水肥一體化技術(shù)應(yīng)用中滴灌灌水器流量選擇設(shè)計(jì)

滴灌是一種最節(jié)水的灌水技術(shù)，高頻度的灌溉、緩慢的施加少量的水作用于作物的根部，使作物始終處于較優(yōu)的水分條件下，而避免了其他灌水方式產(chǎn)生的周期性水分過多和水分虧缺的情況，并能有效地減少深層滲漏。滴灌水分通過滴頭直接灌入作物根部附近的土壤，在作物根區(qū)形成一個(gè)橢球形或球形濕潤體。由于滴灌隨水施肥的特點(diǎn)，養(yǎng)分也集中分布在由滴水形成的濕潤體內(nèi)，在土深50 cm 以下養(yǎng)分含量顯著降低。

一、灌水器類型

灌水器是滴灌系統(tǒng)中的重要設(shè)備元件，它保證實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴灌水，滴頭好壞直接影響灌溉質(zhì)量，需要的數(shù)量相當(dāng)多，國內(nèi)外灌水器的種類繁多。根據(jù)灌水器的結(jié)構(gòu)與出流形式，灌水器通常分為滴頭和滴灌管(帶）兩大類。

（一）滴頭：通過流道或孔口將毛管中的壓力水流變成滴狀或細(xì)流狀的裝置稱為滴頭。滴頭分類方式很多，一般有以下三類：

（1）按滴頭與毛管的連接方式：①管上式滴頭（豎裝）：結(jié)構(gòu)與管間滴頭基本相同，只是另一端封閉，螺紋芯子可擰出擰入，以便沖洗或調(diào)節(jié)流量。螺紋長的，流量為7.5 L/h；螺紋短的，流量可達(dá)9.5 L/h。②管間式滴頭（臥裝）：我國制造的管間滴頭，其流道寬度為0.75~0.9 mm，長度為50~60 cm，在1大氣壓下，額定出水流量為2-3 L/h。③內(nèi)鑲式滴頭（螺旋形滴頭）：這種滴頭由直徑為1 mm的聚丙烯小管卷成螺旋形，又稱為發(fā)絲滴頭，其工作壓力為0.7 kg/cm2，流量為0.9~9 L/h，改變螺旋圈數(shù)，可調(diào)節(jié)流量。

（2）按滴頭流態(tài)分類：①紊流式滴頭和②層流式滴頭（多孔毛管、雙腔管、微管）。

（3）按水力補(bǔ)償性能，滴頭又可分為非壓力補(bǔ)償?shù)晤^與壓力補(bǔ)償型滴頭兩種。壓力補(bǔ)償型滴頭是利用水流壓力對滴頭內(nèi)彈性體的作用，使流道(或孔口）形狀改變或過水?dāng)嗝婷娣e發(fā)生變化；即當(dāng)壓力減小時(shí)，增大過水?dāng)嗝婷娣e，壓力增大時(shí)，減小過水?dāng)嗝婷娣e，從而使滴頭流量自動保持在一個(gè)變化幅度很小的范圍內(nèi)。非壓力補(bǔ)償?shù)晤^是利用滴頭內(nèi)的固定水流流道消能，其流量隨壓力的升高而增大。非壓力補(bǔ)償?shù)晤^按其消能原理又可分為以下幾種。① 長流道滴頭：長流道型滴頭是靠水流與流道壁之間的磨擦阻力消能來調(diào)節(jié)流量大小的。如塑料微管滴頭、螺紋滴頭和迷宮滴頭等。②孔口式滴頭：在輸水管上打孔進(jìn)行灌溉是利用小的出水孔控制出水量，達(dá)到局部灌溉的目的?？卓谛偷晤^的另一種形式是渦流型滴頭。③可調(diào)型滴頭：可調(diào)型滴頭通常帶有便于人工操作的手柄或螺桿以改變孔口尺寸，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的

（二）滴灌管(帶）：將滴頭與毛管制造成一個(gè)整體，兼具配水和滴水功能的管(帶）稱為滴灌管(帶）。滴灌管(帶）的直徑在8~40 mm之間，使用最多的是16 mm和20 mm兩種，滴灌管厚度為0.15~2 mm，l mm以下的使用量最大。滴灌管(帶）根據(jù)其所用灌水器類型也有非壓力補(bǔ)償式滴灌管(帶）與壓力補(bǔ)償式滴灌管(帶）兩種。目前國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的滴灌管(帶）主要有內(nèi)鑲式迷宮滴灌管和薄壁滴灌帶。

（1）內(nèi)鑲式迷宮滴灌管：在毛管制造過程中，將預(yù)先制造好的滴頭鑲嵌在毛管內(nèi)的滴灌管稱為內(nèi)鑲式滴灌管，內(nèi)鑲滴頭有兩種，一種是片式；另一種是管式。

（2）邊鋒式滴管帶，是一種厚0.1~0.6mm的薄壁塑料帶，充水時(shí)脹滿管形，泄水時(shí)為帶狀，運(yùn)輸、儲藏都十分方便。

二、灌水器流量選擇的依據(jù)：在眾多滴灌設(shè)計(jì)參數(shù)中，滴頭流量無疑是滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的因素，它不僅直接決定著滴灌系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，而且對水肥一體化中養(yǎng)分分布特征和作物的灌水效果也有直接的影響。

相同質(zhì)地的土壤，灌水量相同時(shí)，垂直方向濕潤距離隨著滴頭流量的增加而減小，而水平方向濕潤距離則隨之增加；滴頭流量不僅會影響地表徑流問題，也會影響濕潤面積，在灌水量一定的情況下，濕潤面積的大小又會影響到濕潤深度。

在點(diǎn)源滴灌上，隨著滴頭流量的增大，濕潤鋒水平運(yùn)移速度增大，垂直入滲速度也增大，但是增大的速度比水平增大的速度?。辉诠嗨恳欢ǖ那闆r下，即便是同一流量，在不同土壤上濕潤鋒的變化形式也是不一樣的；一般壤土上濕潤鋒形狀為半橢球形，而在沙土上一般是柱狀的。

滴頭流量和間距與點(diǎn)源濕潤區(qū)之間土壤吸力有關(guān)；在沙土上滴頭間距應(yīng)減小或者加大滴頭流量。大田滴灌的滴頭間距一般較小，使滴頭下方的濕潤區(qū)相連，形成一條沿著滴灌帶方向的濕潤帶，即線源滴灌。它與點(diǎn)源滴灌不同，點(diǎn)源滴灌形成的土壤濕潤鋒之間不相連、不相互影響，所以不存在土壤濕潤均勻度問題。但是在線源條件下，相鄰滴頭所形成的濕潤鋒存在交匯問題，土壤濕潤區(qū)的相互連接形成了濕潤帶的均勻度問題。

三、灌水器設(shè)計(jì)大致分為4個(gè)步驟：（1）根據(jù)地形與土壤條件大致挑選最能滿足濕潤區(qū)所需灌水器的大致類型；（2）挑選能滿足所需要的流量、間距和其他規(guī)劃考慮因素的具體灌水器；（3）確定所需的灌水器的平均流量和壓力水頭；（4）確定要達(dá)到理想灌水均勻度時(shí)灌溉單元小區(qū)的容許壓力水頭變化。

四、灌水器流量選擇的核心依據(jù)：

（1）土壤質(zhì)地挑選最能滿足濕潤區(qū)所需灌水器的大致流量。不同的土壤質(zhì)地與氣候條件應(yīng)選擇不同的滴頭流量。地表濕潤圈的大小直接影響到蒸發(fā)量的大小。滴頭流量越大，地表的濕潤半徑越大，蒸發(fā)損失也越大。滴頭流量的大小直接影響土壤水分在水平和垂直方向的動態(tài)。土壤質(zhì)地越細(xì)地下滴灌滴頭流量就越?。煌寥蕾|(zhì)地越粗，流量越大。

（2）作物根系分布區(qū)選擇濕潤鋒控制范圍和滴頭流量。根系是作物獲得養(yǎng)分和水分的重要營養(yǎng)器官，根系生長發(fā)育的狀況直接影響著植株地上部的產(chǎn)量和品質(zhì)。滴灌是指按照作物需水要求，通過低壓管道系統(tǒng)與安裝在毛管上的灌水器，將水和作物需要的養(yǎng)分一滴一滴、均勻而又緩慢的滴入作物根區(qū)土壤中的灌水方法。因此，根系分布的水平范圍大，垂直范圍小，如小麥等，可以選擇大流量滴灌帶；反之，水平范圍小，垂直范圍大，可以考慮大流量滴灌帶。

（3）根據(jù)作物需水規(guī)律調(diào)整灌水器流量。作物需水量是指作物在適宜的外界環(huán)境條件下（包括對土壤水分、養(yǎng)分充分供應(yīng)）正常生長發(fā)育達(dá)到或接近達(dá)到該作物品種的最高產(chǎn)量水平所消耗的水量。影響田間作物需水量的主要因素有：氣象條件、作物種類、土壤性質(zhì)和農(nóng)業(yè)措施等。氣溫高，空氣干燥，風(fēng)速大，作物需水量就大；生長期長、葉面積大、生長速度快、根系發(fā)達(dá)以及蛋白質(zhì)或油脂含量高的作物需水量就大。因此，需水量較大的作物，灌水器流量，適當(dāng)調(diào)整。

（4）根據(jù)灌溉目的最終確定灌水器流量。我國地域廣大，氣候多樣，不同區(qū)域進(jìn)行水肥一體化的目標(biāo)和意義不同，西北干旱區(qū)域，尤其新疆灌溉是第一位的，因此水肥一體化就是因節(jié)水發(fā)展的水肥一體化，因此流量選擇就按照根區(qū)和土壤選擇既可；東南的林果，尤其是山地林果園，也是因?yàn)楣喔群褪┓?，但是那里是水分補(bǔ)充，因此，壓力補(bǔ)償和灌溉均勻度就是選擇的核心；東北屬于施肥為核心的補(bǔ)充灌溉，這個(gè)就要結(jié)合出苗水的濕潤鋒分布特征和生育中后期的灌溉施肥目的的流量選擇，建議壓力補(bǔ)償，中小流量為主。

總之，為了更好的將作物根系分布與水肥一體化技術(shù)融合，筆者歸納為八句話：挖挖根拍照片，看看水咋回事。再看根怎么長，定飯量做食譜?？室豢署I一餓，少喝點(diǎn)別喝多。怎么吃更營養(yǎng)，回頭看改一改。這八句話中，第一句講的是水肥一體化技術(shù)應(yīng)用中我們需要根據(jù)實(shí)際情況（作物類型、土壤質(zhì)地等）看清楚作物根系在土壤中的分布范圍；第二句講的是根據(jù)土壤質(zhì)量情況，滴灌帶流量等情況掌握不同時(shí)間土壤中水分運(yùn)移規(guī)律；第三句講水分對根系生長的影響，掌握滴灌水肥一體化后根系的具體分布特征；第四句講的是根據(jù)作物類型、區(qū)域氣候特征、土壤質(zhì)地等因素，綜合考慮確定灌溉制度和施肥制度；第五句講的是作物生育前期的水肥控制，通過適當(dāng)?shù)目厮胤蚀胧┐龠M(jìn)根系下扎，形成合理的根系分布區(qū)；第六句講的是水肥一體化的灌溉施肥原則，即少量多次的原則；第七八句講根系水肥根三者耦合，再調(diào)整的意義。