高效節(jié)水灌溉在山西果樹(shù)園區(qū)的應(yīng)用

朱毅民

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西太原030002）

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所是山西省唯一的一個(gè)公益果樹(shù)研究機(jī)構(gòu)，其地處晉中盆地太谷縣和祁縣交界處，是全國(guó)土地面積最大的果樹(shù)科研機(jī)構(gòu)。該所占地448.3 hm2，擁有的果園面積為333.3 hm2，是山西省乃至全國(guó)集中連片規(guī)模最大的果樹(shù)栽培區(qū)。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于科研經(jīng)費(fèi)有限，果園內(nèi)灌溉設(shè)施落后，仍沿用20世紀(jì)70年代建成的灌溉渠系，這些工程設(shè)施和設(shè)備已經(jīng)年久失修，機(jī)井灌溉配套設(shè)施老化，管理分散，渠系跑、冒、滴、蒸發(fā)現(xiàn)象嚴(yán)重，無(wú)法滿足果樹(shù)正常的灌水需求，水資源缺乏，浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，該所在2007年自籌資金建成節(jié)水園區(qū)3.3 hm2，經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，采用涌泉灌溉與大水漫灌相比，3.3 hm2每年可節(jié)水1.5萬(wàn)m3，節(jié)水費(fèi)用達(dá)1.3萬(wàn)元，效果非常顯著。因此，進(jìn)一步擴(kuò)大果樹(shù)高效節(jié)水灌溉建設(shè)規(guī)模十分必要。

雖然該所承擔(dān)著全國(guó)的果樹(shù)科研與示范推廣任務(wù)，但果園水利配套設(shè)施嚴(yán)重滯后，已成為果樹(shù)科研創(chuàng)新和示范推廣的“瓶頸”。因此，提出建設(shè)果樹(shù)高效節(jié)水灌溉示范、創(chuàng)造果樹(shù)科研創(chuàng)新與推廣示范園區(qū)迫在眉睫。依據(jù)水源類型與現(xiàn)有機(jī)井用水量進(jìn)行平衡分析，采取遠(yuǎn)期與近期2套方案。遠(yuǎn)期依托大水網(wǎng)工程建設(shè)規(guī)劃東山供水工程子洪支線輸水到項(xiàng)目區(qū)，新建輸水管道9 024 m，作為遠(yuǎn)期規(guī)劃水源，可以使項(xiàng)目區(qū)的用水得到保證，減少地下水的開(kāi)采，涵養(yǎng)地下水源，并作為特大干旱時(shí)應(yīng)急的第2水源；近期依托當(dāng)?shù)厮?，將區(qū)內(nèi)16眼機(jī)井（其中，有3眼即將報(bào)廢）加以更新改造，并計(jì)劃沿東峪河和觀音河影響區(qū)域新打機(jī)井6眼，將19眼機(jī)井就近串聯(lián)，同時(shí)新建與修復(fù)調(diào)節(jié)池6個(gè)，形成近期的水源，布設(shè)供水管網(wǎng)，統(tǒng)一調(diào)度，合理安排，高效利用，可基本滿足近期灌溉用水。

1 技術(shù)選型

1.1 主管道工程設(shè)計(jì)

目前，用于輸水的管道主要有鋼管、球墨鑄鐵管、UPVC管、HDPE管和夾砂玻璃鋼管，經(jīng)過(guò)比較論證，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高差超過(guò)80 m，主管路由南向北布置在高程較高地段，支管路也布置在每個(gè)地塊的高處，以保證園區(qū)自流灌溉方式。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況，主管道上共留有18個(gè)出水口。管材選擇應(yīng)考慮各方面因素，在主管道前段的復(fù)雜地段和管徑比較大的地段選用鋼管，在末端的平原地區(qū)選用UPVC管[1]。

1.2 灌溉方式選取

噴灌就是采用射程較大的噴頭進(jìn)行噴灑灌溉。噴頭的選擇由于考慮到項(xiàng)目區(qū)風(fēng)速較大，果樹(shù)需要的噴灌強(qiáng)度又不大，故選用阻尼防風(fēng)旋轉(zhuǎn)噴頭。在果園中安裝噴灌，除具有灌溉效果外，還可以避免“倒春寒”和晚霜帶來(lái)的侵害。

滴灌就是采用滴灌管進(jìn)行灌溉。該園區(qū)中滴灌主要用于葡萄灌溉，在每行葡萄下面布設(shè)2條滴灌管，根據(jù)葡萄樹(shù)的大小決定滴灌管的布置位置。按照葡萄毛細(xì)根的分布來(lái)布置滴灌管，可滿足葡萄對(duì)水、肥的需求，也可節(jié)省水、肥用量。

環(huán)繞式滴灌就是采用壓力補(bǔ)償式滴頭進(jìn)行灌溉。在每棵果樹(shù)下方布置6個(gè)出水量為4 L/h的壓力補(bǔ)償式滴頭，安裝在Φ16的PE管路上，根據(jù)樹(shù)冠大小確定PE管環(huán)繞的半徑。這種灌溉方式能夠根據(jù)果樹(shù)對(duì)水和肥料的需求，在果樹(shù)樹(shù)冠下方的毛細(xì)根處進(jìn)行灌溉，既能滿足果樹(shù)對(duì)水、肥的需求，又可節(jié)省水、肥用量。

高掛微噴就是采用小射程的微噴頭進(jìn)行灌溉。在果樹(shù)上方安裝倒掛噴頭，主要用來(lái)對(duì)果樹(shù)進(jìn)行加濕和噴灑葉面肥，同時(shí)還可以有效避免“倒春寒”和晚霜帶來(lái)的侵害。

樹(shù)下微灌就是采用小射程的微灌噴頭進(jìn)行灌溉，即在2棵樹(shù)的中間布設(shè)1個(gè)微噴頭，噴灑半徑為1 m。這種樹(shù)下微噴灌溉可以滿足果樹(shù)灌溉的需求，還可以避免土壤板結(jié)，營(yíng)造良好的田間小氣候，創(chuàng)造夜露效果，增加晝夜溫差，提高果品質(zhì)量。

涌泉灌俗稱小管出流，就是采用大流量穩(wěn)流器進(jìn)行灌溉。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的情況，為了不妨礙田間作業(yè)，將穩(wěn)流器掛在空中，用Φ4毛管將水引到果樹(shù)根系附近的地面。這樣既能滿足灌溉的需求，也不影響田間的機(jī)械作業(yè)[2-3]。

1.3 施肥裝置

文丘里施肥裝置主要用于面積較大和施肥均勻度要求較高的地方，利用進(jìn)出口處的壓差原理，將肥料吸入滴灌管道，因此，必須人為制造壓差，利用關(guān)小閥門(mén)流道制造水頭損失，以維持固定的壓差值，當(dāng)壓差值恒定時(shí)，注入的肥料（或農(nóng)藥）流量就穩(wěn)定。也可在其上安裝流量計(jì)，以便監(jiān)控注入流量。

水動(dòng)注肥泵主要用于需要精確施肥的地方。注肥器安裝在供水管道上，不用電驅(qū)動(dòng)，以水壓作動(dòng)力，設(shè)備安裝后，不需要專門(mén)看管，不管水流的流量和壓力發(fā)生什么變化，溶液的劑量總是嚴(yán)格地與進(jìn)入設(shè)備的水量成比例。

施肥機(jī)主要用于大型園區(qū)的生產(chǎn)和示范園區(qū)的展示，它可以采取串聯(lián)和并聯(lián)2種方式安裝在管路上，將溶解的肥料液注入到罐中與清水充分混合，形成穩(wěn)定、均勻的營(yíng)養(yǎng)液，通過(guò)系統(tǒng)輔助泵將營(yíng)養(yǎng)液提供給作物。施肥機(jī)可以存儲(chǔ)多個(gè)施肥程序，根據(jù)不同作物進(jìn)行不同的肥料配比，做到精確施肥；施肥機(jī)隨機(jī)還配有PC和pH檢測(cè)設(shè)備，根據(jù)不同的肥料配比，實(shí)時(shí)調(diào)整不同肥料的吸入量[4]。

1.4 自控系統(tǒng)

自控系統(tǒng)采用中央控制，由中央控制器、田間控制器、氣象站、各種傳感器和電磁閥等組成。中央控制器和田間控制器之間采用無(wú)線連接，帶有解碼器的田間控制器和電磁閥、各種傳感器之間采用有線連接；田間控制器采用太陽(yáng)能板供電。該自控系統(tǒng)既可以采用中央控制器控制，也可以采用無(wú)線電遙控器控制，還可以在田間控制器上進(jìn)行控制，同時(shí)還可以通過(guò)網(wǎng)站進(jìn)行控制。

自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器設(shè)計(jì)對(duì)于核心展示區(qū)和示范區(qū)中的首部系統(tǒng)采用離心式水砂分離器和疊片過(guò)濾器組合，以便更好地除去水中雜質(zhì)，防止灌溉系統(tǒng)堵塞。該自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，可以根據(jù)壓差和時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行反沖洗，節(jié)水性強(qiáng)，維護(hù)耗費(fèi)低，過(guò)濾性可靠，有效性強(qiáng)[5]。

2 結(jié)語(yǔ)

采用以上技術(shù)將使果樹(shù)示范區(qū)的果樹(shù)灌溉狀況得到徹底改善，擴(kuò)大了灌溉面積，縮短了灌水周期，增加了灌水次數(shù)，提高了水的利用效率和水分生產(chǎn)率，從而達(dá)到節(jié)水、節(jié)地、省工、省時(shí)與增產(chǎn)、增效的效果。根據(jù)山西省農(nóng)科院果樹(shù)研究所初步估計(jì)，每年可節(jié)約灌溉用水45萬(wàn)m3，達(dá)30%以上；節(jié)約施肥3萬(wàn)kg，高達(dá)40%～50%；每公頃地可節(jié)省用工2個(gè)工月，增產(chǎn)2 250 kg，增產(chǎn)達(dá)10%～20%。本項(xiàng)目實(shí)施后，年可節(jié)省提水用電費(fèi)21萬(wàn)元，節(jié)約肥料費(fèi)22.5萬(wàn)元，新增果品綜合生產(chǎn)能力200萬(wàn)kg。

本工程實(shí)施后，將有力地促進(jìn)當(dāng)?shù)赜盟^念的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)包括多種節(jié)水灌溉模式在內(nèi)的一系列節(jié)水技術(shù)的推廣應(yīng)用，從工程建設(shè)模式到工程管理模式等方面必將對(duì)山西省節(jié)水園區(qū)的建設(shè)起到示范作用，并將輻射帶動(dòng)周邊地區(qū)節(jié)水灌溉事業(yè)，以此推動(dòng)山西省農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉事業(yè)的發(fā)展。

本項(xiàng)目集工程建設(shè)、示范推廣、科學(xué)研究于一體，是以建設(shè)優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)為目標(biāo)，以專業(yè)科研隊(duì)伍為技術(shù)支撐，以先進(jìn)的工程節(jié)水措施、農(nóng)藝節(jié)水措施和管理節(jié)水措施相配套的綜合科技推廣項(xiàng)目。項(xiàng)目建成后，果樹(shù)園區(qū)應(yīng)成立建后管護(hù)機(jī)構(gòu)，建立健全各項(xiàng)運(yùn)行管護(hù)規(guī)章制度，明確管理人員的崗位責(zé)任制，認(rèn)真落實(shí)水表管理維護(hù)和計(jì)量收費(fèi)制度，定期對(duì)管理職工和技術(shù)人員進(jìn)行節(jié)水灌溉、農(nóng)藝栽培、水肥耦合、管理節(jié)水等方面的技術(shù)培訓(xùn)與指導(dǎo)，開(kāi)展多種形式的節(jié)水宣傳，提高全民節(jié)水意識(shí)，全面提高水分及養(yǎng)分利用效率，充分發(fā)揮工程效益。

［1］安源.農(nóng)田管道灌溉技術(shù)介紹及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012（3）：81-82.

［2］王偉，王美娥.當(dāng)前節(jié)水灌溉形式及主要技術(shù)措施[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，15（2）：74-76.

［3］司徒立友，景卓琳，夏亦芹，等.薄露灌溉技術(shù)的試驗(yàn)示范推廣作用[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2005（7）：382-383.

［4］鄭維平.海原縣不同生態(tài)類型區(qū)作物施肥技術(shù)方案[J].寧夏農(nóng)林科技，2012（4）：12-13，22.

［5］葛蕓萍，崔秋云.灌溉自動(dòng)控制在節(jié)水工程中的應(yīng)用[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，24（1）：10-12.