痕量灌溉更节水
在水资源越发宝贵的今天，“节水”成为农业生产中特别看重的环节。以滴灌为代表的“微量灌溉”可以说是农业节水的典范了。可即便是这种“微量”，在很多研究者看来，也还是有突破的空间的。这不，一项被称作“痕量灌溉”的新技术就这样应运而生了。它刚一露头，那些巧妙创新的关键环节就让人们眼前一亮。 在北京小汤山的一个蔬菜大棚里，研究作物灌溉的几个专业人士正围着这套被称作“痕量灌溉”的设施琢磨着呢。 我们这次在这几个棚，包括北京各地方做的一个实验示范，都已经证明了，我们这个技术比滴灌还要节水得多，这次我们几个棚基本上我们的耗水量仅仅相当于滴灌耗水量的20%到30%， 棚里的珊瑚菜花和球茎茴香长势正旺。可您能想象吗，这将近半棚菜的浇水源头就是吊着的这个水桶。 这些特菜可不是什么特别耐旱的品种，相反的，它们都挺娇贵，对管理上的要求，尤其是对水的要求，那可是一点都不让打折扣。 到底是什么玄机，能让这么个普通的水桶就能喂饱这么大一片菜呢！ 别看都围着水桶瞧，可重点却真不在这水桶上。 顺着水桶的出水管往下看，那些隐藏在植物下面的，埋在土里的部分才是节水的关键环节。 咱们这个其实就是，埋了一根管上，这个每个管上都有控水头，这个控水头埋在土里头，埋在植物根部，把这个管接到一个塑料袋上也行，接到水桶上也行，都无所谓了，它只要有水源过来，它就能自动工作。由于它直接给植物的根系供水，而且是在土壤以下供水，这样的话，它的节水达到了极致了。 把管道埋到植物根系的深度，让滴头直接埋伏到根系旁边，这就是这套装置的玄机所在。 管道上这些小突起被它的发明者称作控水头。别看控水头不起眼，这文章可是全都作在它上面了。 初次见到痕量控水头的人，几乎都会把它和滴灌上的小孔联想到一起。可实际上，这个控水头并不会像滴灌孔一样自己滴水。 朱利军：因为我们痕量灌溉那边的话，管道都是埋在底下的。现在我们那一个空管来演示它的一个工作状态。看管子里面充水之后看滴头是一个出水的什么状况。现在是一个空管，我们先堵上一端，之后把水灌进来，。这个水基本上灌满了，把水堵上，看我们的滴头，大家看它出水的一个状态。。长时间的情况下这个水很长时间都不会往下滴。现在管道里面充满了水之后水是一种悬而不滴的状态。 悬而不滴，这就是控水头对水控制的微妙效果。 如果我们再凑近看，就会发现，看似小孔的滴头却不完全是一个孔的概念。因为它里面被一丛纳米纤维填满了。 也正是这些纳米纤维达到了对水精准控制的效果，它让一个水桶去浇灌一片菜地的情形变成了现实。 控水头里凝结着的就是痕量灌溉的技术核心。而它的诞生直接源自一个普通人的简单想法。 我就老是想着能不能用一个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，无所谓了，我就把它放在植物边上，有个什么动作控制这个东西的流速，很缓慢很缓慢，但是24小时不断的工作，让它控制的流速，跟植物需要的植物的水量完全一致就行了，我就想有这么一个东西能控制住就行了，然后能长时间的，24小时，一年365天自动在那儿工作，我就想有这么一个东西。我就觉得其实植物用不了那么多水，很多水都浪费了 让植物想喝就喝，不多不少刚刚好，这就是诸钧的初衷。 浇水浇水，这水到底是浇给土壤还是浇给植物了呢？咱们都养过花，也都有这样的经验，哗一瓢水浇下去，土是湿了，可就是没想过，究竟有多少水真的是被植物利用了呢？ 土壤是一种疏松的多孔状态，那其中也分布着大大小小的孔隙。 其实大家可以把土壤想象成什么？想象成海绵，其实土壤就是一个大海绵。就是说你把水浇下去以后海绵里发生状况基本上是土壤里发生状况，你水浇太多了，它那个就是海绵里的水就往下滴了，那是渗漏下去那部分。如果水浇的差不多，它就在海绵里面储存不动弹，你一捏就出来了。还有一部分你使劲捏也捏不出来，你一捏就出来那部分呢，我们叫做游离水，它就是说储存在土壤里面，但是植物能够用的那部分水，还有一部分你使劲捏感觉海绵还是湿的，但是水不出来，我们叫束缚水。就是说被海绵绑住的那部分水，这部分水你是用不了的，就是根系是用不了的。所以说我们根系能用哪部分呢？就是说海绵的这部分又没有漏下去，然后一挤又能出来那部分水，这个就是我们术语上我们叫游离水的这部分，这是植物能吸收的水分。 清晰明了，对于植物的根系来说最有意义的就是土壤中这些可以被挤出来的水。 植物的确离不开水，可我们以往的灌溉方式对于植物真正的需求来说都存在着浪费。那些真正能被植物利用的水才是有效的水。 所谓的有效水是真正对植物生长发育来说是必不可少的一部分水分。有效水我们认为就是有两部分构成：一部分是植物自身的形态建成所需要的水，所以形态建成说通俗一点吧就是植物生长发育或者植物长大它正常需要的那部分水。再有一个植物完成正常生命过程中需要耗费掉的那部分水，就是说通过蒸腾掉的那部分水，我们把这两部分我们在灌溉学上我们叫做有效用水，这个也就是我们所谓的节水灌溉前提，我们要保证这部分水量是足够的，这部分水量是必不可少的。并且你的灌溉量越接近于这个水量，你的节水效果就越好。 其实，植物并没有我们想象的那么能喝水。大量数据证明，一株中小型植物一天只需要20-100ml的水就够了。 如果我们能够把握住灌溉的度，就能够让土壤，水分，植物的根系，这三个主角交织出着一出和谐的供需关系。 “把水浇灌给植物，而不是浇灌给土壤。”这是现代农业在灌溉理念上的追求。可想要达到这种效果，却不是件容易事。 在现有的灌溉方式中，节水效果最好的就要算滴灌了。 滴灌现在是世界上最棒的灌溉系统。它节水已经能比沟灌能节到70%了，非常了不起的成就，这是以色列做的，除了通天塔以外做的一个对人类最大的贡献，对。这个他们做的已经非常棒了。但是他们也在考虑有没有可能更节水。 滴灌技术就是通过管道上的滴头，在低压下向土壤里缓慢地滴水。 滴灌的灌溉方式是什么样呢？把水放在这儿，然后让它下来这会产生一个什么效果呢？如果你水少的话，水只集中在这个层次，它还没到植物根系，在地表就有很多水，这部分太阳一晒。 大家知道晾衣服都有概念，太阳一晒蒸发走了，这部分水作物用不上。如果你水量比较大呢，它根系只有这么多，你水量再大它水到这儿来了，甚至水又下去了，这部分我们，当然我们术语上叫渗漏掉了，也就是说是流掉了，这部分水你也用不成，所以现有的滴灌来说，在这个水的利用上，在这两点上它不能完全避免。 滴灌的一大特点就是，管道是放置在土壤表面的，也就是说，水滴必然是要经过地表向下传递的。地表上有水分的蒸发，地下呢，由于重力的作用，水滴会渗得很深，到达根系够不到的地方。这都会造成水分的损失。 尽管成熟的滴灌技术已经将出水量控制到相当少的范畴，但是在节水上它仍然有突破的余地。 我们看它的潜力的可能在哪里呢？我们看这是一棵植物，然后植物的根系在这里面，而植物需要水的地方在哪里呢？只在这儿，只有植物的根系是需要水的，如果我们能找到一种办法让它刚好灌溉在这个部位，而水又不向上透过地表向上蒸发掉，也不向下到植物以下的层次渗漏掉的话，水都集中在这个部位，这样我们的灌溉效率会最高，有效水的利用率也会最高。所以现在如果能有一种灌溉方式呢，刚好它能够埋在底下，埋在根主要的根层的那个部位，而后水量又足够的小，小到向下没有渗漏，向上没有蒸发，这样一种灌溉方式，我们相信它必然会替代滴灌，成为下一代的最节水的，对作物来说，水分利用率最高的一种灌溉方式。 不上也不下，刚刚好把水直接喂到植物的根系周围，这就是发明痕量控水头的思路。在滴头里填充进纳米材料，听起来玄奥，其实简单讲起来，它们造成的效果，就是我们在日常生活中常常能接触到的毛细作用。 当任何管子的直径细到1毫米以下的时候，这种毛细现象就会发生。由于液体表面存在张力，只要将干燥毛细管的一端与水面接触，水就会被拉进毛细管里，这种拉动水进入毛细管中的力就是毛细力。而且毛细管越细，拉动水柱的力量也就越大。 在这样的细管里，毛细力就成为强大的主导力，在它面前，原本能够让水从小孔中成滴落下的重力就的退到幕后了。 对于普通的滴灌小孔来说，靠重力就能拉动水滴一滴一滴流出来。可是在痕灌滴头上，出水的小孔里填充进了纳米纤维，这些纤维构成了无数的毛细管道。这样一来，一个大的出水口无形中被划分成无数细小的管道。在控水头里的水就这样被无数的毛细管控制住了。 我把一个洞突破掉，变成很多很多洞。这样我就能特别有效的控制这个水。我不是一个孔，我是几十万，几百万的孔控制这个水 为了让大家看得清楚，诸钧用一个放大了的控水头和被染上颜色的水来还原它的实际效果。 出水口一接触到干燥的土壤，一条通路就打开了。毛细力会拉动控水头中的水源源不断的补充到毛细管中，持续将水分输送到土壤里。 这组毛细管能让水进进出出；可同时又能把水控制住。就是这个毛细力让出水量由“微量”到“痕量”变成一种真正的可能。 这个里面有几百万根很细很细的毛细管，这个毛细管控制着管道里面的水，只有当这个毛细管和土壤接触以后，土壤的那个毛细管和它能够产生一种毛细力，把这个水能从毛细头里抽出来，——接头插入土壤画面。 只要根周围的土壤里含水量没有达到饱和，水分的输送就会缓慢但是持久的进行。 您瞧，小小的控水头通过对毛细力的巧妙应用，就这么把水控制在了植物根系的周围。植物需要水的时候它能够源源不断，植物喝够了的时候，它又能适可而止。这种理念上的突破让植物在喝水这件大事上有了自主权。 说白了，以往的灌溉理念都没能突破用外力给植物强加水的这样一种思路。 包括滴灌在内，包括沟灌在内都是靠外力，它是靠往外推的力量，它把水强行推到土壤里面去。而如果有一种方法能做到靠一个，土壤拽的力量，靠土壤主动去拽而不是靠人为外力去推的话，它就会产生一个全新的一个机理。 额外的动力几乎是以往所有灌溉系统必备的装置。 朱利军：我们看传统滴灌，灌水之前，滴灌带都是瘪的状态，这个时候是一个没有水的状态，一旦灌水，就会瞬间膨大，靠自来水压从特有的滴头这里把水挤出来。以水滴或者是水流的形式把水挤出来。这是我们传统滴灌的一个供水状态。 而痕灌想要做到的就是突破这种理念，达到让植物自己要水喝的效果。 当土壤变得干燥后，出水的阀门被打开了，水自然就形成了通路。如果植物喝饱了，根系周围的水分就会渐渐达到饱和，出水量自然就下降了 就像阀门一样。它等于是在每个植物的根部都有一个小阀门，所以我们这个叫控水头，以前我们这个叫它控水阀管，那个毛细管它像阀门一样的一个管道，它在那儿感知感应土壤的湿度，来自动调节出水量，出水的大小。 那个吊起来的水桶只是个不耗费额外能源的储水器。而真正的自动控水阀都静静地埋伏在植物的根系周围呢。 因为我们不想挂一个大的桶，因为很占地方，就用一个小桶，这个桶水不够怎么办，我们这里有个进出口，自动往里进水，就像马桶一样，自动往里补水就行了，没有它一样，挂一个水桶，这个也是这个水桶里面的引水管，这个引水管一直引到底下，就是灌溉管，接上，这里有个开关，如果不用的话，一关就行了，如果需要灌溉，只要一开，那么就整个这一个棚的蔬菜就自动浇灌了，就这么简单， 阀门一开，半个大棚的灌溉就交给这么一个水桶了。 实践证明，这套灌溉系统仅用不足一米高的水压力，就可以保证将近600米长的管道中各个出水点都能均匀供水， 这种突破在于什么呢？从我要给植物水到植物我自己要水，这是一个本质的这样一个思路上的叫研发哲学上的一个颠覆或者是说一个改变吧，一个彻底改变。个方法上的转变可能更多的是一个去尊重植物，尊重自然本身。 在缺水同时也缺少其他能源的地方，痕量灌溉就更显示出了节本增效的潜力。 如果这个产品将来完善成熟的话，跟我们那个膜面集雨的技术，这样如果按照现在的水量算的话，我们集的雨水根本就用不完。我们这个棚膜上集的雨根本就用不完。（这样一来，没有水源的地方也可以考虑建设大棚了，）就把膜上的雨集下来之后完全可以用来给自己灌溉。 这套设备上的话，不需要有任何有电源的地方，在任何地方都能使，这个地方重要，因为现在很多上大棚的地方，必须有电源，你没电源的话，你滴灌就没法使，要么你就只能靠大水漫灌，大水漫灌的话，一个费水，一个对植物的品质也很难控制，那么所以说这个技术在这个设施灌溉里头，大棚，这算设施灌溉，在这里面，这里头就有非常重要的意义。 我最喜欢的一点，他是在以色列为主的，西方人统制的一个灌溉领域里边，一个完全由中国人独立开发的，他具有自主知识产权，效果又非常棒的，同时也拿到国际专利的，新一代的灌溉技术。也就是起码从某一个，从这个灌溉小的领域来说，我们有这种可能，能打破他们的这种技术壁垒，这是一个，应该说作为中国人来说一个很，作为研发人一个很扬眉吐气的一件事。 小小控水头上的巧妙改变带来的是在节水和节能上的双重效果。刚刚起步的痕量灌溉技术还有很大的需要完善的空间，但是它无疑在节水灌溉上展示给我们一条积极的新思路。 |
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