2004-08-23 作者:森海 来源:《园林》杂志 浏览:

  生命之起源,水为必然条件。没有了水,地球上的生命将会枯竭。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。

  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,开畦灌溉的技术。但用水效率低下,局限了灌溉面积的扩大。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20世纪一大难题。

  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。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,由著名的雨鸟公司制造。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。美国农业工程师协会(ASAE)在1990年举行的“农业工程50周年庆典”上为此授予雨鸟公司“历史里程碑奖”。

  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喷灌系统,使得大面积采用喷灌系统成为可能。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。固定式喷灌系统的优点是劳动强度小,但造价高,对田间耕作有影响,适合于多年生作物灌溉。

  为充分利用半固定式喷灌系统造价低的优点,克服其劳动强度高的缺点,一种由机械驱动的类似于半固定系统的喷灌机在30年代晚期由一位叫哈里·法里斯通(Harry. Firestone)的人发明并投入使用。现在仍有数家公司,如美国的维德(Wade Co.),莱克(Lake)、皮尔斯(Pierce)等在制造这种被称为滚移式喷灌机(Side Roll或Wheel Moving)的机器。其优点是造价比固定式喷灌系统低,劳动强度比半固定式、手工搬管系统低,维修方便。这种机器结构简单,由一台小马力汽油机驱动。滚动轮由薄壁镀锌钢板做成,管道为薄壁铝合金管。适用于低干作物,如棉花、小麦、蔬菜、草皮、草场等的灌溉。

  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喷灌机还要低廉的机器。

  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,上边悬挂喷头的喷灌机具,取名为中心支轴式喷灌机(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)。这种机器在70年代前多配置雨鸟公司生产的摇臂喷头。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,中心支轴式喷灌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喷灌机(Lateral Moving),但使用并不多。因为成本较高,维修不方便,能耗高。

  著名的中心支轴式喷灌机制造商有美国的伐利及林赛。

  还有一种叫卷盘式喷灌机的灌溉机具,广泛流行于欧洲各地,起源于法国,适合于中、小农场。整套机具配一支大喷枪,流量及射程非常大。这种机器使用灵活、方便,劳务成本低。但能耗高,喷水均匀度不好,对土壤侵蚀严重,对作物打击强度太大。

  尽管喷灌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。因为喷灌要全面积湿润,作物颗间的蒸发基本上是无效的。

  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,主要归因于无输水损失,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作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。可根据作物不同生长期需肥要求,准确地随灌溉水施入不同的肥料,可使作物生长于最优水、肥环境中。滴灌不只使作物产量提高,节约水资源,而且可大大提高作物品质。目前仍是全球最为蓬勃发展的灌溉技术。

  著名的滴灌制造商有:以色列的耐特费姆 (Netafim)、美国的雨鸟公司、T-System等。

  20世纪,喷灌、滴灌技术除在农业上得到空前发展之外,城市园林绿化上也广泛采用。草坪灌溉多用地埋式喷灌技术,采用地埋式,主要出于景观美化的目的。著名的制造商有美国雨鸟公司、Toro公司及Hunter公司。

  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)。澳大利亚的昆士兰,美国的加州、夏威夷等地,SDI广泛应用于灌溉甘蔗及蔬菜,取得良好效果。雨鸟公司在我国新疆南部将滴灌带埋于地下30厘米,用于铁路防风林带灌溉,也取得良好效果。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。雨鸟公司开发了一系列应用于园林花卉、行道树灌溉的滴灌设备,在美国、加拿大等地广受欢迎。

  我国从70年代开始引进喷灌、滴灌技术,80年代中期曾一度得到迅速发展。但因为经济及技术落后,不几年即纷纷下马。进入90年代中期,国家充分意识到我国水资源的短缺,重新大力推广节水技术。经过数年努力,已取得长足进步。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。国内著名滴灌生产厂家有:北京绿源公司、山东莱芜塑料厂等。国内喷头生产厂家很多,但质量优秀且稳定的不多。喷灌机具表现也不佳。

  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。但淡水资源的短缺越来越严重,人类在新的世纪将面临更严峻的挑战。

  进入21世纪,灌溉技术将会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(SDI将会大量推广),高度自动化及高度智能化方向发展(计算机控制,精量灌溉)。

  让我们期待更多更新的节水灌溉技术在新世纪里诞生,使地球上的生命不断延续下去。