低成本节水灌溉的尝试和实践
    灌溉，是经过人的努力，在一定的时间，将一定量的水输送到一定的位置，以满足作物生存和生长的需要。时间、水量、位置控制得越准、作物吸收转换率越高，灌溉的效率就越高，对此人们的研究开发是无止尽的，是复杂的；然而就灌溉的操作而言，无非就是储水输水配水，应该是明了的，简单的。运用简单方法更多更有效地利用天然雨水，减少人工灌溉和在人工灌溉过程中充分利用科技成果，降低劳动，减少能量消耗，降低材料消耗，降低材料价格是低成本节水灌溉不可或缺的两个方面。
一、天然降水深导蓄留（深导蓄留）和水袋单株滴灌：
    西部地区虽然在总体上存在水资源不足的问题，但是多数地区的年平均降水量都超过 400毫米，在西南地区更超过1000毫米。在理论上，这些降水在循环过程中只要有极小的比例被植被生长所吸收，就可以达到满意的绿化速度。问题是，绝大部分降水没有经过植物生长这个过程就通过地表径流和蒸发流失了。如何在400毫米雨量条件下种活树，种好树，是西部山区开发治理的突出问题。研究的实践和成果证明:（1）就人工造林而言，土壤表层40-80公分深处的土壤水是植物生长的最主要和最直接供应源；(2）人工林地此层土壤水缺失严重，难以补充，影响林木存活和生长；（3）从地表自上而下的灌溉，同样水量灌溉水到达40公分以下土层的水量和灌溉速度有关：漫灌一般为总灌水量的20%，滴灌时间较长可达总灌水量的50%；(4）滴灌较漫灌渗入地表40公分以下土层的水保有时间可延长一倍；（5）集雨措施可以留住一部分雨水增加土壤水量减轻干旱胁迫，但深层补水仍很有限，保水时间不足以支持作物安全渡过春季干旱期。
    天然降水深导蓄留（深导蓄留）基本思路：让水留在较深的土层中，集雨和灌溉水避开地表层直接由导管引入植物根系所在土层进行包根灌溉；在降雨量小于蒸发量的区域让地面表层土壤起覆盖遮蔽作用，不起或减少消耗灌溉水的作用。
    具体实施由天然降水深导蓄留和水袋单株滴灌两方面配合进行。 天然降水深导蓄留是经过简单水量计算在作物上方坡面设置一定的集水面收集径流雨水，径流汇集处挖掘鱼鳞坑蓄集雨水，鱼鳞坑底按导入深度和包根位置插导管可将60%以上集水引导渗入40-80公分土层，使原本径流和积蓄后又蒸发掉的雨水引入地下，变成可被植物直接吸收利用的土壤水。
    水袋单株滴灌，是采用20公斤水袋直接向作物根部滴灌或向导管滴灌使水更精确地全部补充到作物根部。20公斤水袋是根据目前使用水桶的容积确定开发的，水袋适应人体功能要求也符合传统习惯，具有储、运、计量和控制流量的功能，水袋装满水后无渗漏，无蒸发，可肩扛马驮车运，人们可通过调节水嘴的螺旋盖帽有效控制水的流量进行滴灌。水袋可在任何时间任何地点直接以各种流量进行供水，导管则可直接穿过地表准确控制出水位置，高效进行包根滴灌。在对付春旱、伏旱和深层补水时，水袋单株滴灌效率极高，贵州镇宁县农民在粘性很重的土壤上用水袋对开花期的葡萄进行24小时单株滴灌，灌溉深度超过40公分，成功地克服了春旱使葡萄增产3倍；辽宁义县农民应用水袋单株滴灌果树收到事半功倍的效果，农民反映：灌溉的事，我们心里有底儿了。
    深导蓄留、水袋单株滴灌能充分发掘天然降雨的潜力和提高人工灌溉的效率成本低廉，可操作性强，很大程度扭转了我们植树造林灌溉的被动状态，结合塑料薄膜覆盖我们可以低成本有效解决北方年降雨量 400毫米和西南干热河谷地区年降雨量600毫米的山地植树灌溉问题。
二、塑料薄膜编织袋组合水袋：
    兵无常势，水无常形，有形之水有价，有高价。为了使水有形人们用各种材料制造出大大小小的容器管道。我们综合塑料薄膜无污染，密封防渗，轻薄便宜，加工容易，可塑性好的优点和编织袋强度高的优点，采用双层结构，将尺寸稍大的全密封塑料薄膜袋内置于形状相同尺寸较小的塑料编织袋，在同一位置开口用线绳捆扎安装进出水嘴制成取两者之长补两者之短的组合水袋。组合水袋价廉物美，效价比高：我们开发的20公斤水袋小批量生产成本为1.6元，创等容积容器价格新低，大批生产成本还可降低。在制作较大容器时也同样有很强的竞争优势，集每吨水的容器材料成本可以不超过8元。组合水袋轻便实用，性能优良：在贵州山区用三吨水袋贮存山泉水，水被完全包裹密封与空气隔绝，在阳光照射条件下三个月未长水藻未变质未蒸发减少。20公斤水袋集储运配水滴灌功能于一身，为作物高效深灌提供了技术保证的同时给人们以新的启发：孟加拉地表水含砷高不适宜饮用，他们用我们采用塑料薄膜和双层结构的思路制造经济实惠的集雨容器解决饮用水收到了较好的成效，受到国际援助界的好评；印度已经生产水袋进行扶贫项目的节水灌溉；义县一位农妇用水袋对种植在苹果篓里的红薯进行滴灌，很好地解决了立体种植跑水跑土的问题，为我们今后在治理山区和开展高效农业立体种植的工作中提供新种植方法-穴种，人们可以根据作物的生长要求挖制一定大小保土保肥的种植穴（大型营养钵），加上水袋滴灌，使土、肥、水优势相对集中种植作物获得高产。穴种可以很大程度取代目前广种薄收严重造成水土流失的坡地翻耕的种植方法，为生态的恢复和治理做出贡献。
三、低水头层流滴灌：
    目前的滴灌之所以无法降低成本是受到其技术路线制约的。为了追求滴灌系统每个滴头出水均匀，在应用滴头水力学公式 Q=kHR （Q：流量、k：系数、H：水头落差、R：雷诺数）时，设计者选择幂指数雷诺数R趋向0 的技术路线，是通过滴头阻力消耗高压水流的能量达到滴头出水均匀的目的。目前为止使用的滴灌都是基于该技术路线的系统被称为紊流滴灌。一般的紊流滴灌工作系统必须保证在滴头进水处水压高于10米水柱，这样使得整个系统工作经历加压、保压、降压过程，这是一个先输入能量然后又将输入能量消耗掉的运行过程，也是个高成本高消耗的运行过程；由于滴头和毛管技术要求高，生产成本较高，系统工作压力较高导致系统设备标准高，技术复杂和资金投入大。运行和制造两方面成本无法降低使紊流滴灌无法摆脱先天而致命的局限性。面对小规模的农户生产格局使这种局限更加明显。和以上的紊流滴灌不同，我们选择滴头水力学公式中幂指数雷诺数为1的技术路线设计和试验了与新疆兵团"无压滴灌"近似的低水头层流滴灌，证明低水头层流滴灌可行，可以大大降低滴灌设施的制造和运行成本，有进一步开发和推广的价值。低水头层流滴灌毛管工作原理是通过降低水头加大毛管截面面积和出水口小孔截面面积比（比值大于1500）使整个滴灌系统降低流速实现层流输水。因水头很低，只有50-100公分，毛管受压力很小，可做得很薄，制造和运行成本都大大降低；和水头正相关的滴头出水量的误差因水头受到限制，不可能很大。地面不平会造成滴头流量不均匀，用插入毛管出水口小孔的发丝管调整出水点的高度加以校平进行控制可以达到紊流滴灌的误差标准。毛管截面积较大使管阻的水头损失较小，毛管设计工作长度可达70米，试验工作长度已超过30米。由于管道使用塑料薄膜成本很低。按种植西红柿布局铺设，每亩地毛管铺设长度为700米，支管铺设长度最长为100米，支管、毛管、旁通等投入可控制在80元以内，毛管投入可控制在50元，是紊流滴灌投入的 1/3-4；系统运行条件也有所简化，高压管道输水改为开口容器连通输水，只要连通滴灌系统的容器形成50-100公分水头就能蓄水工作，可减少配套设施投入。目前低水头层流滴灌对小农的生产是够用的，但仍有必要进一步优化完善。单个工作系统单元也不宜过大，毛管太轻需地膜覆盖。
四、人力压力泵：
    人力压力泵的开发经历了脚踏泵到手摇泵的演变，因手摇泵结构更简单合理已形成商品生产。手摇压力泵是根据农村实际情况按人体工程原则开发的新一代人力抽水装置。该泵按转换功率100瓦进行设计，采用无毒聚氯乙烯（UPVC）自来水管材精心制作而成，具有无污染、结构简单、轻便灵活、吸程高、使用方便等特点，克服以往手压水泵只能吸水不能压水不能移动的局限，延展了人对水的支配能力，广泛用于农村家庭生活用水、集雨和灌溉。在安装使用时可根据实际情况有多种选择组合的可能：1、家庭自来水组合：水井（水窖）-泵-水塔（水箱、水池）-水龙头；2、一般灌溉组合：河流、水塘、水洼-泵-灌溉；3、水窖集雨组合：水洼或集雨的低洼处-泵-水窖，再而水窖-泵-生活、灌溉。4、微灌小系统组合：水窖-泵-小型微灌（微喷、小管出流、水袋）设备。最近我们和河北遵化兴民塑料厂成功进行了果树滴灌和微喷试验，以水窖集水为水源，两个人一台手摇压力泵，用两根长50米带有20个每小时出水6升的微喷头或同样数量的小管出流分水器的支管轮流作业进行微灌，可高质量地灌溉果树。按每天可灌溉五亩板栗树折算，每亩设备投入为十元。
    手摇压力泵技术指标：总扬程20米，最大吸程9米，每小时出水量 1200公斤，重量14公斤， 有底座尺寸：125×30×30厘米， 无底座尺寸：95×15×30厘米。
    众所周知，中国西部的环境治理和经济开发，遭遇到水资源短缺的严重制约。水资源不足对整个西部发展的制约是全面的，而本来不足的水资源再利用不足和利用效率低下更使得问题突出和严重。对于工业生产和城市生活，目前有许多现成的节水技术，可以大大提高水的利用效率。而对农村和山区则不同，如果没有成本低廉的适用技术支持，没有适用技术的打包系列服务是不能以足够快的速度在大范围内，尤其是在一些重要河流的上游地区改善植被的覆盖，提高涵养水源的能力，整个大环境的恶化将继续下去。在给予农民足够的产权激励的社会和政策条件下，如果能够极大地提高他们利用水资源的效率，加快西部植被恢复的速度，就能在西部开发中实现战略性的突破。也就是说，谁要是能够向千千万万的小农系统地提供成本低廉而可靠的技术，使他们同时提高水资源的生态效率和经济效率，谁就拿到了一把开发中国西部的钥匙。
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