％。

根据不同滴灌一次性基础设施投入后年运行折旧和产出效益进行比较，地表滴灌、渗灌、根际滴灌基础设施一次性投入分别为30　000元／hm2，虽然基础设施投入相同，但是因田间输水管和滴头使用折旧年限不同，年使用折旧投入也不同，地表滴灌田间输水管露于地表，管道易老化，使用期为8年，渗灌因滴头堵塞严重使用期短，折旧使用期为6年。根际滴灌输水管浅埋抗老化，滴头又抗堵塞，使用折旧期为12年。从地表滴灌、渗灌、根际滴灌基础设施建设年运行成本和灌溉管理投入水费及人工费用与产出效益核算，不同滴灌投入和产出效益结果见表3。

由表3可知，与不灌溉相比，滴灌、渗灌、根际滴灌的净增收入分别为43　936、54　894、57　486元／hm2，净增值率分别为57．7％、66．1％、67．6％；滴灌、渗灌、根际滴灌水生产效率分别为58．6、73．2、76．6元／m3；根际滴灌与地表滴灌和渗灌相比，年成本分别降低1　250和2　470元／hm2，净收入分别增加13　550．0和2　592．0元／hm2，由此可见，干旱缺水山地枣园灌溉增产潜力很大。

3　结　论

通过枣树灌溉试验研究分析，根际灌溉技术是一种非常适宜经济林的灌溉技术，根际滴灌技术比传统渗滴灌技术的产量、灌溉水利用效率及使用寿命都有大幅度提高。多变量滴头结构设计和根际滴灌技术的集成，采用了“地表输水、深层滴灌，高效节水”新理念。