日光温节水灌溉技术.docx
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日光温节水灌溉技术.docx
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日光温节水灌溉技术
毕业论文
论文题目:
日光温室节水灌溉技术研究
学部:
工程技术学部
专业班级:
水利水电0602班
学号:
2006*********
学生姓名:
**
指导教师:
***
教师职称:
讲师
二零一零年五月二十五日
日光温室节水灌溉技术研究
摘要
中国是世界人口大国,但人均淡水资源却是贫国。
我国水资源可利用量、以及人均和亩均的水资源数量极为有限,降雨时空分布严重不均,地区分布差异性极大,这是我国水资源短缺的基本特点。
目前水资源短缺问题己成为国家经济社会可持续发展的严重制约因素。
水资源问题已经严重阻碍了农业、工业及人们的日常生活。
本文就农业方面谈谈节水的应用,包括节水灌溉的含义、发展前景、促进中国农业节水灌溉技术应用的政策建议﹑国外节水灌溉的发展以及我国同国外的差距等。
日光温室节水灌溉是提高中国农业水资源利用效率、维护农业生态环境和实现农业可持续发展的重要途径。
本文参阅了大量国内相关科技文献,结合我国温室生产现状和发展前景,并通过与国内外发展状况的对比,阐述了传统灌溉方式以及各自的优缺点;目前比较先进的灌溉技术及其优缺点;比较适合日光温室应用的灌溉技术及其目前应用这些技术有哪些障碍。
提出了日光温室灌溉技术应用中应注意的问题和建议,以及日光温室技术的发展趋势﹑优势﹑存在的问题。
关键词:
日光温室、水资源问题、节水、灌溉制度
Abstract
Chinaistheworldpopulationgreatnation,buttheaverageperpersonfreshwaterresourcesareactuallythepoorcountry.Ourcountrywaterresourcesavailability,aswellasaverageperpersonandChineseacreevenwaterresourcesquantityisextremelylimited.Rainfallspaceandtimedistributionseriousuneven,thelocaldistributeddifferenceisenormous,thisisourcountrywaterresourcesshortessentialfeature.Atpresentwaterresourcesshortquestiononeselfbecomesthestateeconomysocietysustainabledevelopmenttheseriousrestrictionfactor.Theproblemofwaterresourceshasalreadybeenthehinderofagricultural,theindustryandpeople'sdailylife.
Thispaperwilltalkabouttheuseofsavedwateronagricultural,includingthesavingwaterirrigationmeaning,theprospectsfordevelopment,promotetheChineseagriculturesavingwaterirrigationtechnologyapplicationpolicysuggestion,thedevelopmentofefficientirrigationabroadaswellasthegapbetweenChinaandforeigncountriesandsoon.ThesunlightgreenhousesavingwaterirrigationisenhancestheChineseagriculturewaterresourcesusingtheefficiency,themaintenanceagricultureecologicalenvironmentandrealizestheagriculturalsustainabledevelopmentimportantway.Thisarticleconsultsagreatofdatumsaroundtheworldcombinedwiththedevelopmentofourcountry’sgreenhouseandcontrastedwiththedevelopmentofothercountries.Thearticledescribesthetraditionalaswellasthecurrentlymoreadvancedirrigationtechnologiesandtheiradvantagesanddisadvantages;moresuitablefortheapplicationofirrigation,greenhousetechnologyandtheobstaclesoftheapplicationofthetechnologies.Illustratethedripirrigationtechnologyingreenhouseandproposetheproblemsofapplicationandrecommendationsaswellasgreenhousetechnologytrends,advantages,problems.
Keywords:
solargreenhouse,problemofwater,waterconservation,irrigationpattern
目录
1.前言1
1.1研究背景1
1.1.1我国水资源的概况1
1.1.2我国设施农业的发展现状1
1.2研究的必要性和可行性2
1.3国内外现状4
1.3.1我国农业节水发展现状4
1.3.2国外农业节水发展现状4
2.我国目前的节水灌溉技术5
2.1传统地面灌溉技术5
2.2先进的灌溉技术6
2.2.1喷灌技术7
2.2.2滴灌技术7
2.2.3微喷灌技术7
2.2.4渗灌技术7
3.我国目前温室灌溉技术的应用现状及存在问题8
3.1日光温室灌溉技术的分析比较9
3.1.1沟畦灌在温室大棚中的应用9
3.1.2渗灌在温室大棚中的应用9
3.1.3滴灌在温室大棚中应用9
3.1.4喷灌在温室大棚中应用10
3.2我国温室灌溉技术发展存在的问题10
4.温室灌溉技术的发展方向及建议11
4.1温室灌溉技术的发展方向11
4.2温室灌溉技术的发展建议11
5.结束语12
参考文献12
1.前言
1.1研究背景
1.1.1我国水资源的概况
我国水资源总量达2.8×1012m3,居世界第6位,但人均年占有量仅2300m3,约为世界人均占有量的1/4,居世界第109位,为世界13个贫水国之一。
由于水资源有限,而且时空分布很不均匀,南多北少,东多西少;夏秋多,冬春少;占国土面积50%以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20%左右,81%的水资源集中分布在长江流域及以南地区。
按现状用水量统计,全国中等干旱年缺水358亿m3,其中农业灌溉缺水300亿m3。
我国目前的用水量占我国可用水量的19%左右,处在水危机的临界状态,到21世纪中叶,这个比例将升高到28%,人水矛盾已日趋尖锐。
农业是我国的用水大户,约占全国总用水量的70%左右[2]。
可是农业用水效率差,水资源浪费严重,我国各种节水农业技术的综合应用程度还很低下,与发达国家相比还存在着很大的差距,因此节水灌溉技术的研究也是当今农业研究的重点之一,提高灌溉用水利用率是解决农业用水危机最有效的途径[1-3]。
1.1.2我国设施农业的发展现状
我国设施农业的种类很多,有防虫网、防雨棚、遮阳网、中小棚、塑料大棚、节能日光温室、玻璃温室等,其中最受广泛关注和应用的是塑料大棚和节能日光温室。
随改革开放和国民经济的快速发展及农村经济结构和种植结构的调整与优化,近年来我国设施园艺栽培发展迅猛,中国以蔬菜为主体的温室、大棚等设施园艺面积2006年已发展到250多万公顷,总面积世界第一,其中塑料大棚200万公顷,占总设施面积接近80%左右;日光节能温室50多万公顷,占总设施面积的20%左右,现代化温室1.2万公顷,占总设施面积不到1%。
据统计,预计到2010年全国蔬菜人均占有量将达70千克,设施园艺的发展将为我国菜篮子工程建设做出了突出贡献,并将发挥更大的作用。
我国设施农业灌溉的自动化、机械化、现代化水平较低。
由于受投入与产出的经济及资源现状的影响,设施农业主要以人工为主,劳动效率低,灌溉主要有沟灌、膜下灌溉、喷灌、滴灌、地下灌溉等方式[4]。
近年来,由于人们对农业生产的要求不断提高,设施农业在我国获得迅猛发展,特别是我国所独有的日光温室,我国农业经过40年的建设,现正在从过去以追求产品数量增长、满足人民温饱需要为主,开始步入高产优质并重、提高效益的阶段。
发展高产优质高效农业,促进农业由数量型向质量型转变,是我国农业近中期发展的战略目标。
实践表明,设施农业是提高农业生产效率的最有效的途径之一,主要表现在:
第一,温室能够有效地延长作物的生育期和改善作物生长环境,大幅度提高产量和品质。
一般加温温室可周年生产,节能温室每年可增加5个月左右的有效生长期,塑料大棚可增加2~3个月的生长期,可使园艺作物产量提高2~5倍[5]。
第二,温室作为克服多变气候的一种手段,可很大程度地避免自然灾害的发生,有稳定的产量和质量,保证产品的按期上市或交货。
第三,温室利用的途径是多方面的:
园艺植物、粮食作物、经济作物、养殖业、种苗业、特种植物(药用植物、工业用原料植物)的生产、育种都能利用温室。
实践证明,普及和推广高效节能日光温室,发展两高一优农业,获得高产出、高效益,就要因地制宜,不断总结经验,推广新技术,注重经济效益。
由于日光温室蔬菜生产的产前、产中、产后环节多,涉及面广,是一项比较复杂的系统工程,要进行规范化管理、集约化生产、规模化经营、专业化服务,建立日光温室蔬菜生产的新体系,使日光温室成为广大农户勤劳致富的新产业[6]。
由于它能够摆脱传统农业生产条件下自然气候、季节的制约,保证了蔬菜、瓜果全年均衡供应,为提升我国人们群众的生活水平,做出了巨大贡献,其发展更是日新月异。
但由于我国在温室管理方面的研究起步较晚,相关的理论与温室的迅速发展存在着明显的滞后现象,造成了资源浪费巨大、生产效率低下的现象。
虽然近年以来,以滴灌为主的节水灌溉技术在生产蔬菜的口光温室广泛使用,但由于缺乏对温室内蔬菜需水特性的研究,从而缺少相应的理论和技术指导,绝大多数日光温室仍靠经验进行灌水管理,滴灌的节水、增长功能未能充分发挥,甚至由于管理不善,一些设备遭到废弃,较为可惜。
因此研究在日光温室内滴灌条件下,土壤湿润程度对蔬菜的生长发育、品质、产量以及对作物耗水量的影响,可以为制定适合于日光温室蔬菜栽培的灌溉制度、缓解农业用水压力、节能降耗、节水技术推广等方面提供参考依据[7-8]。
1.2研究的必要性和可行性
第一,必要性
推广使用节水灌溉技术,发展节水农业,提高水资源的利用效率正是加强农业基础设施建设、加快农业科技进步、提高农业综合生产能力的一种有效的措施[9-10]。
(1)发展节水灌溉技术是建设节水型农业的要求
水资源分布极不平衡,干早不仅影响到部分人群生活,更加制约了农业生产的发展,因此如何充分利用好有限的水资源,最大限度的发挥其效益是十分重要和紧迫的。
要解决好这一突出矛盾最有效的办法之一就是发展节水型农业、推广节水灌溉技术。
(2)发展节水灌溉技术是向现代化水利转变的要求
谓工程水利(即传统水利)是指人们为了抵御干早、涝灾、发展水上运输等而从事的水利工程和管理工作。
所谓的资源水利(即现代水利)是把水资源与国民经济和社会发展紧密联系起来,进行综合开发和科学管理。
它主要包括水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护六个方面的内容。
从我国经济社会发展看,农业和水利建设已经跨入了一个新的历史时期,面对市场经济的调节作用,盘活有限的水利工程和水资源,让老化的基础设施再次焕发青春已成为当务之急。
而发展节水灌溉技术正是使工程水利向现代化水利转变的有效途径之一。
(3)发展节水灌溉技术是国家粮食生产安全的要求
我国是一个人口达13亿之多的国家,尽管版图面积辽阔而真正能用于粮食生产的土地并不多。
从我国目前的情况看,粮食综合生产能力出现了全面的下滑趋势,究其原因除投入不足之外,水利设施损坏严重是主要的,因此,发展节水灌溉技术既可恢复和改善农业基础设施状况,而且会大大提高农产品的经济效益,达到既保障国家粮食生产安全又促进农民致富奔小康的目的。
(4)发展节水灌溉技术是搞好农业用水经营管理的保证
通过大力发展节水灌溉技术,不仅可以减少水量损失,提高水的有效利用率,而且还可以减轻农民的水费负担,有利于水费征收,提高管理单位的经济效益。
通过把节约的农业灌溉用水向高效益部门转移,实现水资源的优化配置。
结合节水灌溉技术的实施,量水设施将会得到相应的配套和完善,从而为水商品化提供前提条件,为水管理现代化打下基础。
(5)发展节水灌溉技术是改善生产生态环境的需要
我国幅员辽阔,从南到北跨度大,水资源时空分布不均,缺水严重。
干早缺水不仅成为中国北方地区发展经济的突出问题,而且造成了自然条件的严重恶化。
即使在中国南方地区,也因降雨的年际间变化不均造成干早年份出现缺水的情况。
与此同时也产生自然资源恶化。
仅湖北省由于水资源的时空分布不均,全省现有重点缺水城市20多个,有20多万人和几百万大牲畜经常缺少必需的饮用水。
而节水灌溉技术既可以根据作物不同生长期的需水要求适时、适量地进行科学灌溉,做到灌水均匀,土壤不板结,保土保肥,避免水土流失,减少水资源、化肥、农药的用量。
有利于改善生态环境,达到既节约水资源,又提高水资源经济效益,还可改善生态环境,提高土地可持续发展的能力,改善生态环境和生产条件。
第二,可行性
(1)政府高度重视,群众积极性高。
在2000年以来,水利部在认真贯彻党中央发展农业、农村、农民经济指示的前提下,提出了工程水利向资源水利、可持续发展水利转变的治水思路,各级地方政府不仅结合本地实际拿出发展节水灌溉技术的计划,而且在各地方财政紧张的前提下投入大量的资金开展了前期论证工作和试点工作,让群众看到了政府的决心,看到节水灌溉的效益,从而彻底改变了过去老百姓不闻不问的被动局面,极大地刺激了广大群众推广使用节水灌溉技术的积极性。
(2)试点工作成功,经济条件良好。
节水灌溉技术在我国推广应用有很长一段时间了,特别是2000年以后试点工作的成功,积累了大量经验。
无论是设计、施工,还是设备的生产加工都获得了成功,为全面推广普及节水灌溉技术奠定了坚实的基础。
加上改革开放以来,我国国民经济有了质的飞跃,无论是国家集体,还是农民个人都有能力去承担推广使用节水灌溉技术所需的费用,因此,推广节水灌溉技术时机已经成熟。
(3)农业技术先进,产业布局合理。
随着科学技术的进步和发展,农业生产技术得到提高,新时期的农民不再固守传统的耕作技术,大量的先进科学的农业技术走进了农村,在千家万户生根发芽,彻底打破了传统的农业格局。
农村经济体制改革的成功,农民按照市场经济规律安排农作物种植计划,因此,发展节水灌溉技术,努力提高单位面积产量已经成为农业经济的重点[9-10]。
1.3国内外现状
1.3.1我国农业节水发展现状
我国农业节水目前主要是工程节水、灌水技术节水及管理节水相结合的节水模式,但是各个环节节水水平较低。
从节水环节上来看,工程节水力度较大,主要是以渠道防渗技术和地面灌水技术为主,辅以田间管理节水[11]。
(1)我国农业用水效率还较低,灌溉水利用效率普遍偏低,全国平均仅为45%,比先进国家低30个百分点。
(2)灌溉工程普遍存在建设标准低、配套差、老化失修等问题。
全国402处大型灌区,建筑物配套率不足70%,骨干工程损坏率达40%,渠首建筑物严重老化损坏的占70%。
(3)灌区管理体制改革滞后,缺乏良性运行机制。
我国灌区管理方式实行支渠以上的骨干工程属国有国管,斗渠及其以工程名义属集体所有,群众管水组织管理,实际上责、权、利不分,产权主体缺位,导致了管理单位人员过多,运行成本高。
(4)节水灌溉投入成本高,难以在农业、农村普及,设备标准低;投入速度赶不上目前灌溉工程的老化衰减速度。
1.3.2国外农业节水发展现状
(1)节水技术比较先进
国外发达国家水利用效率高,且多方开源,污水、雨水、海水、微咸水利用技术已较成熟,利用率较高。
如以色列污水处理利用率为68%,雨水资源的利用率已达到98%,培育出利用微咸水灌溉的作物品种。
而海水淡化技术、雨水汇集利用技术、劣质水利用技术等在我国还仅仅处于开发阶段,远没有达到普及推广水平。
(2)节水设施与设备比较先进
在农业节水关键设备与重大产品研发及产业化方面,国外发达国家特别注重喷、微灌设备、高效输配水设备、节水保水机具新产品和节水制剂与新材料的研制与产业化开发,并注意抢占国际市场。
国外已研究开发硬聚氯乙烯管(Dmax=800mm)、聚乙烯管(Dmax=3000mm)和玻璃钢复合管(Dmax=3000mm)适用于农田管道输水的高分子管材。
且管材、管件生产有统一的标准,相应的管网规划设计、配套建筑物结构型式、施工安装和运行管理都有成熟的经验。
我国节水设施老化,失修严重,已有10%的工程失去了功能,60%的工程设施受到不同程度的破坏[12],用水效率较低。
(3)节水抗旱制剂研发靠前
美国、英国等国家在保水剂方面开发了一系列产品,并在经济作物上广泛使用。
法国和美国等将聚丙烯酰胺(PAM)施用在土壤表面,用以抑制农田土壤蒸发,改善土壤结构,防止水土流失。
重视节水抗旱利用咸水灌溉物种的培育,且已有一定的成效。
而我国在这方面研发较薄弱,还没有太成熟的成果。
(4)先进技术利用较高
国外先进国家注重利用遥感技术、GIS技术、RS技术采集信息,对各种信息数据进行统一管理,采用精确灌溉;利用激光控制平地技术这一世界上最先进的土地平整技术,使灌溉均匀度达到80%以上,田间灌水效率达到70%~80%。
使农业节水技术日益走向精准化和可控化,使得原有的技术粗放型农业逐步转变为现代的技术集约型农业。
而我国在农业灌溉方面先进技术利用的很少,主要还是较落后的、传统的灌溉技术,土地平整还是靠目测判断,仍是技术粗放型农业。
(5)管理体制分割,政策、法治建设比较健全
国外的管理体制尽管有不同的模式,但都注重有效管理,对水资源加强统一协调管理。
大部分国家节水大都依据一定的法律进行,并形成了较规范的节水运行秩序。
我国对水资源的管理体制仍存在相互分割,多龙管水状况。
2.我国目前的节水灌溉技术
2.1传统地面灌溉技术
地面灌溉是利用沟、畦或格田等作为输受水界面,使进入田间的水在重力作用下渗入作物根区,湿润土壤的古老而又广泛应用的灌水方法。
它虽然具有所需田间工程设施简单、能源消耗低、易于实施等显著优点,但也存在着田间水量渗漏损失大,灌溉效率低,灌水均匀度分布不易提高以及表层土壤易板结等缺陷。
目前在世界范围内,地面灌溉方法仍然是最重要和应用最广泛的灌水方法。
至少在4000年以前埃及、中国、印度和中东国家就用地面灌水方法进行灌溉。
另据资料表明:
全世界地面灌溉面积占总灌溉面积的95%以上,其中美国占70%,前苏联占80%,中国占98%以上。
因此节水农业的发展在很大程度上将取决于地面灌溉技术的改进与提高。
我国灌区由于田间工程设施不完善、畦(沟)规格的不合理,土地平整状况较差以及田间灌溉管理措施粗放等原因,田间水的浪费和渗漏损失严重,造成了地下水位升高,土壤盐碱化,土地养分、肥料及农药淋洗损失,地下水污染等一系列问题。
因此分析国内外地面灌溉理论、新技术和设备方面的研究进展,发现其存在的问题,探讨未来的发展趋势,对提高我国灌溉技术水平,发展节水农业具有重要意义。
目前地面灌溉新技术和设备的研究主要集中在以下几个方面:
第一,激光平地技术与设备田块地面高低不平,水流推进慢,造成局部积水且可能发生局部深层渗漏,或是地块尾部的反坡较大,造成壅水,必然降低灌溉质量,平整土地是改善田间地面灌溉效率和灌水均匀度的重要技术措施之一。
刘群昌等[17]研究得出,田间灌溉水利用率、灌水均匀度、用水效率等随田面平整精度Sd下降而递减,对典型的波涌畦灌和波涌沟灌,当Sd值分别高于3cm和4cm时,灌水质量明显下降。
提高土地的平整度可以显著地改善灌水质量,但又将增大平地成本,因此平整土地是提高地面灌溉质量的最重要的措施。
许迪等[14]在进行经济性分析的基础上得出,我国灌区应先采用常规平地方法完成土地粗平,再实施激光控制下的土地精细平整的组合平地方式。
第二,水平畦灌
水平畦灌建立在土地精细平整基础上的一种地面灌溉技术,自上世纪80年代起在许多国家已得到推广应用。
国外的水平畦田灌溉系统中的田面通常为水平状态,灌水时的流量较大,水能在较短的时间内充满田块,均匀地分布在整个土壤表面。
畦田可以是任意形状,周边由田埂封闭。
据报道[16],水平畦灌的田间灌溉水利用率由平均50%提高到80%,灌水均匀度由70%左右提高到85%左右;采用常规机械进行粗平后水平畦灌可增产20%,采用激光控制进行精平后年可增产30%,作物的水分生产效率由1.13kg/m3的提高到1.7kg/m3。
从总体上看,我国水平畦灌的研究还较少,特别是在我国土地平整度不易提高和进田流量较小情况下的水平畦灌研究则更少,需要针对我国灌区实际加强这一方面的研究。
另外长畦分段灌具有投入小、节水效益显著的优点,目前对其不同土壤的标准化的灌水技术指标研究较少,今后也需加强研究。
第三,波涌灌溉
波涌灌是采用间歇供水大流量向沟(畦)供水,通过灌水过程形成致密层,减小土壤入渗能力和田面糙率,以提高灌水均匀度的新型地面灌溉方法,国内外对波涌灌的减渗机理、水流运动模型、灌水技术指标及其适应土壤种类进行了大量的研究。
结果表明,与灌溉方法相比,波涌灌溉可以加快地面水流的进速度,提高灌水均匀度,在砂壤土和中壤土沟灌时节水效果明显[15]。
一方面,使湿润段田间土壤入渗能力降低,另一方面使田间水流边界条件发生变化,在表土形成致密层,糙率减小,水流推进速度加快,两方面的综合作用,使波涌灌具有节水、节能、保肥、水流推进速度快、灌水质量高等优点。
第四,闸管灌溉
田间闸管灌溉是利用可移动管道,沿其一侧带有许多小型闸门,水流通过这些闸门进入畦(沟),并用闸门开度调节控制进入畦(沟)的流量的灌水方式。
根据其材料不同,可分为柔性闸管和硬闸管,柔性闸管也称作地面软管,成本低,易于使用,但其寿命相对较短;硬闸管常用抗老化PVC或铝等材料,使用寿命长,但造价相对较高。
目前我国普遍应用柔性闸管,今后应充分利用现代材料科技的成果。
第五,膜孔膜侧灌
膜孔膜侧灌是在地膜栽培的基础上利用膜上或膜侧输水,通过膜孔或膜侧缝向作物供水的灌水方法,它在不增加投入的前提下,解决了普通沟畦灌易在田块首部发生深层渗漏,灌水均匀度不易提高等问题;同时它在作物根部局部施水,改善了土壤通气状况,它有利于作
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