半透膜灌溉原理与应用

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1、半透膜灌溉原理与应用用于沙漠和丘陵的微型水库（MR）灌溉系统在沙漠中，没有灌溉就没有绿色，同时，实施沙地灌溉又是一件极为困难的事，主要原因是：1、沙地持水能力差，灌溉水不能在根系附近存留，大部分渗漏流失，而且沙漠的渗漏能力几乎是“无限”的，无论浇多少水都会被沙漠瞬间吞光。2、若想保持植物根区湿润，必需不停的浇水，将消耗大量的水和动力。3、沙漠地面不平整，大小沙丘不规则分布，高度从几米至几十米不等，不加以平整，滴灌设备无法使用，而平整土地一方面要付出巨大的人力物力，一方面要破坏了原有地貌和土著植被，是对原生态的又一次破坏。4、即使

2、勉强使用了滴灌设备，渗漏损失仍不可避免。由于沙性土壤中的毛细管极不发达，大孔隙多，大量的水分易于穿越沙粒间的大孔隙，向下渗漏，土壤的水平持水能力和侧向渗透运移能力差，滴头下部润湿体为直径很小的细长形，水分快速流径细长的润湿体，以重力水形式向下渗漏到根层区以外，难以取得良好灌溉效果。根层区图一，壤土润湿体沙土润湿体基于上述原因，目前，沙地及其它高渗漏性土壤的灌溉问题，仍是困扰灌溉界的一个国际性难题，影响着这类地域的植被重建，制约着沙漠荒化改造和人工生态恢复的推进。全球性的荒漠化灾害与全球变暖，土地退化一起被联合国列为人类共同面临的

3、三大灾害之一，已引起国际社会的高度观注和积极应对。水是荒漠化治理、植被恢复的第一限制因子，为解决沙漠灌溉问题，我们经近十年的反复探索和大量的实验研究，终于找到了一种经济上可行、技术上可靠、地域适应性强的解决方法，在国际上首次推出将半透膜功能应用于灌溉领域的“微型水库”灌溉系统。微型水库灌溉系统针对荒漠化地区远离水源、无人、无电的特点，并制订了配套的“5间歇供水，连续灌溉”的灌溉制度，实现了不用电力驱动，无须人员操控，系统即可自动运行的“傻瓜式”工作状态，为大规模进行生态建设，扼制荒漠化漫延，沙生植物培育和山区林果业灌溉提供了有效

4、的技术支撑。一、半透膜性能和微型水库半透膜是一种功能性薄膜，天然半透膜广泛存在于动植物细胞内，是细胞进行生命活动的重要“元件”。半透膜是一种可渗透性薄膜，具有定向渗透和选择性渗透功能。当半透膜两侧液体能量不同、存在能差时，介质会穿越半透膜由高能侧向低能侧缓慢渗透，渗透的驱动力是两侧的能量差，能差越大，渗透速度越快，渗透量也越大。只要能差存在，渗透过程就会持续不断的自动进行下去。如果膜的两侧一侧是水，一侧是土壤，由于自由水的水势为零，是水势的最高状态，而土壤水势通常为负值，二者之间存在势能差，在势能差的驱动下，水分穿越半透膜向土壤

5、方渗透，使土壤湿润，作物受到灌溉。我们用特殊工艺制成了高分半透膜，用这种半透膜制成不同规格的袋状容器（见图二），容器内充水后，埋入树根旁的土壤中，袋中的水分在水—土壤之间水势差驱动下，穿越袋壁薄膜向土壤渗透，使土壤湿润。这个渗透过程是缓慢而不间断的，随时间的推移和渗透总量的增多，会在树根周围形成含水量较高的润湿体（如图三），树根从润湿体内吸收水分，受到灌溉。润湿体不断地接受容器渗出的水分，补充树木的消耗，从而在水—土—树三者之间形成了一条良好的供应链，只要容器中有水，树木就可以不停的受到灌溉，假如容器的盛水量是5kg，每日向土壤

6、渗出水量是170ml，那么，一支容器充满水后可连续对树木灌溉30天，30天后再充一次水，如此循环，使树木在整个生长期都受到充分灌溉。三通半透膜护套图二图三由于半透膜容器既有供水功能，又有蓄水功能，埋在树根旁相当于给每一棵树配备了一个小小的水库，因此将这种灌溉容器形象地称为“微型水库”（microreservoir），简记为MR。由于MR以缓慢渗透的方式向土壤供水，渗出的水分有足够的时间水平运移，使水分以5土壤颗粒表面吸附水和毛细管水的形态存在于土壤中，不会通过土壤颗粒间的大孔隙向下渗漏，从而解决了沙地灌溉中最棘手的水分渗漏问题，

7、使高渗漏性的沙土地的灌溉可以像其它土壤一样正常地顺利实施。MR的上端是一个T型三通，其两个接口可与塑料管插接，与另外一棵树下的MR连接，将林中各棵树下的MR全部用塑料管连接，组成一个灌溉网络系统，系统的一端设一入口或水箱，向水箱中加水使系统中所有的MR都充满水，充水后的系统进入灌溉的工作状态，使每一棵树都受到充分灌溉。二、微型水库（MR）灌溉系统的适用范围1、适用于没有电网、远离水源的荒漠地区MR灌溉方法创造了一种新型的灌溉制度，即“间歇给水，连续灌溉“制度。所谓间歇给水，即一次给水将灌溉系统中的MR全部充满后即停止供水，直至M

8、R中的水分全部消耗完，才再一次给水。两次给水之间的间歇时间可以很长，一般为30~50天。在给水间歇期间，灌溉却没有间断。水分不断地从MR中渗出，每日不停的自动地对植物进行灌溉。这种创新的灌溉方式，一方面减少了人工灌溉给水次数，与人工浇灌相比，大大地减轻了劳动强度