微灌的种类与优缺点
一、微灌的种类
微灌是利用微灌设备组装成微灌系统，将有压水输送分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术。用于温室大棚的微灌系统主要有滴灌和微喷灌两种。
1、滴灌
滴灌是利用安装在末级管道(称为毛管)上的滴头，或与毛管制成一体的滴灌带（管）将压力水以水滴状湿润土壤的一种灌水技术。通常将毛管和灌水器放在地面，也可以把毛管和灌水器埋入地面以下30～40cm。前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌。每个灌水器的流量一般为2～12L/h。
2、微喷灌
微喷灌是利用直接安装在毛管上或通过φ4mm塑料管与毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿润土壤的一种灌水技术。微喷头有折射式和旋转式两种，前者喷射范围小，水滴小，是一种雾化微喷灌；后者喷射范围较大，水滴也大。微喷头的流量通常一般为20～250L/h。
二、微灌的优缺点
温室大棚采用微灌与传统地面灌溉（畦灌）相比，具有以下优点。
可降低室内空气湿度。由于位灌除了作物根部湿润外，其他地方始终保持干燥，因而大大减小了地面蒸发，一般情况下室内空气相对湿度下降20％左右。
灌水均匀。微灌系统能够做到有效地控制每个灌水器的出水流量,因而灌水均匀度高,一般可达80%－90%。
节省劳力。微灌是管网供水，操作方便，而且便于自动控制，因而可明显节省劳力。同时微灌是局部灌溉，大部分地表保持干燥，减少了杂草的生长，也就减少了用于除草的劳力。
地温降幅很小。微灌的运行方式是采用浅灌勤灌的方式，每次灌水量很小，因而几乎不会引起地温下降。
微灌可以结合施肥，适时适量地将水和营养成分直接送到作物根部，提高了水和肥料利用率。
可减少病虫害的发生。微灌可以降低室内的空气湿度，使与湿度有关的病虫害得以大幅度下降，同时降低了防止病虫害的农药使用量，减少蔬菜农药残留量，提高了蔬菜品质。
便于农作管理。微灌只湿润作物根区，其行间空地保持干燥，因而即使是灌溉的同时，也可以进行其它农事活动，减少了灌溉与其它农作的相互影响。
提高农作物产量。微灌可以给作物提供更佳的生存和生长环境，使作物产量大幅度提高。一般增产幅度达30～80％。
提早供应市场。使用微灌系统，一般可早应市15～30天。
延长市场供应期。改善了的环境，可使作物更长时间内保持生长旺盛，从而可延长市场供应期，获得最佳的收入。
降低了能耗。微灌比地面畦灌可减少灌水量50～70％，因而可降低抽水的能耗；同时微灌地温下降小，可减少或免去提高地温所需的能耗，一般能耗可下降30％左右。
但是,微灌是利用压力管道输水并需要有过滤设备，其系统投资一般要远高于地面灌；灌水器出口很小，易被水中的矿物质或有机物质堵塞，减小系统水量分布均匀度,严重时会使整个系统无法正常工作,甚至报废。
微灌系统的组成
一、微灌系统的组成
微灌系统由水源、首部枢纽、输配水管网和灌水器以及流量、压力控制部件和量测仪表等组成。
1、水源
河流、渠道、湖泊、水库、井、泉等均可作为微灌水源，但其水质需符合微灌要求。
2、首部枢纽
首部枢纽包括水泵、动力机、肥料和化学药品注入设备、过滤设备、控制阀、进排气阀、压力流量量测仪表等。其作用是从水源取水增压并将其处理成符合微灌要求的水流送到系统中去。
微灌常用的水泵有潜水泵、深井泵、离心泵等。动力机可以是柴油机、电动机等。
在供水量需要调蓄或含砂量很大的水源，常要修建蓄水池和沉淀池。沉淀池用于去除灌溉水源中的大固体颗粒，为了避免在沉淀池中产生藻类植物，应尽可能将沉淀池或蓄水池加盖。
过滤设备的作用是将灌溉水中的固体颗料滤去，避免污物进入系统，造成系统堵塞。过滤设备应安装在输配水管道之前。
肥料和化学药品注入设备用于将肥料、除草剂、杀虫剂等直接施入微灌系统，注入设备应设在过滤设备之前。
流量压力量测仪表用于测量管线中的流量或压力，包括水表、压力表等。水表用于测量管线中的流过的总水量,根据需要可以安装于首部，也可以安装于任何一条干、支管上，如安装在首部，须设于施肥装置之前，以防肥料腐蚀;压力表用于测量管线中的内水压力，在过滤器和密封式施肥装置的前后各安设一个压力表，可观测其压力差，通过压力差的大小能够判定施肥量的大小和过滤器是否需要清洗。
控制器用于对系统进行自动控制，一般控制器具有定时或编程功能，根据用户给定的指令操作电磁阀或水动阀，进而对系统进行控制。
阀门是直接用来控制和调节微灌系统压力流量的操纵部件，布置在需要控制的部位上，其型式有闸阀、逆止阀、空气阀、水动阀、电磁阀等。
3、输配水管网
输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，输配水管网包括干、支管和毛管三级管道。毛管是微灌系统的最末一级管道，其上安装或连接灌水器。
4、灌水器
灌水器是微灌设备中最关键的部件，是直接向作物施水的设备，其作用是消减压力，将水流变为水滴或细流或喷洒状施入土壤。
微 灌 设 备
一、灌水器的分类与性能
(一) 灌水器分类
灌水器质量的好坏直接影响到微灌系统的寿命及灌水质量的高低，其种类繁多，适用条件各有差异。按结构和出流形式可将灌水器分为滴头、滴灌（管）带、微喷头等三类。
1、滴头
通过流道或孔口将毛管中的压力水流变成滴状或细流状的装置称为滴头。其流量一般不大于12 L/h，如图1所示。
按滴头的压力补偿与否可把它分为如下两种。
1)．非压力补偿滴头
非压力补偿滴头是利用滴头内的固定水流流道消能，其流量随压力的提高而增大。
2)．压力补偿型滴头
压力补偿型滴头的流量不随压力而变化。在水流压力的作用下，滴头内的弹性体(片)使流道(或孔口)形状改变或过水断面面积发生变化，当压力减小时，增大过水断面积，压力增大时，减小过水断面积，从而使滴头出流量保持稳定，压力补偿滴头同时还具有自清洗功能。
2、滴灌带（管）
滴头与毛管制造成一个整体，兼具配水和滴水功能的带（管）称为滴灌带（管）。按滴灌带（管）的结构可分为两种。
1)．内嵌式滴灌带（管）
内嵌式滴灌带（管）是在毛管制造过程中,将预先制造好的滴头镶嵌在毛管内的滴灌带（管）。内嵌滴头有两种，一种是片式，如图2(a)；另一种是管式如图2(b)。
2)．薄壁滴灌带
薄壁滴灌带为在制造薄壁管的同时，在管的一侧热合出各种形状的流道，灌溉水通过流道以滴流的形式湿润土壤，如图3。
滴灌带也有压力补偿式与非压力补偿式两种。
3、微喷头
微喷头是将压力水流以细小水滴喷洒在土壤表面的灌水器。单个微喷头的喷水量一般不超过250L/h，射程一般小于7m。
温室大棚微喷头主要有旋转式和折射式两种。
1)．旋转式微喷头
水流从喷水嘴喷出后，集中成一束向上喷射到一个可以旋转的单向折射臂上，折射臂上的流道形状不仅可以使水流按一定喷射仰角喷出，而且还可以使喷射出的水舌反作用力对旋转轴形成一个力矩，从而使喷射出来的水舌随着折射臂作快速旋转。旋转式微喷头一般由三个零件构成，即折射臂、支架、喷嘴，如图4a所示。旋转式微喷头有效湿润半径较大,喷水强度较低。由于有运动部件加工精度要求较高,并且旋转部件容易磨损,因此使用寿命较短。
2)．折射式微喷头
折射式微喷头的主要部件有喷嘴，折射锥和支架，如图4b所示。水流由喷嘴垂直向上喷出，遇到折射锥即被击散成薄水膜沿四周射出，在空气阻力作用下形成细微水滴散落在四周地面上。折射式微喷头又称为雾化微喷头。折射式微喷头的优点是水滴小，雾化程度高，结构简单,没有运动部件,工作可靠,价格便宜。
二、管道与连接件
管道是微灌系统的主要组成部分，各种管道与连接件按设计要求组合安装成一个微灌输配水管网，按作物需水要求向田间和作物输水和配水。管道与连接件在微灌工程中用量大、规格多、所占投资比重大，所用的管道与连接件型号规格和质量的好坏，不仅直接关系到微灌工程费用大小，而且也关系到微灌能否正常运行和寿命的长短。
(一) 对微灌用管与连接件的基本要求
1、能承受一定的内水压力
微灌管网为压力管网，各级管道必须能承受设计工作压力，才能保证安全输水与配水。因此，在选择管道时一定要了解各种管材与连接件的承压能力。管道的承压能力与管材及连接件的材质、规格、型号及连接方式等有直接关系。因此，所选择管材与连接件时要了解其材质性质及性能，以免影响工程质量。
2、耐腐蚀抗老化性能强
微灌系统中灌水器孔口很小，因此，微灌管网要求所用的管道与连接件应具有较强的耐腐蚀性能，以免在输水和配水过程中因发生锈蚀、沉淀、微生物繁殖等堵塞灌水器。管道及管件还应具有较强的抗老化性能，对塑料管与连接件，则必须添加一定比例的碳黑，以提高抗老化性能。
3、规格尺寸与公差必须符合技术标准
管径偏差与壁厚及偏差应在技术标准允许范围内，管道内壁要光滑平整清洁以减少水头损失；管壁外观光滑、无凹陷、裂纹和气泡，连接件无飞边和毛刺。
4、价格低廉
微灌管道及连接件在系统投资中所占比重大，应力求选择既满足微灌工程要求又价格便宜的管道及连接件。
5、安装施工容易
各种连接件之间及连接件与管道之间的连接要简单、方便且不漏水。
(二) 微灌管道的种类
微灌系统常用塑料管作为输配水管道，塑料管具有抗腐蚀、柔韧性较好、能适应较小的局部沉陷、内壁光滑、输水摩阻粗糙率小、比重小、重量轻和运输安装方便等优点，是理想的微灌用管。塑料管的主要缺点是受阳光照射时易老化。塑料管埋入地下时，塑料管的老化问题将会得到较大程度的克服，使用寿命可达20年以上。
1、 聚乙烯管(PE管)
聚乙烯管分为高压低密度聚乙烯管和低压高密度聚乙烯管两种。低压高密度聚乙烯管为硬管，管壁较薄。高压聚乙烯管为半软管，管壁较厚，对地形的适应性比低压高密度聚乙烯要强。
高压聚乙烯管是由高压低密度聚乙烯树脂加稳定剂、润滑剂和一定比例的碳黑等制成的，它具有很高的抗冲击能力，重量轻、韧性好、耐低温性能强、抗老化性能比聚氯乙烯管好，但不耐摩，耐高温性能差，抗张强度低。
为了防止光线透过管壁进入管内，引起藻类等微生物在管道内繁殖，以及为了吸收紫外线，减缓老化的进程，增强抗老化性能，要求聚乙烯管为黑色。外管光滑平整、无气泡、无裂口、沟纹、凹陷和杂质等。
2、 聚氯乙烯管(PVC管)
聚氯乙烯管是以聚氯乙烯树脂为主要原料，与稳定剂、润滑剂等配合后经挤压成型的。它具有良好的抗冲击和承压能力，刚性好。但耐高温性能差，在50℃以上时即会发生软化变形。聚氯乙烯管属硬质管，韧性强，对地形的适应性不如半软性高压聚乙烯管道。
微灌中常用的聚氯乙烯管一般为灰色。为保证质量，管道内外壁均应光滑平整、无气泡、裂口、波纹及凹陷，对直径为40mm~200mm的管道的挠曲度不得超过1%，管道同一截面的壁厚偏差不得超过14%，聚氯乙烯管按使用压力分为轻型和重型两类。微灌系统中多数使用轻型管，即在常温下承受的内水压力不超过600kPa。每节管的长度一般为4~6m。
(三) 微灌管道连接件的种类
连接件是连接管道的部件，亦称管件。管道种类及连接方式不同，连接件也不同。微灌系统中常用的管件有接头、三通、弯头、堵头、旁通、插杆、密封紧固件等。
三、控制、量测与保护装置
为了控制微灌系统或确保系统正常运行，系统中必须安装必要的控制、测量与保护装置，如阀门,流量和压力调节器，流量表或水表,压力表,安全阀,进排气阀等。其中大部分属于供水管网的通用部件，这里只对微灌中使用的特殊装置作一介绍。
1、进排气阀
进排气阀能够自动排气和进气，而且压力水来时又能自动关闭。在微灌系统中主要安装在管网系统中最高位置处和局部高地。当管道开始输水时，管中的空气受水的“排挤”向管道高处集中，当空气无法排出时，就会减少过水断面，还会造成高于工作压力数倍的压力冲击。在这些制高点处应装进排气阀以便将管内空气及时排出。当停止供水时，由于管道中的水流向低处逐渐排出时，会在高处管内形成真空，进排气阀将能及时补气，使空气随水流的排出而及时进入管道。微灌系统中经常使用的进、排气阀有塑料和铅合金材料两种，国内山东莱芜塑料制品总厂，山西省水科所等单位研制供销一种适合微灌系统使用的简易进排气阀。
2、压力调节器
压力调节器是用来调节微灌管道中的水压力，使之保持在稳定的装置。安全阀实际上即是一种特殊的压力调节器。用于微灌支管或毛管进口处的压力调节器的工作原理是利用弹簧受力变形，改变过水断面而调节管内压力，使压力调节器出口处的压力保持稳定。
四、过滤设备
微灌系统中灌水器出口孔径一般都很小，灌水器极易被水源中的污物和杂质堵塞。任何水源，如湖泊、库塘、河流和沟溪水中，都不同程度地含有各种污物和杂质，即使水质良好的井水，也会含有一定数量的砂粒和可能产生化学沉淀的物质。因此对灌溉水源进行严格的净化处理是微灌中必不可少的首要步骤，是保证微灌系统正常运行、延长灌水器使用寿命和保证灌水质量的关键措施。
灌溉水中所含污物及杂质分为物理、化学和生物等三类。物理污物及杂质是悬浮在水中的有机的或无机的颗粒。有机质主要包括死的水藻、硅藻、叶子碎片、鱼、蜗牛、种子和其它植物碎片以及细菌等。无机杂质主要是粘粒和砂粒。化学污物或杂质主要指溶于水中的某些化学物质，如碳酸钙和碳酸氢钙等，在一定条件下，这些物质会变成不可溶的固体沉淀物，造成灌水器的堵塞。生物污物或杂质主要包括活的菌类、藻类等微生物和水生动物等。它们进入系统后可能繁殖生长而造成管道断面减小或使灌水器堵塞。
消除水中化学杂质和生物杂质的方法是在灌溉水中注入某些化学药剂以中和有碍溶解的反应，或加入消毒药品将微生物和藻类杀死，称为化学处理法。最常用的化学处理方法有氯化处理和加酸处理两种。氯化处理是将氯加入水中，当氯溶于水时起着很强的氧化剂的作用，可以杀死水中藻类真菌和细菌等微生物，是解决由于微生物生长而引起的灌水器孔口堵塞问题的有效而经济的办法。加酸处理可以防止可溶物的沉淀(如碳酸盐和铁等)，酸也可以防止系统中微生物的生长。
微灌系统中对物理杂质的处理设备与设施主要有：拦污栅(筛、网)、沉淀池、过滤器(水砂分离器、砂石介质过滤器、筛网式过滤器)。选择净化设备和设施时，要考虑灌溉水源的水质、水中污物种类、杂质含量，同时还要考虑系统所选用灌水器种类规格、抗堵塞性能等。这里只介绍微灌常用过滤器的结构、工作原理。其它净化设施可能阅有关书籍。
1、旋流水砂分离器
旋流式水砂分离器能连续过滤高含砂量的灌溉水，其缺点是不能除去与水比重相近或比水轻的有机质等杂物，特别是水泵起动和停机时过滤效果下降，会有较多的砂粒进入系统，另外，水头损失也较大。水砂分离器只能作为初级过滤器，然后使用筛网过滤器进行第二次处理，这样可减轻网式过滤器的负担，增长冲洗周期。
2、叠片式过滤器
叠片式过滤器是用数量众多的带沟槽薄塑料园片作为过滤介质。工作时水流通过叠片，泥沙被拦截在叠片沟槽中，清水通过叠片的沟槽进入下游。
3、筛网过滤器
筛网过滤器是一种简单而有效的过滤设备。它的过滤介质是尼龙筛网或不锈钢筛网。这种过滤器的造价较为便宜，在国内外微灌系统中使用最为广泛。
筛网过滤器的种类繁多，如果按安装方式分类，有立式与卧式两种；按制造材料分类，有塑料和金属两种；按清洗方式分类又有人工清洗和自动清洗两种类型；按封闭与否分类则有封闭式和开敞式(又称自流式)两种。
筛网过滤器一般由筛网、壳体、顶盖等部分组成。
过滤器各部分要用耐压耐腐蚀的金属或塑料制造，如果用一般金属材料制造，一定要进行防腐防锈处理。筛网一般用不锈钢丝制作，用于支管或毛管上的微型筛网过滤器，因压力较小，除采用不锈钢滤网外，也可以采用铜丝网或尼纶网制作。筛网的孔径大小即网目数的多少要根据所用灌水器的类型及流道断面大小而定。由于灌水器的堵塞与否，除其本身的原因外，主要与灌溉水中的污物颗粒形状及粒径大小有直接关系。因此微灌用灌溉水中所能允许的污物颗粒大小就比灌水器的孔口或流道断面小许多倍，才有利于防止灌水器堵塞。根据实践经验，一般要求所选用的过滤器的滤网的孔径大小应为所使用的灌水器孔径大小的1/7～1/10。滤网过滤器主要用于过滤灌溉水中的粉粒、砂和水垢等污物，尽管它也能用来过滤含有少量有机污物的灌溉水，但当有机物含量稍高时过滤效果很差，尤其是当压力较大时，大量的有机污物会“挤出”过滤网而进入管道，造成微灌系统与灌水器的堵塞。
4、砂过滤器
砂过滤器又称砂介质过滤器。它是利用砂石作为过滤介质的。砂过滤器主要由进、出水口、过滤罐体、砂床和排污孔等部分组成。
1)单罐反冲洗砂过滤器工作原理
2)双罐(或多灌)反冲洗砂过滤器工作原理
为了使微灌系统在反冲洗过程中也能同时向系统供水，在首部枢纽往往安装两个以上过滤罐。这种过滤器的过滤与反冲洗过程是通过一种特制的三向阀门来控制的，当打开三向阀门时，阀门向后移动封闭住反冲洗管进口而让压力水流通过进水管和过滤
五、施肥施药装置
微灌系统中向压力管道内注入可溶性肥料或农药溶液的设备及装置称为施肥(药)装置。常用的施肥装置有以下几种。
1、压差式施肥罐
化肥罐应选用耐腐蚀、抗压能力强的塑料或金属材料制造。对封闭式化肥罐还要求具有良好的密封性能，罐内容积应根据微灌系统控制面积大小(或轮灌区面积大小)及单位面积施肥量，化肥溶液浓度等因素确定。
压差式施肥罐的优点是，加工制造简单，造价较低，不需外加动力设备。缺点是在注肥过程中罐内溶液浓度逐渐变淡。罐体容积有限，添加化肥次数频繁且较麻烦。输水管道因设有调压阀而调压造成一定的水头损失。
2、注射泵（施肥泵）
根据驱动水泵的动力来源又可分为水驱动和机械驱动两种形式，使用该装置的优点是在整个注肥过程中肥液浓度稳定不变，施肥质量好，效率高。
为了确保微灌系统施肥时运行正常并防止水源污染，必须注意以下三点：第一，化肥或农药的注入一定要放在水源与过滤器之间，使肥液先经过过滤器之后再进入灌溉管道，使未溶解化肥和其它杂质被清除掉，以免堵塞管道及灌水器。第二，施肥和施农药后必须利用
清水把残留在系统内的肥液或农药全部冲洗干净，防止设备被腐蚀。第三，在化肥或农药输液管出口处与水源之间一定要安装逆止阀，防止肥液或农药流进水源，更严禁直接把化肥和农药加进水源而造成环境污染。
4、文丘里注入器
文丘里注入装置可与敞开式肥料箱配套组成一套施肥装置。其构造简单，造价低廉，使用方便。文丘里注入器的缺点是如果直接装在骨干管道上注入肥料，则水头损失较大，这个缺点可以通过将文丘里注入器与管道并联安装来克服。
温室大棚滴灌系统田间布置
一、日光温室室内滴灌系统布置
日光温室内蔬菜种植一般为南北向，种植田块东西向长南北向短，滴灌支管一般东西向布置，其长度与日光温室的长度相同；毛管南北向布置（与种植方向一致），其长度一般为6～8m。
日光温室内一般为每一种植床种植两行作物，每一种植床一般布置一条毛管，如果种植床上的两行作物间距较大土壤沙性较大时可布置两条毛管。如果种植床上覆盖地膜时，毛管一般布设于地膜下。
二、育苗温室大棚棚（室）内微喷灌系统布置
大棚的田间首部与日光温室内的田间首部相同，由于支管长度较短，因而常用φ40聚乙烯塑料管。考虑到育苗的特殊要求，拟采用止漏雾化微喷头。系统可采用固定式或自动行走式
三、蔬菜大棚棚内滴灌系统布置
大棚内蔬菜种植一般仍为南北向，但种植田块南北向长东西向短，滴灌支管仍为东西向布置，其长度与大棚的宽度相等；毛管南北向布置，其长度与大棚的长度相等。毛管间距依据作物行距和土壤质地及灌水器流量而定，一般为60－100厘米。
四、供水系统
保护地灌溉水源多为井水，蔬菜种植品种繁多，需水规律和施肥的规律各异，用水方式一般为随机用水，即各个用户（温室大棚）用水的时间和流量不统一，下面介绍几种常见的随机供水方式。
压力罐集中供水
对于面积较大，保护地集中的地块，水井为单一水源的情况下，一般采用水泵加压，压力罐调压，除首部安装过滤设施外，在温室大棚内还需安装二级网式过滤器。
压力罐的原理是利用罐内空气的可压缩性来贮存和调节配水。压力罐安装在泵和管网之间，水泵启动后，即向管网供水，而一部分多余的水则贮存到压力罐内，使罐内空气压缩，水位上升，罐内的压力随之上升。当罐内压力达到上限值时（最高水位），电触点压力表接触上限触点，发出信号，切断电源停泵，这时罐内的压缩空气将罐内的水压入管网继续供水，当罐内的压力下降至下限压力值时，电触点压力表接触下限触点，水泵重新启动。正常情况下，水泵可在无人控制情况下工作，保证管网连续供水。
压力罐属于压力容器，应购买正规厂家生产的有许可证、合格证的产品。常见的有两种类型，即补气式和隔膜式。补气式又分为自动补气和泄空补气两种。
供水塔供水
有条件的地方，可在温室大棚群附近修建一个供水塔，也可实现随机供水。
3. 蓄水池供水
在大棚附近挖一个贮水窖或蓄水池，用于贮存灌溉用水，水源向各个窖或池供水。在灌溉时再用小水泵来加压，在地下水位较浅的地方，可在温室大棚附近打一浅井，利用微型离心泵或潜水泵向大棚供有压水。
