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痕量灌溉技术让植物“主动”吸水

发布者:管理员 发布时间:2013-05-02 浏览次数:664次

 来源:辽宁日报
   【导语·中国温室网】我国现有常用节水灌溉方法包括渠道防渗、喷灌、微喷灌、渗灌和滴灌等,都需要人为控制灌溉时机和灌水量,是“被动式”灌溉,而痕量灌溉技术则会让植物“主动”吸水。5年多的田间应用试验表明,该技术比目前效果最好的滴灌技术还可节水50%左右,未来有望替代滴灌,并在滴灌无法使用的广大地区获得应用。
   我国现有常用节水灌溉方法包括渠道防渗、喷灌、微喷灌、渗灌和滴灌等,都需要人为控制灌溉时机和灌水量,是“被动式”灌溉,而痕量灌溉技术则会让植物“主动”吸水。这项技术如何做到让水分按照植物需求供给?与其他灌溉技术相比它有哪些优势?痕量灌溉是否可在我省“落地生根”?记者就此采访了专家。
   近日,华中科技大学对外界发布消息,该校痕量灌溉研究中心历时10多年研发出痕量灌溉技术,一举打破农作物“被动式补水”传统灌溉模式,让农作物自主吸水、按需吸水。5年多的田间应用试验表明,该技术比目前效果最好的滴灌技术还可节水50%左右,未来有望替代滴灌,并在滴灌无法使用的广大地区获得应用。
   变“灌”为“吸”让水分“按需供给”
   邹老师,首先请教您一个问题,痕量灌溉技术中的“痕量”是什么意思?
邹洪涛:“痕量”在化学上指极小的量,少得只有一点儿痕迹。 “痕量”比“微量”还要小。在水资源越发短缺的今天,节水在农业生产中十分重要。以起源于以色列的滴灌技术为代表的微量灌溉,可以说是近些年农业节水技术的典范。可在很多研究者眼中即便微量灌溉,仍不够节水,仍有改进的空间。痕量灌溉技术是一项新的农业节水灌溉技术,大到规模化荒漠造林,小到家庭盆景种植,都可以用到它。据公诸媒体的资料显示,该技术与当前较为成熟的滴灌节水灌溉技术相比更节水。
    这项技术是如何做到更加节水的?
    邹洪涛:灌溉是调节农田土壤水分状况的重要措施。当农田土壤水分不足时,就必须人为地将水分输送到植物根系,满足作物对水分的需求,保证作物稳产、高产。植物生长所需水分主要来源于根系的吸收,同时也需要土壤持续不断地有水分供给。而土壤具有很强的储水能力,为了给植物提供有效供水,往往要大量的水灌溉土壤,其中绝大部分水通过蒸发、渗漏等途径损失掉了。传统灌溉方式如沟灌是最大限度地利用土壤储水功能,一次性使土壤蓄足水分,满足植物生长对水分的需求,但是这样会造成极其严重的水资源浪费。痕量灌溉技术将作物“被灌水”转变为作物“自主吸水”,将出水管埋设于作物根部,依靠土壤毛细管作用调节水分供给,使作物根系周围的土壤水分含量处于相对稳定状态,最大限度地减少了水分地表蒸发和地下深层渗漏。
    痕量灌溉最核心的奥秘是什么?
    邹洪涛:这项技术的核心在于控水头(也称无耗能水泵)。控水头由入水口、控水头腔、出水口三部分组成,其中控水头腔中设有一粗一细两层滤膜,出水口处由很多根并列在一起的表面能强大的纳米材料(起到毛细管的作用)填充。在灌溉时,控水头中的水在与土壤接触后,水分依靠在管内的表面张力和毛细管力,被土壤中的毛细孔隙自动抽出。植物根系及土壤的吸水能力随着植物自身对水量需求的大小而自动调节,对于控水头内灌溉水的吸收能力也随之变化。这样可以保证连续不间断、均匀、适量地向植物根系土层提供有效供水,最大限度地杜绝水资源浪费。
    既不怕堵又不怕虫并可改善作物品质
    以前在使用滴灌技术时曾经出现过堵塞问题,严重影响滴灌性能甚至造成系统报废,原因是滴灌系统本身对灌溉的水质要求较高,那么痕量灌溉技术能避免堵塞发生吗?
邹洪涛:一般来说,灌溉输水管产生堵塞的原因有物理性堵塞、生物性堵塞、植物根系生长造成的堵塞及水分倒吸造成的堵塞。
    按照设计,这项技术通过设置合理的滤膜与出水口毛细管头面积比,降低滤膜的透水流速。当面积比超过临界值后,滤膜几乎无法堵塞。在滤膜阻挡下的杂质会稀松地堆砌在滤膜表面,不仅不会阻挡缓速的水流,反而会变成一层层新滤膜。而更大颗粒的杂质由于滤膜微孔过小,也无法堵塞滤膜。而且控水头滤膜拦截的杂质会受到来自管道中动荡水流的搅动,杂质无法附着在滤膜上,成功避免了物理性堵塞。
此外,输配水管网浅埋于地下后,管道内外温度相对恒定,有效避免了因灌溉水质硬度偏大时,导致化学物质结晶析出附着在管道内壁,堵塞控水头现象的发生。同时,输配水管网浅埋于地表下处于黑暗不见光状态,致使藻类及其他微生物不易生存,有效避免了生物性堵塞问题。
    一般来说,植物根系都会朝水源方向生长以汲取更多水分,造成根系堵塞出水孔的现象。在这项技术中,控水头的出口是由很多并列在一起的纳米材料填充而成的,其间隙远远小于植物根系直径,避免了因植物根系伸入出水口引起的堵塞。
    还有一种情况是水分倒吸引起的管路堵塞,即水携带土壤或杂质进入管内,从外部堵塞输水口。而这项技术的管路,在负压的情况下可以依靠控水头继续正常抽水运行而不发生水分倒吸现象。
与其他灌溉技术相比,痕量灌溉还有哪些优势?
    邹洪涛:这项技术的好处还有很多,比如,它还具有降低杂草发生率、防治因灌溉造成土壤退化、抑制病虫害等优点。
    痕量灌溉具有局部、均匀、少量持续灌溉等特点,埋于地下的管道在完成灌溉的同时,极大地保证了地表的干燥程度,有效减少了地表杂草的发生。
而且这项技术,不会像沟灌、喷灌那样造成土壤板结、泛咸的现象,它会使水肥在作物根系层土壤里上下纵横、缓慢扩散,不会破坏土壤结构。
    病虫害一直是农业生产的大敌。痕量灌溉技术,在其设备运行灌溉期间,地表面和作物叶子仍然保持干燥状态,可以有效降低温室湿度,提高地温,抑制了病虫害的发生,提高作物品质。
城市、农村两相宜干旱地区效果更显著
    如此看来,痕量灌溉技术具有独特的优势,那么它将被应用在农业生产或城市生活的哪些方面?
邹洪涛:痕量灌溉技术为农林业,包括精耕农业、旱作农业、气候干旱恶劣地区的野外种植绿化作业提供了极大便利。
比如在用于树木种植时,埋在果树根系周围的痕量灌溉管,一次埋入可多年使用,一般无需维护。使用时打开闸门即可对千亩果园进行灌溉,也可同时进行施肥。痕量灌溉可用于干旱地区植树、种草、防风、固沙等,也可用于温室、大棚蔬菜生产,在冬季可以降低大棚内湿度,减少植物病虫害的发生,实现增产增收。
    当然,城市草坪、花坛同样可以采用痕量灌溉技术。采用痕量灌溉技术进行城市绿化能大幅提高劳动生产效率,节省人工和劳动力。而且进行灌溉时,不会给行人或街道造成不便,也不会影响草坪(足球场、高尔夫球场、城市绿地等)正常使用。
    城市屋顶花园建设,是城市绿化建设发展的一个新亮点。屋顶花园使用痕量灌溉技术进行自动灌溉,不仅方便、省水,更可以节省大量的浇灌劳动力。
    辽宁是农业大省,您觉得这项技术适合我们辽宁的环境吗?
    邹洪涛:我省是农业大省,也是水资源短缺省份,尤其近年来干旱少雨等极端天气频繁,对农业生产造成了很大影响。节水技术在我省农业生产上应用是大势所趋,尤其在我省西北干旱半干旱地区应用节水技术效果会更加显著。
    痕量灌溉技术是在毛细管力和膜过滤技术相结合基础上研发出来的新型节水灌溉系统,将以往的土壤通体灌溉转为作物根际土壤微量灌溉。该技术与当前较为成熟的滴灌节水灌溉技术相比,节水和抗堵塞是最显著的优势。它操作简单、投入成本低、使用寿命长,适合应用在我省西部设施蔬菜生产中的高经济效益作物身上。
此外,由于痕量灌溉系统在满足植物生长需求的前提下,能够避免渗漏,且不依赖水源和电源,还可与雨水收集系统相结合,所以可以用来建设循环型生态景观,还可以应用于立体花坛、建筑墙体垂直绿化、屋顶花园、室内外立体花园等需要供水的领域。
    痕量灌溉耗水量少,能按照植物耗水规律适时、适量、均匀而又缓慢地供水,没有蒸发或渗漏损失,能够使植物根系层土壤长期保持在最佳水分、通气状态,所以也可以应用在水资源短缺的干旱、半干旱地区的农业及林业种植与开发上,特别适合在过去无法栽培植物的环境中使用,如应用于沙漠化防治领域。它的诞生为生态环境建设和保障粮食安全提供了新路径。
    记者感言
    灌水变吸水,“被动”化 “主动”,不仅是这项技术最具特色的地方,更体现出了设计者研究思路的转变。巧妙运用 这种反常规的逆向思维,常会给人们带来意想不到的收获。当“山重水复疑无路”时,逆向思维往往让事情“绝处逢生”,迎来 “柳暗花明又一村”。逆向思维,是创新的一条重要途径。在呼唤创新的时代,我们唯有勇于逆向思维,才能不断取得新的成功。
    专家档案
    邹洪涛 沈阳农业大学土地与环境学院副院长,副教授,硕士生导师,辽宁省土壤学会理事。主持在研项目有国家自然科学基金,教育部重点项目,中国博士后科学基金(一等资助),中国博士后科学基金(特别资助),国家十二五科技支撑子课题,农业部公益行业专项子课题,辽宁省农业科技攻关重大项目子课题。拥有国家发明专利授权3项,实用新型专利授权2项。荣获全国农牧渔业丰收二等奖1项,辽宁省科技进步一等奖1项,辽宁省科技进步三等奖2项,沈阳市科技进步一等奖1项,发表学术论文30余篇。科研方向,环境友好型肥料研发与应用、土壤改良与水资源高效利用。