摘  要：本文是对《“痕量灌溉”理论支撑与技术特点的质疑》(见文后附件)一文的回应。作者介绍了这一争论的起因和背景，表明了对创新的灌溉技术受到不科学的质疑和不公正的打压的遗憾，阐明了痕量灌溉灌水器抗堵塞的技术原理，指出了“质疑”文章的5处明显错误，并希望更多的专家使用痕量灌溉，用数据讨论。

0 引言

2015年3月第6期《农业工程学报》刊发了《痕量灌溉理论支撑与技术特点的质疑》（以下简称《痕灌质疑》），并在该学报网站首页专门辟出“争鸣与讨论”栏目发表。2015年4月第7期该学报网站刊发《关于“痕量灌溉理论支撑与技术特点的质疑”的审稿意见》。学报编辑部声称这是“激发对此问题进一步的探讨和研究”。作为痕量灌溉（以下简称痕灌）技术发明人，我阅读了《痕灌质疑》及相应的审稿意见，发现其中充斥的大量误解和错误，于是写了这篇回应文章，但却被《农业工程学报》以没删除非学术内容为由退稿。同年9月份，《农业工程学报》又刊登了《“痕量”无法灌溉》一文，却依然不刊登我的回应文章。回应分三部分：一是回顾一下新疆哈密的研讨会，二是介绍痕灌技术抗堵原理及其制定的超越世界滴灌水平的新标准，三是指出《痕灌质疑》文章中的一些错误，供同行参考与评判。

同时我想针对《痕灌质疑》的刊登提出几点质疑：

1、《农业工程学报》作为国家级核心科技期刊，以往从没有“讨论与争鸣”这个栏目，大量棘手的农业问题毫不涉及，为什么只针对一项弱小的创新技术发起“讨论与争鸣”？而且批判三次也不给原创技术发声？

2、《痕灌质疑》（包括《“痕量”无法灌溉》）这种没有资格作为论文刊登的文章是不是都能够以“讨论与争鸣”的形式出版？毕竟所有的文章都是在讨论问题。如果不是，筛选标准为何？难道仅仅因为作者是行业前辈和学报的顾问委员？

3、大量低水平的错误出现在文章中，而且其目的是为了诋毁创新事物，是否也有资格进行“讨论与争鸣”？还是设立“讨论与争鸣”就是为这样的文章找出路？

4、如果以“讨论与争鸣”的名义针对某一项创新技术或产品进行 “质疑”，难道不应该首先请该技术的权威或专家进行相关说明或同时参与讨论？以避免借学术之争行打压之实？

5、参与审稿10位小同行有几位真正研究或者使用过痕量灌溉？如果不真正理解痕量灌溉，他们对不熟悉的创新事物的权威性怎样界定？因此，你说所的5位专家同意发稿并不表示可以发稿，就是全部同意发稿，也无法说明你们的刊登的正确以及质疑文章的正确。

另外，我还要表达三个观点：

第一、我对国家一级核心期刊《农业工程学报》刊登这种极不严谨和未经查证的所谓的“论文”表示抗议。仅从论文审查形式上看，《农业工程学报》刊登这样的文章也是说不过去的：在该刊自己发表的审稿意见里有3位专家建议退稿、有3位不同意刊发情况下，该刊仍然发表这样有争议的“论文”，我认为是一种极为不负责任的行为，有损一个国家级核心学术刊物的形象，实际上是在帮助传播错误观点，客观上起到了借学术争鸣为幌子打压自主创新技术的不良影响；其次，既然是争鸣与讨论，当然应该同时刊登双方意见。但在2015年3月之前筹备刊发《痕灌质疑》稿至5月份写回应文章，编辑部从未与我联系过，只单方面刊登了的远超出学术讨论范围的错误观点的文章。对我的回应文章《农业工程学报》编辑部却以没有删除非学术内容为由拒绝刊登。而九月份《农业工程学报》又刊登了一篇诋毁痕量灌溉的文章《“痕量”无法灌溉》，里面充斥着非学术臆测和错误数据，而该篇“学术论文”的刊登却未见专家的评审。这充分表明《农业工程学报》编审人员借学术争鸣，有目的进行打击的意图，失去了公平、公正地开展学术讨论的底线。

关于痕灌的原理与效果研究论文很多^[1-7]，了解痕灌的渠道也很多，但《农业工程学报》编辑部的编审人员作为深谙学报行业影响力和学术讨论规则的人，却在不充分进行学术交流和沟通的情况下，“曲线”刊发很不严谨的“质疑”等文章，凸显其办刊不公。国家级学术刊物发表这种非学术文章，将对读者产生不可挽回的误导，对痕量灌溉的研究和推广人为的设置了重重障碍，并将影响这一技术的正常推广应用。

我希望《农业工程学报》作为国内农业工程方面的专业期刊，多支持创新驱动发展战略，不要成为打压创新技术的平台与工具。创新一定是从弱小发展起来的，像孩童一样需要保护，不能因其弱小，就以顶级核心期刊的地位任意打压，如此怎么会有创新？对于创新技术，欢迎指出不足，欢迎提出建议，也欢迎沟通讨论，但我希望是抱着正确的态度，而不是全然不顾当前世界微灌技术发展动态、不听取他人的解释和说法、甚至动用体制资源以学术讨论为掩护，接二连三发表只针对某项刚起步的创新技术进行批判，也不给予被伤害者申辩的机会，以体制强势打压初创弱势，作为一家国家级科技刊物有失水准。如果以“创新驱动发展”的国策来衡量，可以说是在犯罪！

第二、质疑文章最后一句话是“离中试或大面积推广应用距离尚远”，作者目的非常明确，即为了阻止痕灌在新疆更大范围推广，他的目的已经达到，至今新疆方面没有扩大示范，痕灌推广工作基本停滞。

但问题是，一个高度节水、行之有效的灌溉模式，一个已经推广了130ha、前后试验了7年的灌溉模式，一个自主创新的，性能超越滴灌灌溉模式，就因为“莫须有”的“质疑”，可能继续被埋没或被外国技术超越，这不仅是我个人的不幸，也是农业节水界的不幸，更是中央创新驱动发展战略的不幸。

第三、建议从痕灌推广失败来分析我国长期存在的“创新驱不动”怪象。在国家大力推动创新驱动发展战略的今天，请中央关注一下“创新驱不动”怪象与成因，其中之一就是要端正学术态度，净化学术风气。应该说，学术不端是一个比腐败更严峻的问题，因为它涉及专业，深藏不露，被极少数人把玩在手，更不易被监督。但它对创新的伤害却是致命的，不可挽回的，而我们每个身在其中的人却浑然不觉。低技术和陈旧技术背景的人公开反对自己不理解不明白的高技术在中国社会已成了一种“新常态”，值得高度关注、研究与警惕。几个行业大佬借助《农业工程学报》的影响力以及不伦不类的“讨论与争鸣”栏目，公开打压痕灌，的确对痕灌技术的推广造成了相当大的影响，但人类节水与保护环境的刚性需求是阻止不了的！

自从以色列发明滴灌以来，人类在节水技术上一直在做着不断地努力，痕灌就是在滴灌的基础上向前迈了一大步——痕灌所有关键性能指标都达到了滴灌A类产品标准，而在最核心的抗堵性能方面远超过滴灌。以色列人发明的滴灌将人类节水灌溉推上一个台阶，中国发明的痕灌却备受打压，“崇洋抑华”的病根不除，中国自主创新难有大作为。希望中央的创新驱动发展战略能在痕灌技术上有所体现，也希望中央有关部门和有关人士像关心滴灌和热心推广膜下滴灌一样来关注和推广痕灌，像推广“高铁”一样来重视痕灌，向世界展示以痕灌为代表的绿色发展的决心和能力。

小常识：节水灌溉的根本是灌水器在实现不堵塞的前提下，尽量降低流量以贴近植物的实际需水量和土壤自身的水分扩散速率，从而实现节水和工程的最佳效果。降低流量意味着流道必须要做窄，灌水器堵塞概率随流道的减小呈级数递增，对系统过滤和后期的管理维护水平都有极高的要求，而这在粗放的田间环境中很难长久实现；要提高抗堵性能，就要加宽流道，流量则增大。因此“小流量”和“抗堵”在痕灌诞生前是一对无法调和的天然矛盾，困扰着全世界的节水行业专家学者。一般来讲能够稳定工作的滴灌流量在2L/h以上，这样的流量远远大于同等时间作物的需水量。世界上最先进的以色列滴灌能够做到1L/h左右（尽管仍然远大于作物需水量），但对于过滤和使用维护要求非常苛刻。痕量灌溉解决了小流量与堵塞的矛盾，不需要增加过滤和维护成本，控制流量在1-1000 mL/h的范围稳定地下供水，实现了供水与作物的需水相匹配。

1 新疆哈密会议的回顾

争论起因于2014年8月26日在新疆哈密举办的“极端干旱区痕量灌溉适宜性试验现场研讨会”，我们来回顾下研讨会的背景。技术拥有方在新疆水利厅的支持下，与哈密水利局合作，实施了30ha大枣痕灌示范，取得了一系列突破，主要有5个方面：

1、比地表滴灌对照节水30%-40%；

2、单根管道铺设500m；打破同等规格的滴灌单管铺设长度的记录（目前国内滴灌基本铺设在100m以内），方便机械化大面积作业；

3、单井（流量40t/h）同时灌溉15ha无需轮灌，而滴灌同样面积需要5区轮灌；

4、15ha只使用1个阀门，降低自动化难度和成本，而滴灌每个轮灌小区需要1个阀门，操作费时费力，且成本高；

5、1.8ha试验区未安装过滤系统，水肥一体化运行一年未发生堵塞（直至今年开春仍未堵塞）。

新疆哈密年均降雨量仅为38mm，而年均蒸发量达3300mm，属于典型的极端干旱区，因此，节水界上素有“中国节水看新疆，新疆节水看哈密”之说。新疆水利厅选择在哈密地区为痕灌技术举行“大考”，意义重大，用心良苦。

参与研究的科研人员认为这些数据拿出其中的任何一条都是没有先例的重大科技进步，对极端干旱区发展节水灌溉具有很大的参考价值，也希望从更多的专家，尤其是行业老前辈那里获得更多的指导，因此会议主办方以真诚开放的态度邀请了包括《痕灌质疑》作者在内的多位学者。

很可惜，以《痕灌质疑》作者为首的个别专家在考察了现场、听取了研究汇报、查阅了相关报告之后，没有就痕灌取得的上述成果进行任何讨论，甚至没有搞清田间一行树铺设了两根痕灌管的事实，而只将精力放在“质疑”痕灌上。《痕灌质疑》作者在会议上三点“质疑”令我印象深刻：一是说我是“外行”，提出痕灌的理论基础和相关结论“不值一驳”，并说“你想扛旗还早点”；二是纠缠于痕灌的命名：“为什么一定要叫痕量灌溉呢？书上说得很清楚，每小时灌溉低于12L的，一律称滴灌。”“痕量灌溉只能算是滴灌的分支”。三是说“痕量灌溉说能做到不堵塞。这个，我持怀疑态度。以前的经验告诉我们，一年不堵，时间长了也会堵。” 文章作者最后一句话是“痕灌失败风险很大，离中试或大面积推广应用距离尚远”，他的目的非常明确，阻止痕灌在新疆更大范围推广，他的目的已经达到，去年新疆方面没有扩大示范，痕灌推广工作基本停滞。

但事实是，痕灌不仅从理论上严谨论证了不堵的可行性，还从实践中证明了不堵的现实性。

暂且不谈《质疑》作者是否真正理解痕灌理论，对于一个新技术，尤其是事实证明取得了相当进展的技术而言，作为行业前辈，未给予如何发展的指导，而集中精力于“质疑”，实在让人遗憾。毕竟质疑是最容易做的事，尤其是以陈旧的观念甚至是错误的认知，面对一个超越世界现有水平的科技创新，质疑比建设性意见来得容易。一个科技工作者，最好是自己多实践，痕灌是体积很小的产品，自己做一些试验很多问题都不难找到答案。但《质疑》作者至今都没有做过任何痕灌试验。希望《质疑》作者最好掌握第一手资料，搜集真实数据再进行质疑，这才是科学工作者应有的素养。

新疆维吾尔自治区人大副主任董新光在会上一句话让我难以忘怀：“在节水问题上，新疆等不起！”。等不起的不只是缺水的新疆，是人均水资源量远低于世界平均水平的中国。2015年4月14日，农业部副部长张桃林在国务院新闻办公室发布会上表示，“我国农业已超过工业成为我国最大的面源污染产业，总体状况不容乐观。由于化肥、农药长期不合理且过量使用，畜禽粪便、农作物秸秆和农田残膜等农业废弃物不合理处置，造成农业面源污染日益严重。在西北干旱地区，由于农膜的大量使用，农膜污染问题、白色污染问题就是比较突出的问题。”

在这里有必要提一下《痕灌质疑》作者推崇的膜下滴灌技术。膜下滴灌技术在特定的历史阶段，对提高作物产量，节省水资源等做出了不小的贡献，但多年积累的残膜引起了严重的“白色污染”，成为农业最主要的污染方式之一，治理难度越来越大，在新疆表现尤为突出。就是这样一项日益破坏环境的技术，曾经在全国作为先进的技术大力推广，未见《痕灌质疑》作者有过任何的“质疑”。

痕灌作为地下灌溉，无需地膜覆盖，就可以避免或减少棵间蒸发，可以大幅减少铵态氮的挥发，可以将在土壤中移动性很差的磷肥、钾肥直接送到植物根部发挥作用，达到更好的节水节肥的效果，且对保持良好的土壤结构和三相比等具有良好的作用，也适合大面积机械化作业和地下水肥一体化。作为科研工作者，我们认为叫什么，或者是归于哪一类并不是最重要的问题，更应该关心的是事实证明我国自主知识产权的灌溉技术体系应用效果远好于滴灌时，我们的行业专家的态度是支持和帮助，还是否定，甚至进行打压！国家倡导科技创新和中国智造，当真正的创新产品出现时，目前的景象，实在令我心寒！对话，尤其是面对面的技术交流，效果总好于这种大字报式的批判吧？即使技术还不完善，甚或有错误，指导和提携的结果总好于此吧！我们希望作者及各位专家能以更科学的态度和更包容的精神对待熟悉行业里不熟悉的新技术，给后生更多的鼓励与发展空间。

《痕灌质疑》作者20世纪70年代末就做过地下滴灌的试验，对此我们表示敬意，但《痕灌质疑》一文中对试验出现的问题并没有深刻认识。作者提到滴灌滴头的出水量是4L/h，超过了同等时间内土壤水分的扩散速度，导致滴头出口处水压增高。这其实恰恰导致了后文提到的水分向上运移逐年变差。这一现象其实在第一年就有所反映，甚至第一次灌水就能暴露出相关问题：4L/h出水量太大，远远超过了土壤的扩散速度，滴灌管周围形成饱和泥浆带，土壤中极微小的物质成为溶质，随水（甚至还带压力，如作者所说的0.08MPa）向四周扩散，逐步运移到远离滴灌管的位置停留下来，随着干湿交替，这些部位会逐渐形成土壤紧实层，类似于文中所提的犁底层成因，只不过犁底层是由于重力水作用形成的土壤紧实层；同时饱和泥浆带扩展至地表，也与地表滴灌的反复干湿交替形成地表的土壤板结成因类似。这样大的出水量其实已经严重影响了地下滴灌管道周围的土壤的团粒结构和三相比。这样灌溉的结果不仅对植物根系生长和呼吸不利，土壤中还会形成管涌，即被多余水冲出的洞穴，以后再灌溉水会先从管涌处渗漏，造成更大浪费，所以这样的地下滴灌不仅破坏土地，还造成更大水肥损失。而痕灌由于灌水器可以任意降低流量不堵塞，能够很好的解决以上问题。不仅如此，由于痕灌出水量极低，痕灌供水速率可以与土壤的毛细扩散速率匹配，这样在灌溉的同时土壤毛细孔中能够保留大量空气，更利用植物根系的呼吸和土壤的疏松。所以在许多痕灌使用的场合都能看到土壤始终保持疏松状态，作物的根毛数量远远多于其它灌溉方式。根毛的增加提高了根系吸收养分的能力，这也是使用痕灌的植株健壮、高产、高质的原因所在。

作者虽然经历了早期地下滴灌的失败，但从文章中看出，作者并没有明白失败的成因，因此在地下灌溉方面作者不应该很武断的否定一项新技术。

2 痕灌解决了低流量下灌水器堵塞的世界难题

节水灌溉的终极目标是满足植物需求的前提下尽可能减少灌溉水的损失，即出水尽量接近植物的真实水分要求。从延续几千年的漫灌，到百年前的喷灌，再到数十年前的滴灌，研究人员持续地向这个目标挺近。滴灌的流量已经下降到每小时数升，但即使这个流量也远超过植物同等时间的需水量，其节水还存在相当的潜力。近年来专家也在努力降低滴灌灌水器的流量，延长灌溉时间以更好的和植物少量连续吸水规律相适应，但随着流量的降低（2L/h以下）灌水器堵塞风险急剧升高。

由此可以看出，节水灌溉的发展方向是实现低流量长时间灌溉，其核心是解决低流量下灌水器堵塞的世界难题。滴灌的结构（同一个孔要承担过滤和出水的双重功能）决定了其必然堵塞及堵塞的不可逆性。由于灌水器（滴头）容易堵塞，滴灌的流量无法做到很小，即使这样对水源也有极高的要求，并要配合精密的过滤设备。

以往的节水灌溉（滴灌、渗灌等等）都可以理解为单层控水设计，即每一个出水孔都同时履行两项功能：主动的控制出水和被动的进行过滤。这两项功能是相互矛盾的：为了更好的控制出水就要把出水孔径做小，流道加长，而孔径越小，水中的杂质就越容易将其堵塞；为了抗堵，就要把孔径做大，但出水量又大了。以往解决的办法是在水源加装过滤器，但高过滤精度又大幅增加成本，降低水的流速，系统维护也困难，万一发生意外系统就有报废的危险。

痕灌则很好的解决了“小流量”与“抗堵塞”这一对看似不可调和的矛盾。痕灌通过创造性的双层控水结构，将灌溉水或营养液以任意低的速率（1-1000mL/h）直接输送到植物根系附近，湿润根层土壤。痕灌设计跳出了滴灌靠狭窄的三维流道结构降低堵塞概率的技术路径，特性相反的两层透水材料分别承担对水的控制和过滤功能，使堵塞物不会进入三维孔道内，只能虚浮在上层透水材料表面，将堵塞问题由三维孔道内问题，变为平面问题，任何堵塞物都可以轻易移除。根毛也不会侵入到灌水器内部（后面解释），解决了低流量下灌水器堵塞的世界难题，实现了真正稳定的地下灌溉。痕灌不但解决了以往地下灌溉造成堵塞的主要问题，还能控制出水量与植物的需水量相匹配，在节水效率、抗堵性能等方面取得了突破性进展。

要理解痕灌的抗堵，更应该说是堵塞（实际是堵塞物覆盖）后不失效，不能单看上层透水材料或只看下层透水材料，两者必须要结合起来才能发挥作用。（本产品的上层透水材料是指痕灌膜，下层透水材料是指毛细纤维）

图1、痕灌双层控水结构示意图

Fig. 1 Demonstration of TQI working principle

现实中，作用于痕灌出水口的因素很复杂，首先水中的杂质不是均匀的，含有的成分也千变万化，各个水源地的水质都会有不同，再次随着时间的变化，痕灌膜上截留的杂质的大小、位置、结构、厚度也在不断变化，故此很难建立一个准确的数学模型来表达，我们就暂且用达西定律来说明：

Q=KFh/L     (1)

式中Q为单位时间渗流量，F为过水断面，h为总水头损失，L为渗流路径长度，K为渗透系数。由达西公式可知，单位时间的流量，是和过流面积成正比，和过流截面两端的压差成正比，和路径长度成反比（可以理解为和过流面的总阻力成反比），K是和流过的介质的粘度及过流面单位长度的阻力有关，我们姑且将它作为一个常数来看待。在痕灌的情况下（在此只考虑主动灌溉，不考虑自适应灌溉的情况，即我们在痕灌管内施加了一定的水头，这种情况下更易堵塞），从痕灌管内到出口外的压力差是恒定的（假设我们在痕灌管内施加了0.1MPa的压力，痕灌管外认为压力为0），那么这个0.1MPa的压力是如何分布的？由于毛细纤维过流面积很小，阻力很大，这个压力差的绝大部分都被分配在了毛细纤维上，实际上，当我们用清水做试验时，即使将痕灌膜去掉，也测不出没膜的痕灌出水口和有膜时流量的差别，也就是说，痕灌出水口的流量是由毛细纤维出水口决定的，它起到了控制水流速度的作用。我们再看痕灌膜，由于其面积很大，其总的通量在相同压力下是毛细纤维口的成百上千倍，但整个的出水口的流量已被毛细纤维口限制，由此我们可以从达西定律中知道，痕灌膜两端的压力差就非常小，这和其它的膜技术应用场合完全不同，其它膜应用都是追求过滤效率的，无论其采用死端过滤还是错流过滤的形式，都是在膜的两端施加了很大的压力差以增加过滤效率，致使滤膜表面形成的滤饼比较致密，压力更大时甚至有可能使杂物嵌入滤膜。而痕灌的情况不同，由于痕灌膜所受压差很小，其截留的杂质都是浮在膜表面，一经冲刷即可去除，此外，即使滤膜的表面形成了滤饼，其结构也是松散的，对水的阻力也不大，只要痕灌膜的通量超过毛细纤维出水口通量达到一定比值，都不会影响整个痕灌出水口的出水速度，而且我们在小流量大面积痕灌中采用了定期两头轮换供水的方式，使所有的痕灌出水口定期处于错流过滤的工作状态，限制了滤饼的生长，从而使痕灌出水口处于长期稳定的工作状态。

我们要说明的是，痕灌膜也会发生一定程度的意外“堵塞”，但由于这种“堵塞”实际只是一种覆盖，所以流量是可以恢复的。滴灌的堵塞是发生在狭窄的、封闭的滴头流道内，无论是冲刷还是化学处理都无法作用到滴头内；而痕灌将堵塞问题转化到了开放的痕灌膜表面，无论冲刷，还是化学处理，所有的恢复方法都可以很轻易的直接作用在堵塞物上，因此，即使痕灌灌水器因为某种原因发生堵塞，也可以通过简单的系统维护的方法，使其恢复功能！

除了上述特点外，由于痕灌超强的抗堵能力，一改滴灌为防堵灌水器朝上的布置方法，管铺设时灌水器朝下，停水时毛管中的水全部流入土壤中，根毛不会如地下滴灌那样因向水性而侵入灌水器中（滴灌由于怕堵，滴头要朝上，这样在停止灌溉后，滴头上的水就一直托举在滴头上，如果下一次灌溉不及时，土壤水分含量低，植物根系就会逐渐侵入滴头造成堵塞）；痕灌管周围土壤保持润而不湿，不会形成饱和泥浆带，避免了因停止灌溉后毛管内压力降低或者由于灌溉地块有一定坡度而造成的负压吸泥而导致的毛管堵塞，灌水器朝下进一步降低了负压吸泥的风险。在施工或者操作时如因失误造成泥土进入管道，也不会引起系统堵塞甚至报废，即使发生暂时堵塞也可以通过简单的管道冲洗恢复流量。

痕灌的超强抗堵性能在严酷的试验中得到验证。中国水科院的专家以滴灌为对照，在严酷的条件下对痕灌进行了总计超过2000h的物理堵塞和生物堵塞的试验。试验使用了两种 4根10m长共100个灌水器的痕灌管（灌水器规格0.98L/h)，在物理堵塞实验中不加过滤器，用含0.3%浓度的“未过筛自然泥土”的灌溉水（运行时搅拌防治泥沙沉淀），按运行21h，停止3h的周期进行，经过共600h的开泵运行，结束时，100个痕灌灌水器没有1个堵塞失效，而作为对照的其它两家（包括国外产品）滴灌产品在第一个周期内就全部堵塞失效。

图2、对比试验装置示意图

Fig.2 Demonstration of flow rate checking device

图3、浑水试验灌水器时间流量关系

Fig. 3 Relationship between emitters flow rate and time in muddy water test

图4、浑水试验痕量灌水器时间流量关系

Fig.4 Relationship between TQI emitter flow rate and time in muddy water test

图5、不同浑水灌水时间与出水灌水器数目变化

Fig. 5 Change of working emitter number with time in muddy water test

抗生物堵塞试验（再生水灌水），痕灌带不更换继续检测，滴灌更换新的1.6L/h滴灌带作为对照组。用水泵将污水处理厂购买的二次再生水经过80目网筛滤器过滤抽入贮水桶内，避免因杂质进入管道引起的物理堵塞对生物堵塞造成干扰。在循环系统内未增加过滤器，以模拟在实际应用中的由于系统庞大管内生物质水长期滞留变质对灌水器的影响，增大灌水器抗堵难度。再生水灌水每天运行8h，停置16h，如此重复运行。再生水灌水抗堵试验运行时间前400h，不同灌水器平均流量与再生水灌水时间关系如图6所示。1.6L/h内镶贴片式滴灌带灌再生水灌溉初期，56h后平均流量降低12%，而经过104h后平均流量已降至初始流量的34%，在184h后平均流量降至初始流量的7%，用清水冲洗管道流量未恢复，停止试验。抗生物堵塞最强的痕灌带900-2在试验周期内一直保持在初始流量上下平稳运行，测试平均流量在0.95-1.05L/h之间微幅波动。痕灌带900-1在运行56h内流量保持稳定，104h后平均流量降低，184h后经冲洗流量恢复至初始流量的90%，而后流量在0.88-0.98L/h平稳运行，在392h第二次清水冲洗流量完全恢复。

图6. 不同灌水器流量与再生水灌水时间关系图

Fig. 6 Relationship between emitters flow rate and time in biological water test

图7. 灌水器随再生水灌水时间出水个数

Fig. 7 Change of working emitter number with time in biological water test

这个试验有力的证明痕灌从技术上解决了低流量下灌水器堵塞的世界难题。

痕灌无论从结构设计理论还是在试验条件下都证明了其超强的抗堵性能，这一特点在工程实践中也得到了证实。例如2015年10月份，水利部科技推广中心组织了水利部灌排中心、中国农业大学，中国农科院灌溉所等单位的专家，对北京海淀区的一个农业园区的北京市农委痕灌示范点10亩桃园中2009年安装的痕灌系统进行了开挖测试，验证了已使用7年的痕灌系统仍在正常工作。

痕灌为什么优于滴灌？可以打个直观的比方。在长期使用过程中，地下滴灌的单层控水结构如同只有一条车道的高速公路，任何时间、任意一处出现交通事故（杂质进入毛管）整个系统就会瘫痪（滴头不可逆的堵塞了），使用时间越长、面积越大堵塞几率越高。只能依靠极其规范的设计（管壁加厚，精密过滤等）和精细的养护（经常检查过滤器是否堵塞，毛管是否破裂及频繁用化学药剂冲洗管道）维持正常运行，而国内无论是过滤还是养护都达不到这么高的标准，这也是国内看不到地下滴灌在产业上应用的原因。而痕灌通过特性相反的两层控水结构分别承担对水的控制和过滤功能，真正实现了的稳定的地下灌溉。同样以高速公路做比喻，痕灌每一个灌水器都可以理解成一条车道，整系统就像有众多车道的高速公路，任何一点、任何时间出问题对其它灌水器没有丝毫影响，保证灌溉通畅。即使出现意外（过滤失效、管路破裂泥沙进入）也可以很容易进行恢复，系统会长久稳定地在地下运行。

从痕量灌溉在严酷水质环境下的出水量也能对痕量灌溉的使用寿命有个清晰判断：中国水科院测试的痕灌产品累计运行超过2000h，每个痕灌控水头的累计出水量都超过2m3的水，一般滴灌灌水器每年灌水量在一百多升，痕灌试验出水量已超过滴灌20年的总需出水量，而且是在极其严酷的水质下取得的成绩，其严酷程度远超过实际应用的环境。那么痕灌在实际应用中如果配备与滴灌同等过滤设备，使用与滴灌相同水质的水源，其使用寿命只能长于测试推算出来的使用寿命。这就如设备的抗疲劳测试一样，总不能让航天器在登陆火星后去检测设备的稳定性吧。同理，痕灌的应用场景在田间虽然较复杂，但也远低于星际航行，所有的关键指标在实验室都能很快得出结论。在科学技术迭代速度越来越快的今天，作为学者怎么能简单的要求使用4-5年以后得结论呢？这不是普通农民都能说的话吗？在荒郊野外只在研讨会时才到一次现场的农田，4-5年这样长的时间跨度，你怎么控制各种试验条件？各种条件在长时间中交错影响，会得出多少种结果？当最后只有一种结果呈现的时候，你怎么确定中间什么时间、什么条件的变化对结果产生了什么影响？滴灌之所以用了十几年时间在中国推广，根本原因就是由于灌水器堵塞的不可控性，在长时间的试错过程当中找到与中国国情相适应的过滤器与灌水器的匹配关系和应用方式。痕量灌溉由于有非常好的抗堵性能，即使按滴灌的方法推广，也只能得到好于滴灌的结果，没有理由更差。在科技手段已经达到很高水平的今天，这样简单的一个耐疲劳试验居然还要用4-5年的时间来验证（我敢说以这样的草率的态度对待创新，即使4-5年后，随便一个质疑又能再拖几年，没有止境）。更何况这是在痕灌已经取得7年成功运行经验的基础上再重新试验4-5年，也许扼杀创新这是一个好方法。为什么用落后的技术经验简单强套先进技术？这不是一个专家学者应有的科学态度。

痕量灌溉优异的抗堵性能为均匀灌溉提供了有力的技术支撑。理想灌溉应该是在以下任意的情况都能实现均匀灌溉：在尽量大的范围，任何位置出水均匀稳定；在系统出现意外的情况下要均匀稳定：过滤失效、管路破裂等、加入肥料、农药出水都要均匀稳定；无论地上地下出水都要均匀为稳定；无论使用多长时间出水都要均匀稳定。说到底是Cv值要始终保持稳定。现有滴灌Cv值是以清水测试，测定的是滴灌出厂时的制造偏差，无法反映田间复杂应用环境中的稳定性和一致性，这在滴灌是不得已的办法。

更高更有价值的节水灌溉指标应该是在经历了上面提到的各种使用情况后，测定出的各个灌水器之间出水量的变异系数。现有的滴灌无法实现这一目标，只能依靠尽量好的过滤系统，和严格的使用维护来保障。但这在粗放的田间作业中很难实现，长久应用中任何一个问题都会导致灌溉均匀度的下降，直至积累到灌溉系统失效。能独立过滤并控水的痕量灌溉控水头真正实现了这一目标。

痕灌优异的使用效果完全靠其更高的标准保证：在痕灌产品企业标准规定中，痕灌产品必须通过出厂检验，其标准远高于滴灌，甚至是用远严酷于实际水源的检测标准测试后，确定痕灌的Cv值保持不变，才可以出厂（请参考痕灌企业标准）。如此保证了未来使用中，痕灌田间灌溉的稳定性和均匀性，实现理想的节水灌溉效果。而且这是比国内最小流量的滴灌还要小很多的情况下实现的。滴灌发明50年以来，节水灌溉评测方法终于实现了一次质的跨越，也只有痕灌能用此测评方法。这难道不是世界节水灌溉技术上的一次重大突破吗？

3 《痕灌质疑》文中5个错误的“质疑”

《痕灌质疑》一文写作极不严谨，漏洞百出，我重点回应一下作者的5个“质疑”错在那里。对于一些浅显的错误，能够以常识或反证说明问题就不展开论述了。

3.1关于毛细力是痕灌技术的基础力

《痕灌质疑》一文中2.1.1-2.1.3用了很大的篇幅来论述“毛细管力”，根据表面张力F向上的分力与水重力的平衡关系式和示意图：

  或       (2)

图8、毛细管现象示意图

Fig. 8 Demonstration of capillary tube phenomenon

《痕灌质疑》作者从中“看出”了几点并最终得出两个结论。先不谈其得出的结论，先说《痕灌质疑》作者“看出”的几点，我们可以说他的分析已经完全脱离了事实的本质。

首先在作剖析之前，我们来了解毛细管现象，毛细管现象的性质是物理现象，其本质是液体表面对固体表面的吸引力。浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象，叫做毛细现象。

现在先来分析一下《痕灌质疑》作者“看出”的最重要两点：

（1）“凹液面是毛细管现象和毛细管力存在的必要条件；一旦凹液面消失，毛细管力就不存在了，也就没有毛细管现象”。这是对毛细力狭隘的理解。毛细力的本质是固体液体间的附着力与液体本身的内聚力之间关系，也即二者的表面能关系，液体确定为水，就要看固体的表面能了，水为72mN/m,固体表面能大于72mN/m，即为亲水，入水角为锐角，可以形成正向毛细力，管中呈凹液面状；固体表面能小于72mN/m，为疏水，入水角为钝角，可形成负向毛细力，管中呈凸液面状。由此看来a、凹液面只是毛细力在理想状态的一种表现形式，非必要条件；b、是否有“管”不重要，水在开放性环境中，如纸、纱线、土壤等亲水物质，毛细力依然存在，决非作者理解的必须具备“不透水的侧向边界”才有毛细力。

（2）“毛细管水是指由毛细管力悬吊着的静态水柱，一旦在其他力作用下形成了连续水流，管内的凹液面、毛细管力都立即消失；所以连续水流不是毛细管水，毛细管力不是形成连续水流的动力。灌溉系统在灌水时均为连续出流，从系统进口到滴头出口都不存在毛细管现象和毛细管力，毛细管力不可能成为任何灌溉（包括痕灌）技术的基础力。”作者创造了一个“连续水流”的概念，酒精灯燃烧灯捻中有连续酒精流吧，你能说点燃酒精灯灯捻中的毛细力就消失吗？按照作者的逻辑酒精灯、煤油灯都无法工作了。

超低流量的痕灌控水头由于其上下透水材料采用的是通过过滤膜保护超细毛细管控水的结构，在水头压力低，干燥的土壤里，存在毛细力和毛细管现象灌水，它的灌水动力来自于毛管内低水头压力和干燥的土壤里的导水毛细力。不难想象，若痕灌灌水器以每10mL/h流量出水，相当于每18秒钟出1滴水(每滴水的体积按0.05mL计)，远远低于土壤毛细孔的扩散速度，可以认为是毛细力的传导水灌溉。

图9、毛细力演示

Fig. 9 Demonstration of capillary force

再说《痕灌质疑》作者最终得出的两点结论：

（1）痕灌灌水器的纤维束长度仅约5mm，也就是说其毛细管力最大也就是管内5mm高水柱的重量。

（2）一旦水从灌水器连续出流，纤维束间细管中的凹液面就消失，毛细管力也就消失了。在整个灌水期间灌水器都是连续出流，故毛细管力只在纤维束上游端刚接触水流，至纤维束下游端流出水这一短暂的时间（几秒钟）内存在。整个出流期间，痕灌灌水器内没有毛细管力。”

我们只是简单的做个图示的试验即可证明《痕灌质疑》作者对毛细力作用的理解非常片面，在演示1、2中，我们从上方将水灌入，玻璃管中充满水后即关闭进水阀门，我们可以看到，无论毛细纤维的长度是5mm还是10mm，它们维持玻璃管中的水柱高度没有差异，但其控制玻璃管中的水柱的高度差远远大于5或10mm，玻璃管内径也远远大于毛细纤维管的内径，说明了5mm毛细纤维产生的毛细力远远不是毛细管内5mm高水柱的重量。“在毛细管的材料特性和液体特性一定时，毛细效应高度只与毛细管当量半径有关，说明毛细管当量半径是决定毛细效应的固有特性，一旦毛细管当量半径确定，毛细效应高度确定。毛细管细，当量半径小，毛细效应高度大。”[8]其实这一关系在作者提供的毛细力计算公式已经清楚的表明，《痕灌质疑》作者论述中出现的食而不化令人遗憾。

最重要的是，《痕灌质疑》一文的作者似乎只关注我们的痕灌管，并没有注意到痕灌原理示意图中土壤的作用，痕灌是地下灌溉，自适应灌溉必须结合土壤。如果我们如演示3所示，将一杯水放在玻璃管下方，毛细纤维一侧放个土杯和毛细纤维接触，就会发现水杯中的水被源源不断的吸入土杯，直至土杯中的土壤湿度和湿润体积达到一定程度（取决于土壤的构成及结构）才慢慢降低速度并将水仍然维系在原位，如果土壤中吸取的水分由于某中原因降低（如植物用水），则水杯中的水又会继续被吸入土杯。人们只是用玻璃管这样一个理想模型来解释自然存在的现象，那样一个简单的理论公式根本无法描述水分在土壤中的运动实质，现实中，土壤的组成、结构千变万化，随时间、空间都有不同，先不说痕灌，就拿地下滴灌来说，滴头在地下为点状出水，《痕灌质疑》一文的作者在其文章里也认为“如果滴头流量小于土壤水分的扩散能力，那么滴头出口就是零压”，没有水头，土壤中也不存在理想的不间断的玻璃管，可滴出的水分怎么扩散了，不但向下，还向旁边和上方都扩散了，我们不知道《痕灌质疑》一文中的“毛细管力”和我们认知的毛细力是否一致，但事实上自然界的土壤中即使没有玻璃管那样理想的毛细管，毛细力也还是存在的，也在发挥着它无比重要的作用，可以说，正是因为有毛细力的作用，地下灌溉才能实现，否则，水岂不是都向下方流，如何能满足灌溉的要求？包括《痕灌质疑》一文的2.1.3章节中提到土壤水饱和区与水扩散范围说法的错误。从文章看作者缺乏土壤学最起码的常识，请了解一下土壤膜状水、毛管水有助于理解这些问题。

水、空气在土壤中的运移是非常复杂的，简单以毛细管研究土壤中毛细现象所得结果必然是片面甚至是错误的。其所适用公式也绝非前面所列式（2）那么简单。何况作者对简单的水在毛细管中的运移理解都有问题，遑论其推演到土壤中，会得到多么荒谬的结果，还请作者查阅有关文献^[9-10]。

因为现实土壤的复杂性，现在关于毛细力对土壤中水分传导作用的理论模型确实还不完善，但这并不妨碍我们利用这一自然现象，实际上，现在所有的灌溉也都在利用这一现象，只是在痕灌的特定用途中毛细纤维将土壤和灌溉管中的水结合起来了，实现了在一定条件下的自适应灌溉，在这种条件下，随着外界压力的降低毛细力的作用逐渐变大。现在关于毛细力的理论确实有很多地方需要研究，如水分在不同构成、不同结构的土壤中的传递规律；针对点出水，毛细力的作用能让某种土壤在多大范围内达到多大的含水量，这种含水量是否能满足特定植物的需水等等。但我们要强调的是，这些理论研究都不影响目前痕灌的应用，毕竟痕灌的应用方面很多，最大应用还是在正压条件下的大田灌溉，突出的是痕灌的抗堵优势。

3.2 痕灌可在一定条件下实现自适应灌溉

3.2.1 关于自适应灌溉的说明

我们从没有承诺过在大田应用中实现自适应灌溉，但鉴于《痕灌质疑》作者用很长大篇幅纠缠此事，我们也做个回应：自适应灌溉只是痕灌在双层控水结构下能够实现的一种特殊应用。

自适应灌溉是痕灌追求的目标之一，这是因为我们从痕灌的原理中看到了自适应灌溉的可能性，并且能在一定特定的条件下如负压的花盆灌溉中稳定供水。可以说自适应灌溉是灌溉的最高境界，但完全实现这种灌溉，还需要解决许多具体问题。

这里要说明一下，完全的自适应灌溉不仅对结构有特殊要求，毛细管也必须很细，为了保证足够的出水量，毛细管数量就要非常多，体积也会很大，相应的保证过滤的痕灌膜成本也很高。这样的系统造价会非常高。我们研究节水灌溉的最高目标是什么？就是长久稳定的地下灌溉，维护保养方便，水、肥、药都在地下供给，杜绝地表蒸发和地下渗漏（如果需要也可以让地表湿润），解决农业面源污染问题，大面积实时调控土壤湿度，在农作物不同的生长阶段都可以精准的给予不同的水肥供应，为农业高产、高品质、无公害提供强有力的技术支撑。在痕灌条件下，植物根系的土壤三相比可以始终控制在较优范围，植物根系健壮，品质最佳，没有多余的水破坏土壤结构，因此节水是副产品，但却是必然的结果。这一切的保证就是——低流量下不堵塞。现在的痕灌已实现了这样的目的，为什么一定要纠缠是否完全自适应灌溉呢。

另外，谈到自适应灌溉，我们不能只看灌溉装置，还需要土壤、水分和植物的统一思考，毕竟植物根系是直接从土壤中吸水，不是直接从灌溉装置中取水（这里不讨论水培技术），然而自然界的植物、土壤多种多样，从植物来说，有喜水的，有耐旱的，有喜热的，也有喜凉的，而土壤也很复杂，其组成、结构、有机物的含量都会影响土壤接受水的能力。上演示图9即是一种可以实现自适应灌溉的毛细供水结构，但这种结构下负压的范围与毛细管束的孔径、数量以及液面高度等是有复杂关系的。

在实际应用中，我们在一些地方用重力水桶来实现痕灌，重力水桶设置的高度为1-2m，以重力为动力，在这种灌溉中我们认为是有部分自适应灌溉的作用。为什么是部分作用？因为一方面自适应灌溉必须要满足特定的条件，标准化的工业产品要满足所有的土壤条件和植物要求实属困难，但毕竟我们向这一目标迈进了一步；另一方面，痕灌必须是通过管路将水输送到植物根系附近的痕灌灌水器，没有压差实现不了水的输送。

在此多提一句，痕灌是目前唯一可能长久应用于沙漠植被恢复的灌溉技术，因为只有痕灌能做到低压稳定地下供水，或者在风光发电灌溉中，用极不稳定的水压实现稳定的长久灌溉技术，能用有限的水资源提供最大的灌溉覆盖范围。在这里低流量不堵塞才是王道，其它自适应、毛细力都是点缀；反之一旦堵塞，自适应、毛细力都变得没有任何价值！

3.2.2 痕灌灌水器和滴灌灌水器的差别

《痕灌质疑》一文的作者认为“痕灌的灌水器没有比地下滴灌灌水器有更多的功能”，这个问题还挺难回答的，从实施灌溉这个大的方面来说确实一样，都能提供“水、肥、气、热”。但如果从细节来回答，我们还是能指出很多不同的地方，1、痕灌在负压或低水头下给出了一种在一定条件下实现自适应灌溉的技术途径；2、痕灌做的是1L/h以下流量的地下灌溉，正好弥补了目前地下滴灌还没很好实现的部分——由于更符合土壤的扩散特性，低流量才能发挥地下灌溉的优势，特别是0.5L/h以下出水量的灌水器世界上没有其他国家能够做出来；3、痕灌在抗堵性方面优于滴灌，全面提高了系统的可靠性；具有抗风险、抗意外的能力，为多年地下灌溉不失效提供了技术保证，这对于地下灌溉来讲意义尤其重大；4、痕灌小流量的产品输送距离长，可同时灌溉大片土地形成大面积的灌溉区，减少了系统建设的投资和维护运行费用。

3.2.3 关于试验资料不支持痕灌实现了“自适应灌溉”的说明

痕灌技术在很多大棚中使用2m以下重力桶的方法对多种植物进行了成功灌溉，重力桶是24h灌水的，很少需要人工干预，不排除有部分自适应灌溉的可能。

图10、哈密痕量灌溉滴头流量日变化

Fig. 10 Hami Daily flow rate change of TQI emitter

先不说哈密的痕灌示范由于是10m水头大面积应用，痕灌灌水器是主动出水不存在自适应的效果，图10的数据只能说明痕灌灌水器的出水是否稳定，即便假设要从这个数据考察自适应灌溉的效果，《痕灌质疑》的作者对数据的理解也是有误的，《痕灌质疑》中指出：“可以看出：测试时间段（12h）内滴头流量的变化不超过7%，尤其是处理2滴头流量白天平稳，21:00左右达最大，这与作物耗水规律不符；”可实际上田间的枣树不是直接从痕灌管取水，有土壤这个蓄水池缓冲，而田间持水量的水平图10并没给出，一天的数据说明不了任何自适应灌溉问题。如果光从数据上看，以下解释也许更合理些：晚上21点出水量最大正好说明白天植物蒸腾用水量大，土壤逐渐失水产生更大毛细力使痕灌管出水增加。

也许我们以往谈到痕灌能实现自适应灌溉这点太引人注目，以至于很多人忽略了它的局限性和特殊要求。自适应灌溉，是要考量土壤和植物的，如果在毛细力小的土壤上种植需水量大的植物，那只能是失败。正是因为这种特殊性，在不适合自适应灌溉（包括植物用水高峰单个痕灌灌水器出水跟不上的情况）或应用目标不同的地方，我们都是加压使用痕灌管。以往使用痕灌出问题也是与片面追求自适应有关。

至于《痕灌质疑》一文中提到的“温室草莓产量痕灌低于滴灌”之事，我们只能说痕灌技术只是一个工具，您需要针对具体的情况正确的使用它，客观地说，如果痕灌管的灌溉强度能够满足植物的需水，地下灌溉又有更高效使用肥料的优势，我们认为科研人员不应该轻易得出使用痕灌技术灌溉要比其它灌溉技术产量少的结论。我们谈论地下灌溉比地表灌溉能节水是因为避免或减少了棵间蒸发，我们谈地下灌溉比地表灌溉能节肥增产是因为避免了肥料的挥发和更高效的磷、钾肥利用，也改善了土壤的三相比，有利于水肥的吸收及减少了病虫害，这些都是有道理可讲的，如果不做具体分析就说一种技术比另一种技术差，难道不是因为操作人员没有操作好或植物及环境存在差异吗？难道不需要从其它方面找找原因吗？

3.3 关于痕灌灌水器比滴灌滴头更抗堵塞

痕灌独创性的提出双层控水结构，真正解决了低流量下灌水器堵塞的世界性难题，很遗憾《痕灌质疑》的作者作为微灌专家也没看到这一突破的重大意义。这个意义就在于痕灌做到了目前任何滴灌都做不到的小流量稳定出水，由此拓展了很多灌溉的应用场合；同时极大地提高了地下灌溉系统的可靠性，应该说，地下灌溉在中国成功实施自痕灌才能成为现实。

为什么这么说？世界范围内地下滴灌失败的主要原因是滴头堵塞。《痕灌质疑》一文中写道，“从过滤的角度看，微灌系统采用集中过滤（过滤器），过滤元件可冲洗与更换；故只存在滴头堵塞问题。”滴灌滴头堵塞不就是滴灌不能用失效了吗？滴灌还能有什么更严重的问题？痕灌的双层控水结构将过滤和控水功能分离，互为保护，成功的解决了灌水器，尤其是地下灌水器堵塞的诸多问题，提高了灌溉系统的稳定性，使痕灌可以成为农田基础设施的一部分，长久为植物供水供肥。

3.3.1 如何理解ISO“短周期堵塞测试程序”的试验结果

（1）在这里我们要向大家汇报一下，我们小流量痕灌产品在2014年8月哈密开会时已经在哈密1.8ha试验田中不装过滤器成功运行1年，2015年又继续运行1年，其抗堵性能还需要怀疑吗？哪个滴灌系统敢不用过滤器运行？

如前所述，中国水利水电科学院做的痕灌管的抗堵塞对比试验，说明无论是抗物理堵塞还是抗生物堵塞，痕灌都是优于滴灌的。首先声明我们很清楚我们做的对比试验是超出了ISO和国标的规定，但所有的试验条件是对等的，连安装的位置都是对称的。我们做这个试验，不是为了说明滴灌技术不行，滴灌技术是目前世界范围内最节水的技术，已经成功应用了半个世纪，我们痕灌也是站在滴灌这个巨人的肩膀上发展的。我们做这个试验，只是向大家说明痕灌产品在防止灌水器堵塞方面要优于滴灌，即使系统发生某些意外，痕灌系统是可以不失效的。为什么做这个对比试验？可以让我们先接下地气，了解下国情。

请正视我们国内的现实，有多少滴灌系统是完全按照滴灌系统要求安装的？如果过滤器前后不安装压力表怎么知道过滤器已堵塞？过滤器堵塞了还不清洗压差继续增大就会造成过滤器破损，造成泥沙泄露进入系统，还要加上万一的产品质量差，压力差不大就泄露的问题，还有操作人员更换过滤器时的操作问题，我们随便翻翻国外地下滴灌系统对过滤器精度的要求^[11-15]，小流量的地下滴灌的过滤精度无一不要求200目的精度。向大家介绍一下，我们曾经要购买200目的灌溉过滤器，可无论询问国内的多家厂家，还是在网上搜寻，都没能在国内买到（或需按一定数量花时间给予定制），当然不排除国内有供应商能即使供货我们没能找到的可能，但这其中的不方便显而易见，我们相信这也是滴灌用户同样会碰到的问题，究其原因是200目过滤精度在中国现有水质下更换维护频率无法被用户接受。可降低到130目的过滤精度（我们在国内能买到的）能保证小流量滴灌的正常使用吗？现实使用中，我们还要考虑到破管进入泥沙的可能，安装时不慎进入泥沙的可能，有这么多现实中发生意外的可能性存在，《痕灌疑问》的作者强调我们的试验是在滴灌非正常工作情况下做的不能说明问题，实属牵强。我们为什么这么强调系统的可靠性？这是因为地下灌溉在有着诸多优点的同时，也有着安装费用高，系统成本高的缺点，所有使用地下灌溉的人们都期望系统能够长期运行，可靠性高、抗意外情况发生能力高的系统才能更好的实现这个目标。

在此我们要多问一句，针对目前的国情，作为微灌专家，不应该为市场上终于出现能抗堵的节水灌溉产品而感到高兴和积极支持推广吗？怎么反而在试验是否符合ISO标准上（还是我们优于标准的地方）提出质疑？您怎么不就《GB/T17187-2009 /ISO 9261-2004农业灌溉设备滴头和滴灌管的技术规范和试验方法》中“试验用水应采用孔眼公称直径为75-100μm或制造商推荐的过滤器进行过滤，水中杂质的总含量不超过25mg/L”这一不符合国情的条款进行建言呢？让我们看，过滤精度至少是市场上能买到的（130目/140μm）过滤器精度才合理吧，难道您认为制造商能主动推荐用低精度过滤器对他们的产品进行检验吗？

（2）《痕灌疑问》的作者提出“如果把滤膜去除，使其也处于不设防（非工作）状态再行测试，最先堵塞的一定是痕灌控水头”的假设不成立，痕灌的贡献在于将双层控水技术引入灌溉领域，您要将痕灌膜去掉，那还是双层结构吗？除非人为破坏产品结构，而我们假设的过滤器损坏或田间管网破损的情况在国内时有发生。我们在做对比试验时不同产品所处条件完全相等！难道我们做两种不同流量的滴灌的性能对比，还得把小流量的滴灌流道扩大，条件对等了才能做？流道扩大了，还是小流量滴灌吗？

（3）《痕灌疑问》的作者在此处对痕灌小流量产品抗堵试验结果的分析属于猜想，小流量（100ml/h/@0.1MPa）的痕灌管在哈密不装过滤器运行2年都没问题，岂会在短短8h的试验中就损坏？试验中痕灌管流量上升的原因是因为泥沙水是循环使用的，水不断运动温度升高，密度小了流动性就好，国标中检测滴头额定流量不就是有23±3°C的温度要求吗？检测的痕灌灌水器有毛细纤维，对这一点更敏感些而已。

3.3.2 痕灌膜的堵塞问题

很多人对痕灌技术的抗堵塞原理还不是很理解，虽然我们在试验中、在现实应用中都证明了其优异的性能，但不理解就造成很难接受，前面我们已经尝试为不清楚的人员解惑，也正在建立相关的数学模型。

再次说明痕灌系统也是安装过滤器的，但我们很适合中国的国情，只要求市场最容易买到的130目过滤器，我们在工程中不用过滤器的场合，是我们推出新技术所用的市场手段，一是为了向大家显示痕灌的高可靠性，二也是考察了应用的水源情况（包括哈密工程），可以用的地方再用，不能用的地方就不用，难道我们不知道用过滤器可以减少进入系统的杂物，可以保护系统，延长维护周期，减少维护工作吗？

《痕灌质疑》一文中提到了在哈密会议上中国农大李光永教授提到了痕灌滤膜被红色沉积物堵塞的实例照片一事，李光永教授在很多场合都要提到此事，我多次回应其中的原因，这里再说一次：每一位搞科学的人都清楚，任何一项技术都不是包打天下的，是要根据具体情况具体分析。痕灌极小流量产品我们不推荐使用含有大量微生物的地表水或再生水，如果用，痕灌就要像滴灌一样先期做好水处理；这种场合我们推荐大流量的痕灌方案（0.3L/h-1L/h）就能够很好的解决这类问题。就李光永教授出示的情况，是由于使用粘稠的肥料和含大量生物水导致的堵塞。李光永教授在5年前做过痕灌早期产品的试验，当时痕灌还只有极小流量产品，其特点是不怕泥沙水，但怕含有胶体物质的生物水，若是在大的灌溉系统中，能够保证毛管中经常有水的流动，生物附着很难发生，也不易堵塞。李光永教授安排试验时并没有按照当时痕灌产品的特点进行，他只是用一个小塑料水桶悬挂近一米的高度供水，在大棚高温的环境中，阳光直晒到透明的水桶上，桶里和管道中的水近乎静止，没有任何冲刷作用，一段时间后桶里的水发臭，滋生了大量的绿藻和微生物。对水源都无法有效控制怎么保证对这种创新技术试验的正确和公正？看一看国外灌溉产品测试方面对水源要求的严格程度，我们中国还差的很远（请参考美国加州大学http://micromaintain.ucanr.edu/网站）。早期痕灌产品适合在较少生物水的井灌区使用，如果以超出产品适应范围的条件进行试验，出现问题到底时产品技术问题还是试验方法的问题？李光永教授曾经对我说水利部官员两次找到他了解痕量灌溉的情况，他都是以这个试验结果评判痕量灌溉，这让我们无法理解。

这里我再郑重说明一下：1、痕灌有不同流量的产品，大流量的可以达到滴灌的流量，如果担心小流量水不够，不必争论，先可以先选择让你放心的较大流量的产品。2、痕灌有适应不同水质的产品，包括生物水，我们要求用户必须选择与使用水质相对应的痕灌产品，而不是相反。痕量灌溉关键的贡献在于对于任意小的流量（1-1000mL/h）和大多数常见的不同水质，痕量灌溉通过调整双层透水材料的通量比和孔径比，都能获得很好的解决方案，保证长期稳定的均匀灌溉。这难道不是人类节水灌溉史上的一次重大突破吗？希望不要再用错误的试验数据、或者偏狭的理解随意质疑甚至是否定一个创新技术。

《痕灌质疑》一文的作者认为痕灌膜拦截的杂物没有出路，亦或想我们做对比试验时那么多的泥沙进入系统，怎么会不堵？对这种想法我们很无奈，还是先让我们再次翻翻前面提到的任意一本微灌使用和维护手册（请注意是微灌，包括地面滴灌、地下滴灌、微喷等等），微灌系统的维护不光是清洗过滤器，不只是管破了要处理，不只是灌水器堵塞无法恢复了要更换，还要定期对系统进行冲刷，还要根据情况，在系统发生化学、生物堵塞的前期就进行化学处理，我们很敬佩国外地下滴灌系统能用十几年的状况，就目前滴灌的抗堵性能来说，这么长时间不发生任何意外，这得需要多么细心的维护和使用啊。微灌行业业内人士都清楚，一个成功运行的微灌系统，三分在于系统的建设，七分在于后期的运行管理，一个性能再好的微灌系统，没有任何维护也会失效。回到话题，痕灌截留的杂物有去路，痕灌泥沙进多了流量也下降，但只要进行系统冲刷，痕灌灌水器就恢复了出水功能，它不像滴灌那样无法恢复从而失去功效。

对于生物堵塞，主要发生在使用地表水和再生水的情况，痕灌在这方面对水源处理的要求和地下滴灌完全相同，其性能也在水科院的对比试验中有所表现。对于化学堵塞，痕灌由于是地下灌溉，发生的可能比较小，化学堵塞发生有几种情况，一是水分挥发使化学物质析出，地表滴灌在水源矿物质含量高的地区出现问题概率大，每次停灌时，灌水器出水口处的残存水由于蒸发析出矿物质结垢，长期积累就会造成堵塞；地下灌溉没有这个问题，特别是痕灌，灌水器出水口向下铺设，每次停灌时痕灌管中的水不会存在于灌水器出水口处，更不会有此问题；二是水中钙镁离子、铁锰离子化学性质变化产生析出，主要是钙、铁离子（镁、锰自然界含量小），钙元素是本身水中含量要高（大于2mg当量），pH值又升到7.5以上，溶解性变差而析出；如果地下水中铁离子含量高，地下水出来后不断遇到空气，地下水中可溶的二价铁会被氧化变成不溶的三价铁而析出。由于痕灌管被土壤所保护，不会有地表滴灌受外界影响管中水温升高造成pH值变化发生化学堵塞的现象。三是施用的农肥或农药中的化学物质相互反应或与灌溉水反应产生沉淀，对于这一点，我们必须在使用前用灌溉水和要用的农肥农药做试验，确保使用的药品不会发生化学反应，否则必须更换要使用的药品。无论生物堵塞还是化学堵塞，其预防和发生堵塞后的处理方法随着微灌技术的发展已有长足进展，在此我们就不再介绍^[11-15]。

《痕灌质疑》一文中提到的灌溉间歇期和冬季溶质析出，膜上面沉积物固结的说法根本不存在，我们希望系统常年稳定使用，要求停灌前冲刷，这也是地下滴灌系统的要求（还包括要求结冻的地区过冬前要吹气排水防冻，而痕灌不存在此问题）^[16]！也许国内的很多滴灌只用一年，这些措施根本不实施吧。

3.3.3 纤维束间隙流道的堵塞问题

   （1）《痕灌质疑》一文中提到：“因为痕灌纤维束间隙小，故应该对化学堵塞极为敏感”，这只是该文作者的臆想，感谢国外科学家对地下灌溉持之以恒的探索精神和严谨的工作态度以及积累的相关经验，该文作者想象的溶质析出的条件并不存在。实际上，不谈功能恢复的方面，就单讲堵塞发生的机理方面，痕灌不但在物理抗堵上优于滴灌，在生物、化学抗堵方面也优于滴灌。如我们前面介绍，由于地下环境相对地表稳定许多，没有温度的急剧变化和水分挥发溶质析出的问题，地下灌溉本身发生化学堵塞的几率就很小。而钙、铁析出条件不易形成，即便有少量可能，通过前期水处理和过滤器的拦截，进入系统的已经很少。即使进入系统，钙、铁离子的析出也是需要时间的，其在管道内和痕灌膜外的时间要远远大于其在痕灌膜内的时间，化学析出产生堵塞的可能微乎其微；对于生物堵塞，有机物有可能以小于过滤器的尺寸通过，然后在灌溉系统内再次聚集堵塞微灌系统的灌水器。而在痕灌，再次聚集的有机物被拦截在了痕灌膜外，痕灌膜（上层透水材料）距下层透水材料（毛细纤维、透水孔道等）很近，两层透水材料之间能够存留的水量极少，很快就会流出系统之外，机物再次聚集所需要的时间和空间都不存在，因此只要使用得当很难有再次聚集的有机物对痕灌灌水器内部造成堵塞（对于生物质含量较高的水，在使用一段时间后最好用清水灌溉一次，以清除两层透水材料之间可能积存的杂质；或者借鉴国外地下滴灌维护的经验措施，痕灌在维护频次和效果上都远优于地下滴灌）。

   （2）停水负压倒吸泥造成堵塞也是地下滴灌常见的问题，这个问题现在通过在系统两端支管和系统高点安装空气阀破真空已得到了很大程度上的解决。痕灌灌水器由于都是朝下放置，水分在流出痕灌管后本身就不会停留在灌水器周围，即使在特殊的环境下灌水器周围可能形成包含泥浆带，但其中大颗粒的泥沙都会在重力沉降作用下远离灌水器，有可能被有限的负压吸入灌水器的只能是粒径远小于下层透水材料孔隙的泥水，这些泥水在下次灌水时是能够被完全排出灌水器，不会造成堵塞。（而滴灌灌水器朝上放置，其外部泥土中的大颗粒泥沙都沉降在灌水器口，很低的管道负压都有可能将其吸入流道，下次灌溉出水时这些大粒径泥沙一旦形成搭桥，便会造成堵塞。现在滴灌有防负压灌水器，在防负压吸入有一定作用，但也仅是降低了风险概率，并不能完全杜绝，必须配合系统防真空效果才好。）

3.4 关于节水

3.4.1 痕灌所宣传的节水效果

由于痕灌是小流量地下灌溉，较目前的普通地下滴灌更易控制深层渗漏，其小流量灌溉更符合土壤的扩散特性，土壤中的扩散远较大流量的地下滴灌均匀的多，最起码不会出现地下管涌。灌溉的均匀性难道不是节水的关键前提吗？所以痕量灌溉比大流量的地下滴灌容易做到节水是完全符合科学道理的。当然除非破坏性使用，比地面滴灌、比畦灌和沟灌都节水更是正常的。

3.4.2 痕灌试点选错了比较对象

《痕灌质疑》的作者认为痕灌节水效果“主要比较对象应为地下滴灌”，这种提法实不合理。大家同为地下灌溉，我们不清楚痕灌凭什么能比地下滴灌更节水！亦或凭什么地下滴灌能比痕灌更节水。难道说痕灌可以送很远？滴灌有压力补偿滴头同样能做到！痕灌出水量小，可以较易控制深层渗漏损失？地下滴灌通过脉冲灌溉，同样能做到！痕灌单头出水量少，灌溉开始时前后灌溉量相差的不大，滴灌出水量大，脉冲灌溉会造成灌溉不均？滴灌有低压不出水滴头，就是为了解决这个问题！确实，地下滴灌在压力补偿滴头、低压不出水滴头方面都有很好的建树，但那都是国外先进滴灌厂家努力的结果，是我们需要学习借鉴的地方。说句题外话，即使非要和地下滴灌比，恕我们孤陋寡闻，请您推荐国内哪里有长期稳定运行的地下滴灌系统可以用来对比？

3.4.3 所发表的节水结论性资料科学性不足

《痕灌质疑》中提到的痕灌节水试验是否符合试验标准一事其实无需我们辩解，只要大家还认可地下灌溉是目前最节水的灌溉方式，痕灌又用的是地下灌溉的方式，痕灌能比地面灌溉更节水还用疑问吗？

3.4.4 地下灌溉短时段的试验数据及可能造成判断错误

《痕灌质疑》一文中两次提到了该文作者20世纪70年代末做的大田地下滴灌试验，仅从文中提到的两点，4L/h的滴头出水产生0.8m水头，还有一次一亩灌20t-50t的灌溉方法，即不符合现在地下滴灌的系统设计，也不符合现在滴灌的灌溉制度，可以断定其试验必然是以失败为结局。

我们十分不理解的是《痕灌质疑》一文的作者在其文章里也认为“地下滴灌将毛管和滴头埋入耕作层以下，在节水方面比地表滴灌更有优势。美国加利福尼亚大学灌溉技术中心主任David F. Zoldoske曾预言灌溉的未来将是地下滴灌”^[17]，也介绍了“美国堪萨斯州地下滴灌面积大、应用时间长”，在此却完全不顾世界范围内地下滴灌已经复苏多年，应用范围越来越宽的事实^[18-19]，仅凭借其完全失败的一次地下滴灌试验，就断言“地下灌溉（包括痕灌）的节水、增产效果需要用第4～5年的试验数据来证实”。这是一位负责任的微灌专家该做的吗？在前文，我们已经论述了地下灌溉节水和节肥增效的原因，要知道，任何灌溉方法都只是一个灌溉的工具，能否得到高产，在于种植者如何用它，而地下灌溉方法最能满足现代灌溉的要求，能最直接的为植物提供“水、肥、气、热”，而且目前国外的地下滴灌已取得了很大成绩，我们只要学习借鉴，就可以少花时间，少走弯路，就能把地下灌溉搞好！

我们认为，地下灌溉能省肥的作用同样重要，我国水资源污染的状况也相当严重，而农业过度施肥是其主因之一，故此，地下灌溉也是很必要在我国得到推广使用的，此外，地下灌溉还有望实现免耕和浅耕，对新的农艺探索也有帮助。

我们建议《痕灌质疑》的作者，作为我国的微灌专家，多关注世界地下灌溉的发展状况，多关注我国迫切需要节水、迫切需要减少水资源污染的现状，多关注目前微灌行业因为价格竞争，造成产品质量不均，系统安装不全，系统运行寿命短，反而更浪费全人类宝贵资源的现状，为我们国家的决策人员提一些利国利民的建言！

3.5 哈密试点枣园的痕灌系统供水量

图11、哈密枣树痕量灌溉布置示意图

Fig. 11 Layout of TQI line for jujube trial in Hami

我们不清楚《痕灌质疑》一文作者如何得出每平方米1个滴头的结论，哈密示范工程的枣树株距2m，行距3m，痕灌管灌水器间距33cm，痕灌管按一树两行的方式布置，即距离树干两侧各50-70cm范围布管。我们按70cm计算，如图11所示，平均划分起来一个树周围阴影部分的面积为2m×1.4m=2.8m2，对应阴影部分共有10个起50%作用的灌水器，有4个起25%作用的灌水器，故此折算共有6个灌水器为这2.8m2供水，每个灌水器在0.1MPa压力下出水110mL/h，故此24h共能供水15.84L，相当于5.657L/m2,日灌水深5.657mm。由于是地下灌溉，这个灌水强度已能满足当地枣树的需水量，即使认为不足，因为每口井都没有满负荷运行，可以通过增压的方法增加灌水量，我们在哈密使用的产品在0.12MPa压力下出水量为150mL/h，0.15MPa压力下出水量为190mL/h，可以根据情况使用，痕灌能通过调整压力改变出水量也是痕灌的一个特点，在条件允许的情况下，能以更符合植物需水的速度为植物供水。

3.6 关于痕灌供水量不足的担心

   《痕灌质疑》和《“痕量”无法灌溉》文章中都有对痕灌供水量不足的推断，我在本文的3.3.2中段已有说明，请大家判断谁的说法站得住脚。《“痕量”无法灌溉》的作者举例自己曾亲自看到痕灌供水不足的证据，那是由于早年该用户没有按约定提供常压水源（0.1MPa以上），仅配置了低压水桶（1-2水头压力）进行不定期补水灌溉，使用的又是超低流量的痕灌管，因此造成供水不足，这不能证明痕灌在技术上不成立。况且这些年随着痕灌的发展，有适应各种环境的成熟解决方案，类似问题早已不再出现。新疆其它地区应用就没有这些问题，可惜大量正常使用的痕灌案例不能进入作者的法眼。

4 结论

痕量灌溉长序列、远比自然水质严酷的室内试验验证了其优异的抗堵性能，田间灌溉工程7年之久依旧运行良好，而3年水肥一体化工程应用也在继续良好运行。《痕灌质疑》文章中对于痕灌的结论“其理论和技术本身存在诸多问题，失败的风险很大”不攻自破。

痕灌作为我国自主研发的节水灌溉技术，创造性的发明了双层控水结构，很大程度上解决了长期困扰微灌行业的低流量下灌水器堵塞的世界性难题，极大地提高了地下灌溉系统的可靠性，使地下灌溉在我国的现状下真正能够得到推广和使用。

我们也真诚希望行内外的人士能够对痕灌这一新兴技术给予关注，给以其验证的机会，也希望行内的专家学者能多使用痕灌技术，用切实的实践来说明问题。

最后顺便提一下，《痕灌质疑》开篇提到的美国加利福尼亚大学灌溉技术中心主任David F. Zoldoske先生，他的导师、该中心的首任主任Edward Norum先生，2015年6月亲自主持了对痕灌900的抗堵实验，给予了很高评价：“这是我见到的最具有创新性的灌溉产品，是非常聪明的解决堵塞难题的方法”。他现在正积极推动痕灌在美国的推广应用。

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附件：

痕量灌溉理论支撑与技术特点的质疑.pdf

关于-痕量灌溉理论支撑与技术特点的质疑-的审稿意见.pdf

“痕量”无法灌溉--对“痕量灌溉”的思考.pdf