負壓灌溉

負壓灌溉是一種將灌水器埋入土壤,利用土壤基質勢為驅動力吸水的新型節水灌溉技術。

早在1908年,Livingston首先提出了負壓灌溉的概念,並在1918年製作了能自動灌溉的多孔黏土錐。1942年,Richards和Loomis利用負壓灌溉原理對自動灌水缽進行了研究;1962年,學者研究了一種用於溫室的自動負壓灌水器;1988年和1991年,在無損根系條件下套用負壓水循環系統可測定作物耗水量和控制土壤水勢。2001年,劉明池利用陶土管和負壓灌溉技術,建立了陶土管自動控水灌水盆栽蔬菜栽培系統。2011年,段福義等指出負壓給水技術是一種新型的高效節水灌溉技術,其原理是利用作物與環境水氣間的力學運動和植物生理水勢與土水勢的差值,使水分由高勢向低勢流動,吸取給水器中水分供作物吸收利用。
2005年,採用懸掛水柱法測定水分特徵曲線的裝置進行了負壓灌溉的理論分析。以灌水器為原點建立坐標系,H為水源與灌水器之間的高程差,若H>0,為“正壓”(有壓)灌溉;H=0為“無壓”灌溉;H<0則為“負壓”灌溉。在忽略大氣壓影響的情況下,灌水器內單位質量的水所具有的水勢為:Ψ=H,灌水器外單位質量水所具有的土水勢為:Ψm。由非飽和土壤水達西定律,水由灌水器流入土壤只須滿足:Ψ,即H>Ψm。負壓灌溉時,H和Ψm均為負值,H受水柱的真空吸上高度限制,其最小值約為-7 m水柱;但在土壤含水率較低時,土水勢可能更低,因此,負壓灌溉是可以實現的。土壤水張力達到60~65 cm汞柱高時,相當於8~9 m水柱高,被認為是滿足灌溉操作的最大值。根系吸水速率或蒸騰速率越高,供水張力就越低。
但研究者們也指出負壓灌溉只有在供水張力和根系吸水速率都較低的情況下才能成功運行。這是因為土壤含水率減少百分之幾可能會導致非飽和導水率或滲透性百倍的減少,導致負壓灌溉失敗;同時,當水分從灌水器輸送到土壤的速率在任何時候都大於根系從土壤中吸收水分的最大速率時,水分才能得到很好的控制。

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