微润灌溉方法及使用.docx
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微润灌溉方法及使用
微润灌溉
——方法与应用
深圳市微润灌溉技术有限公司
地址：
深圳市福田区上梅林中康路奥士达大厦B座3楼
电话：
5
传真：
7
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微润灌溉将半透膜技术原理引入灌溉领域，用半透膜的透水原理拟合生物半透膜的吸水过程，从而做到了灌溉系统的供水过程与植物的吸水过程在时间上同步。
在国际上，首次实现了对作物的全生命期进行连续灌溉。
地下灌溉是科学界公认的最佳灌溉方式，为能实现这种灌溉方式，中外科学家进行了近百年的奋斗，微润灌溉突破了地下灌溉的技术关键，成功地解决了系统堵塞这一国际性难题。
以地下给水方式将水分与肥料直接送入根区层，避免了径流损失、渗漏损失和蒸发损失这三种田间水分主要损失方式，使节水效果达到前所未有的程度，节水率达到70~90%，水分利用系数大幅度提高。
微润灌溉系统中不含动力设备，系统运行的驱动能量为水位能和土壤势能。
因此，系统运行时不消耗动力，且全自动化运行。
不仅可使正常的农业灌溉节省运行费用，同时也使暂无电力设施的偏远的荒漠区方便使用，为荒漠改造，生态区域建设提供了一种新的技术手段。
微润灌溉以连续灌溉为特征，在灌溉行为上区别于以往的各种灌溉方式。
如果将浇灌、喷灌、渗灌、滴灌等间歇式灌溉方式称为第一类灌溉方式，连续灌溉则可称为第二类灌溉方式。
采用第二类方式灌溉，在选取灌溉参数时，按以往第一类方式为基础所形成某些理论思考和推算方法将失去意义。
对农田实际耗水量及节水潜力的理解也将发生新的变化。
微润灌溉技术及设备已申报中国及国际发明专利。
1微润灌溉——方法及应用
微润灌溉管及润湿体...............................................................................................................1
微润管............................................................................................................................1
润湿体及润湿体体积的调控........................................................................................2
润湿体内土壤含水量....................................................................................................2
土壤水分的最佳状态及调控方法................................................................................3
微润灌溉系统.........................................................................................................................5
微润管与输水管............................................................................................................5
水源及水位控制............................................................................................................6
微润灌溉施肥...........................................................................................................................8
微润灌溉的特点.......................................................................................................................9
首次在农业生产中实现了连续灌溉............................................................................9
创造了一种极端节水的灌溉方法...............................................................................12
运行过程无动力消耗...................................................................................................12
微润灌溉技术与现有国际先进技术比较..............................................................................13
微润灌溉与滴灌比较...................................................................................................13
微润灌溉与渗灌比较...................................................................................................14
微润灌溉的应用......................................................................................................................16
普通灌溉的应用...........................................................................................................16
特殊场合的应用...........................................................................................................16
2树木专用微润灌溉系统——微型水库灌溉.............................................................................18
微型水库及灌溉系统..............................................................................................................18
微型水库及灌溉系统的应用范围..........................................................................................19
微型水库灌溉系统的特点......................................................................................................23
3应用实例.....................................................................................................................................24
微润灌溉在赤峰的应用..........................................................................................................24
微润灌溉在甘肃民勤沙漠植物造林中的应用.......................................................................27
微润灌溉在中国驻阿联酋大使馆的应用...............................................................................29
微润灌溉在阿联酋的应用........................................................................................................31
微润灌溉在沙特的应用............................................................................................................33
1微润灌溉——方法及应用
微润灌溉是用微量的水以缓慢渗透方式向土壤给水，使土壤保持湿润的一种新型地下灌溉方式。
微润灌溉的给水器有两种：
一种是管状的，称微润管（注1）；一种是袋状的，称“微型水库”。
两种产品用于不同的灌溉场合。
下面以微润管为例说明这种给水器的技术特征。
微润灌溉管及润湿体：
微润管
微润管是一种以半透膜为核心材料制成的软管状给水器，具有双层结构。
其特点是软管壁上没有固定孔距的孔，而内壁上的每一点都有数量巨大的微孔。
孔的数量为每平方厘米10万个以上，微孔的孔径为10-900纳米，孔径分布在半透膜尺度范围内，具有半透膜特性。
微润管就是充分利用半透膜特性，将膜技术引进灌溉领域而制成的一种新型给水器。
膜壁上孔的大小允许水分子通过，而不允许较大的分子团和固体颗粒通过。
当管内充满水时，水分子通过这些微孔向管壁外迁移，如果管子埋在土壤中，水分就会进一步向土壤迁移，使土壤湿润，起到灌溉作用。
由于这种管子是以不停地微量渗出的方式给水，土地是以逐渐润湿的方式受到灌溉，所以将这种给水器称为微润管。
将用微润方式灌溉的技术方法称为微润灌溉技术。
图一、润湿体剖面示意图
作物
干土层
润湿体
微润管
微润管既是输水管，又是给水器，管上的每一点都是出水点，充水后，整个管体都是湿润的，管子铺到哪里，就湿润到那里。
如果将微润灌溉管按行铺埋在农作物的垄下，垄下的土壤与微润管接触的部分先受到润湿，随时间的延长和微润灌溉管出水量的增多，水分向周边迁移，土壤的润湿层越来越厚。
最后在土壤中形成一个以微润灌溉管为轴心的，沿垄的长度方向伸展的圆柱形润湿体，如图一、图二所示：
。
注1、在产品研制初期，该产品曾使用技术方法也被称作“水缆灌溉”或“半透膜灌溉”等，由“深圳上善节水科技有限公司”推出。
现上善节水公司更名为“深圳市微润灌溉技术有限公司”，产品名称确定为“微润管”，相应的技术方法称为“微润灌溉技术”。
图二、微润灌溉示意图
润湿体及润湿体体积的调控：
润湿体的大小是可控的。
若作物的根部较小时，可控制润湿体的直径较小，以达到充分节水目的。
随作物生长，根部体积逐渐变大时，可以通过调节水位，提升出水量，使润湿体直径变大，总体积增加到足以完全包容主根层。
润湿体直径大小可通过水箱中的水位（或减压阀的压力）来调节。
当水位较低时，微润管内压力低，出水量小，形成润湿体的直径较小。
当需要增大润湿体体积时，可调升水箱中的水位或减压阀的压力值，并保持系统在高水位状态运行。
由于在高水压下微润灌溉管的出水量增加，使润湿体直径逐渐变大。
观察作物根区的润湿情况，当润湿体的体积全部包容了作物的主根层区后，停止高水位运行，将水位降至正常灌溉状态。
由于土壤的孔隙率及含水量不同，水分在土壤中的运移速度有差异，润湿体直径的扩张速度及合适体积的润湿体形成时间，需经使用者观察确定。
在刚开始安装微润灌溉系统时，管路铺设好后，需首先将水位调至最高水位，如2米，并保持在此水位高度运行3-7天。
待形成合适大小的润湿体后，再将水位降至正常灌溉状态。
其后，随作物根系的发育，根区体积的增大，可随时调升水位，使润湿体体积变大。
润湿体内土壤含水量
润湿体内的含水量随时处于动态变化状态。
A虽然在润湿体上层有一层干土，保护润湿体的水分避受蒸发损失，但少量的水分以汽化水形态穿越干土层，逸向大气，蒸发损失仍不可完全避免，蒸发损失将导致润湿体水分的减少，属水分支出因素；
B作物根系吸收润湿体水分，蒸腾作用造成润湿体水分支出；
C埋藏于润湿体中的微润管随时向润湿体释放水分，属润湿体的水分收入因素。
上述三项水分收支因素相互消长，使土壤水分处于不同状态。
当支出项大于收入项时，润湿体土壤含水量会逐渐降低，严重时润湿体体积会逐渐减小，供水量下降，作物受到干旱胁迫。
当系统长时间保持在高水压状态运行，微润管释放水量较大，使润湿体水分的收入项大于支出项，水分不断在润湿体内积累，土壤含水量不断上升，润湿体不断扩大。
在土壤含水量不断增加的过程中，土壤的含气量会逐渐减少，严重时，若土壤毛细管空隙完全被水分占据，空气被排尽，将会造成作物根部的呼吸胁迫，影响根部代谢活动，使作物遭受涝害。
如果通过调节水位，将微润管出水量控制在恰当数量，使润湿体内的水分收入与支出相当，这时，润湿体内水分处于平衡状态。
如果这个平衡点选择恰当，既可以使土壤水含量能满足作物生长的水分需求，又可以使土壤中空气含量可满足根部呼吸需求，使作物在良好的水/气状况下生长，这种状态是各种灌溉方式所追求的最佳状态。
以往的其它灌溉方式，无论浇灌、喷灌、渗灌还是滴灌，都是间歇式灌溉，在灌溉过程中间，虽然每一个灌水周期中都会出现一段最佳水/气状态，但这种状态只是每个周期中的“一段”。
间歇式灌溉的共同特点是土壤水分状态依灌溉周期和灌溉频率不断波动。
而且在每一个灌溉周期中，土壤水分也是经历三种不同状态：
a灌水初期，水多气少，作物感受到涝；
b停水以后，水分逐渐散失，水/气状态变佳；
c周期末，水分进一步减少，作物感受到不同程度的旱。
以上三段式变化在每个灌水周期重复一次。
可见，间歇式灌溉只能使最佳状态短暂的出现一段，这段时间的长短是随机的、不可控、不稳定的。
微润灌溉的一个重要技术特点是，它很容易使土壤水分处于水/气最佳状态，并且可以使这一状态长时间稳定的保持下去，使作物在全生命期内处于最佳灌溉条件下生长。
土壤水分的最佳状态及调控方法
作物主要是依靠根部从土壤中吸收水分，只要是根区内的土壤足够湿润，作物即可受到充分的灌溉。
但这并不意味着根区的水分越多越好。
无数的农学研究表明，土壤的饱和持水量状态和田间持水量状态，都不是作物生长的最佳水分状态。
土壤水分的最佳状态出现于田间持水量的某个值，如80%或70%等，在这个含水量值时，土壤中的水/气比例最佳，对作物生长最有利。
不同的土壤，不同的作物，该值有所不同，可经实验的方法确定，也可以根据经验推断。
假定已知某种作物最佳土壤水分条件是田间持水量的70%，在该种土质下，这一数值对应一个特定的水势值。
用水势仪测定该含水量下土壤的水势，设测定值为P，即可依据P值来调控水位。
确定最佳灌溉条件，方法如下：
a将水势仪埋入种植该作物的农田中的适当位置，该位置应处于将要形成的润湿体范围内（如距作物10-15cm处）。
b向已安装好的微润灌溉系统通水，使土壤中润湿体逐渐形成。
在此过程中，由于土壤受到灌溉，含水量不增加，水势也随之不断上升。
c调整水箱水位（或减压阀上压力表的表压），观察水势仪读数，使水势值达到P。
然后通过水位的上下微调，使水势稳定在P点。
此点对应的水位高度H（如1.60米），即为使土壤含水量为田间持水量的70%的最佳水位。
d保持水箱水位（或压力表表压）稳定在H点。
此时，土壤润湿体内水分支出量和收入量达到平衡，土壤含水量可长时间稳定在70%的田间持水量附近，使作物在最佳水/气条件下生长。
上述工作可由技术推广部门依据当地的气候、作物、土壤等条件，通过实验确定P值，H值，然后用确定的H值指导农民正确的使用微润灌溉系统。
在没有实验条件的地方，也可根据农业生产经验判断最佳土壤润湿程度。
然后，通过调节水位（或压力），使润湿体中土壤湿度稳定的保持在适宜水平。
这里值得强调的是，鉴于微润灌溉管的技术特征，其给水方式是连续的、单位时间内定量的、缓慢的过程，一旦给水水位高度确定，每单位时间内向土壤的给水量都是相同的。
给水量和耗水量收支平衡后，土壤含水量不会随时间上下波动，而是长时间的（几天、几十天）稳定在同一水平。
给水量与耗水量平衡，土壤水势（或含水量）处于稳定状态，这意味着作物生长过程中蒸腾作用消耗掉的土壤水分已及时地被微润管补充。
作物的耗水量和灌溉的给水量，在数量上是等量匹配的，在时间上是同步的。
灌溉系统依照作物吸水的节律供水，并可按照土壤传递的生命信号进行调适，使灌溉过程始终保持在最有效状态，显然，这种灌溉状态是一种精准灌溉状态，也是一种最节水状态。
作物始终在良好的水/气条件下生长，对作物的丰产丰收显然是有益的。
达到这种水/气状态，是所有灌溉方式共同追求的最高目标，也是微润灌溉技术的重要技术特征。
微润灌溉系统
以微润管为给水器所构成的灌溉系统称微润灌溉系统。
微润灌溉系统由两个部分组成：
微润管与输水管
微润管是系统的主体和功能部分，它既是给水器又是输水管。
使用时微润管埋入垄下，埋入深度一般为10-20cm，视不同作物主根层深度而定。
40M
1
2
3
3
2
5
6
4
微润管有三种规格，分别为40米、20米和10米。
不同规格的管可用直通相互插接，使之变长。
也可以将其弯成U型使用，例如将40米管与10米管插接成50米，U型布置，可用于地块长度为25米农田。
每根管的两端有承插式接口，用三通或四通承插连接方式相互连接并与输水管连接，组成灌溉网。
如图三所示。
图三、微润灌溉网连接方式示意图
其中：
1、主输水管，PE或PVC硬管
2、输水支管，为￠16黑色PE，每段的长度与作物的行距相等，用量为垄数的2倍，多段短管用三通插接，形成输水支管。
3、三通，口径￠16，用于插接微润灌溉管和输水支管。
4、微润灌溉管，其长度与垄长相等，用量和垄数相同。
5、水源
6、普通阀门或减压阀
图示中，垄长为40米，若实际垄长为50米，可将一根40米长的微润灌溉管与另一根10米长的管用直通插接后，按上图方式连接成网。
如果地块很大，（如垄长120米），一条微润灌溉管不能铺到头，则可将图三中左边（或右边）的三通换四通，按图四方式连接成网：
四通
四通
120M
图四、大面积灌溉网连接方式示意图，其中阴影部分为图三所示的微润灌溉网
按图四方式形成的网状结构，是一个二方连续网。
原则上它是可以在平面上无限延伸的，可以覆盖任何面积土地，满足灌溉需要。
网络中的每条微润灌溉管都受到双向供水，任何一点都不会发生水流的阻断、断水。
灌溉网络安装完成后，应先充水，等网络中每条微润管都被水胀满后，再回填土，埋入地下。
水源及水位控制
微润灌溉管的供水水源可以是田间水箱、水塔或自来水管。
水源不同，水位控制方法不同，但控制参数只有一个，就是水位。
微润管单位长度的出水量与水位高度即系统内静压力成正比，二者关系如图五所示：
水
位
cm
200
150
100
50
出水量（毫升/米.天）
100200300500700800
图五、水位与微润管出水量的关系
A以田间水箱为水源水位的控制
田间水箱是为建造灌溉系统专设的供水水箱，水箱高度应不低于2米，其容积视地块大小与注水频率确定。
一般按每日每亩耗水量0.3m3计算水箱容量，计算时应考虑到注水频度。
频度越高（如每日注水一次）水箱容积越小，土壤含水量波动越小。
若将向水箱注入频度降至3-5天一次，水箱容积需较大。
在这种情况下，农田土壤水分虽有些波动，但对灌溉效果不会产生太大影响。
田间水箱使用方法非常简单：
a、在初次灌溉时，将水箱注满，使系统的出水量保持在最大状态运行5-7天，使土壤中的润湿体尽快形成。
b、当润湿体形成且体积达到足以包容作物的根区体积后，适当降低水箱中水位的高度。
降低水位的目的有二：
一是减少供水量，不让润湿体继续扩大到根区之外，避免水分浪费；二是降低到适当的高度保证一定的供水量，从而保持润湿体内土壤的适当湿度。
土壤适宜的湿度可通过测定、观察来确定。
一经确定，它所对应的水位高度就是该时段最适水位高度。
在此后较长一段时间内，每次向水箱注水时都达到该水位高度。
随时间推移，作物根体积不断扩大，这时，可适当将水位调升，将润湿体适当扩大。
这种逐渐调升的做法可以使作物在全生长期内都受到充分灌溉，也可使灌溉系统始终在节水状态下运行。
B以水塔或自来水为水源水位的调控
当以水塔、高位水箱或自来水为水源时，由于水压较高，须经减压阀将水压降低到适当压力，并通过调节减压阀控制系统的灌溉水量。
减压阀组由减压阀、球阀、压力表、施肥罐、保险管五部分组成。
其中减压阀、球阀、压力表三部分用于调节系统压力，控制系统的出水量，压力表显示减压后系统内的压力值。
通过阀门调压，可以将系统稳定在希望的压力值上，长时间内保持以恒定的水量向土壤供水。
与使用田间水箱供水一样，当初次灌溉时，可将压力调高，使系统供水量较大，保持3-7天，待润湿体形成后，再将压力降至适当位置。
微润管耐水压强度为10米水柱或，因此，阀组中配置的压力表最高读数为Mpa。
注意系统内压应始终保持在此压力值以下。
为防止初次调压时操作不慎造成系统损坏，阀组中配备一条保险管。
压力过高时，它首先破裂，使系统降压，对压力表和微润管起到保护作用。
保险管仅在系统初次调节时使用，将其安装在水系统的最前端，紧接在压力表之后，裸露于地面上。
当系统初调完毕，进入稳定运行状态后，即可将其去除或埋入地下。
施肥罐用于灌溉施肥，同时也起到对细小杂质的过滤作用。
微润灌溉施肥
大量的研究表明，用以水带肥，水肥结合的方式施肥是一种非常有效的施肥方式。
既可使肥效迅速发挥，又可以大量节约肥料。
滴灌施肥的实践表明，用灌溉系统施肥至少可节约50%的肥料用量，同时又有施肥均匀，节省劳力等一系列优点。
但是，目前用灌溉系统（如滴灌）施肥一般都要使用价格昂贵的全水溶性滴灌专用肥。
受价格因素和供货渠道等因素的影响，很多已运行的滴灌系统，不使用系统的施肥功能，部分设备闲置，发挥不了应有的作用。
现有的滴灌系统难以直接使用普通的农用肥料的主要原因是某些肥料中有部分水不溶物，这些成分一旦进入系统会造成滴头堵塞，严重时甚至导致系统瘫痪。
微润灌溉系统解决了这一难题，它可使用各种普通农用肥料进行灌溉施肥，（非水溶性和枸溶性肥料除外）为用户带来方便，为推广水肥一体的科学施肥方法提供了一种技术手段。
由于微润灌溉过程是一个24小时不停的连续过程，过程时间跨度大，单位时间流量小。
与滴灌相比，系统内水的流动速度很低，水流动行为的变化，改变了肥料的溶出条件或过滤条件，使微润灌溉施肥的实施变得更容易，更简单，并且克服了滴灌施肥的上述弱点。
微润灌溉的施肥罐，由罐体、过滤芯、滤袋三部分
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