重力滴灌系统在京郊果园应用的必要性和可行性分析（许正锋）

摘要：以北京市水资源和京郊果业现状及未来发展趋势为墓础, 结合常规滴灌灌溉果园存在的问题和重力滴灌的特点, 全面阐述了重力滴灌系统在京郊果园应用的必要性。从重力滴灌系统的组成, 各组成部件国产化的可行性, 利用国产化重力滴灌系统灌溉果园的经济合理性以及这种灌溉方式对果品最终产童与品质的影响等方面, 论述了重力滴灌系统在京郊果园应用的可行性。

关健词：重力滴灌系统 果园 必要性 可行性

1 重力滴灌在京郊果园推广应用的必要性

果业是农业生产中的一个重要组成部分, 是农村经济的一个重要来源。因地制宜地发展果业生产, 对于调整农业结构, 丰富市场, 改善食品结构, 满足生活需要, 提高农民收入有重要意义。1995年, 北京郊区有耕地40.23万hm2, 果品种植面积达5.87万hm2, 产量为45.24万t, 平均每公顷7.71t, 1999年底, 果品种植面积达6.4万hm2,产量为56.43万t, 平均每公顷8.81t。果树种植面积扩大的主要原因是：① 果树自身的经济效益高于其他许多农副产品。山西省有关资料报道, 旱地苹果经济效益至少5倍于棉花, 10倍于小麦。而且发展苹果业能促进贮藏业、运输业以及乡镇企业的发展, 能够大幅度加快聚集社会财力的速度, 改善农业生产条件, 优化农村产业结构等。② 果树较其他农作物具有一定的抗旱能力, 更易于节水技术的应用。③ 城郊果树属城市绿地范畴, 具有防风固沙, 调节城市小气候和改善城市生态环境的功能。虽然北京郊区果业的发展很快, 但与一些发达国家相比还有很大的差距。如美国1991年主要水果总收获面积为141.84万hm2, 总产量为2468.6万t, 平均每公顷17.4t, 约为京郊平均产量的2倍, 是中国的4.8倍, 总产值达97.52亿美元, 约为中国总产值的6倍。

北京是一个拥有1000多万人口的大城市, 人均水资源占有量不足300m3, 是全国人均的1/8, 世界人的1/30, 在世界120多个国家首都中居百位之后。目前北京农业灌概用水被工业和生活用水挤占, 按可供灌溉的水量和需要灌概的粮田、菜地、果园等面积计算, 亩均水量不足250m3, 只有全国平均水平的41%。水资源短缺已成为京郊果业生产规模扩大和平均亩产量与品质提高的重要制约因素之一。解决这一问题的途径有2个：① 增加果园的灌溉水量；② 提高水的有效利用率,用同样量的水增加更多的产出。随着北京市工业的迅猛发展和人口的不断增加, 各行业的需水量只会增加不会减少,因此增加果业的用水分配份额比较困难, 几乎不可能实现。可见, 从总的水资源形势来说, 北京果业增产所需水量的缺口, 在很大程度上要依靠提高水的利用效率来解决。果树水利用效率的提高要依靠果树由传统灌溉向现代节水灌溉的切实转变, 发展节水、优质、高产型果业。

灌概果园的现代节水灌溉技术有：喷灌技术、微喷灌、渗灌、小管出流灌、滴灌等。毫无疑问, 滴灌是最为节水的一种灌水技术, 但它在全国总灌溉面积中所占比例不大,只有在像以色列那样水资源相当匮乏而经济富有的国家才得以大面积利用, 尤其在一些发展中国家, 滴灌所占比例更小。就其原因, 主要有2点：① 滴灌系统投资、维修、运行费用太高。特别是当灌溉面积较小时, 由于供水设备及维护系统正常运行的费用并不随着灌概面积的减少而成比例地下降, 造成系统单位面积的投资比灌溉面积较大时更高, 使人望而怯步。② 滴灌系统过于复杂、专业化, 大多数农民根本无法使用。因此降低滴灌系统的造价和运行费用, 使滴灌技术更容易被农民接受, 一直是滴灌工作奋斗的目标。低能耗是滴灌发展的趋势。低能耗意味着系统运行费用的降低, 更有利于其推广和被农民接受。重力既然可以为开敞的渠道提供驱动力, 自然也可以为封闭的管道系统提供水运动的驱动力。鉴于这种思路, 1985年以色列人就提出了重力滴灌的想法, 并随以色列的自流式滴灌系统的生产成功而得以实现。该灌概系统的灌水器为长流道的迷宫式, 流量为0.2L/h, 灌水器紧固在“毛管”（4mm）上, 系统的工作水头可以降低到0.5m。重力滴灌与一般滴灌系统相比, 同等的流量可灌溉10倍于常规滴灌条件下的面积, 大大节省了肥料与水源。它具有特殊的重力过滤器,因此对水源没有特殊要求, 井水、河水、原有的水池、水坑、塑料桶、铅皮桶及溶解多元素化肥的水源均可。它不需要依靠动能运转, 不用配备昂贵的压力系统, 便能将毛细水流均匀地输送到主水管的任何一端, 一般约2-3min便能将水源输送到40m外的田间, 大大降低了系统的运行和维修费用, 方便了普通农户的使用。

另外, 重力滴灌也是一种非常节水的灌溉方式, 在灌概系统的水利用效率方面, 并不比常规滴灌逊色。重力滴灌的节水潜力如表1所示。

由表1可以看出, 重力滴灌在管理较好的情况下, 可较传统地面灌节水85%, 比微喷节水10%。

2 重力滴灌系统的组成

重力滴灌系统一般由水源、首部控制塔、系统管网等几部分组成, 与常规滴灌系统基本相似, 但不需要泵站和施肥器。系统简图见图1。

3 重力滴灌系统国产化的可行性

自1974年由墨西哥政府赠送我国3套滴灌设备开始引进滴灌技术以来, 滴灌技术在我国已有26年的发展历程。这些年来, 在全国水利、轻工、农机、农业等主管部门和科研单位、大专院校及各地有关部门的紧密合作和共同努力下, 滴灌技术在设备的研制生产和科学试验等方面都取得了突破性进展, 形成了灌水器、管材与管件、净化过滤设备、施肥设备、控制阀及安全阀等配套齐全、品种规格多样的微灌设备系列产品, 为重力滴灌系统的国产化莫定了坚实的基础。

（1）灌水器产品已初步形成了系列化。由第一代单一的管式滴头发展到微管滴头（含低压大流量滴头）系列、可调式滴头、孔口滴头、补偿式滴头等；由人工在毛管间串接管式滴头和毛管上安装旁插式滴头拓展到微灌管带系列产品——双腔滴灌带、内镶式迷宫滴灌管、微孔渗灌管、双上孔滴灌带、双腔滴灌带、内镶式滴灌带等。

（2）管材与管件的材质及配方和工艺制造得以很大改进和提高, 品种规格大幅度增加。管材的材质由单一的LDPE发展到PP和PVC等多种。管材的规格由第一代的10种管径, 发展为从φ4-100mm等13种管径与20多种规格的产品。管径由单一的内径发展到内径和外径2种。管件结构和连接方式也有了很大的改进和扩展, 由单一的内承插式管件增加了外承插式管件和法兰等连接方式。管件的材质由单一的HDPE发展到PVC和ABS工程塑料等多种。管件品种规格由第一代的60多种发展到400多种。

（3）净化过滤设备种类和品种规格取得了较大的进展。由第一代的立式铜筛网钢体过滤器2种规格发展到多种类型筛网式过滤器、不锈钢过滤器、自动反冲洗筛网过逮器、益片式过池器等, 由单一的筛网式过滤器发展到砂石过滤器和旋流水砂分离器系列产品。

（4）控制调节阀和安全阀基本配套。微灌专用塑料球网、专用施肥排污塑料阀的研制成功, 填补了我国没有微灌专用塑料阀的空白, 对微灌系统防止堵塞创造了条件。水阻管及水阻接头、脉冲发生器、压力流量调节器等产品的研制成功, 为微灌管网系统提高灌水均匀度、简化管网设计计算、降低造价等发挥了重要作用。各种进排气阀和调节装置为微灌系统安全运行提供了保证。

（5）施肥设备产品种类有所增加。由第一代单一的压差式钢体化肥罐, 发展到胶囊钢体化肥罐、开敞式施肥罐、文丘里施肥器、水力施肥泵等, 品种规格已达到十多种。

（6）微灌工程用自动化控制装置的研制成功和应用。微机和单板机等自动控制监测系统装置, 已在某些微灌工程中试验应用, 初步显示出微灌采用自动化管理系统的优越性和先进性。

总之, 我国微灌设备已经初步形成了设备产品和配套比较齐全、品种规格多样化的局面, 已经具备了重力滴灌系统设备选型与配套国产化的基础条件。

4 利用国产重力滴灌系统灌溉果树的经济可行性

4.1 国产化重力滴灌系统灌溉果树的投资

国产化重力滴灌系统应用于果树, 果树按行距3m, 毛管长55m, 支管长13m, 其每公顷投资见表2。

以一个控制塔控制0.2hm2果树计算, 每公顷增加首部投资1249.5元。这样, 国产化微重力滴灌系统应用于果树的总投资为5740.89元（这里不包括水源工程）。而目前常规果树滴灌系统每公顷投资在9000-10500元。

4.2 国产化微重力滴灌系统灌溉果树的年运行成本

灌水方式的年运行成本是指单位面积土地1年或1个生长季所花费的灌水成本或生产单位质量水果所花费的灌水成本, 应包括设备费、设备利息、电费、水费、日常管理费、工程维护费等。各种灌概系统的年运行成本见表3。

由表3可以看出, 虽然微喷系统与重力滴灌的使用成本相近, 均比漫灌低30%-40%, 但是重力滴灌系统能大幅度提高产量与品质, 节水效果显著。虽初始投资较大, 但总体经济效益最好, 重力滴灌的发展是很有生命力的。

上述运行成本的分析是基于现行的水费政策和水源条件下进行的。当水费增长时, 漫灌的成本将急剧增加, 使用其他灌概系统在经济上更具有优势。提水电费将在系统中占更大的比例, 则漫灌更不可取, 必然要为其他的灌水方法取代。其中重力滴灌是经济高效的方式之一。

5 微重力滴灌对果实产量与品质的影晌

图2、图3为1994-1999年6年间中国-以色列重力滴灌示范园的苹果果实产量和品质对比图。其中在1998年和1999年采用了重力滴灌系统进行灌溉。

如图2、3所示, 重力滴灌系统能明显提高产与果实品质。果实增产达35%, 果实品质提高40%。其主要是由于重力滴灌系统有供水更均匀, 能充分满足根系吸水需要,土坡通透性好, 利于根系活性的发育等特点。

6 结论

通过以上分析可知：

（1）重力滴灌系统所需压力较低, 可以不进行加压。同时重力滴灌灌水器流是较小, 与一般滴灌系统相比, 同等的流可灌溉5-10倍于常规滴灌条件下的面积, 大大节省了水源。它是一种解决京郊果园水资源严重不足, 克服常规滴灌组成复杂、运行成本较高等缺点的科学的替代灌水方式。

（2）我国微灌设备已经初步形成了设备齐全、品种规格多样化的局面, 具备了重力滴灌系统设备国产化的墓础条件。

（3）国产化重力滴灌系统应用于果树的每公顷总投资为5740.89元, 目前常规果树滴灌系统每公顷投资在9000-10500元。由于国产化重力滴灌系统一般不需要水泵, 因此系统运行中的能耗大大地降低。

（4）重力滴灌与其他滴灌方式相比, 在同等水条件下, 不仅可以增加灌溉面积, 而且还可以较大幅度提高产和作物品质。果实增产达40%, 果实品质提高43%。

参考文献

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作者简介：许正锋（1969-）, 男, 高级工程师。

来源：《北京水利》2005.2