“痕量灌溉”理论支撑与技术特点的质疑(2)
时间:2015-10-14 14:58
来源:核心期刊网
作者:张国祥;爱琴
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笔者认为很可能是：纤维束间流道出现了堵塞点，堵塞点上游的水压力大幅增大（动水压变成静水压、受压面积增大），堵塞点周边的纤维在水压力的推动下滑出灌水器，从而增大了过流面积，这种局部堵塞陆续发生，致使出现流量渐增的结果。痕灌控水头在试验中其实已经出现堵塞，并造成了控水头损坏。
2.3.2 滤膜的堵塞问题
国际微灌界对过滤精度的选择，普遍按过滤孔基本尺寸为流道最小直径的1/7～1/10 来考虑。有关痕量灌溉的文献中未见报道纤维直径、纤维束间隙面积及滤膜孔径等数据。笔者按纤维直径为10 μm（微米级纤维[3]）来估算，其滤孔直径约在0.16～0.20 μm，属于微滤膜。
众所周知，膜过滤净水机的微滤膜和超滤膜都有堵塞问题，需要冲洗或更换；在哈密会议上中国农大李光永教授交流了痕灌滤膜被红色沉积物堵塞的实例照片，文献[10]提供了多种微滤膜抗堵塞措施等，均说明滤膜是会堵塞的。文献[2]认为“杂质被缓慢地堆积在痕灌膜表面，而无法堵塞膜孔”，不知有何根据。
膜过滤还存在以下情况：1）膜的孔径要比微灌过滤孔小很多，仅为120 目网过滤器基本尺寸的0.13%。滤孔越小对化学堵塞越敏感；而且相同水质条件下，被拦截的物理杂质比滴灌数量要多，甚至多得多；2）痕灌管埋于地下，滤膜无法冲洗与更换，被拦截的物理杂质没有出路；3）粒径≤5 μm 的颗粒为黏粒，滤膜拦截的杂质中含有黏粒，会降低滤膜上游沉积物的透水性；4）尽管痕量灌溉宣称：作物全生育期都灌水。但在二茬作物之间，总会有停灌的时段；在北方冬天停灌。不仅有可能产生溶质析出，而且为膜上游面沉积物固结提供了条件。
总之，痕灌系统需要在地下长期工作，日积月累，随着时间的推移，发生膜堵塞的几率会越来越大；需要不同水质条件下的长期观测资料来验证。
2.3.3 纤维束间隙流道的堵塞问题
按纤维直径为0.01 mm 估算，纤维束间每条流道的面积，约为直径1 mm 微灌滴头流道面积的10 万分之5。
下面仅提出二种可能堵塞的情况。
1）目前痕灌纤维束间隙是最小的（微润管的孔径不清）流道，如前所述，对化学堵塞应该极为敏感；痕灌系统每年都有一段或数段时间停灌，这给水中溶质析出提供了机会。
2）即使如文献[2]所述：“能通过滤膜的小颗粒及离子也能通过纤维束间隙进入土壤“，也还有堵塞的可能。
绝大多数情况下毛管是有坡度的，也就是说痕灌灌水器的埋深虽可一致，但各个灌水器的高程各异。当系统节制阀门关闭后，阀下游的管系内还有余水，灌水器仍在出水；位于顺坡毛管上游（或逆坡毛管下游）的灌水器会比下游（或上游）灌水器早断水，毛管内水位不断降低，又无补气通道，管内定会呈现负压，出现负压吸泥现象。正好灌水器出口土壤中，有通过滤膜与纤维束间流道的小直径颗粒——黏粒，会随水一起被吸入纤维束间流道；黏粒有聚凝作用，并在停灌期间失水，造成纤维束间流道的堵塞。这种现象早已被微灌滴头的实际所证实。
总之，痕量灌溉灌水器可以长久不堵塞[3]的结论，显得太过草率。
2.4 关于节水
2.4.1 痕量灌溉所宣传的节水效果
从现有文献中摘录出痕量灌溉比其他灌溉方式的节水增产效果，见表1。总体而言，它比常规滴灌节水22%～63%、比畦灌节水39%～44%、比沟灌节水40%～50%、比减量滴灌节水0～51.2%。
2.4.2 痕量灌溉试点选错了比较对象
众所周知，地下灌溉可以减少地表蒸发，设施不占耕地；故与地面灌溉相比，具有节地、节水等突出优点。
痕量灌溉为地下灌溉技术，其主要比较对象应为地下滴灌；可现有试点资料中唯独没有地下滴灌。
2.4.3 所发表的节水结论性资料科学性不足
国家和水利行业标准对灌溉试验有明确的规定，但所见文献中没有相应的说明。
1）试验条件中未说明：底部是否隔绝了地下水补给、侧向是否阻断了水分流通。
2）未说明耗水量中是否计入了播种与收获时的土壤水分增（减）量。
3）大田条件下，有没有计入降雨。
4）多数文献中把灌水量之差作为节水量，进而算出节水率，不符合技术标准规定。
2.4.4 地下灌溉短时段（≤3 a）的试验数据极可能造成判断错误
笔者之一曾于20 世纪70 年代末做过0.2 hm2（3 亩）大田地下滴灌试验，毛管（含滴头）埋深在40 cm（犁底层下）。第1 年每次灌水20 m3/667 m2，地面可见湿润斑，效果很好；次年效果略差，到第4 年后期，每次灌水50 m3/667 m2，地面也不见湿。经开挖检查分析认为：因无配套的开沟机，管沟宽达20 cm（铁锨宽度），管沟打破犁底层，显著改善了水分向上运移的条件，随着时间推移，犁底层逐渐再形成，水分向上运移的条件逐年变差所致。目前发表的文献基本上是第1 年的试验结果，是滤膜拦截的杂质数量最少、水分运移条件最优时的结果；凭此就下结论，极易出现误判。因此，地下灌溉（包括痕灌）的节水、增产效果需要用第4～5 年的试验数据来证实。
2.4.5 哈密试点枣园的痕灌系统可能供水不足
哈密试点枣园28 hm2（420 亩），枣树行距3 m，滴头间距0.33 m，相当于每平方米1 个滴头；按厂家提供滴头在10 m 水头下的流量为0.11 L/h 估算，日（24 h）灌水量为2.64 L/m2，相当于日灌水深2.64 mm；对于进口水头为5 m 的方案，滴头流量为0.06 L/h，日灌水深仅1.44 mm。笔者估计在哈密盛果期枣树的月平均日耗水强度峰值至少应>4 mm（对于地下滴灌），因此供水不足在所难免；痕灌系统设计没有考虑这一问题。
3 结 论
应该肯定：痕量灌溉对更小流量供水和膜过滤在地下滴灌系统中的应用做了有益的尝试。但是在一些基本问题未搞清之前，轻率地提出[2]：“在理论方面，痕量灌溉以全新的原理实现了出水量与植物的需水量相匹配，使学术界重新审视植物的真实需水量，将改写植物生理、农田水利、作物栽培等学科的论述；运用痕量灌溉技术可以精确地控制土壤含水量”，“痕量灌溉技术的发展，使中国第一次站在国际节水灌溉技术的前沿，将引领下一轮节水灌溉创新”等；这不是科学的态度。
1）根据毛细管现象的基本特征、痕灌灌水器及小流量点水源的实际，毛细管力不可能成为灌溉系统的基础力。
2）土水势与土壤内的负压是不能等同的二个量，土水势目前还不能被滴头出口所感知，痕量灌溉能实现与作物需水相匹配的“自适应灌溉”，缺乏依据。
3）滤膜及纤维束滴头流道可以长久不堵塞的结论，显得过于草率。
4）地下灌溉需要用第4～5 年的试点资料来验证其节水、抗堵及增产效果，才比较可信。
5）根据国际微灌界的共同认知，流量不大于12 L/h的灌水器统称为滴头，痕量灌溉应归属于地下滴灌，只是用了膜过滤和纤维束结构的滴头。
总之，痕量灌溉作为新提出来的灌水技术，其理论和技术本身存在诸多问题，失败的风险很大；该技术尚处于原理探索阶段，目前最需要的是补做技术原理的小面积试验验证；离中试或大面积推广应用距离尚远。
[参 考 文 献]
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2013[2013-08-09]http://www.docin.com/p-687440810.html.
