痕量灌溉技術更節水-新一代節水灌溉技術

（主持人）在水資源越發寶貴的今天，“節水”成為農業生產中特別看重的環節。以滴灌為代表的“微量灌溉”可以說是農業節水的典範了。可即便是這種“微量”，在很多研究者看來，也還是有突破的空間的。這不，一項被稱作“痕量灌溉”的新技術就這樣應運而生了。它剛一露頭，那些巧妙創新的關鍵環節就讓人們眼前一亮。

在北京小湯山的一個蔬菜大棚裡，研究作物灌溉的幾個專業人士正圍著這套被稱作“痕量灌溉”的設施琢磨著呢。

（採訪）我們這次在這幾個棚，包括北京各地方做的一個實驗示範，都已經證明了，我們這個痕量灌溉技術比滴灌還要節水得多，這次我們幾個棚基本上我們的耗水量僅僅相當於滴灌耗水量的20%到30%，

棚裡的珊瑚菜花和球莖茴香長勢正旺。可您能想象嗎，這將近半棚菜的澆水源頭就是吊著的這個水桶。

這些特菜可不是什麼特別耐旱的品種，相反的，它們都挺嬌貴，對管理上的要求，尤其是對水的要求，那可是一點都不讓打折扣。

到底是什麼玄機，能讓這麼個普通的水桶就能餵飽這麼大一片菜呢！

別看都圍著水桶瞧，可重點卻真不在這水桶上。

順著水桶的出水管往下看，那些隱藏在植物下面的，埋在土裡的部分才是節水的關鍵環節。

（採訪）咱們這個其實就是，埋了一根管上，這個每個管上都有控水頭，這個控水頭埋在土裡頭，埋在植物根部，把這個管接到一個塑料袋上也行，接到水桶上也行，都無所謂了，它只要有水源過來，它就能自動工作。由於它直接給植物的根系供水，而且是在土壤以下供水，這樣的話，它的節水達到了極致了。

把管道埋到植物根系的深度，讓滴頭直接埋伏到根系旁邊，這就是這套裝置的玄機所在。

管道上這些小突起被它的發明者稱作控水頭。別看控水頭不起眼，這文章可是全都作在它上面了。

初次見到痕量控水頭的人，幾乎都會把它和滴灌上的小孔聯想到一起。可實際上，這個控水頭並不會像滴灌孔一樣自己滴水。

（採訪）朱利軍：因為我們痕量灌溉技術那邊的話，管道都是埋在底下的。現在我們那一個空管來演示它的一個工作狀態。看管子裡面充水之後看滴頭是一個出水的什麼狀況。現在是一個空管，我們先堵上一端，之後把水灌進來。這個水基本上灌滿了，把水堵上，看我們的滴頭，大家看它出水的一個狀態……長時間的情況下這個水很長時間都不會往下滴。現在管道里面充滿了水之後水是一種懸而不滴的狀態。

懸而不滴，這就是控水頭對水控制的微妙效果。

如果我們再湊近看，就會發現，看似小孔的滴頭卻不完全是一個孔的概念。因為它裡面被一叢奈米纖維填滿了。

也正是這些奈米纖維達到了對水精準控制的效果，它讓一個水桶去澆灌一片菜地的情形變成了現實。

控水頭裡凝結著的就是痕量灌溉的技術核心。而它的誕生直接源自一個普通人的簡單想法。

（採訪）我就老是想著能不能用一個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，無所謂了，我就把它放在植物邊上，有個什麼動作控制這個東西的流速，很緩慢很緩慢，但是24小時不斷的工作，讓它控制的流速，跟植物需要的植物的水量完全一致就行了，我就想有這麼一個東西能控制住就行了，然後能長時間的，24小時，一年365天自動在那兒工作，我就想有這麼一個東西。我就覺得其實植物用不了那麼多水，很多水都浪費了

讓植物想喝就喝，不多不少剛剛好，這就是諸鈞的初衷。

（主持人）澆水澆水，這水到底是澆給土壤還是澆給植物了呢？咱們都養過花，也都有這樣的經驗，譁一瓢水澆下去，土是溼了，可就是沒想過，究竟有多少水真的是被植物利用了呢？

土壤是一種疏鬆的多孔狀態，那其中也分佈著大大小小的孔隙。

（採訪）其實大家可以把土壤想象成什麼？想象成海綿，其實土壤就是一個大海綿。就是說你把水澆下去以後海綿裡發生狀況基本上是土壤裡發生狀況，你水澆太多了，它那個就是海綿裡的水就往下滴了，那是滲漏下去那部分。如果水澆的差不多，它就在海綿裡面儲存不動彈，你一捏就出來了。還有一部分你使勁捏也捏不出來，你一捏就出來那部分呢，我們叫做遊離水，它就是說儲存在土壤裡面，但是植物能夠用的那部分水，還有一部分你使勁捏感覺海綿還是溼的，但是水不出來，我們叫束縛水。就是說被海綿綁住的那部分水，這部分水你是用不了的，就是根系是用不了的。所以說我們根系能用哪部分呢？就是說海綿的這部分又沒有漏下去，然後一擠又能出來那部分水，這個就是我們術語上我們叫遊離水的這部分，這是植物能吸收的水分。

清晰明瞭，對於植物的根系來說最有意義的就是土壤中這些可以被擠出來的水。

植物的確離不開水，可我們以往的灌溉方式對於植物真正的需求來說都存在著浪費。那些真正能被植物利用的水才是有效的水。

（採訪）所謂的有效水是真正對植物生長髮育來說是必不可少的一部分水分。有效水我們認為就是有兩部分構成：一部分是植物自身的形態建成所需要的水，所以形態建成說通俗一點吧就是植物生長髮育或者植物長大它正常需要的那部分水。再有一個植物完成正常生命過程中需要耗費掉的那部分水，就是說通過蒸騰掉的那部分水，我們把這兩部分我們在灌溉學上我們叫做有效用水，這個也就是我們所謂的節水灌溉前提，我們要保證這部分水量是足夠的，這部分水量是必不可少的。並且你的灌溉量越接近於這個水量，你的節水效果就越好。

其實，植物並沒有我們想象的那麼能喝水。大量資料證明，一株中小型植物一天只需要20-100ml的水就夠了。

如果我們能夠把握住灌溉的度，就能夠讓土壤，水分，植物的根系，這三個主角交織出著一出和諧的供需關係。

“把水澆灌給植物，而不是澆灌給土壤。”這是現代農業在灌溉理念上的追求。可想要達到這種效果，卻不是件容易事。

在現有的灌溉方式中，節水效果最好的就要算滴灌了。

（採訪）滴灌現在是世界上最棒的灌溉系統。它節水已經能比溝灌能節到70%了，非常了不起的成就，這是以色列做的，除了通天塔以外做的一個對人類最大的貢獻，對。這個他們做的已經非常棒了。但是他們也在考慮有沒有可能更節水。

滴灌技術就是通過管道上的滴頭，在低壓下向土壤裡緩慢地滴水。

（採訪）滴灌的灌溉方式是什麼樣呢？把水放在這兒，然後讓它下來這會產生一個什麼效果呢？如果你水少的話，水只集中在這個層次，它還沒到植物根系，在地表就有很多水，這部分太陽一晒。

（採訪）大家知道晾衣服都有概念，太陽一晒蒸發走了，這部分水作物用不上。如果你水量比較大呢，它根系只有這麼多，你水量再大它水到這兒來了，甚至水又下去了，這部分我們，當然我們術語上叫滲漏掉了，也就是說是流掉了，這部分水你也用不成，所以現有的滴灌來說，在這個水的利用上，在這兩點上它不能完全避免。

滴灌的一大特點就是，管道是放置在土壤表面的，也就是說，水滴必然是要經過地表向下傳遞的。地表上有水分的蒸發，地下呢，由於重力的作用，水滴會滲得很深，到達根系夠不到的地方。這都會造成水分的損失。

儘管成熟的滴灌技術已經將出水量控制到相當少的範疇，但是在節水上它仍然有突破的餘地。

（採訪）我們看它的潛力的可能在哪裡呢？我們看這是一棵植物，然後植物的根系在這裡面，而植物需要水的地方在哪裡呢？只在這兒，只有植物的根系是需要水的，如果我們能找到一種辦法讓它剛好灌溉在這個部位，而水又不向上透過地表向上蒸發掉，也不向下到植物以下的層次滲漏掉的話，水都集中在這個部位，這樣我們的灌溉效率會最高，有效水的利用率也會最高。所以現在如果能有一種灌溉方式呢，剛好它能夠埋在底下，埋在根主要的根層的那個部位，而後水量又足夠的小，小到向下沒有滲漏，向上沒有蒸發，這樣一種灌溉方式，我們相信它必然會替代滴灌，成為下一代的最節水的，對作物來說，水分利用率最高的一種灌溉方式。

（主持人）不上也不下，剛剛好把水直接喂到植物的根系周圍，這就是發明痕量控水頭的思路。在滴頭裡填充進奈米材料，聽起來玄奧，其實簡單講起來，它們造成的效果，就是我們在日常生活中常常能接觸到的毛細作用。

當任何管子的直徑細到1毫米以下的時候，這種毛細現象就會發生。由於液體表面存在張力，只要將乾燥毛細管的一端與水面接觸，水就會被拉進毛細管裡，這種拉動水進入毛細管中的力就是毛細力。而且毛細管越細，拉動水柱的力量也就越大。

在這樣的細管裡，毛細力就成為強大的主導力，在它面前，原本能夠讓水從小孔中成滴落下的重力就的退到幕後了。

對於普通的滴灌小孔來說，靠重力就能拉動水滴一滴一滴流出來。可是在痕灌滴頭上，出水的小孔裡填充進了奈米纖維，這些纖維構成了無數的毛細管道。這樣一來，一個大的出水口無形中被劃分成無數細小的管道。在控水頭裡的水就這樣被無數的毛細管控制住了。

（採訪）我把一個洞突破掉，變成很多很多洞。這樣我就能特別有效的控制這個水。我不是一個孔，我是幾十萬，幾百萬的孔控制這個水

為了讓大家看得清楚，諸鈞用一個放大了的控水頭和被染上顏色的水來還原它的實際效果。

出水口一接觸到乾燥的土壤，一條通路就打開了。毛細力會拉動控水頭中的水源源不斷的補充到毛細管中，持續將水分輸送到土壤裡。

這組毛細管能讓水進進出出；可同時又能把水控制住。就是這個毛細力讓出水量由“微量”到“痕量”變成一種真正的可能。

（採訪）這個裡面有幾百萬根很細很細的毛細管，這個毛細管控制著管道里面的水，只有當這個毛細管和土壤接觸以後，土壤的那個毛細管和它能夠產生一種毛細力，把這個水能從毛細頭裡抽出來，——接頭插入土壤畫面。

只要根周圍的土壤裡含水量沒有達到飽和，水分的輸送就會緩慢但是持久的進行。

（主持人）您瞧，小小的控水頭通過對毛細力的巧妙應用，就這麼把水控制在了植物根系的周圍。植物需要水的時候它能夠源源不斷，植物喝夠了的時候，它又能適可而止。這種理念上的突破讓植物在喝水這件大事上有了自主權。

說白了，以往的灌溉理念都沒能突破用外力給植物強加水的這樣一種思路。

（採訪）包括滴灌在內，包括溝灌在內都是靠外力，它是靠往外推的力量，它把水強行推到土壤裡面去。而如果有一種方法能做到靠一個，土壤拽的力量，靠土壤主動去拽而不是靠人為外力去推的話，它就會產生一個全新的一個機理。

額外的動力幾乎是以往所有灌溉系統必備的裝置。

（採訪）朱利軍：我們看傳統滴灌，灌水之前，滴灌帶都是癟的狀態，這個時候是一個沒有水的狀態，一旦灌水，就會瞬間膨大，靠自來水壓從特有的滴頭這裡把水擠出來。以水滴或者是水流的形式把水擠出來。這是我們傳統滴灌的一個供水狀態。

而痕量灌溉技術想要做到的就是突破這種理念，達到讓植物自己要水喝的效果。

當土壤變得乾燥後，出水的閥門被打開了，水自然就形成了通路。如果植物喝飽了，根系周圍的水分就會漸漸達到飽和，出水量自然就下降了

（採訪）就像閥門一樣。它等於是在每個植物的根部都有一個小閥門，所以我們這個叫控水頭，以前我們這個叫它控水閥管，那個毛細管它像閥門一樣的一個管道，它在那兒感知感應土壤的溼度，來自動調節出水量，出水的大小。

那個吊起來的水桶只是個不耗費額外能源的儲水器。而真正的自動控水閥都靜靜地埋伏在植物的根系周圍呢。

（採訪）因為我們不想掛一個大的桶，因為很佔地方，就用一個小桶，這個桶水不夠怎麼辦，我們這裡有個進出口，自動往裡進水，就像馬桶一樣，自動往裡補水就行了，沒有它一樣，掛一個水桶，這個也是這個水桶裡面的引水管，這個引水管一直引到底下，就是灌溉管，接上，這裡有個開關，如果不用的話，一關就行了，如果需要灌溉，只要一開，那麼就整個這一個棚的蔬菜就自動澆灌了，就這麼簡單，

閥門一開，半個大棚的節水灌溉就交給這麼一個水桶了。

實踐證明，這套痕量灌溉技術系統僅用不足一米高的水壓力，就可以保證將近600米長的管道中各個出水點都能均勻供水，

（採訪）這種突破在於什麼呢？從我要給植物水到植物我自己要水，這是一個本質的這樣一個思路上的叫研發哲學上的一個顛覆或者是說一個改變吧，一個徹底改變。個方法上的轉變可能更多的是一個去尊重植物，尊重自然本身。

在缺水同時也缺少其他能源的地方，痕量灌溉技術就更顯示出了節本增效的潛力。

（採訪）如果這個產品將來完善成熟的話，跟我們那個膜面集雨的技術，這樣如果按照現在的水量算的話，我們集的雨水根本就用不完。我們這個棚膜上集的雨根本就用不完。（這樣一來，沒有水源的地方也可以考慮建設大棚了，）就把膜上的雨集下來之後完全可以用來給自己灌溉。

（採訪）這套裝置上的話，不需要有任何有電源的地方，在任何地方都能使，這個地方重要，因為現在很多上大棚的地方，必須有電源，你沒電源的話，你滴灌就沒法使，要麼你就只能靠大水漫灌，大水漫灌的話，一個費水，一個對植物的品質也很難控制，那麼所以說這個技術在這個設施灌溉裡頭，大棚，這算設施灌溉，在這裡面，這裡頭就有非常重要的意義。

（採訪）我最喜歡的一點，他是在以色列為主的，西方人統制的一個灌溉領域裡邊，一個完全由中國人獨立開發的，他具有自主智慧財產權，效果又非常棒的，同時也拿到國際專利的，新一代的灌溉技術。也就是起碼從某一個，從這個灌溉小的領域來說，我們有這種可能，能打破他們的這種技術壁壘，這是一個，應該說作為中國人來說一個很，作為研發人一個很揚眉吐氣的一件事。

（主持人）小小控水頭上的巧妙改變帶來的是在節水和節能上的雙重效果。剛剛起步的痕量灌溉技術還有很大的需要完善的空間，但是它無疑在節水灌溉上展示給我們一條積極的新思路。