设施温棚节水灌溉技术

第三节　设施温棚节水灌溉技术

一、设施高效节水灌溉技术的基本要求

保证设施内植物实现定额灌水。

田间水的有效利用系数高，一般滴灌不应低于0.90，微喷灌不应低于0.85。

保证设施内植物获得优质、高效、高产和稳产。

设施灌水劳动生产率高，灌水所用工日少。

设施灌水方法、灌水技术应简单经济、易于实施，便于推广。

设施内灌溉系统及装置应投资小，管理运行费用低。

二、设施内灌溉技术的选择

目前设施内主要采用两类先进的灌溉技术，即滴灌技术和微喷灌技术。通常将滴灌技术与微喷灌技术合称为微灌技术。滴头和微喷头统称为灌水器。

滴灌技术，是指将一定低压的灌溉水，通过低压输、配水管道，输送到设施内最末级管道以及安装在其上的滴头，以较小的流量一滴滴均匀而准确地滴入作物根区附近的土壤表面或作物根系所在的土壤层中的灌水方法、灌水技术。滴灌技术属局部灌溉法。

微喷灌技术，是用微小的喷头，借助于输、配水管道输送到设施内最末级管道以及其上安装的微喷头，将压力水均匀而准确地喷洒在每株植物的枝叶上或植物根系周围的土壤表面上的灌水方法、灌水技术。微喷灌技术可以进行局部灌概，也可以进行全面灌概。

设施内灌溉技术的选择一般取决于设施内种植的植物种类。对于蔬菜应采用滴灌技术。对于花卉、苗木、无土栽培植物和观赏植物通常均可采用微喷灌技术。

三、微灌类型

按水流出流方式不同，微灌可分为以下四种类型。

图17　微灌类型

（a）滴灌；（b）微喷灌；（c）地面下滴灌；（d）涌泉灌

l-毛管：2-滴头；3-微喷头；4-涌水器

（一）地面上滴灌

是通过布置在设施内地面上的毛管以及其上安装的滴头，或滴灌带、滴灌管等灌水器，使水流成水滴状滴入作物根区土壤内的灌水形式。该类型微灌是设施内蔬菜采用最多和最优的现代化灌水技术。

（二）地面下滴灌

是将全部滴灌管道以及其上安装的滴头，或开有多孔的徽细塑料管，埋设于设施内地表下面的灌水形式。该类型微灌，设施内不便采用。

（三）微喷灌

按喷洒方向不同可分为以下三种类型。

1.悬吊式向下喷洒微喷灌　是将毛管及其上安装的微喷头悬吊于设施内屋架上，由微喷头向下喷洒的灌水形式。该类型微喷灌多用于设施内灌溉苗木、花卉和无土栽培中的植物。微喷头的悬吊高度主要取决于设施内种植的植物种类以及微喷头的喷灌强度，一般应距地面约1.0～1.5米。

2.插杆式向上喷洒微喷灌　微喷头安装在可以插入地下的竖杆上，并用微管与布置在设施内地面下的输水毛管相连接，由输水毛管供水，安装在插杆上的微喷头向上喷洒的灌水形式。该类型微喷灌主要用于喷洒花卉和苗圃等设施内植物。

3.多孔管道微喷灌　是在毛管上钻出单排、双排或多排小孔，依设计灌水要求，可以向上、向下或向各个方向进行喷洒的灌水形式。这是一种简易型的微喷灌，一般应将多孔管道铺设于设施内植物行间地面上，而不宜埋设于地面下。

（四）涌泉灌溉

是通过安装在毛管上的涌水器而形成的小股水流，以涌泉方式使灌溉水进入土壤的灌水形式。它主要适宜于需要灌水坑暂时储水的果园和植树造林灌溉，设施内不宜采用。

四、微灌系统及其组成

微灌系统通常由水源，首部枢纽，输配水管道和灌水器等四部分组成。如图18所示。

（一）水源

河、湖、渠、塘、井、泉等均可作为微灌的水源，但水源水质必须符合微灌对灌溉水质的要求；而且，无论何种水源都必须通过过滤装置过滤，方可进行灌溉。

图18　微灌系统示意图

l-水泵；2-供水管；3-蓄水池；4-逆止阀；5-压力表；

6-施肥罐；7-过滤器；8-排污管；9-阀门；10-水表；

11-干管；12-支管；13-毛管；14-灌水器；15-冲洗阀门

（二）首部枢纽

通常由水泵及动力机、控制阀门、过滤装置、施肥装置、测量和保护设备等组成。首部枢纽一般均布置在微灌系统的首部。其中过滤装置和施肥装置以及控制阀门等时可安装在干、支管进入每间设施或各组设施群的首部。

（三）输配水管网

一般分干、支、毛三级管道。干、支管道常埋在地下，可采用UPVC管或PE管。毛管在设施内，可铺设于地面上，也可埋入地面下，视需要和具体情况确定。毛管必须采用PE管，内径一般为10～16毫米。

（四）灌水器

有滴头、微喷头、涌水器、滴灌带、滴灌管和多孔管道等多种形式。设施内使用的灌水器一般均放置在地表或悬吊于设施屋架上。灌水器依水流的出流形式不同，有滴水式，漫射式，喷水式或涌泉式等多种类型。

五、微灌系统的分类及其选用

依毛管在设施内田间的布置形式，各组成部分的移动情况以及灌水方式的不同，微灌系统一般可划分为以下五类。

（一）地面固定式微灌系统

毛管和灌水器等均布置在地面上或悬吊于设施屋架上，在灌水期间所有部件都不移动的微灌系统。这种微灌系统主要用于设施内微喷灌植物。

（二）地下固定式微灌系统

将毛管和灌水器（主要是滴头）等全部埋入地下的微灌系统。该类微灌系统在设施内不宜采用。

（三）半固定式微灌系统

将毛管埋入地下固定不动，而其上安装伸出地面的微管和灌水器（主要是微喷头）等装置则是可以移动的微灌系统。该类微灌系统常用于设施内灌溉花卉、苗木等植物。

（四）移动式微灌系统

在灌水期间，毛管和灌水器或滴灌带、滴灌管、多孔管等在一个位置灌水结束后，再移动到另一个位置灌水的系统。设施内通常都选用这种系统灌溉蔬菜、苗圃、果木和无土栽培植物。

（五）间歇式微灌系统

又称脉冲式微灌系统，其工作方式是每隔一定时间灌水器出水一次，灌水器流量一般比普通灌水器流量要大4倍～10倍。这种系统目前在设施内尚很少选用。

六、微灌技术特点

（一）微灌技术优点

1.省水　灌溉水有效利用率高，一般比地面灌溉省水30%～50%，比喷灌省水15%～25%。滴灌比其他微灌更省水，是现有灌水方式中最省水的一种灌水技术。

2.节能　微灌灌水器在低压条件下运行，一般工作压力为30千帕～150千帕；比喷灌工作压力低。

3.省肥　较沟灌平均省肥40%左右。

4.适应性强　可适应于设施内不同土壤、不同植物和不同种植条件。

5.灌水均匀度高　一般可达80%～90%。

6.增产幅度大，品质好，效益高　比其他灌水方法可增产30%左右。

7.在一定条件下可利用咸水滴灌　但灌溉水含盐量不宜高于4克/升。微喷灌和涌泉灌等微灌类型不允许采用咸水灌溉设施内植物。

8.节省劳动力　减轻设施内灌水劳动强度。

（二）微灌技术缺点

1.灌水器孔径小，一般滴头孔径很小，只有0.3～1.5毫米，微喷头孔径也只有0.8～2.0毫米，很容易被灌溉水中杂质堵塞。

2.微灌会使根系向湿润区生长，从而使根系的发展受到限制。

3.微灌工程一次性投资较高。

4.滴灌只湿润局部土壤，对调节设施内小气候作用不明显。微喷灌可以调节设施内小气候，但对深层土壤往往湿润不足。

七、灌水器的类型及其选择

（一）对灌水器的基本要求

1.灌水器要求的工作压力低，一般为30千帕～150千帕（3～15米工作水头）。出水流量小。对于滴头，滴孔出水应呈滴水状，流量一般约为每小时2.0～50升，常用的滴头出流量大约在每小时5.0升左右。对于微喷头，应依栽种植物类别，要求雾化指标适当，出流量一般小于每小时200升。

2.出水均匀而稳定。

3.抗堵塞、抗老化性能好。

4.制造精度高。

5.结构简单，便于装卸。

6.坚固耐用，价格低廉。

（二）设施内常用灌水器的种类

1.滴头　目前设施内常用以下几种滴头形式。

（1）管式滴头：即管间式滴头，滴头流量一般为每小时2～12升。

（2）孔口式滴头：孔口直径一般较小，约0.5～1.0毫米；工作压力较低，一般在50千帕以下，流量通常在每小时15升以上。

（3）双腔毛管：又称双壁管或滴灌带。其内腔工作水头一般为5～10米，外腔工作水头只有5米。

（4）膜片式多孔毛管：目前使用的膜片式多孔毛管的孔口直径有0.7毫米、0.8毫米和0.9毫米三种规格，最大孔径可达1.2毫米。

（5）内镶滴头式滴灌管：有压力补偿式和无压力补偿式两种类型。

（6）微管滴头：又称发丝滴头。微管直径一般为0.8～1.5毫米，使用时将微管插入毛管。安装插入毛管的方式有散放式和缠绕式两种。

2.微喷头　设施内常用的微喷头主要有折射式微喷头和射流旋转式微喷头两种形式。摇臂旋转式小喷头也常在设施内安装使用。

（三）灌水器的选择

适用于设施内使用的灌水器种类和形式很多，使用时可按以下要求选择：设施的规模尺寸和结构形式，设施内植物的种类、品种以及其对设施环境状况和土壤水分状况的要求，设施内植物种植状况和栽培技术要求，符合灌水器的基本要求。

八、过滤装置和施肥装置

（一）过滤装置

过滤装置又称过滤器，主要有旋转式水砂分离器（又称离心式过滤器）、砂石过滤器和滤网过滤器三种类型。设施农业中，在首部枢纽处多采用容积较大的水砂分离器和砂石过滤器。若灌溉水中有机杂质、藻类等含量不过高时也可采用滤网式过滤器。

（二）施肥装置

施肥装置，主要有压差式施肥罐、开敞式肥料桶、文丘里注入器以及各种注入泵等装置。设施农业中常采用封闭式差压施肥罐装置。施肥罐容积依微灌面积及单位面积施肥量，化肥溶液浓度等因素确定。

九、设施内微灌田间布置形式

设施内毛管和灌水器的田间布置形式应取决于植物的种类、生育阶段和所选用的灌水器类型。

滴灌毛管与滴头的布置有如下四种形式。

（一）单行毛管直线布置

毛管顺植物行方向布置，一行植物布置一条毛管，滴头安装在毛管上，主要适用于窄行密植植物，如蔬菜和幼树等，见图19（a）。

（二）单行毛管带环状管布置

成龄果树滴灌可沿一行树布置一条输水毛管，然后再围绕每棵树布置一根环状灌水管，并在其上安装4～6个单出水口滴头。这种布置灌水均匀度高，但增加了环状管，使毛管总长度增加。见图19（b）。

（三）双行毛管平行布置

当滴灌高大植物或蔬菜时，可采用该种布置形式。如滴灌果树或蔬菜可沿树或蔬菜两物侧布置两条毛管，每株树或蔬菜的两侧各安装2～6个滴头。见图19（c）

（四）单行毛管带微管布置

当使用微管滴灌果树或蔬菜时，每一行树或蔬菜布置一条毛管，再用一段分水管与毛管连接，在分水管上安装4～6条微管，这种布置减少了毛管用量，微管价低，故可相应降低投资。见图19（d）。

图19　毛管与滴头布置形式

（a）单行毛管直线布置；（b）单行毛管带环状管布；

（c）双行毛管平行布置；（d）单行毛智带微管布置

1-灌水器；2-绕树环状管；3-毛管；4-果树或植物

十、微灌灌水技术灌水量和灌水周期的确定

（一）微灌一次灌水量可由下式计算

m=0.1（β_田-β₀）HP

式中：m为灌水定额，毫米；

β_田、β₀分别为土壤田间持水量和灌前土壤含水率（即植物允许的土壤含水率下限），均以干土重%计；

H为土壤计划湿润层深度，米；对于蔬菜一般取0.2～0.4米；

P为微灌土壤湿润比%，是指微灌湿润计划层内的土壤体积占灌溉计划湿润层总土壤体积的百分比，常以地面以下20～30厘米处的湿润面积占总灌水面积的百分比表示。影响因素较多，如毛管的布置形式，微喷头的类型和布置及其流量，土壤和植物的种类等。对于蔬菜，一般取P=70%～90%，葡萄和瓜类采用P=30%～35%。

（二）灌水时间间隔的确定

两次灌水之间的时间间隔又称灌水周期，取决于植物、水源和管理状况，一般设施内植物大约为2天左右。灌水周期可用下式计算：T=m/E

式中：T为灌水周期，天；

E为微灌植物需水量（又称需水强度），毫米/天。

一次灌水延续时间可用下式计算：

t=mS₀S_r/ηq

式中：t为一次灌水延续时间，小时；

S₀为灌水器间距，米；

S_r为毛管间距，米；

q为为灌水器流量，升/小时；

η为微灌水有效利用系数，一般取0.9～0.95；

十一、设施温棚蔬菜灌水技术需注意的几个问题

温棚蔬菜的水分管理，既要看天，又要看地，还要看时间，不能简单地遇旱就浇水，需注意以下几点。

（一）注意掌握灌水水量

温棚蔬菜水分严重不足时会导致植株萎蔫和叶片焦枯，水分过多时会因土壤缺氧易引起根系窒息腐烂，地上部分茎叶发黄甚至死亡。冬季温棚灌水温度低，放风量小，水分消耗少，因此需小水勤灌。浇水量必须要与作物耗水和土壤蒸发量以及作物根系能忍耐的程度相一致，既不能灌水过量也不能缺水。在严寒季节，棚内气温和地温都比较低时，浇水量要小，间隔时间要长。

（二）注意把握灌水时间

温棚蔬菜浇水，要注意选择晴暖天气，一天之中，以上午10～11时为好，不宜选择在中午，以免高温浇水影响根系的生理机能。清晨和傍晚都不要浇水。否则会造成棚内湿度过大，易引发病害。晴天多浇，阴天少浇或不浇，雨（雪）天气停浇。一般情况下天气由晴转阴时，浇水量要逐渐减少，间隔期适当拉长；天气由阴转晴时，浇水量要由小到大，间隔期由长变短。

（三）注意控制灌水水温

水源尽量选择井水，水温20℃左右。最好不低于2℃～3℃，切忌直接使用河水、水库水和池塘中的冷水灌溉。冬季蔬菜定值宜用20℃～30℃的温水。

（四）注意不同部位的浇水量

温棚内各部位温度相差较大时，浇水量要有所区别。温棚南部及靠近火炉烟道等热源的地方，浇水量大些。温棚东西两侧及北部温度较低，日照时间短，浇水量小些。

（五）注意选择灌水技术

微灌可有效地控制棚内空气湿度，减轻病虫害发生，保持有效的光热资源；微灌还能有效地控制水量，减少土壤深层渗漏和肥料流失，改善土壤结构和通气性，促进作物生长发育。因此温棚蔬菜宜用微灌。

（六）注意加强灌后管理

灌水当天，为了尽快地使地温恢复，一般要封闭温棚以迅速提高室内温度。待地温提升后，对于喜欢空气干燥的作物应及时放风排湿，使温度降低到适宜的范围。苗期浇水后为增温保墒，应进行多次中耕，苗子长大后中耕易伤根，一般不再中耕。