农业滴灌技术中管道材料的应用与发展

农业滴灌技术中管道材料的应用与发展

摘要：在水资源紧缺的今天，滴灌技术已成为农业节水灌溉研究应用中最为热门的技术。本文简单介绍了滴灌技术在农业生产中的应用，详细阐述了滴灌用管道材料的研究与发展状况。针对滴灌技术的应用特点，对滴灌管道材料的发展进行展望，并提出利用管道材料自身渗水性代替滴水器实施滴灌的发展新思路。

关键词：滴灌，管道材料，应用，发展

前言

我国是水资源紧缺的国家，节约用水涉及我们生产生活的各个方面。在经济高速发展的今天，水资源的重要地位也越来越显著。在农业生产中，节水灌溉已成为节约农业生产成本、增强农业生产在市场经济中的竞争力的重要手段［1-3］。农业滴灌技术是近年来发展较快的一种节水灌溉方式。与传统的漫灌相比，滴灌的方式灌溉均匀、利于植物生长且节约大量水资源［4］。大力发展农业滴灌技术是目前我国干旱地区解决农业水资源紧缺的一个重要手段。农业滴灌技术历经几十年的发展，不论是系统控制还是管道排布方面都有了较为成熟的应用。但是，滴灌技术也还存在着管道材料单一、技术成本高等问题。本文简单介绍了农业滴灌技术与应用，详细阐述了滴灌管道材料的应用与发展状况。对管道材料未来发展进行展望，提出了利用管道材料自身渗水性代替滴水器实施滴灌的发展新思路，以期为农业滴灌技术及管道材料的研究提供参考。

1农业滴灌技术与应用

农业滴灌技术是指利用管道的毛细孔和滴水器将压力水流减压后缓慢均匀的滴到作物根部的一种新型灌溉技术。即，水流由压力泵加压输出，经干管、支管、毛细管后到达滴水器，由滴水器滴出到作物根部进行有效灌溉［5］。滴灌技术最主要的特点就是其灌水量小，节水性好，水利用率高。基本无压力的水滴缓慢地滴灌不破坏土壤内部结构，不产生地表径流，几乎没有深层渗透，水利用率最高可达95%。由此而产生的滴灌施肥技术也大大提高了肥料的利用率。滴灌技术除了优异的节水、节肥性能还具有对地形、土壤的高适应性，可改善作物品质，增产增效的优点［6］。

我国于1974年引进滴灌技术，20世纪80年代后期得到快速发展［7］，现广泛应用于蔬菜、茶园、棉花等作物的灌溉［8-10］。随着高科技管线技术和自动化控制技术的发展，滴灌系统也迎来了新一轮发展的春天。高科技管线技术的发展带来的是经济有效的管道布设；水肥连供技术的开发使得作物施水施肥更加精准、科学，实现了科学种植和增产增收［11-13］；自动化控制技术的应用更是将传统农业灌溉带入科技和信息时代，节省了大量劳动力，增加了农业种植在现代市场的竞争力［14-15］。目前，在我国干旱缺水地区，滴灌技术已成为缓解水资源紧缺，保证农业生产的首要选择。

2滴灌技术中的管道材料

2.1传统塑料滴灌管材

在滴灌技术系统的开发与建设过程中，主要的技术设计集中在给水路线的设计、管道的铺设以及滴灌系统的监控与管理上。对于管道材料的选择，目前在农业实际应用中还是以市场上普遍使用的塑料管为主。传统的塑料管有一定的强度，较好的耐腐蚀性，一定的抗老化性并且其价格低廉，具有较高的使用率。常见的塑料管主要有聚乙烯管（PE管）、聚氯乙烯管（PVC管）和聚丙烯管（PP管）三种。

2.1.1聚丙烯管（PP管）

由丙烯单体聚合形成的聚丙烯管状材料。可分为均聚聚丙烯管、共聚聚丙烯管、无规共聚聚丙烯管等。聚丙烯管生产成本仅为钢管的20%，价格低廉。且耐腐蚀、不结垢、耐压，轻质高强，表面光滑，对流体阻力小。但是PP管耐老化性较差且不耐低温，低温条件下易变脆，韧性差［16］。

2.1.2聚氯乙烯管（PVC管）

以聚氯乙烯为主体，加入其他成分增强增韧而成。使用最多的是以聚氯乙烯为主体，与稳定剂、润滑剂等配合热轧而成的硬质聚氯乙烯管（PVC‐U）。具有较好的强度、耐磨性和耐酸碱腐蚀性。无毒无污染，是目前市场中应用较多的一种环保性管材［17-18］。但是PVC熔体粘度高，加工困难，其韧性和热稳定性也较低。

2.1.3聚乙烯管（PE管）

由乙烯单体聚合形成的聚乙烯管状材料，根据聚合时的压力、温度不同还可分为低密度聚乙烯管、中密度聚乙烯管和高密度聚乙烯管。聚乙烯管质量轻、可塑性好、耐低温，具有较好的强度、耐磨性和耐腐蚀性且价格低廉。聚乙烯管，特别是低密度聚乙烯管是现今滴灌系统普遍采用的管材［19-20］。

2.2滴灌管材专用料的开发

由于滴灌的特殊技术性，滴灌管道中滴水器部分对管材的要求更高。滴水器部分主要是将高压高速水流进行减压减速，使得水流可以缓慢滴出。但是要消除高速水流的部分能量就意味着滴水器部分往往要承受更多更大的冲击。这对材料的机械强度、韧性、耐磨性等都提出了比普通输水管道更高的要求。为了进一步提高管道材料的机械性能、耐老化性、抗压强度等，研究人员在传统的聚烯烃树脂基础上通过共混、添加改性剂等方法进行改性，开发生产高性能滴灌管材专用料。

2.2.1共混配方专用料的开发

传统塑料管中在滴灌管道应用最为广泛的是低密度聚乙烯管（LDPE管）。LDPE具有较好的柔韧性、耐腐蚀性和耐低温性。LDPE熔体在挤出成型过程中收缩均匀，具有较好的可加工性。但是LDPE聚合物分子量小，分子结构不规整，结晶度仅在45%‐65%，机械强度差。LLDPE是由乙烯单体在高压条件下聚合而成的，分子结构以线性为主，支链、短链结构较少。其具有优异的抗环境应力开裂性和耐低温性能。HDPE则具有较高的结晶度和较好的拉伸、断裂强度和抗冲击性［21］。因此，将LDPE、LLDPE和HDPE三种聚乙烯树脂通过不同配方比例进行共混就可以获得性能优异的聚乙烯树脂专用料。

所谓共混是将国产HDPE、LDPE、LLDPE与助剂按一定比例共混、挤出、造粒形成共混料，再生产滴灌用管材。程志凌、张桂云［22］等人通过对进口微滴灌管材的研究，分析共混聚乙烯管材中LDPE、LLDPE和HDPE的不同配比，得出了三组共混材料配方。根据配方所制得的管材炭黑分散性较好、具有一定的强度且具有较好的耐光氧老化性。邱丽萍、李颖超［23］等人通过对市场上现有的滴灌管专用料的分析，以LDPE和LLDPE为基础，通过共混的方法制备出改性滴灌管专用料DG‐3和DG‐4。生产的滴灌带拉伸形变小于5%，爆破压力大于0.3MPa，具有较为优异的性能。

2.2.2交联改性专用料的开发

交联改性聚乙烯是通过交联的方式使得聚乙烯形成三维网状结构，从而很好地提高其物理机械性能。交联方式主要有过氧化物交联、硅烷交联、辐射交联三种。

（1）过氧化物交联

过氧化物交联是通过交联剂过氧化物的受热分解而产生自由基。自由基与聚乙烯大分子链上的氢产生交换，获得带有自由基的聚乙烯大分子。两个或多个带有自由基的大分子链产生化学键的结合，从而形成多链条网状分子结构。高艳、李社青［24］以LLDPE为基础树脂，