“痕量灌溉”理论支撑与技术特点的质疑(2)
时间:2015-10-14 14:24 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:张国祥;爱琴 点击次数:
2.2.2 痕量灌溉的灌水器没有比地下滴灌灌水器有更多的功能
靠什么来实现自适应灌溉?文献[3]认为:“痕量灌溉技术的核心在于其可以实现自适应作用的灌水器,痕灌灌水器出水口的毛细管束结构正是利用了这一原理(笔者注:指毛细管现象)达到作物需水触动式自适应自由供水效果的”。对此,笔者不能认同。
1)本文第2.1 节已经阐明了毛细管现象与毛细管力的基本特征,灌水器中的毛细管力很小且仅在数秒钟内存在,对灌水器出水的作用基本可以忽略。尤其是哈密试点,其灌水器出口向下,痕灌管进口水头为5~10 m,水压力才是其出流的动力。文献[3]的观点,源自对毛细管现象与毛细管力的错误认识。
既然出流状况下没有毛细管力,内装纤维束的痕灌控水头只是滴头的一种结构形式,它与其他结构形式的滴头相同,水力性能遵循:
Q=AHx (3)
式中:Q 为滴头流量;A 为系数;H 为滴头进出口的水头差;x 为水头指数。痕灌灌水器与地下滴灌任何结构形式的滴头相比,没有任何新的功能;靠它来实现最高境界的“自适应灌溉”,毫无依据。
2)关于“需水触动”,笔者的理解是:当作物需水而供水不足时,土壤会出现某种程度的干旱表达,埋设在土壤中的张力计会显示出负压值;这个负压值假定会传递到灌水器出口,从而使灌水器的流量发生变化,土壤越干旱,即土水势的负压绝对值越大,灌水器流量也将越大。
如上所述,包括痕灌灌水器在内的所有滴头,其水力性能均可由式(3)来表达;地表滴头出口为大气(压强为0),故H 即为滴头进口水头;地下滴灌的出口在土壤中,出口可为正压或零压。笔者于70 年代末在山西阳城上李村田间测到地下滴头出口有0.8 m 水头,原因在于滴头流量太大(4 L/h),超过了土壤的水分扩散能力,导致滴头出口处水压增高,既减小滴头流量,又增大土壤水分扩散能力,以达平衡。如果滴头流量小于土壤水分的扩散能力,那么滴头出口就是零压;美国堪萨斯州地下滴灌面积大、应用时间长,所用滴头的流量多在1 L/h以下(目前最小的为0.5 L/h),就没有发现过地下出流与地面出流的滴头流量有何不同。滴头出口如果为负压,文献[2]是指干旱条件下土壤的张力或作物根系的吸力所致;对此需要进一步讨论。
其一,如果滴头出口有负压,由式(3)可见,H 将增大,从而导致滴头流量增大,这可能就是文献[2]所说的“可以感知土壤水势变化”。然而,这不是痕灌灌水器所专有,也不是纤维束结构滴头所特有,而是地下滴头共有的水力性能。
其二,文献[2]没有说明土壤水势变化,是由什么指标来实现灌水器“感知”的。负土水势和张力计所测负压,仅表示土壤在该含水量时作物吸水的难易程度,并不表示土壤中有与其相等的负压存在;若将真空压力表测压口插入土壤中,是测不到负压值的。因此“痕量灌溉”提出者应说明纤维束出口是通过什么指标来“感知土壤的水势变化”;该不会是把土水势与土壤中的负压等同吧!
其三,即使灌水器出口能“感知”土水势,一旦滴头连续出水,滴头出口处土壤很快饱和,土水势迅速升高并趋于零,尽管作物尚未吸足水,滴头流量也会很快减小;靠灌水器“感知”土水势,也不可能实现实时地按照作物需水规律供水。
最后,文献[3]在自适应论述中还认为:“……直至作物-土壤-灌水器系统水势重新达到平衡,作物停止吸水,毛细管水不再流出。”就是说:此时虽然痕灌系统并未关闭,痕灌灌水器将自动停止出水;但这更是不可能的。因为只要灌溉系统不关闭,痕灌系统内的重力与压力仍在,灌水器还将遵循式(3)继续工作。除满足作物耗水外,灌水的去向还可以为深层渗漏、地面积水蒸发及径流损失。
2.2.3 已有试验资料不支持痕量灌溉实现了“自适应灌溉”
专业从事痕灌技术理论研究、产品与技术开发、工程设计及施工的北京普泉科技有限公司已成立10 a,痕量灌溉技术试点范围已扩展到10 省(区、市)[2],发表了一批试点的技术论文;很遗憾,没有看到有支撑其具有“自适应灌溉”功能的试验资料。
痕灌系统如果能够做到实时地按照作物需水规律来供水的“自适应灌溉”,在极端干旱区(如哈密)灌水流量时程线应该与作物耗水强度时程线基本一致。比如,作物在白天和晚上、冬天和盛夏耗水强度会有很大差别,那么这种差别应该在灌水器流量的日和月时程线上得到反映。新疆水利水电科学研究院的报告[2]中,提供了2014年在哈密市节水实验中心枣园内测得的痕量灌溉滴头流量日变化图(见图3),可以看出:测试时间段(12 h)内滴头流量的变化不超过7%,尤其是处理2 滴头流量白天平稳,21:00 左右达最大,这与作物耗水规律不符;报告认为:“从日变化图上看,不同处理的流量在日内各时刻均较稳定,基本不受作物蒸腾变化的影响[2]”;不支持痕量灌溉能实现“自适应灌溉”。
再者,目前只有痕量灌溉自称可做到“出水量可以和植物的需水量相匹配”[2];若果真如此,痕灌作物吸水所耗能量最小,有利于作物高产。但文献[5]提供的温室草酶产量痕灌低于滴灌的资料,也不支持痕灌实现了“自适应灌溉”。
痕量灌溉与地下滴灌的滴头埋深基本一致,土壤及作物对水分运移的影响也相同;已经实践了30 多年的地下滴灌,没有数据证明其实现了灌水的“自适应”。痕量灌溉只是换用了3~5 mm 长微米级纤维束的灌水器,就认为可实现“自适应灌溉”,很可能是理论认识上的错误。
2.3 关于滴头堵塞
从文献[2-3]所述解决了地下小流量灌溉堵塞问题的论述中表明,相关作者对微灌堵塞问题的了解并不深入。
从过滤的角度看,微灌系统采用集中过滤(过滤器),过滤元件可冲洗与更换;故只存在滴头堵塞问题。痕灌系统将过滤分散到每个灌水器的进口,失去了冲洗与更换的条件;因此存在着滤膜和纤维束间隙流道二处的堵塞问题。
2.3.1 如何理解ISO“短周期堵塞测试程序”的试验结果2013 年北京普泉公司将痕灌控水头送中国农业大学做短周期(8 h)滴头堵塞检测,“检测结果表明随着泥沙浓度加大,滴灌对照流量逐渐下降,在第4 阶段之后发生堵塞,而痕量灌溉在整个试验过程中无堵塞发生。
由此可见痕量灌溉具有很好的抗堵性”[2]。笔者认为:这是对试验结果的错误解读。
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