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现代灌溉实用技术- 灌溉技术的发展历程
来源: | 作者:武汉睿农科技有限公司 | 发布时间: 2023-11-27 | 1026 次浏览 | 分享到:
人类文明之数千年历史,为水而奋斗是极其重要的篇章。如我国的郑渠、灵渠及都江堰,埃及尼罗河两岸历史悠久的灌溉工程都是很好的例证。

人类文明之数千年历史,为水而奋斗是极其重要的篇章。如我国的郑渠、灵渠及都江堰,埃及尼罗河两岸历史悠久的灌溉工程都是很好的例证。



古代时候,大约在几世纪前,中东农民发明了一种有效的方法,能够用最少的水灌溉沙漠土壤中的树木。如果把水直接倒在地上,大量的水会从植物中流出,渗出到根部够不到的地方。为了控制水流,农民们在树附近埋了一些没有上釉的特殊罐子,并定期往里面灌水。水慢慢地渗透过粘土墙,在树的周围形成了一块湿土。用罐子灌溉法种植的树木和用沟渠灌溉的果园一样生长良好。这就是现代花园灌溉的鼻祖。


20世纪以前,经过数个世纪的探索,人类学会了拦河蓄水,筑渠引水,开畦灌水的技术。但用水效率低下,局限了灌溉面积的扩大。人们努力生产足够的粮食,为迅猛增长的人口提供食品,怎样提高水的利用率成了21世纪一大难题。


1871年,纽约水牛城的J. Lessler 在美国申请了第一个水驱动式草坪洒水器的专利。固定喷洒装置很快被旋转喷头、旋转喷头模型、摇臂式喷头、软管和喷嘴紧随其后也发明出来了。


1894年,一位名叫查尔斯•斯凯纳的美国依阿华州人,发明了一种非常简单的喷水系统,开拓了人类利用机械设施节水灌溉的先河。到了20世纪,喷头用铝管,塑料和橡胶制成的喷头,喷出水形成抛物线形。可调节的摆动喷头有一个金属臂,可以在600平方英尺(55.7平方米)的范围内喷洒风扇形状的水幕。水通过一个椭圆形的凸轮来转动喷水装置的喷水臂,而一个齿轮组将水的速度减慢到每小时一英里。在20世纪,花园在私人住宅和公共公园采用喷水装置变得普遍,这时由于连接到市政供水系统上,可以使用软管接自动喷水系统进行灌水。1933年,美国加州一个叫澳滕•英格哈特的农民发明了世界第一只摇臂喷头,并注册专利。这种新型喷头的问世,对此后农业节水灌溉起到了革命性的推动作用。采用摇臂喷头喷水系统后,水的利用率大大提高,比大水漫灌可提高约50%以上。这样,同样的水可多灌50%的面积。


二次世界大战以后,美国的经济、技术飞速发展,以皮尔斯(Pierce)为先导的灌溉企业制造出多种快速连接铝合金接头,与薄壁铝管连接,诞生了半固定及固定式薄壁灌溉系统,使得大面积采用灌溉系统成为可能。半固定系统的优点是造价低廉,对田间耕作无影响。缺点是人工搬动劳动强度大。固定式灌溉系统的优点是劳动强度小,但造价高,对田间耕作有影响,适合于多年生植物灌溉。


进入50年代,由于经济的快速发展,美国的劳务成本迅速上升。农场主迫切需要劳动成本比滚移式灌溉机还要低廉的机器。


1952年,一位名叫弗兰克(Frank)的科罗拉多州的农民发明了一种水力驱动,自动转圈,上边悬挂喷头的灌溉机具,取名为中心支轴式灌溉机(Center Pivot)。后来这种机器的生产权售给内巴拉斯加州的伐利公司(即现在的维蒙特)。其优点是自动化程序高,灌溉劳务成本非常低;地形适应性强,不需要平地。缺点是土地利用率低(约78%)。60年代后,这种机器在地广人稀、地势不平坦的美国中部农业区科罗拉多、内巴拉斯基、堪萨斯广泛推广开来。


70年代,由于石油危机的影响,中心支轴式灌溉机的喷头由摇臂喷头改为低压微喷喷头,以达到节约能源的目的。此后,水力驱动也逐渐改变为电力驱动,可靠性越来越高。目前,美国总灌溉面积中,约31%采用中心支轴式系统灌溉。为提高土地利用率,后来又开发出平移式灌溉机(Lateral Moving),但使用并不多,因为成本较高,维修不方便,能耗太高。


尽管灌溉的用水效率大大高于传统的地面灌溉技术,但对于十分干旱少雨的地方来说,仍是不尽人意。因为灌溉要全面积湿润,植物颗间的蒸发基本上是无效的水分损失。



今天滴灌系统的前身出现在19世纪晚期,阿富汗人用未上釉的粘土管道系统进行的试验。1913年,科罗拉多州立大学的 E.B. House 进行的研究表明,可以直接针对植物的根部区域进行缓慢地灌水。20世纪20年代在德国,研究人员设计了基于多孔管的控制灌溉系统,这些系统都是现代滴灌技术的前辈。40年代末期,一位叫希姆克•伯拉斯(Symcha. Blass)的以色列农业工程师在英国发明了滴灌技术。50年代,他将此种技术带回以色列的内格夫沙漠地区,应用于温室内灌溉。从60年代初开始,滴灌在以色列、美国加州得到广泛推广,主要应用于水果及蔬菜灌溉。滴灌的用水效率高达90%以上,主要归功于无输水损失,管理好的话可无深层渗漏,无地面径流损失,直接入渗于根区使得植物棵间蒸发损失非常小。除用水效率非常高外,利用滴灌系统施肥,其效果更佳。可根据植物不同生长期需肥要求,准确地随灌溉水施入不同的肥料,可使植物生长于最优水、肥环境中。采用水溶性肥料后,滴灌不只使植物产量提高,节约水资源,而且可大大提高植物品质。


20世纪,灌溉、滴灌技术除在农业上得到空前发展之外,庭院园林绿化上也广泛采用。草坪灌溉多用地埋式灌溉技术,采用地埋式,主要出于景观美化的目的。


80年代以来,不少企业及研究人员开始探讨地下滴灌技术(简称SDI),将滴灌技术的优点发挥到极致(无地面蒸发损失)。SDI也有应用于草坪灌溉的,但取得较好效果的报告不多见,推广较缓慢。


中国于50年代初开始,在一些郊区的蔬菜地发展固定式灌溉系统。70年代初研制了小型灌溉机(人工降雨机)和旋转式喷头。1978年完成了摇臂式喷头和灌溉泵两个系列产品的研制和生产,还先后研制成轻型、小型、中型和大型灌溉机,此后,全射流喷头和时针式(圆形)、平移式、绞盘式和滚移式灌溉机又研制成功,同时低压喷头和微型喷头也相继出现。80年代中期灌溉、滴灌技术在我国曾一度得到迅速发展。经过数年努力,引进消化吸收及仿制了不少条滴灌生产线。产品质量比80年代有了很大进步。经过前人在上一世纪的孜孜探索,灌溉水的利用技术已经达到一个很高的水平。进入21世纪,灌溉技术以前所未有的速度发展。许多灌溉专家预测21世纪的灌溉将朝着能耗及造价越来越低,效率越来越高的高度自动化及高度智能化方向发展。



现代灌溉技术是指利用高科技手段,通过精确的数据采集和测量、计算机模拟和控制系统等手段,实现对农田水分的准确控制和管理。其主要特点和优势如下:


1. 精确性高:现代灌溉技术采用先进的仪器设备和自动化控制系统,能够实现对灌溉水量、灌溉时间、灌溉频率等参数的精确控制,从而提高了灌溉的精度和效率。根据作物需水量和土壤水分情况进行精准供水,避免浪费和缺水。


2. 节水节能:现代灌溉技术可以根据作物的需水量和土壤水分状况,精确计算出灌溉所需的水量,避免了传统灌溉方式中常见的过度灌溉和漏灌现象,从而实现了节水节能的目的。现代灌溉技术可以通过回收再利用降低灌溉水的使用量。


3. 适应性强:现代灌溉技术可以根据不同的作物种类和生长阶段,调整灌溉水量和灌溉时间,以满足不同作物的需水量和生长需要,从而提高了作物的产量和质量。


4. 自动化程度高:现代灌溉技术采用自动化控制系统,可以实现对灌溉过程的自动控制和监测,减轻了农民的劳动强度,提高了工作效率。数字化灌溉系统还能够实现自主进行灌溉决策,更加节省灌溉施肥的用水量和用肥量。


5. 环保性好:现代灌溉技术可以避免传统灌溉方式中常见的水土流失、土壤盐碱化等环境问题,从而保护了生态环境,实现了可持续发展的目标。