痕量灌溉更節(jié)水

在水資源越發(fā)寶貴的今天，“節(jié)水”成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中特別看重的環(huán)節(jié)。以滴灌為代表的“微量灌溉”可以說(shuō)是農(nóng)業(yè)節(jié)水的典范了?？杉幢闶沁@種“微量”，在很多研究者看來(lái)，也還是有突破的空間的。這不，一項(xiàng)被稱作“痕量灌溉”的新技術(shù)就這樣應(yīng)運(yùn)而生了。它剛一露頭，那些巧妙創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就讓人們眼前一亮。

    在北京小湯山的一個(gè)蔬菜大棚里，研究作物灌溉的幾個(gè)專業(yè)人士正圍著這套被稱作“痕量灌溉”的設(shè)施琢磨著呢。

    我們這次在這幾個(gè)棚，包括北京各地方做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)示范，都已經(jīng)證明了，我們這個(gè)技術(shù)比滴灌還要節(jié)水得多，這次我們幾個(gè)棚基本上我們的耗水量?jī)H僅相當(dāng)于滴灌耗水量的20%到30%，

    棚里的珊瑚菜花和球莖茴香長(zhǎng)勢(shì)正旺?？赡芟胂髥幔@將近半棚菜的澆水源頭就是吊著的這個(gè)水桶。

    這些特菜可不是什么特別耐旱的品種，相反的，它們都挺嬌貴，對(duì)管理上的要求，尤其是對(duì)水的要求，那可是一點(diǎn)都不讓打折扣。

    到底是什么玄機(jī)，能讓這么個(gè)普通的水桶就能喂飽這么大一片菜呢！

    別看都圍著水桶瞧，可重點(diǎn)卻真不在這水桶上。

    順著水桶的出水管往下看，那些隱藏在植物下面的，埋在土里的部分才是節(jié)水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

    咱們這個(gè)其實(shí)就是，埋了一根管上，這個(gè)每個(gè)管上都有控水頭，這個(gè)控水頭埋在土里頭，埋在植物根部，把這個(gè)管接到一個(gè)塑料袋上也行，接到水桶上也行，都無(wú)所謂了，它只要有水源過(guò)來(lái)，它就能自動(dòng)工作。由于它直接給植物的根系供水，而且是在土壤以下供水，這樣的話，它的節(jié)水達(dá)到了極致了。

    把管道埋到植物根系的深度，讓滴頭直接埋伏到根系旁邊，這就是這套裝置的玄機(jī)所在。

    管道上這些小突起被它的發(fā)明者稱作控水頭。別看控水頭不起眼，這文章可是全都作在它上面了。

    初次見(jiàn)到痕量控水頭的人，幾乎都會(huì)把它和滴灌上的小孔聯(lián)想到一起?？蓪?shí)際上，這個(gè)控水頭并不會(huì)像滴灌孔一樣自己滴水。

    朱利軍：因?yàn)槲覀兒哿抗喔饶沁叺脑?，管道都是埋在底下的。現(xiàn)在我們那一個(gè)空管來(lái)演示它的一個(gè)工作狀態(tài)。看管子里面充水之后看滴頭是一個(gè)出水的什么狀況?，F(xiàn)在是一個(gè)空管，我們先堵上一端，之后把水灌進(jìn)來(lái)，。這個(gè)水基本上灌滿了，把水堵上，看我們的滴頭，大家看它出水的一個(gè)狀態(tài)。。長(zhǎng)時(shí)間的情況下這個(gè)水很長(zhǎng)時(shí)間都不會(huì)往下滴?，F(xiàn)在管道里面充滿了水之后水是一種懸而不滴的狀態(tài)。

    懸而不滴，這就是控水頭對(duì)水控制的微妙效果。

如果我們?cè)贉惤?，就?huì)發(fā)現(xiàn)，看似小孔的滴頭卻不完全是一個(gè)孔的概念。因?yàn)樗锩姹灰粎布{米纖維填滿了。

    也正是這些納米纖維達(dá)到了對(duì)水精準(zhǔn)控制的效果，它讓一個(gè)水桶去澆灌一片菜地的情形變成了現(xiàn)實(shí)。

    控水頭里凝結(jié)著的就是痕量灌溉的技術(shù)核心。而它的誕生直接源自一個(gè)普通人的簡(jiǎn)單想法。

    我就老是想著能不能用一個(gè)物理的方法控制水的流出量。我就想把，就是一袋水也好，一缸子水也好，無(wú)所謂了，我就把它放在植物邊上，有個(gè)什么動(dòng)作控制這個(gè)東西的流速，很緩慢很緩慢，但是24小時(shí)不斷的工作，讓它控制的流速，跟植物需要的植物的水量完全一致就行了，我就想有這么一個(gè)東西能控制住就行了，然后能長(zhǎng)時(shí)間的，24小時(shí)，一年365天自動(dòng)在那兒工作，我就想有這么一個(gè)東西。我就覺(jué)得其實(shí)植物用不了那么多水，很多水都浪費(fèi)了

    讓植物想喝就喝，不多不少剛剛好，這就是諸鈞的初衷。

    澆水澆水，這水到底是澆給土壤還是澆給植物了呢？咱們都養(yǎng)過(guò)花，也都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，嘩一瓢水澆下去，土是濕了，可就是沒(méi)想過(guò)，究竟有多少水真的是被植物利用了呢？

    土壤是一種疏松的多孔狀態(tài)，那其中也分布著大大小小的孔隙。

    其實(shí)大家可以把土壤想象成什么？想象成海綿，其實(shí)土壤就是一個(gè)大海綿。就是說(shuō)你把水澆下去以后海綿里發(fā)生狀況基本上是土壤里發(fā)生狀況，你水澆太多了，它那個(gè)就是海綿里的水就往下滴了，那是滲漏下去那部分。如果水澆的差不多，它就在海綿里面儲(chǔ)存不動(dòng)彈，你一捏就出來(lái)了。還有一部分你使勁捏也捏不出來(lái)，你一捏就出來(lái)那部分呢，我們叫做游離水，它就是說(shuō)儲(chǔ)存在土壤里面，但是植物能夠用的那部分水，還有一部分你使勁捏感覺(jué)海綿還是濕的，但是水不出來(lái)，我們叫束縛水。就是說(shuō)被海綿綁住的那部分水，這部分水你是用不了的，就是根系是用不了的。所以說(shuō)我們根系能用哪部分呢？就是說(shuō)海綿的這部分又沒(méi)有漏下去，然后一擠又能出來(lái)那部分水，這個(gè)就是我們術(shù)語(yǔ)上我們叫游離水的這部分，這是植物能吸收的水分。

    清晰明了，對(duì)于植物的根系來(lái)說(shuō)最有意義的就是土壤中這些可以被擠出來(lái)的水。

    植物的確離不開(kāi)水，可我們以往的灌溉方式對(duì)于植物真正的需求來(lái)說(shuō)都存在著浪費(fèi)。那些真正能被植物利用的水才是有效的水。

    所謂的有效水是真正對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育來(lái)說(shuō)是必不可少的一部分水分。有效水我們認(rèn)為就是有兩部分構(gòu)成：一部分是植物自身的形態(tài)建成所需要的水，所以形態(tài)建成說(shuō)通俗一點(diǎn)吧就是植物生長(zhǎng)發(fā)育或者植物長(zhǎng)大它正常需要的那部分水。再有一個(gè)植物完成正常生命過(guò)程中需要耗費(fèi)掉的那部分水，就是說(shuō)通過(guò)蒸騰掉的那部分水，我們把這兩部分我們?cè)诠喔葘W(xué)上我們叫做有效用水，這個(gè)也就是我們所謂的節(jié)水灌溉前提，我們要保證這部分水量是足夠的，這部分水量是必不可少的。并且你的灌溉量越接近于這個(gè)水量，你的節(jié)水效果就越好。

    其實(shí)，植物并沒(méi)有我們想象的那么能喝水。大量數(shù)據(jù)證明，一株中小型植物一天只需要20-100ml的水就夠了。

    如果我們能夠把握住灌溉的度，就能夠讓土壤，水分，植物的根系，這三個(gè)主角交織出著一出和諧的供需關(guān)系。

    “把水澆灌給植物，而不是澆灌給土壤。”這是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在灌溉理念上的追求。可想要達(dá)到這種效果，卻不是件容易事。

    在現(xiàn)有的灌溉方式中，節(jié)水效果最好的就要算滴灌了。

    滴灌現(xiàn)在是世界上最棒的灌溉系統(tǒng)。它節(jié)水已經(jīng)能比溝灌能節(jié)到70%了，非常了不起的成就，這是以色列做的，除了通天塔以外做的一個(gè)對(duì)人類最大的貢獻(xiàn)，對(duì)。這個(gè)他們做的已經(jīng)非常棒了。但是他們也在考慮有沒(méi)有可能更節(jié)水。

 滴灌技術(shù)就是通過(guò)管道上的滴頭，在低壓下向土壤里緩慢地滴水。

     滴灌的灌溉方式是什么樣呢？把水放在這兒，然后讓它下來(lái)這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)什么效果呢？如果你水少的話，水只集中在這個(gè)層次，它還沒(méi)到植物根系，在地表就有很多水，這部分太陽(yáng)一曬。

     大家知道晾衣服都有概念，太陽(yáng)一曬蒸發(fā)走了，這部分水作物用不上。如果你水量比較大呢，它根系只有這么多，你水量再大它水到這兒來(lái)了，甚至水又下去了，這部分我們，當(dāng)然我們術(shù)語(yǔ)上叫滲漏掉了，也就是說(shuō)是流掉了，這部分水你也用不成，所以現(xiàn)有的滴灌來(lái)說(shuō)，在這個(gè)水的利用上，在這兩點(diǎn)上它不能完全避免。

    滴灌的一大特點(diǎn)就是，管道是放置在土壤表面的，也就是說(shuō)，水滴必然是要經(jīng)過(guò)地表向下傳遞的。地表上有水分的蒸發(fā)，地下呢，由于重力的作用，水滴會(huì)滲得很深，到達(dá)根系夠不到的地方。這都會(huì)造成水分的損失。

    盡管成熟的滴灌技術(shù)已經(jīng)將出水量控制到相當(dāng)少的范疇，但是在節(jié)水上它仍然有突破的余地。

  我們看它的潛力的可能在哪里呢？我們看這是一棵植物，然后植物的根系在這里面，而植物需要水的地方在哪里呢？只在這兒，只有植物的根系是需要水的，如果我們能找到一種辦法讓它剛好灌溉在這個(gè)部位，而水又不向上透過(guò)地表向上蒸發(fā)掉，也不向下到植物以下的層次滲漏掉的話，水都集中在這個(gè)部位，這樣我們的灌溉效率會(huì)最高，有效水的利用率也會(huì)最高。所以現(xiàn)在如果能有一種灌溉方式呢，剛好它能夠埋在底下，埋在根主要的根層的那個(gè)部位，而后水量又足夠的小，小到向下沒(méi)有滲漏，向上沒(méi)有蒸發(fā)，這樣一種灌溉方式，我們相信它必然會(huì)替代滴灌，成為下一代的最節(jié)水的，對(duì)作物來(lái)說(shuō)，水分利用率最高的一種灌溉方式。

     不上也不下，剛剛好把水直接喂到植物的根系周圍，這就是發(fā)明痕量控水頭的思路。在滴頭里填充進(jìn)納米材料，聽(tīng)起來(lái)玄奧，其實(shí)簡(jiǎn)單講起來(lái)，它們?cè)斐傻男Ч褪俏覀冊(cè)谌粘Ｉ钪谐３Ｄ芙佑|到的毛細(xì)作用。

     當(dāng)任何管子的直徑細(xì)到1毫米以下的時(shí)候，這種毛細(xì)現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。由于液體表面存在張力，只要將干燥毛細(xì)管的一端與水面接觸，水就會(huì)被拉進(jìn)毛細(xì)管里，這種拉動(dòng)水進(jìn)入毛細(xì)管中的力就是毛細(xì)力。而且毛細(xì)管越細(xì)，拉動(dòng)水柱的力量也就越大。

     在這樣的細(xì)管里，毛細(xì)力就成為強(qiáng)大的主導(dǎo)力，在它面前，原本能夠讓水從小孔中成滴落下的重力就的退到幕后了。

     對(duì)于普通的滴灌小孔來(lái)說(shuō)，靠重力就能拉動(dòng)水滴一滴一滴流出來(lái)。可是在痕灌滴頭上，出水的小孔里填充進(jìn)了納米纖維，這些纖維構(gòu)成了無(wú)數(shù)的毛細(xì)管道。這樣一來(lái)，一個(gè)大的出水口無(wú)形中被劃分成無(wú)數(shù)細(xì)小的管道。在控水頭里的水就這樣被無(wú)數(shù)的毛細(xì)管控制住了。

     我把一個(gè)洞突破掉，變成很多很多洞。這樣我就能特別有效的控制這個(gè)水。我不是一個(gè)孔，我是幾十萬(wàn)，幾百萬(wàn)的孔控制這個(gè)水

     為了讓大家看得清楚，諸鈞用一個(gè)放大了的控水頭和被染上顏色的水來(lái)還原它的實(shí)際效果。

     出水口一接觸到干燥的土壤，一條通路就打開(kāi)了。毛細(xì)力會(huì)拉動(dòng)控水頭中的水源源不斷的補(bǔ)充到毛細(xì)管中，持續(xù)將水分輸送到土壤里。

    這組毛細(xì)管能讓水進(jìn)進(jìn)出出；可同時(shí)又能把水控制住。就是這個(gè)毛細(xì)力讓出水量由“微量”到“痕量”變成一種真正的可能。

    這個(gè)里面有幾百萬(wàn)根很細(xì)很細(xì)的毛細(xì)管，這個(gè)毛細(xì)管控制著管道里面的水，只有當(dāng)這個(gè)毛細(xì)管和土壤接觸以后，土壤的那個(gè)毛細(xì)管和它能夠產(chǎn)生一種毛細(xì)力，把這個(gè)水能從毛細(xì)頭里抽出來(lái)，——接頭插入土壤畫面。

    只要根周圍的土壤里含水量沒(méi)有達(dá)到飽和，水分的輸送就會(huì)緩慢但是持久的進(jìn)行。

    您瞧，小小的控水頭通過(guò)對(duì)毛細(xì)力的巧妙應(yīng)用，就這么把水控制在了植物根系的周圍。植物需要水的時(shí)候它能夠源源不斷，植物喝夠了的時(shí)候，它又能適可而止。這種理念上的突破讓植物在喝水這件大事上有了自主權(quán)。

    說(shuō)白了，以往的灌溉理念都沒(méi)能突破用外力給植物強(qiáng)加水的這樣一種思路。

    包括滴灌在內(nèi)，包括溝灌在內(nèi)都是靠外力，它是靠往外推的力量，它把水強(qiáng)行推到土壤里面去。而如果有一種方法能做到靠一個(gè)，土壤拽的力量，靠土壤主動(dòng)去拽而不是靠人為外力去推的話，它就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)全新的一個(gè)機(jī)理。

    額外的動(dòng)力幾乎是以往所有灌溉系統(tǒng)必備的裝置。

    朱利軍：我們看傳統(tǒng)滴灌，灌水之前，滴灌帶都是癟的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候是一個(gè)沒(méi)有水的狀態(tài)，一旦灌水，就會(huì)瞬間膨大，靠自來(lái)水壓從特有的滴頭這里把水?dāng)D出來(lái)。以水滴或者是水流的形式把水?dāng)D出來(lái)。這是我們傳統(tǒng)滴灌的一個(gè)供水狀態(tài)。

    而痕灌想要做到的就是突破這種理念，達(dá)到讓植物自己要水喝的效果。

    當(dāng)土壤變得干燥后，出水的閥門被打開(kāi)了，水自然就形成了通路。如果植物喝飽了，根系周圍的水分就會(huì)漸漸達(dá)到飽和，出水量自然就下降了

    就像閥門一樣。它等于是在每個(gè)植物的根部都有一個(gè)小閥門，所以我們這個(gè)叫控水頭，以前我們這個(gè)叫它控水閥管，那個(gè)毛細(xì)管它像閥門一樣的一個(gè)管道，它在那兒感知感應(yīng)土壤的濕度，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)出水量，出水的大小。

那個(gè)吊起來(lái)的水桶只是個(gè)不耗費(fèi)額外能源的儲(chǔ)水器。而真正的自動(dòng)控水閥都靜靜地埋伏在植物的根系周圍呢。

    因?yàn)槲覀儾幌霋煲粋€(gè)大的桶，因?yàn)楹苷嫉胤?，就用一個(gè)小桶，這個(gè)桶水不夠怎么辦，我們這里有個(gè)進(jìn)出口，自動(dòng)往里進(jìn)水，就像馬桶一樣，自動(dòng)往里補(bǔ)水就行了，沒(méi)有它一樣，掛一個(gè)水桶，這個(gè)也是這個(gè)水桶里面的引水管，這個(gè)引水管一直引到底下，就是灌溉管，接上，這里有個(gè)開(kāi)關(guān)，如果不用的話，一關(guān)就行了，如果需要灌溉，只要一開(kāi)，那么就整個(gè)這一個(gè)棚的蔬菜就自動(dòng)澆灌了，就這么簡(jiǎn)單，

    閥門一開(kāi)，半個(gè)大棚的灌溉就交給這么一個(gè)水桶了。

    實(shí)踐證明，這套灌溉系統(tǒng)僅用不足一米高的水壓力，就可以保證將近600米長(zhǎng)的管道中各個(gè)出水點(diǎn)都能均勻供水，

   這種突破在于什么呢？從我要給植物水到植物我自己要水，這是一個(gè)本質(zhì)的這樣一個(gè)思路上的叫研發(fā)哲學(xué)上的一個(gè)顛覆或者是說(shuō)一個(gè)改變吧，一個(gè)徹底改變。個(gè)方法上的轉(zhuǎn)變可能更多的是一個(gè)去尊重植物，尊重自然本身。

    在缺水同時(shí)也缺少其他能源的地方，痕量灌溉就更顯示出了節(jié)本增效的潛力。

    如果這個(gè)產(chǎn)品將來(lái)完善成熟的話，跟我們那個(gè)膜面集雨的技術(shù)，這樣如果按照現(xiàn)在的水量算的話，我們集的雨水根本就用不完。我們這個(gè)棚膜上集的雨根本就用不完。（這樣一來(lái)，沒(méi)有水源的地方也可以考慮建設(shè)大棚了，）就把膜上的雨集下來(lái)之后完全可以用來(lái)給自己灌溉。

   這套設(shè)備上的話，不需要有任何有電源的地方，在任何地方都能使，這個(gè)地方重要，因?yàn)楝F(xiàn)在很多上大棚的地方，必須有電源，你沒(méi)電源的話，你滴灌就沒(méi)法使，要么你就只能靠大水漫灌，大水漫灌的話，一個(gè)費(fèi)水，一個(gè)對(duì)植物的品質(zhì)也很難控制，那么所以說(shuō)這個(gè)技術(shù)在這個(gè)設(shè)施灌溉里頭，大棚，這算設(shè)施灌溉，在這里面，這里頭就有非常重要的意義。

    我最喜歡的一點(diǎn)，他是在以色列為主的，西方人統(tǒng)制的一個(gè)灌溉領(lǐng)域里邊，一個(gè)完全由中國(guó)人獨(dú)立開(kāi)發(fā)的，他具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，效果又非常棒的，同時(shí)也拿到國(guó)際專利的，新一代的灌溉技術(shù)。也就是起碼從某一個(gè)，從這個(gè)灌溉小的領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，我們有這種可能，能打破他們的這種技術(shù)壁壘，這是一個(gè)，應(yīng)該說(shuō)作為中國(guó)人來(lái)說(shuō)一個(gè)很，作為研發(fā)人一個(gè)很揚(yáng)眉吐氣的一件事。

    小小控水頭上的巧妙改變帶來(lái)的是在節(jié)水和節(jié)能上的雙重效果。剛剛起步的痕量灌溉技術(shù)還有很大的需要完善的空間，但是它無(wú)疑在節(jié)水灌溉上展示給我們一條積極的新思路。