滴灌的水肥气热调控灌溉.docx

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滴灌的水肥气热调控灌溉

门旗博士：

滴灌的水肥气热调控灌溉

发布时间：

2013年10月17日来源：

灌溉网

10月16日应众多网友建议我们请到门旗博士做客灌溉网客服群（9952089）为大家讲解滴灌的水肥气热调控灌溉。

门旗，博士，副研究员，现任新疆惠利灌溉科技股份有限公司技术总监。

2011年3月至2012年7月任甘肃大禹节水股份有限公司副总裁；2001年到2011年2月在以色列耐特菲姆中国技术中心主任和美国雨鸟中国公司总工程师。

1999年10月在西安理工大学获水文学及水资源专业获得工学博士学位，论文主攻方向“棉花覆膜灌溉条件下灌溉决策体系研究”，新疆农业大学兼职教授，中国农业大学和同济大学PDA学院客座教授。

1994-1995年以色列希伯莱大学农学院水土系作为访问学者进修学习，1984年-2000年在新疆农业科学院从事灌溉研究，主持承担国家自然基金项目和国家科技攻关项目。

获得国家专利12项，1984年毕业与新疆农业大学水利与土木工程学院农田水利工程专业。

以下由门旗博士介绍“滴灌的水肥气热调控灌溉”。

在滴灌技术发展日新月异的今天，以滴灌技术为基础或者与滴灌技术相结合的集成技术日益得到重视和关注，例如滴灌水肥一体化技术、微咸水灌溉技术、磁化水灌溉技术、滴灌温水灌溉技术、滴灌纳米气灌气技术、滴灌结合土壤保水剂和其他化学药剂应用技术等，滴灌集成技术的发展赋予了传统滴灌技术很多新的内涵和创新，为滴灌技术综合利用创造了条件。

以水为载体，将适时适量提供作物根系需要的水、肥、气、热。

滴灌将作为农作物根系生长调控技术，最大限度满足和实现作物优质高产需要。

我们调控是根系的微环境。

首先是水肥

实现水肥一体化管理是滴灌系统的最大优势。

其与地面灌水施肥的最大区别是根据作物整个生长阶段营养元素需要量制定滴灌施肥制度，并与灌溉制度进行耦合（也称为水肥耦合技术），从而实现在作物整个生长期内的频繁、多次而又有针对性的施肥，而不是农民俗称的“一炮轰”，从而精确施肥，为作物生长创造最佳的水肥环境。

滴灌施肥需要相应的配套设备，主要有压差式施肥罐、文丘里施肥器、施肥泵、水动施肥器、比例施肥器，以及各种适用于大田及现代化温室里的自动施肥机。

目前大田滴灌工程里常配的施肥设备是压差式施肥罐，其特点是结构简单，连接灵活方便，运行、操作及维护简单，施肥不是很精确，但相较于地面灌溉的施肥方式也已有较大的改进。

设施农业中的单个日光温室里常用的施肥设备是压差式施肥罐、文丘里施肥器，以及比例施肥泵。

现代化温室里常用自动施肥机，可具有多个施肥通道，常用的为三个。

并具有在线监测Ec/Ph功能，以精确的控制灌溉施肥。

国内目前大田多采用施肥灌定量施肥，有些温室设施采用比例施肥，在有条件的地方最好采用比例施肥泵，例如华南农大张承林教授推广的离心泵吸管吸肥，也可以认为是比例施肥。

在对各地已建成的滴灌系统走访中发现大部分工程只发挥了灌溉的功能，解决了作物干旱缺水的问题，却未能将滴灌系统水肥一体化的潜力发挥出来。

俗话说有收无收在于水，收多收少在于肥，对于滴灌系统来说更是如此。

在多雨及补充灌溉地区，结合滴灌系统，根据作物各生长期的实际需求频繁而少量的进行滴灌施肥，是滴灌系统在实现作物稳产、高产、提高农作物品质方面的最大优势和潜力。

应该通过不断的宣传、教育和培训，逐步使滴灌管理者和最终用户认识到这一点，并自觉自愿的进行实践。

当然这里面也有频繁运行滴灌系统的成本和可行性问题，需要结合一些自动化控制技术。

因而在条件许可的情况下，自动控制滴灌工程是未来滴灌技术的发展方向。

在新疆近年来已出现一些了对已建成的滴灌工程的更新改造，主要是对控制系统的更新，将手动阀门换成电磁阀门，实现田间阀门的自动化控制。

从而使频繁灌溉及水肥一体化成为可能。

在设施农业温室滴灌系统中建议采用浅埋地下滴灌10-15厘米，因为设施农业是个封闭的作物环境生长空间作物生长期大量施用尿素，虽说地面滴灌可有效减少硝态氮（NO-3）深层渗漏，但还是有些铵态氮（NH+4）随水滴灌在地表挥发。

根据甘肃农业大学常永义教授研究，温室尿素使用后铵态氮可残留1个月，对葡萄叶面还具有危害性。

因此采用地下浅埋地下滴灌可以有效提高铵态氮转化为硝态氮，更好提高尿素肥效。

我现在指导一些博士研究覆盖对铵态氮的挥发影响，我了解到，只要有5厘米就能降低90%的铵态氮挥发。

其次是灌气技术，根系是有氧呼吸，研究表明地下滴灌灌气技术可以提高30%的产量。

由于作物的根系为有氧呼吸，根系呼吸要消耗大量的氧气，土壤连续体中气相部分的组成对作物生长非常重要。

若根系区土壤含水率高，空气含量少，就会造成作物根系通气不良，氧气不足。

若氧气含量严重不足，就会抑制作物根系有氧呼吸，影响作物健康生长。

只有地下滴灌才能灌气。

地下滴灌灌水初期，滴头附近土壤含水率急速接近饱和，和周围临近土壤形成较大的土水势梯度，驱使土壤水快速扩散，形成一个由内到外含水率逐渐减小的湿润体。

在滴灌过程中，由于稳定的水源供给，湿润体内土壤含水率普遍较高。

在滴灌入渗过程中，随着湿润体的不断扩展，土壤空隙中充满水，含水率增大，土壤中的空气被排出，土壤透气性迅速减弱。

灌水停止后，土壤水分在自身重力、吸力梯度的作用下会继续向外扩散运动。

湿润体内部土壤含水率水时间的延长而减少，土壤通透性有所改善，但土壤湿润体核心区即根系主要分布区土壤含水率仍旧较高，关键是水中氧气携带量对作物根系影响。

近年来针对地下滴灌加气技术的研究，已趋于成熟。

目前主要有两种措施，传统加气技术由于所加空气是毫米级，空气容易从水中溢出，只能通过支管阀门附近的加气装置（文丘里加气设备），通过地下滴灌系统通气，通气量根据灌水量多少、土壤质地作物主要根系区土壤湿润体大小等因素而定。

而且只能在田间阀门附近加气灌溉，不能在首部灌溉。

近几年从日本回国创业的金强总经理开发出了专门的纳米气发生器，微纳米气泡技术有效解决了气泡在水中的接触面积问题。

由于微纳米气泡的表面积能有效增大，如0.1cm的大气泡分散成100nm的微气泡，其表面积可增大10000倍，因此可大大提高溶解效率，同时由于气泡细小且具有良好的气浮性，微纳米气泡可以在水中长时间停留，空气可以停留时间4个多小时，氧气可以达到6-10天，这就解决了从滴灌首部灌气问题，减少空气溢出滴灌管道系统产生水锤。

因而通过地下滴灌系统将混掺有微纳米气泡的灌溉水直接输送到作物根区，然后在土壤水分再分布及微纳米气泡缓慢逸出双重作用下，土壤湿润体的通透性将有很大改善，利于根系有氧呼吸，促进作物正常生长。

纳米气溶氧量最大可以达到111.mg/L，就是说纳米氧可以作为氧肥从施肥系统施用。

但主要就是施用氧肥要在过滤器后面，因为在过滤前面损失7%，通过滴头损失10%，因此尽量减少氧肥损失。

对于设施农业土壤消毒，纳米气可以增加水中溶解臭氧，通过地下滴灌纳米气滴灌对温室土壤进行消毒，减少土传病害。

臭氧可以转换为氧肥，一举两得。

滴灌调控第三方面就是热，热包括热和冷。

滴灌温水灌热技术

北方地区冬季寒冷，对于日光温室种植来说室内土壤温度是关键性控制因素，作物根系生长发育和对养分的吸收对土壤温度有一定的要求，通常来说作物根系8℃休眠，12℃开始生长，大多数作物根系生长最适宜温度为18～21℃，南方有些地方地温冬季也相同。

经测定温室栽培进入寒冬后，白天5cm处土壤温度，可比棚内气温低5～7℃，夜间比棚内气温高3～5℃，其温度范围在13～26℃之间。

一昼夜当中约有20小时左右的时间，土温低于20℃，比作物根系列化生长发育适宜的土壤温度低。

较低的土壤温度不但不利于作物根系的生长发育，易致发根少，根系吸收能力差，生理活性低，而且还会引起多种生理性病害的发生。

例如磷肥利用率在21℃是100%，那在13℃降低到30%。

而适宜的土壤温度能促进根系发育，增加根量，提高根系活性，促进根系对水分及营养元素的吸收，从而达到促进地上部分的生长发育，提高作物产量、改进品质、提高上市时间的目的。

因此温室栽培中维持较高土壤温度创造适宜根系生长发育的环境条件尤为重要。

目前提高土壤温度常用方法是提高通过加热气温来提高土温。

而地面灌溉由于灌溉量大，井水水温低，直接灌溉会降低土壤温度，不利作物根系生长。

而采用滴灌水量容易控制，灌溉水最好白天日晒增温，夜晚灌溉比较好。

我几年前的实验研究，设施农业中将太阳能热水器同滴灌系统结合来提高或保持温室内土壤温度技术上是可行的。

其原理是通过太阳能热水器将灌溉水加热，通过冷热水混合等措施进行温度控制，将适当温度的水直接通过滴灌系统进行灌溉。

该项技术是直接保持或提高土壤温度，而非通过空气的热传导使土壤升温，效率更高，效果更佳。

目前大禹节水也正在进行该项技术的推广和应用，其原理比较简单，关键是控制好灌溉水的温度，一般控制在25-35度之间，所需设备也比较常见，只是需要一些额外的投入，随着设施农业温室栽培技术精细化程度的不断提高，该项技术定会得到推广和应用。

关键是热源，根据不同热源，采用不同方式。

这是我在惠利发明的简易太阳能采集热，就是滴灌盲管使水热循环，进入水12℃，出口32℃。

现在滴灌管是黑色，加温，那是冬季

夏季温度高于21度也不利于作物生长，国外就采用白色滴灌管，温度降低15%。

也就是说灌冷也是调控作物生长的环境，夏季用冷水灌溉调温，因此我们说滴灌是水肥气热根系调控灌溉。

另外滴灌还有其他调控，比如说微盐水灌溉，未来，随着经济社会的不断发展，中国水资源的开发利用将更加艰难，供需矛盾将会更加尖锐。

在水资源短缺地区，充分利用各种可能利用的水源是大势所趋，包括中水回用，微咸水利用等。

我国华北和西北地区是农业水资源问题最为典型和突出的地区，这些干旱半干旱地区淡水资源极其缺乏，却可能蕴藏有丰富的地下咸水资源未能得到及时有效的开发利用，节水灌溉和微咸水的利用是维持这些地区农业发展的关键技术。

这就是微盐水处理器，关键是接地，将电子导入地下，使水盐分离，作物能吸收水分

在我国，微咸水一般指含盐量在2～5g/L范围内的水资源。

大量的实验研究表明，若根据作物生理的需要在适当的时候，利用适宜的灌溉方法，对作物进行灌溉微咸水后不但比不灌溉的情况下增产，甚至产量接近或达到淡水灌溉下的作物产量。

以色列全国水资源缺乏，平均蒸发量2000mm，平均降雨量200mm，是目前世界上节水灌溉和咸水灌溉利用技术最为先进的国家之一，他们利用1.4~5.6g/L的咸水进行灌溉，将咸水首先引入到国家输水系统之中，在灌溉之前对咸水进行稀释，并在灌溉水量中增加超过腾发量25~30％的水作为淋洗水量，然后通过滴灌技术进行灌溉，保证了咸水灌溉的持续发展。

国内肖振华的研究结果也表明，灌溉水带入的盐分在土壤中的累积与淋洗交替进行，当灌溉水矿化度小于3g/L时，土壤剖面盐分处于平衡状态，否则土壤将发生不同程度的积盐。

在排水条件较好的田间，若每年增加一次大定额淡水灌溉淋洗，则使用微咸水灌溉不会使土壤含盐量超过作物耐盐极限，也不会造成土壤长期积盐。

微咸水滴灌可以结合应用咸水处理器，即在咸水进入滴灌系统主管道之前安装一个咸水处理器，其原理是通过铁件管道接地，将水中水盐团里中的负电子除去，从而使水中只有正离子，根据同性相斥原理，将水分子和盐分子分离，不再捆绑结合在一起，使水分子呈离子化状态，利于作物根系对水分子的吸收。

国外有研究表明使用经该种技术的处理过的微咸水灌溉，产量可以提高45%左右，可见效果明显。

但是该设备美国厂家禁止出口中国，过段时间我研制出后介绍给市场。

滴灌还可以灌溉磁化水，简单的说就是大家看到广告中的六分子水。

近年来，随着生活水平的提高，人们越来越关注饮水安全问题，更多的诉求是喝好质量水，喝健康的水，而磁化水即是近年来兴起的对水进行处理的一种方式。

其原理是让普通水以一定流速，沿着与磁力线垂直的方向，通过一定强度的磁场，普通水就会变成磁化水。

磁化水在美容、工业、农业和医学等领域有广泛的应用。

近年来，随着生活水平的提高，人们越来越关注饮水安全问题，更多的诉求是喝好质量水，喝健康的水，而磁化水即是近年来兴起的对水进行处理的一种方式。

其原理是让普通水以一定流速，沿着与磁力线垂直的方向，通过一定强度的磁场，普通水就会变成磁化水。

磁化水在美容、工业、农业和医学等领域有广泛的应用。

作物和人一样今后要喝好质量水，或者说就是改性水。

而最近的研究表明，在作物根毛细胞吸水方面磁化水也有其独特的作用。

通常水分子都聚合在一起形成较大的水分子团簇，呈现的状态是部分水解，这时较大的水分子团簇不容易进入根毛细胞的吸水通道。

而水经磁化后，水性质发生一系列物理和化学变化，氢键角由105°变成103°，水由原来的13～18个大分子团簇变成5～6个小分子构成的六面体的团簇，呈现的状态是完全水解。

水的渗透力、溶解度、表面张力增强。

较小的水分子团簇很容易通过根毛细胞的吸水通道被根毛吸收，使根系吸收水分变得相对容易。

国外的实验表明用磁化水进行灌溉，作物产量可以增加10～30%。

我通过地下滴灌磁化水苜蓿可增产30%，将磁化水技术加入到滴灌系统中，也是滴灌技术集成的一个发展方向，具有理论上的严谨性和现实的可操作性。

通过在滴灌系统首部增加一个与过流量大小相匹配的磁化水处理装置即可。

设备构造简单，占地小，投资也不大，使用维护简单。

通过滴灌系统将磁化水输送至作物根区附近，更有利于作物对水分、养分的吸收，其节水、增产、高效用水的效果也将是明显的。

目前有关单位正在进行相关技术的配套集成，不久后便会有磁化水滴灌的相关实验数据。

哪一天水分子结构如果变为线性结构，那么农作物产量将有一场革命。

滴灌还可以调节土壤入渗和保水剂等，也就是我们说的滴灌结合土壤保水剂和其他化学应用技术。

研究表明，土壤中有机酸、微生物等部分有机物质会造成无效灌溉，其原因是这些疏水性有机物在土壤颗粒上容易形成非极性包膜，导致水分子无法附着在土壤颗粒表面。

在这种情况下，滴灌所施的水分不易被土壤颗粒所吸附，也不容易为作物根系所吸收。

国内外一些研究机构开发了各种各样的土壤保水剂，以改善土壤保水性问题。

例如具有50年历史的Aquatrols表面活性剂，具有提高渗透量、促进水合及保水、促进水分运移和改善土壤水分条件等功能，而国外另一家公司基于Aquatrols表面活性剂技术生产的IrrigAidGold保水剂包含“亲水”和“疏水”两个官能团。

当它进入土壤，“疏水性”官能团将会与土壤颗粒上的疏水性官能团相结合，将亲水性官能团的吸附位点留给水分子。

亲水性官能团可以促使保水性差的土壤发生水合反应或润湿。

当大家有些种植土壤保水性差，可以滴一些入渗剂和保水剂，记住必须是有机的和可溶的。

滴灌系统与土壤保水剂结合应用，由于土壤保水剂颗粒吸水后膨胀而释水后缩小，可使土壤形成团粒多孔结构、松软透气，可增加粘性土的通透性和沙土的持水力，提高滴灌灌溉水的有效利用并改善根区土壤三相比例。

同时由于土壤活性剂特有的亲水基团可以把肥料中阴、阳离子、极性基团等吸收固定在根系附近土壤中并缓慢释放供植物利用，可极大的减少养分的流失，并将肥效期拉长，提高滴灌肥料利用率。

当然滴灌结合土壤保水剂的应用可能还不能在大田作物上大面积推广，但预计该项集成技术可广泛应用于土地荒漠化治理、防风固沙工程、农林作物种植、园林绿化等领域。

同时滴灌系统还可以随水使用农药和化控药剂等，有利于作物病虫害防治和作物生长调控。

人们过去仅仅认为滴灌只是节水灌溉，今天可以看到，滴灌已成为集成综合营养灌溉技术，通过滴灌将水作为一个载体，将水、肥、气、热等营养适时适量灌溉到作物根部，调控作物生长环境，更有利于作物生长。

随着滴灌技术的深入发展，各项滴灌集成技术也日益得到重视和深入研究，相信随着管理理念和技术手段的不断更新和进步，各项滴灌集成技术也将不断完善，也必将会对农业生产发挥越来越重要的作用。

滴灌不节水！

！

滴灌节水是相对与地面灌溉一次灌水定额节水50-80%，

而全年灌溉定额滴灌有时要比地面灌溉灌溉定额多一倍，但产量也增加一倍。

我们在农业中说高效用水，园林上可以说节水。

比如新疆棉花，新疆棉花南疆达到700公斤/亩，滴灌要达到600多方，比地面灌溉400方多，但产量增加一倍。

通过滴灌调控我们要提高农作物品质比提高产量效益要多的多，这是其他灌溉方法不能实现。

陆地棉每蒸腾1方水/亩，可产0.508公斤皮棉。

棉花产量达到150公斤/亩，蒸腾量要达到295方/亩水；如果考虑灌溉效率等，灌溉量要达到324方/亩。

如果产量达到220公斤/亩（籽棉相当于550公斤/亩），蒸腾量达到433方/亩，灌溉量必须达到480-500方/亩。

三分建，七分管。

现在滴灌调控没有用好是管理不行。

希望大家共同努力，让滴灌调控灌溉真正发挥效益。

先进灌溉设备，落后的管理技术不能发挥效益；落后的灌溉设备，先进的管理技术也能发挥效益；只有先进的灌溉设备，和现代管理技术才能发挥最大效益。

以下为门旗博士为大家回答一些大家关心的问题。

【问】您现在讲的主要是地埋滴灌吧，现在国内的地埋滴灌成熟吗？

【门旗】地埋滴灌我建议在长年生作物上用，因为埋深出苗水解决不了，埋浅容易犁坏，除非中国采用免耕法。

苜蓿浅埋可以，但必须用贴片滴管带，不能用边缝，因为地埋滴灌必须工作压力在10米以上才能将土块顶开。

同时边缝质量不过关，压力大爆管，而且流量不能大于1.6升。

【问】地下滴灌流量可以做小吗？

毕竟地表蒸发少。

【门旗】最好1升左右，这与蒸发没有关系，主要与滴灌管铺设长度有关。

【问】保定丰霸生产的贴条滴灌带比较适合地埋吧？

就是类似美国托罗公司的那种蓝色轨道滴灌带。

【门旗】只要是没有再生料贴条滴管带也可以，关键是流量和压力，蓝色轨道可以。

【问】用灌溉灌水、灌肥还可以接受，灌气、灌热的要考虑成本，这个投入的成本与增产相比，是否合适？

【门旗】灌气技术不贵，一个纳米气机5万，你可以在许多首部加氧使用，平均不贵了，灌热是温室，就是增加5000元设备，产值上万。

今后地源热是方向，但太阳能只能够温水灌溉，不能满足基质槽加热。

【问】水肥气热根系调控灌溉，是给作物一个最适宜的生长环境，请问，只能通过滴灌来实现吗？

其他灌溉方式是否可行？

【门旗】其他方式不能实现，地面灌溉不能灌气，地表滴灌灌气效果也不好。

【问】给植物根部加气，有什么好处？

能否增加产量？

效果有多大？

【门旗】根系有氧呼吸，有利作物生长和光合作用，根系加气灌溉，一般增产20-30%。

【问】目前做水肥气热一体化的企业多吗？

水肥气热一体化的发展前景如何？

【门旗】目前我给中国农大张天柱老师那里，就是中农富通指导水肥气热系统，大家有机会看看，其他企业可以根据自己的系统改进实现水肥气热调控，就能开拓市场。

【问】地下滴灌现在有哪些产品？

【门旗】产品就是小流量滴灌带或管，但不包括边缝滴管带。

【问】根灌技术如何？

目前有没有比较简单实用，适合老百姓的根灌技术？

海水淡化呢？

【门旗】不现实，如果地下水高，不利作物生长，主要是盐分积累。

海水淡化可以，主要成本

【问】臭氧转化氧，杀菌及获得的温度的效率如何？

【门旗】嗅氧主要用在温室土质，只有纳米气才能溶解嗅氧，其他方式溶解率低，

我在指导养鱼嗅氧消毒和增氧，对天陆的纳米气泡溶解嗅氧。

【问】这种灌溉是不是把纳米气与水一起用滴灌带运输到作物根部？

那是不是和施肥是一样的，在首部溶解后加到系统里就可以了？

【门旗】就是纳米气泡溶解水中，随水灌溉到根系附近。

对，可以用首部施肥系统，最好用比例施肥装置，有个桶专门用纳米氧水，因为要在过滤器后面。

【问】这个成本高吗？

这个可以在经济作物上用吗？

【门旗】如果你有100个棚温室，用一个纳米气发生器，成本就不高，可以专门生产纳米氧肥。

可以，但必须是浅埋地下滴灌。

【问】这个有专门的公司做吗？

【门旗】天陆做纳米气泡。

【问】覆5-10cm的土是不是可以的啊，

【门旗】5厘米以下都可以。

【问】请教关于滴头化学堵塞问题？

【门旗】如果是PH高的地区和碳酸氢钙堵塞，用磷酸脲可以解决，磷酸脲PH值1.5，且可以当氮肥和磷肥，不像用0.6%磷酸清洗有危险。