水肥一體化技術應用中滴灌灌水器流量選擇設計
滴灌是一種最節水的灌水技術，高頻度的灌溉、緩慢的施加少量的水作用於作物的根部，使作物始終處於較優的水分條件下，而避免了其他灌水方式產生的週期性水分過多和水分虧缺的情況，並能有效地減少深層滲漏。滴灌水分通過滴頭直接灌入作物根部附近的土壤，在作物根區形成一個橢球形或球形溼潤體。由於滴灌隨水施肥的特點，養分也集中分佈在由滴水形成的溼潤體內，在土深50 cm 以下養分含量顯著降低。
一、灌水器類型
灌水器是滴灌系統中的重要設備元件，它保證實現點滴灌水，滴頭好壞直接影響灌溉質量，需要的數量相當多，國內外灌水器的種類繁多。根據灌水器的結構與出流形式，灌水器通常分為滴頭和滴灌管(帶）兩大類。
（一）滴頭：通過流道或孔口將毛管中的壓力水流變成滴狀或細流狀的裝置稱為滴頭。滴頭分類方式很多，一般有以下三類：
（1）按滴頭與毛管的連接方式：①管上式滴頭（豎裝）：結構與管間滴頭基本相同，只是另一端封閉，螺紋芯子可擰出擰入，以便沖洗或調節流量。螺紋長的，流量為7.5 L/h；螺紋短的，流量可達9.5 L/h。②管間式滴頭（臥裝）：我國製造的管間滴頭，其流道寬度為0.75~0.9 mm，長度為50~60 cm，在1大氣壓下，額定出水流量為2-3 L/h。③內鑲式滴頭（螺旋形滴頭）：這種滴頭由直徑為1 mm的聚丙烯小管捲成螺旋形，又稱為髮絲滴頭，其工作壓力為0.7 kg/cm2，流量為0.9~9 L/h，改變螺旋圈數，可調節流量。
（2）按滴頭流態分類：①紊流式滴頭和②層流式滴頭（多孔毛管、雙腔管、微管）。
（3）按水力補償性能，滴頭又可分為非壓力補償滴頭與壓力補償型滴頭兩種。壓力補償型滴頭是利用水流壓力對滴頭內彈性體的作用，使流道(或孔口）形狀改變或過水斷面面積發生變化；即當壓力減小時，增大過水斷面面積，壓力增大時，減小過水斷面面積，從而使滴頭流量自動保持在一個變化幅度很小的範圍內。
非壓力補償滴頭是利用滴頭內的固定水流流道消能，其流量隨壓力的升高而增大。非壓力補償滴頭按其消能原理又可分為以下幾種。① 長流道滴頭：長流道型滴頭是靠水流與流道壁之間的磨擦阻力消能來調節流量大小的。如塑料微管滴頭、螺紋滴頭和迷宮滴頭等。②孔口式滴頭：在輸水管上打孔進行灌溉是利用小的出水孔控制出水量，達到局部灌溉的目的。孔口型滴頭的另一種形式是渦流型滴頭。③可調型滴頭：可調型滴頭通常帶有便於人工操作的手柄或螺桿以改變孔口尺寸，達到調節流量的目的
（二）滴灌管(帶）：將滴頭與毛管制造成一個整體，兼具配水和滴水功能的管(帶）稱為滴灌管(帶）。滴灌管(帶）的直徑在8~40 mm之間，使用最多的是16 mm和20 mm兩種，滴灌管厚度為0.15~2 mm，l mm以下的使用量最大。滴灌管(帶）根據其所用灌水器類型也有非壓力補償式滴灌管(帶）與壓力補償式滴灌管(帶）兩種。目前國內外應用較廣泛的滴灌管(帶）主要有內鑲式迷宮滴灌管和薄壁滴灌帶。
（1）內鑲式迷宮滴灌管：在毛管制造過程中，將預先製造好的滴頭鑲嵌在毛管內的滴灌管稱為內鑲式滴灌管，內鑲滴頭有兩種，一種是片式；另一種是管式。
（2）邊鋒式滴管帶，是一種厚0.1~0.6mm的薄壁塑料帶，充水時脹滿管形，洩水時為帶狀，運輸、儲藏都十分方便。
二、灌水器流量選擇的依據：在眾多滴灌設計參數中，滴頭流量無疑是滴灌系統設計中重要的因素，它不僅直接決定著滴灌系統的經濟效益，而且對水肥一體化中養分分佈特徵和作物的灌水效果也有直接的影響。
相同質地的土壤，灌水量相同時，垂直方向溼潤距離隨著滴頭流量的增加而減小，而水平方向溼潤距離則隨之增加；滴頭流量不僅會影響地表徑流問題，也會影響溼潤面積，在灌水量一定的情況下，溼潤面積的大小又會影響到溼潤深度。
在點源滴灌上，隨著滴頭流量的增大，溼潤鋒水平運移速度增大，垂直入滲速度也增大，但是增大的速度比水平增大的速度小；在灌水量一定的情況下，即便是同一流量，在不同土壤上溼潤鋒的變化形式也是不一樣的；一般壤土上溼潤鋒形狀為半橢球形，而在沙土上一般是柱狀的。
滴頭流量和間距與點源溼潤區之間土壤吸力有關；在沙土上滴頭間距應減小或者加大滴頭流量。大田滴灌的滴頭間距一般較小，使滴頭下方的溼潤區相連，形成一條沿著滴灌帶方向的溼潤帶，即線源滴灌。它與點源滴灌不同，點源滴灌形成的土壤溼潤鋒之間不相連、不相互影響，所以不存在土壤溼潤均勻度問題。但是在線源條件下，相鄰滴頭所形成的溼潤鋒存在交匯問題，土壤溼潤區的相互連接形成了溼潤帶的均勻度問題。
三、灌水器設計大致分為4個步驟：（1）根據地形與土壤條件大致挑選最能滿足溼潤區所需灌水器的大致類型；（2）挑選能滿足所需要的流量、間距和其他規劃考慮因素的具體灌水器；（3）確定所需的灌水器的平均流量和壓力水頭；（4）確定要達到理想灌水均勻度時灌溉單元小區的容許壓力水頭變化。
四、灌水器流量選擇的核心依據：
（1）土壤質地挑選最能滿足溼潤區所需灌水器的大致流量。不同的土壤質地與氣候條件應選擇不同的滴頭流量。地表溼潤圈的大小直接影響到蒸發量的大小。滴頭流量越大，地表的溼潤半徑越大，蒸發損失也越大。滴頭流量的大小直接影響土壤水分在水平和垂直方向的動態。土壤質地越細地下滴灌滴頭流量就越小；土壤質地越粗，流量越大。
（2）作物根系分佈區選擇溼潤鋒控制範圍和滴頭流量。根系是作物獲得養分和水分的重要營養器官，根系生長髮育的狀況直接影響著植株地上部的產量和品質。滴灌是指按照作物需水要求，通過低壓管道系統與安裝在毛管上的灌水器，將水和作物需要的養分一滴一滴、均勻而又緩慢的滴入作物根區土壤中的灌水方法。因此，根系分佈的水平範圍大，垂直範圍小，如小麥等，可以選擇大流量滴灌帶；反之，水平範圍小，垂直範圍大，可以考慮大流量滴灌帶。
（3）根據作物需水規律調整灌水器流量。作物需水量是指作物在適宜的外界環境條件下（包括對土壤水分、養分充分供應）正常生長髮育達到或接近達到該作物品種的最高產量水平所消耗的水量。影響田間作物需水量的主要因素有：氣象條件、作物種類、土壤性質和農業措施等。氣溫高，空氣乾燥，風速大，作物需水量就大；生長期長、葉面積大、生長速度快、根系發達以及蛋白質或油脂含量高的作物需水量就大。因此，需水量較大的作物，灌水器流量，適當調整。
（4）根據灌溉目的最終確定灌水器流量。我國地域廣大，氣候多樣，不同區域進行水肥一體化的目標和意義不同，西北乾旱區域，尤其新疆灌溉是第一位的，因此水肥一體化就是因節水發展的水肥一體化，因此流量選擇就按照根區和土壤選擇既可；東南的林果，尤其是山地林果園，也是因為灌溉和施肥，但是那裡是水分補充，因此，壓力補償和灌溉均勻度就是選擇的核心；東北屬於施肥為核心的補充灌溉，這個就要結合出苗水的溼潤鋒分佈特徵和生育中後期的灌溉施肥目的的流量選擇，建議壓力補償，中小流量為主。
總之，為了更好的將作物根系分佈與水肥一體化技術融合，筆者歸納為八句話：挖挖根拍照片，看看水咋回事。再看根怎麼長，定飯量做食譜。渴一渴餓一餓，少喝點別喝多。 怎麼吃更營養，回頭看改一改。這八句話中，第一句講的是水肥一體化技術應用中我們需要根據實際情況（作物類型、土壤質地等）看清楚作物根系在土壤中的分佈範圍；第二句講的是根據土壤質量情況，滴灌帶流量等情況掌握不同時間土壤中水分運移規律；第三句講水分對根系生長的影響，掌握滴灌水肥一體化後根系的具體分佈特徵；第四句講的是根據作物類型、區域氣候特徵、土壤質地等因素，綜合考慮確定灌溉制度和施肥制度；第五句講的是作物生育前期的水肥控制，通過適當的控水控肥措施促進根系下扎，形成合理的根系分佈區；第六句講的是水肥一體化的灌溉施肥原則，即少量多次的原則；第七八句講根系水肥根三者耦合，再調整的意義。
以上觀點：新疆農墾科學院梁飛副研究員整理發佈，今天頭條“新疆農墾科學院梁飛”首發，其他平臺轉載請私信作者。
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