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。