適合發(fā)展中國家小農戶(hù)的低成本滴灌系統
0　引言 
　　世界上許多地區的缺水問(wèn)題日趨嚴重。要求灌溉作物的農戶(hù)與世界快速擴展的城市之間的競爭越發(fā)激烈，節水型灌溉深受重視。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)，還達不到全球灌溉面積的1%。影響滴灌大規模應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)展中國家的那些耕作面積在2hm2(30畝)以下的大多數農戶(hù)安裝使用滴灌系統。 溫濕度儀| 紅外線(xiàn)溫度計| 露點(diǎn)儀| 亮度計| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計| 粒子計數器| 粉塵計|
　　按照經(jīng)濟學(xué)家的說(shuō)法，目前的滴灌系統是“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，因為它們可劃分成若干個(gè)可負擔的小包，以適合小塊土地。而滴灌系統，象目前其它的灌溉技術(shù)一樣，難以改造來(lái)滿(mǎn)足貧困小農戶(hù)的需要，其價(jià)格昂貴，農民負擔不起。
　　人們一直迫切需要開(kāi)發(fā)一種可靠的低成本滴灌系統，以滿(mǎn)足發(fā)展中國家小農戶(hù)的需求。例如在70年代，印度的蘇瓦拉潘和他的同事們曾試驗用滴孔代替滴頭。為了滿(mǎn)足低成本灌溉系統的需要，國際開(kāi)發(fā)機構，一個(gè)專(zhuān)門(mén)從事小型灌溉系統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，并進(jìn)行了田間試驗，其成本為每公頃250美元(每畝16.5美元)。
1　低成本滴灌系統的設計
　　影響標準滴灌系統成本的主要因素有：(1)將水輸送到每行植物的滴管系統，(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。
　　為滿(mǎn)足小農戶(hù)的需要，國際開(kāi)發(fā)機構通過(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(cháng)的簡(jiǎn)易折流器并罩住滴孔。標準滴灌系統中昂貴的過(guò)濾裝置換成了現價(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)家在尼泊爾對此設計進(jìn)行了試驗，效果令人滿(mǎn)意，隨后又在農戶(hù)的田里進(jìn)行了反復試驗。
2　在印度桑樹(shù)種植區的應用
　　在印度南部，種植有35萬(wàn)hm2(525萬(wàn)畝)桑樹(shù)，為養蠶業(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。試驗還顯示，與漫灌相比，標準滴灌系統可節水40%～60%，且桑葉產(chǎn)量大。
　　在海德拉巴附近的安德哈拉.普拉德什國家養蠶研究農場(chǎng)，國際開(kāi)發(fā)機構在0.2hm2(3畝)的桑樹(shù)田安裝了一套低成本滴灌系統。為便于兩種系統的比較，又在附近安裝了一套標準滴灌系統。該試驗基地是半干旱氣候，供水是用潛水泵從60m深的管井抽取。
　　初期的觀(guān)察結果顯示，用低成本滴灌系統灌溉的桑樹(shù)所表現的生長(cháng)率，沒(méi)有標準滴灌系統灌溉的生長(cháng)率一致。這是因為低成本系統滴灌上手工打的孔不夠均勻，致使滴頭速率與桑樹(shù)生長(cháng)率均產(chǎn)生差異。后來(lái)用臺式機器杠桿操作取代了手工方法，用焊接機熱沖壓0.70mm的孔。這樣滴孔的均勻度達到令人滿(mǎn)意的標準。為移動(dòng)滴灌管道并使滴孔保持暢通，低成本滴灌系統比傳統系統每天多需兩個(gè)工時(shí)。
　　國際開(kāi)發(fā)機構和瑞士開(kāi)發(fā)協(xié)作組織目前還在合作進(jìn)行一個(gè)為期3年的計劃，以進(jìn)一步落實(shí)低成本滴灌系統在桑樹(shù)種植方面的應用，并在安德哈拉.普拉德什、賈納塔卡和泰米爾拉都地區的桑樹(shù)種植戶(hù)中大規模宣傳低成本滴灌系統。并且預計低成本滴灌系統有很大的市場(chǎng)需求，在印度南部，就可灌溉30350hm2(455,250畝)桑樹(shù)。
3　在尼泊爾山區蔬菜種植區的應用
　　尼泊爾中部山區受季風(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，對大多數作物來(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。以前認為太小不能用來(lái)灌溉的水源，現在也可通過(guò)滴灌來(lái)加以開(kāi)發(fā)利用。就諸如渠道引水等現有水源來(lái)說(shuō)，與漫灌相比，用滴灌可擴大灌溉面積2倍。
　　第一套(低成本滴灌)系統安裝在加德滿(mǎn)都市郊一個(gè)農業(yè)研究站的0.2hm2(3畝)蔬菜地里。研究人員對滴孔流量的均勻度，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。在同一層梯田上，滴孔流量的均勻度達84%，當各層梯田間水頭差在2～4m時(shí)，其滴孔流量總均勻度為73%，這一結果還是令人滿(mǎn)意的。試驗還顯示分水管的長(cháng)度可達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，研究人員設計了一套活動(dòng)塑料減壓管口并進(jìn)行了試驗，這樣，農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。各減壓管口標上不同顏色，這樣，農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)，該系統已可用于進(jìn)行田間試驗。
　　研究人員用了兩個(gè)月時(shí)間在加德滿(mǎn)都西部丘陵區的小塊農田上安裝了10個(gè)此類(lèi)系統進(jìn)行試驗。所選擇的農戶(hù)都具有一定的蔬菜種植經(jīng)驗，耕種小塊土地，且有小水源可利用。試驗結果令人鼓舞。各農戶(hù)都能很快地掌握該系統的使用和管理。過(guò)去一直靠人工灌溉的農戶(hù)們可大大地節約時(shí)間和減少勞動(dòng)強度。有一個(gè)用該系統灌溉其種植在陡坡上果樹(shù)的農民，發(fā)現他現在每次可以灌溉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)以前用漫灌的農民，注意到土壤板結明顯降低。
　　引進(jìn)滴灌系統后，農戶(hù)的灌溉面積至少翻了一倍，有的甚至增加了4倍。他們報告說(shuō)該系統的用工需求也減少了一半。在滴灌系統上投資50美元，就可增加年收入50～170美元。參與試驗的非政府組織人員提交了一份表格，要求購買(mǎi)100個(gè)該類(lèi)系統，申請者都是參加試驗農戶(hù)的鄰居。國際開(kāi)發(fā)機構及其合作伙伴目前正在當地廠(chǎng)家落實(shí)生產(chǎn)，并在古可哈和塔拉湖丘陵農業(yè)區的小農戶(hù)中宣傳推廣低成本系統。
4　滴頭流量的均勻度
　　大量的應用研究已證明滴灌系統在經(jīng)濟用水方面占有優(yōu)勢，但對均勻用水能力評價(jià)目前卻有多種結論。例如在參評的佛羅里達19個(gè)滴灌系統中有11個(gè)滴水均勻度低于90%，與此相對比，在57個(gè)微型噴灌系統中僅有12個(gè)。印度標準局已對此制定出標準，即A級滴頭變化率不超過(guò)5%，但是，同其它國家一樣，印度生產(chǎn)廠(chǎng)商也很難達到這一標準。最近，美國農業(yè)工程師協(xié)會(huì )已制定出標準，即“優(yōu)”級滴頭變化率低于5%，“一般”滴頭變化率在11%～15%之間。
　　從國際開(kāi)發(fā)組織對低成本滴灌系統的滴頭均勻度試驗中可以發(fā)現，當水頭在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。
　　對標準滴灌系統的大量研究發(fā)現，滴頭堵塞和管道壓力的變化，對滴頭流量均勻度有明顯影響。例如，對安裝在印度馬哈拉斯塔邦的標準滴灌系統進(jìn)行了評價(jià)，發(fā)現那些安裝在陡坡或山區的系統，特別是如果系統的總揚程不恰當且管線(xiàn)沒(méi)有按等高線(xiàn)圖進(jìn)行布設時(shí)，其滴頭均勻度低于50%。
　　國際開(kāi)發(fā)機構的低成本系統中的減壓閥采用簡(jiǎn)單的分色標識，在山丘區，對于高程較低梯田，農戶(hù)可以自己安裝以調節壓力。其滴孔直徑設計成與標準別針直徑相同，并教授農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)濾系統的成本成為可能，再加上分色標識活動(dòng)減壓閥的使用，將長(cháng)期有益于使滴頭流量均勻。但這還需更大規模的田間試驗來(lái)證實(shí)。
5　全球推廣應用
　　現代地表微灌于本世紀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用至少擴大一倍。且低成本滴灌系統的應用特性也顯示其對小農戶(hù)有益。除了桑樹(shù)和蔬菜外，低成本滴灌系統可能對于草本植物、園藝作物、棉花、甘蔗的小農戶(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，對于用渠道系統灌溉，但灌溉水量不足的地區也特別有益。
6　討論與結論
　　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，還有一些障礙嚴重影響了小農戶(hù)對高產(chǎn)量種籽和化肥的引進(jìn)。盡管生態(tài)農業(yè)技術(shù)是可分的，但對大部分其農田規模中等的小農戶(hù)來(lái)說(shuō)，機械技術(shù)在很大程度上是不可分的。它們只對大農戶(hù)特別有利。灌溉技術(shù)缺乏可分性是小農戶(hù)提高產(chǎn)量的最大阻礙。
　　在使用低成本灌溉系統時(shí)，小農戶(hù)可以分批購買(mǎi)，也就是說(shuō)農戶(hù)可先購買(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，他們可用此系統帶來(lái)的收入，在以后的生長(cháng)季節再逐步增加滴管。
　　在那些小農戶(hù)生產(chǎn)高度集中和嚴重缺水的地區，低成本滴灌系統可為小農戶(hù)提供價(jià)格適中、可分的節水型灌溉技術(shù)。低成本滴灌系統特別適合用于水和農作物價(jià)值都相對較高的地方，以及由于現有的滴灌技術(shù)成本較高而使其應用受到嚴重影響的地方。