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現代化農業:節水省肥的滴灌栽培

103/04/14 瀏覽次數 17937
灌溉讓人們從完全看天吃飯的農業中解放,也讓人們能在乾旱的土地上持續耕作。而為維持穩定的農業生產,解決農業用水缺乏的問題,灌溉方法也不斷改變,從早期的畦溝灌溉(溝灌或淹灌),近代的噴灑灌溉(噴灌),到最新的滴水灌溉(滴灌),都是為了節省灌溉用水。

滴灌又稱為微灌,是應用具有「迷宮流水通道」的滴水器,使水以點滴、緩慢、均勻又定量的方式滴於土表,再滲入植物根部,這是地表式滴灌。若把滴水器埋在地表下直接供水滲至植物根系生長區域,則是地表下滴灌。因為滴灌滴水器的供水位置非常接近植物根部,並以低壓力低流速從滴水器流出,可精準供應植物所需水量,不會灌溼整個田區。滴灌的水分利用效率可達90~95 %,遠高於溝灌的35~50 %及噴灌的60~80 %。

為兼顧節水與省肥的雙重目的,可在滴灌水中加入肥料,於灌溉同時也精準供應植物所需的肥料。因為在滴灌水中加入肥料,可以按照作物需肥規律進行少量多次施肥,也可以減少因揮發、淋洗而造成的肥料浪費,節省肥料施用量達30~50 %以上,大幅提高肥料利用率。

滴灌原理

應用滴灌給水是確保作物主要根系活動區的土壤始終保持在合理的含水狀態。一般木本植物或果樹吸收水分與養分的根部,在樹冠垂直至地面的範圍,這位置是滴灌滴水器最佳的安置點。而草本植物如蔬菜與花卉,則以距離莖或主幹5~10公分為安置的合適點。

滴灌時,滴水器下方土壤會形成類似球狀溼潤區域(溼潤球)。相同的滴水器出水流量,在黏質土壤中形成淺而寬的溼潤球,在沙質土壤中則形成窄而深的溼潤球。因此,在黏質土壤使用滴灌系統,會排除使用滴灌管(帶)滴水器間距過密及出水流速過高的產品,除避免灌溉區土壤中的球狀溼潤區域過度重疊外,也避免水分向下滲入不及而在土表形成逕流。

基本裝置

節水省肥的關鍵在於肥液滴灌操作簡單化,即僅需安裝能定量吸取肥料溶液,並注入灌溉水輸水管中的小型注肥器,就可快速簡單地把肥料母液定量加入灌溉水中。

現今注肥器普遍使用2種類型。第1種是文氏管注肥器,它的原理是當水流經文氏管的喉部(這處截面積最小,也是肥液的吸入點)時,由於流速增加,其壓力下降,下降到小於一個大氣壓時,肥液就從位於喉部的吸液管被吸入到文氏管裡與主水流混合。水流通過喉部後,流速下降,壓力回升一些。在吸入點開始吸入肥液時,需要一定的流水壓力損失,大多數文氏管需要有20 %的流水壓力損失才能開始吸入肥液,即文氏管的出口壓力比入口壓力小20 %。

第2種是比例式注肥器(定比稀釋注肥器)。這種注肥器安裝在供水(液)管道上後,不用電驅動,而以進水(液)壓做為驅動力。當水(液體)流過設備時,推動內部比例泵體作活塞運動,把高濃度溶(肥)液按照設定好的比例吸入泵體,與灌溉水混合後輸送到下游管路。這種施肥器的優點是稀釋倍數比較精確且可以調整、混合液直接經出水口注出、工作壓力低、運轉噪音小;缺點是水壓損失大、價格高。

最重要組件

滴水器是滴灌系統最重要的組件,又稱為滴頭。一般型滴水器在供水壓力範圍內,具有出水流量小和穩定的特點。新型滴水器具有壓力補償機制,在特定範圍內的水壓變化下仍可維持恆定出水流量。它主要是借助水流壓力使彈性體部件或流道改變形狀,水通過的斷面面積發生變化,讓滴水器出水流量穩定。壓力補償式滴水器的優點是在滴管管路無法水平安置於地表時,仍能自動調節原設定的出水量,出水均勻度高。

常見的滴灌滴水器有二類。一是滴灌帶(管)或內鑲式滴水器,軟管直接熱壓成形,並在熱壓射出的同時,熱融入內鑲式滴水器。滴灌帶(管)可以是壁厚在0.9 mm以下的薄壁軟管,或壁厚在0.9 mm以上的厚壁軟管,前者稱為滴灌帶,使用壽命較短,後者稱為滴灌管,使用壽命較長。內鑲式滴水器也有壓力補償式類型。

另一類是管上式滴水器,安裝時直接在滴灌管上打孔,然後把滴水器插在滴灌管上,鈕釦型、微管型、滴箭型等滴水器都屬於這一類。管上式滴頭一般是安裝在PE管(滴灌管)上,特點是滴水器安裝間距可按栽培作物的種植株距調整位置,滴水器可在工廠安裝,也可在施工現場安裝。

鈕釦型滴水器可額外接或不接微管出水,也可連接二分或四分接頭再連接一微管,水從各分流管線形成多個出口流向作物。微管型滴水器是以很細內徑的微管含一小段迷宮流水通道。滴箭型滴水器是依賴沿滴箭插針頭部含有的迷宮流水通道來調節流量大小,出水可沿滴箭插入土壤的地方滲入。

家庭式滴灌系統

以100平方公尺土地面積為例,應用小型儲水桶滴灌系統需有200公升儲水桶、1公尺高儲水桶放置架、管徑20 mm PVC管、球閥及其接頭、管徑16 mm滴灌管(流量1.2公升∕時、滴水器間距30公分)及其快速接頭。這系統1次儲水量可灌溉20分鐘。

這塊土地上若分10條滴灌管鋪設供水,長15公尺,至少可種株距60公分蔬菜如番茄、茄子等約250株;種株距30公分蔬菜如結球白菜、結球萵苣、甜椒等約500株;種株距10公分蔬菜如洋蔥、胡蘿蔔等約1,500株。

應用優勢

由於滴灌僅灌溼作物根區土壤,作物栽植行間區域可保持乾燥,雜草不易滋生。對溫室內作物而言,滴灌不會弄溼枝葉,可降低病害發生。

滴灌輸水管系統已廣泛使用聚氯乙烯(PVC)及聚乙烯(PE)製成的管材,有多種直徑及制式規格,不僅容易組裝,且有快速連接頭,如 PE 滴管連接 PVC 輸水管的管首接頭、PE 滴管的管中接頭及管尾束,這些配件也供滴管破損時即時維修用。

相較於噴灌供水水泵工作壓力需50~80 psi(磅∕每平方英寸),滴灌系統的供水水泵工作壓力較低,田區取水入口處是20~25 psi,滴灌帶是10~12 psi,市售小型加壓水泵或家用自來水水龍頭的出水壓力已足以應用。

滴灌可運用交流電或電池供電的控制器,進行簡單灌溉管理或程式化管理,能降低灌溉勞動力成本。

滴灌系統可適應形狀奇特的田區、不平的地形或各類土壤質地,對於畸零地或角落土地,也能充分鋪設滴灌管(帶)灌溉,增加土地利用率。

注意事項

滴灌對灌溉水質要求較高,若水中含有稍大粒徑的懸浮固體顆粒,可能會在滴水器水流通道口形成一個弧形堆積帶,造成堵塞。

要防止弧形堆積帶的形成,過濾器必須能把大於1∕7出水孔直徑的雜質全部攔截。一般取自溪流、池塘或水井的水,都需過濾雜質及水質處理才可用於滴灌。
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