在缺水地區(qū)，滴灌是節(jié)約用水的最有效途徑，但其成本對(duì)發(fā)展中國(guó)家的小農(nóng)戶(hù)來(lái)說(shuō)難以承受。通過(guò)以下方法可使滴灌成本降低90%：(1)使滴灌管道可以移動(dòng)，這樣每條滴管可灌到10行而不是1行。(2)用熱針沖壓出0.70mm的孔。(3)用價(jià)值3美元帶有濾布的20L容器，取代昂貴的過(guò)濾系統(tǒng)。這種低成本系統(tǒng)已在尼泊爾山區(qū)和印度的安德哈拉*普拉德什桑樹(shù)種植地進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其滴頭流量的均勻度達(dá)73%～84%。這種低成本滴灌系統(tǒng)可能為半干旱地區(qū)以及山區(qū)的小農(nóng)戶(hù)廣泛采用。
0 引言
世界上許多地區(qū)的缺水問(wèn)題日趨嚴(yán)重。要求灌溉作物的農(nóng)戶(hù)與世界快速擴(kuò)展的城市之間的競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，節(jié)水型灌溉深受重視。滴灌，作為目前可用的最有效的灌溉方法，其灌溉面積不足200萬(wàn)hm2(3000萬(wàn)畝)，還達(dá)不到全球灌溉面積的1%。影響滴灌大規(guī)模應(yīng)用的主要阻礙是其成本太高，象蔬菜這樣的行類(lèi)作物每公頃大約需2471美元(每畝164.7美元)，這就阻止了發(fā)展中國(guó)家的那些耕作面積在2hm2(30畝)以下的大多數(shù)農(nóng)戶(hù)安裝使用滴灌系統(tǒng)。
按照經(jīng)濟(jì)學(xué)家的說(shuō)法，目前的滴灌系統(tǒng)是不可分的，即不能劃分成小的功能單元。一個(gè)典型的印度小農(nóng)戶(hù)耕種5小塊面積為0.08～0.2hm2(1.2～3畝)的土地。象綠色革命種子和化肥那樣的生物技術(shù)是可分的，因?yàn)樗鼈兛蓜澐殖扇舾蓚�(gè)可負(fù)擔(dān)的小包，以適合小塊土地。而滴灌系統(tǒng)，象目前其它的灌溉技術(shù)一樣，難以改造來(lái)滿(mǎn)足貧困小農(nóng)戶(hù)的需要，其價(jià)格昂貴，農(nóng)民負(fù)擔(dān)不起。
人們一直迫切需要開(kāi)發(fā)一種可靠的低成本滴灌系統(tǒng)，以滿(mǎn)足發(fā)展中國(guó)家小農(nóng)戶(hù)的需求。例如在70年代，印度的蘇瓦拉潘和他的同事們?cè)囼?yàn)用滴孔代替滴頭。為了滿(mǎn)足低成本灌溉系統(tǒng)的需要，國(guó)際開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)，一個(gè)專(zhuān)門(mén)從事小型灌溉系統(tǒng)研究的非盈利性組織，開(kāi)發(fā)了一種可分的簡(jiǎn)易滴灌系統(tǒng)，并進(jìn)行了田間試驗(yàn)，其成本為每公頃250美元(每畝16.5美元)。
1 低成本滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
影響標(biāo)準(zhǔn)滴灌系統(tǒng)成本的主要因素有：(1)將水輸送到每行植物的滴管系統(tǒng)，(2)各滴水處所用的成千上萬(wàn)個(gè)25分塑料滴頭，(3)位于進(jìn)水口的過(guò)濾系統(tǒng)。
為滿(mǎn)足小農(nóng)戶(hù)的需要，國(guó)際開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)通過(guò)使滴灌管道可移動(dòng)而降低成本。一個(gè)可移動(dòng)滴灌管道可灌溉10行作物而非一行。滴頭換成了在塑料滴管上熱沖壓成0.70mm孔的塑料滴頭，孔的大小與安全別針相同。若滴孔堵塞，農(nóng)戶(hù)就可以用安全別針自行清潔。為防止各孔噴濺水，沿滴管管道水平方向安裝了一個(gè)6cm長(zhǎng)的簡(jiǎn)易折流器并罩住滴孔。標(biāo)準(zhǔn)滴灌系統(tǒng)中昂貴的過(guò)濾裝置換成了現(xiàn)價(jià)3美元、容量20L的容器，放在距地面2m高的地方，在入水口用尼龍布過(guò)濾。這些改造使滴灌系統(tǒng)的成本從2471美元/hm2(164.7美元/畝)降到250美元/hm2(16.5美元/畝)。專(zhuān)家在尼泊爾對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn)，效果令人滿(mǎn)意，隨后又在農(nóng)戶(hù)的田里進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)。
2 在印度桑樹(shù)種植區(qū)的應(yīng)用
在印度南部，種植有35萬(wàn)hm2(525萬(wàn)畝)桑樹(shù)，為養(yǎng)蠶業(yè)提供桑葉。印度60%桑樹(shù)種植戶(hù)的土地面積小于0.6hm2(9畝)。受灌桑樹(shù)蠶的產(chǎn)量是單純靠降雨桑樹(shù)的3倍。試驗(yàn)還顯示，與漫灌相比，標(biāo)準(zhǔn)滴灌系統(tǒng)可節(jié)水40%～60%，且桑葉產(chǎn)量大。
在海德拉巴附近的安德哈拉.普拉德什國(guó)家養(yǎng)蠶研究農(nóng)場(chǎng)，國(guó)際開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)在0.2hm2(3畝)的桑樹(shù)田安裝了一套低成本滴灌系統(tǒng)。為便于兩種系統(tǒng)的比較，又在附近安裝了一套標(biāo)準(zhǔn)滴灌系統(tǒng)。該試驗(yàn)基地是半干旱氣候，供水是用潛水泵從60m深的管井抽取。
初期的觀察結(jié)果顯示，用低成本滴灌系統(tǒng)灌溉的桑樹(shù)所表現(xiàn)的生長(zhǎng)率，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)滴灌系統(tǒng)灌溉的生長(zhǎng)率一致。這是因?yàn)榈统杀鞠到y(tǒng)滴灌上手工打的孔不夠均勻，致使滴頭速率與桑樹(shù)生長(zhǎng)率均產(chǎn)生差異。后來(lái)用臺(tái)式機(jī)器杠桿操作取代了手工方法，用焊接機(jī)熱沖壓0.70mm的孔。這樣滴孔的均勻度達(dá)到令人滿(mǎn)意的標(biāo)準(zhǔn)。為移動(dòng)滴灌管道并使滴孔保持暢通，低成本滴灌系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)每天多需兩個(gè)工時(shí)。
國(guó)際開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)和瑞士開(kāi)發(fā)協(xié)作組織目前還在合作進(jìn)行一個(gè)為期3年的計(jì)劃，以進(jìn)一步落實(shí)低成本滴灌系統(tǒng)在桑樹(shù)種植方面的應(yīng)用，并在安德哈拉.普拉德什、賈納塔卡和泰米爾拉都地區(qū)的桑樹(shù)種植戶(hù)中大規(guī)模宣傳低成本滴灌系統(tǒng)。并且預(yù)計(jì)低成本滴灌系統(tǒng)有很大的市場(chǎng)需求，在印度南部，就可灌溉30350hm2(455,250畝)桑樹(shù)。
3 在尼泊爾山區(qū)蔬菜種植區(qū)的應(yīng)用
尼泊爾中部山區(qū)受季風(fēng)氣候影響，在6～9月的雨季期，濕度十分充足。但在其它月份，對(duì)大多數(shù)作物來(lái)說(shuō)降雨量明顯不足。另一方面，尼泊爾有大量的常年性江河、溪流及泉水，這些水源可加以開(kāi)發(fā)用來(lái)在冬季灌溉干旱作物。以前認(rèn)為太小不能用來(lái)灌溉的水源，現(xiàn)在也可通過(guò)滴灌來(lái)加以開(kāi)發(fā)利用。就諸如渠道引水等現(xiàn)有水源來(lái)說(shuō)，與漫灌相比，用滴灌可擴(kuò)大灌溉面積2倍。
第一套(低成本滴灌)系統(tǒng)安裝在加德滿(mǎn)都市郊一個(gè)農(nóng)業(yè)研究站的0.2hm2(3畝)蔬菜地里。研究人員對(duì)滴孔流量的均勻度，滴管管道的水頭損失及從一層梯田到另一層間的流量均勻度進(jìn)行了試驗(yàn)。在同一層梯田上，滴孔流量的均勻度達(dá)84%，當(dāng)各層梯田間水頭差在2～4m時(shí)，其滴孔流量總均勻度為73%，這一結(jié)果還是令人滿(mǎn)意的。試驗(yàn)還顯示分水管的長(zhǎng)度可達(dá)75m而沒(méi)有明顯的水頭損失。
考慮到山坡梯田高程不同而可能引起壓力的變化，研究人員設(shè)計(jì)了一套活動(dòng)塑料減壓管口并進(jìn)行了試驗(yàn)，這樣，農(nóng)民可在位于較低高程的各分水管前安裝活動(dòng)塑料管口以減少壓力。各減壓管口標(biāo)上不同顏色，這樣，農(nóng)民就可以在高程差為2m時(shí)用蘭色管口，為4m時(shí)用紅色管口，依次類(lèi)推。由于這些改進(jìn)，該系統(tǒng)已可用于進(jìn)行田間試驗(yàn)。
研究人員用了兩個(gè)月時(shí)間在加德滿(mǎn)都西部丘陵區(qū)的小塊農(nóng)田上安裝了10個(gè)此類(lèi)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。所選擇的農(nóng)戶(hù)都具有一定的蔬菜種植經(jīng)驗(yàn)，耕種小塊土地，且有小水源可利用。試驗(yàn)結(jié)果令人鼓舞。各農(nóng)戶(hù)都能很快地掌握該系統(tǒng)的使用和管理。過(guò)去一直靠人工灌溉的農(nóng)戶(hù)們可大大地節(jié)約時(shí)間和減少勞動(dòng)強(qiáng)度。有一個(gè)用該系統(tǒng)灌溉其種植在陡坡上果樹(shù)的農(nóng)民，發(fā)現(xiàn)他現(xiàn)在每次可以灌溉20棵樹(shù)，而不需象過(guò)去那樣在陡坡上跑上跑下，把管子從一棵樹(shù)移到另一棵。另一個(gè)以前用漫灌的農(nóng)民，注意到土壤板結(jié)明顯降低。
引進(jìn)滴灌系統(tǒng)后，農(nóng)戶(hù)的灌溉面積至少翻了一倍，有的甚至增加了4倍。他們報(bào)告說(shuō)該系統(tǒng)的用工需求也減少了一半。在滴灌系統(tǒng)上投資50美元，就可增加年收入50～170美元。參與試驗(yàn)的非政府組織人員提交了一份表格，要求購(gòu)買(mǎi)100個(gè)該類(lèi)系統(tǒng)，申請(qǐng)者都是參加試驗(yàn)農(nóng)戶(hù)的鄰居。國(guó)際開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)及其合作伙伴目前正在當(dāng)?shù)貜S家落實(shí)生產(chǎn)，并在古可哈和塔拉湖丘陵農(nóng)業(yè)區(qū)的小農(nóng)戶(hù)中宣傳推廣低成本系統(tǒng)。
4 滴頭流量的均勻度
大量的應(yīng)用研究已證明滴灌系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)用水方面占有優(yōu)勢(shì)，但對(duì)均勻用水能力評(píng)價(jià)目前卻有多種結(jié)論。例如在參評(píng)的佛羅里達(dá)19個(gè)滴灌系統(tǒng)中有11個(gè)滴水均勻度低于90%，與此相對(duì)比，在57個(gè)微型噴灌系統(tǒng)中僅有12個(gè)。印度標(biāo)準(zhǔn)局已對(duì)此制定出標(biāo)準(zhǔn)，即A級(jí)滴頭變化率不超過(guò)5%，但是，同其它國(guó)家一樣，印度生產(chǎn)廠商也很難達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。最近，美國(guó)農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會(huì)已制定出標(biāo)準(zhǔn)，即優(yōu)級(jí)滴頭變化率低于5%，一般滴頭變化率在11%～15%之間。
從國(guó)際開(kāi)發(fā)組織對(duì)低成本滴灌系統(tǒng)的滴頭均勻度試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水頭在2～4m間變化時(shí)，孔與孔間均勻度的百分率在12%～29%之間變化。
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)滴灌系統(tǒng)的大量研究發(fā)現(xiàn)，滴頭堵塞和管道壓力的變化，對(duì)滴頭流量均勻度有明顯影響。例如，對(duì)安裝在印度馬哈拉斯塔邦的標(biāo)準(zhǔn)滴灌系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)那些安裝在陡坡或山區(qū)的系統(tǒng)，特別是如果系統(tǒng)的總揚(yáng)程不恰當(dāng)且管線(xiàn)沒(méi)有按等高線(xiàn)圖進(jìn)行布設(shè)時(shí)，其滴頭均勻度低于50%。
國(guó)際開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)的低成本系統(tǒng)中的減壓閥采用簡(jiǎn)單的分色標(biāo)識(shí)，在山丘區(qū)，對(duì)于高程較低梯田，農(nóng)戶(hù)可以自己安裝以調(diào)節(jié)壓力。其滴孔直徑設(shè)計(jì)成與標(biāo)準(zhǔn)別針直徑相同，并教授農(nóng)民定期檢查滴管管道，清理已堵塞的滴孔。由于清理堵塞滴頭的方法簡(jiǎn)單化，才使得降低過(guò)濾系統(tǒng)的成本成為可能，再加上分色標(biāo)識(shí)活動(dòng)減壓閥的使用，將長(zhǎng)期有益于使滴頭流量均勻。但這還需更大規(guī)模的田間試驗(yàn)來(lái)證實(shí)。
5 全球推廣應(yīng)用
現(xiàn)代地表微灌于本世紀(jì)60年代始于以色列，到目前為止，其灌溉面積不足200萬(wàn)公頃(3000萬(wàn)畝)。若將其投資成本從每公頃2471美元(每畝164.7美元)降到每公頃250美元(每畝16.5美元)，則有可能使其在全球的應(yīng)用至少擴(kuò)大一倍。且低成本滴灌系統(tǒng)的應(yīng)用特性也顯示其對(duì)小農(nóng)戶(hù)有益。除了桑樹(shù)和蔬菜外，低成本滴灌系統(tǒng)可能對(duì)于草本植物、園藝作物、棉花、甘蔗的小農(nóng)戶(hù)都極具吸引力。它特別適合用于灌溉水水價(jià)較高的地區(qū)，對(duì)于用渠道系統(tǒng)灌溉，但灌溉水量不足的地區(qū)也特別有益。
6 討論與結(jié)論
三十年來(lái)，綠色革命已使全球各類(lèi)作物產(chǎn)量提高了2倍。然而，還有一些障礙嚴(yán)重影響了小農(nóng)戶(hù)對(duì)高產(chǎn)量種籽和化肥的引進(jìn)。盡管生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)是可分的，但對(duì)大部分其農(nóng)田規(guī)模中等的小農(nóng)戶(hù)來(lái)說(shuō)，機(jī)械技術(shù)在很大程度上是不可分的。它們只對(duì)大農(nóng)戶(hù)特別有利。灌溉技術(shù)缺乏可分性是小農(nóng)戶(hù)提高產(chǎn)量的最大阻礙。
在使用低成本灌溉系統(tǒng)時(shí)，小農(nóng)戶(hù)可以分批購(gòu)買(mǎi)，也就是說(shuō)農(nóng)戶(hù)可先購(gòu)買(mǎi)一條滴管，在灌溉時(shí)來(lái)回移動(dòng)，這樣就可以減少投資成本。然后，他們可用此系統(tǒng)帶來(lái)的收入，在以后的生長(zhǎng)季節(jié)再逐步增加滴管。
在那些小農(nóng)戶(hù)生產(chǎn)高度集中和嚴(yán)重缺水的地區(qū)，低成本滴灌系統(tǒng)可為小農(nóng)戶(hù)提供價(jià)格適中、可分的節(jié)水型灌溉技術(shù)。低成本滴灌系統(tǒng)特別適合用于水和農(nóng)作物價(jià)值都相對(duì)較高的地方，以及由于現(xiàn)有的滴灌技術(shù)成本較高而使其應(yīng)用受到嚴(yán)重影響的地方。
