基于平江旱期与油茶果期重叠的抗旱保墒装置

◆湖南省平江县第二中学543 班 朱智晗

图/图虫创意

我的家乡平江县多山地和丘陵，自古就有很多油茶树在此自然生长。近年来，县政府推行乡村振兴举措，发展油茶业是其中之一，催生了众多油茶树种植园和相关企业，但平江油茶果的产量和质量低下。如何实现增收提质？

我的爷爷、叔伯们都是油茶种植团队的成员，我在家中常听长辈们交流经验。2022 年，平江遭遇特大旱灾，2022 年9 月起，我先后来到平江县岑川镇等地的油茶种植山地，走访了当地部分种植油茶树的村民，他们告诉我，油茶果基本上呈现“望天收”状态。

经调研，要平衡平江县气候环境与油茶树生长特点间的矛盾，在干旱期间必须实施人工灌溉。我还发现了一个问题：无论抗旱技术如何先进，水资源的储备是最关键的，其次才是对水资源的合理利用。于是我从实验入手，先了解土壤保墒的需水量，再考虑储水问题。

一、滴灌实验

（一）滴灌技术的启示

2022 年5 月，我和同学一起来到平江某蔬菜研学基地，调查植物的田间管理。技术员叔叔告诉我：植物必须注重雨季排涝、旱季保墒的基本要求。接着，他带我们参观了基地的滴灌保墒技术。该技术的主要特点是：将滴水头埋在地表以下，对植物根系土壤进行灌溉。这种方法节水省工，蒸发量少，保墒效果较好。

由此我联想到，如果能将此滴灌技术应用到种植油茶树的山上，根据其旱季所需提供水分，就能解决油茶果期需水与平江旱季缺水的问题。

（二）滴灌实验

1.实验准备

2022 年7 月，我在岑川镇的油茶树山上选取生长条件相似的20 棵成年普通油茶树，每10 棵为一组，分成滴灌A 组、不灌溉B 组并编号，开展滴灌对照实验。

2.组装滴灌实验装置

实验用滴灌装置如图1。

图1 实验用滴灌装置示意图

3.实验过程

在A 组每棵油茶树根部表层土壤中埋入一把滴水枪，通过管道和连接头与总控阀门、贮水桶接通。打开总控阀门，将滴水速率调整为每分钟约60 滴。每天测试A、B 组每棵油茶树根周围土壤的湿度，关注贮水桶内水位的变化，记录每棵油茶树的滴灌水量。

4.结果及分析

（1）实验结果表明，以每分钟约60 滴的速率进行滴灌，每棵树平均每天滴灌耗水量约5 kg 时，能基本满足旱季油茶树结果对土壤墒情的最低需要。

（2）2022 年10 月23 日，分别采摘A、B 组中油茶树的鲜茶果并称量、记录产量。每亩按90 棵种植量推算，滴灌A 组亩产鲜果约为295.2 kg，是林业局产业办2022 年12 月统计数据介绍的“平均亩产为164 kg”的1.8 倍。

这表明，我为平江旱季油茶树设计的滴灌保墒思路具有可行性。

二、人工应急灌溉实验与研讨

我于2022 年7 月12 日开始进行滴灌实验，当时并不知道会发生特大干旱。到7 月底，满山的油茶树叶萎蔫变黄，此时我的滴灌实验已全面步入正轨，于是我又开始实施第二套抗旱实验，观察了解人工应急灌溉对油茶树的作用情况。人工应急灌溉分喷灌、沟灌、穴灌，其中效果由高到低依次为沟灌、穴灌、喷灌。

本实验需水量大，在实际大面积抗旱中是难以实施的，主要原因是在旱季，河溪断流、库塘露底，水资源捉襟见肘。

三、油茶树山滴灌保墒的实际应用设计

抗旱首先要解决水源的问题。如何获取山野的地表水源？我从地理课所学的知识中获得启示，依据等高线地形图，在山坡上挖出等高沟渠，截流蓄水，就可在山野上开创出若干类似“梯田”的蓄水单元层，海拔高的上蓄水单元层给海拔低的下蓄水单元层供水。具体方案如下。

（一）油茶树山滴灌保墒的整体设计

如图2，依据山形、坡面、油茶树的分布等要素，开挖等高集水渠。在渠边适宜地域填埋该梯级蓄水罐，储存春季、夏季的雨水。从蓄水罐的底部引出滴灌输水管，向下一阶梯的油茶树根部供水。

图2 滴灌保墒整体设计

图3 工作流程图

（二）集水渠、蓄水罐、输水管的施工设计

工作流程为：雨季，山坡地表水被等高集水渠截流，经粗滤网滤除漂浮物，注入沉淀池，池中上层储水经精滤网二次滤除细小杂物，由进水管流入梯级蓄水罐储存。到旱季需水保墒时，开启安装在出水管上的控制阀，蓄水罐内储存的地表水通过出水管末端的滴灌枪流向下一阶梯的油茶树根部土壤，完成滴灌保墒任务。

四、制作滴灌装置演示模型

本模型有一个木质总承，该总承由木支架、面板、能显露埋在地下的沉淀池和蓄水罐的窗口等构成。

木支架设三层，顶层为虚拟的上一级山体等高阶梯，仅表现出该阶的等高集水渠，收集该阶及以上的雨水，流入沉淀池。中层支架的作用是支撑沉淀池和蓄水罐。底层为下一级山体等高阶梯，该层设有较宽的等高阶梯地面，放置用花钵模拟等高阶梯地面的油茶树。支架正面敷实木板，模拟山体斜坡面。

沉淀池、蓄水池选用2 L 的塑料油壶，进、出水管选用直径为20 mm 的PE 水管，并配用同规格的直接、弯头和控制阀门，按图4 所示进行连接。滴灌枪选用医用输液套件，针头用笔管自制，再用防堵筛孔套管套住，组成可任意插入泥中防外堵的滴灌枪管，保证滴灌输水的畅通。等高集水渠选用直径为75 mm 的PVC 水管，从中线切割成两个半圆槽而成。

图4 模型正面图

本模型成品可操作演示，为油茶树种植户推介，让其掌握工程施工要领。

五、创新点

（一）提出了一种“山地等高截流、雨季阶梯蓄水、旱季滴灌保墒”的依地势调蓄抗旱理念。

（二）设计了一种利用蓄水罐储存地表水，经管网由高阶梯向低阶梯供水，通过阀门按需控制供水量，且无需提供动力支持的新技术。

（三）本研究以平江油茶树抗旱保墒为例，论证了等高截流的“微型山塘”的可行性，可为山区种植业的抗旱储备水资源，为防止森林火灾预存了一定的灭火资源。

（指导老师：朱拥军 赵勇 杨银江）

专家点评

朱智晗同学的基于平江旱期与油茶果期重叠的抗旱保墒装置，是一件富有实用性的发明作品。这项作品的选题，体现了现在倡导的“源于日常生活，能够为经济社会发展或社会生活带来便利的B 类作品”的青少年科创选题要求。虽然它似乎科技含量不高，看起来也不那么“高大上”，但它能解决实际问题，充分体现了小发明简单、实用的特点。

这件发明作品突出体现了：其一，朱智晗同学对科学探索具有浓厚的兴趣，对本人研究的成果具有强烈的分享意愿，具有一定的科学素养和严谨的科学态度，对科学研究工作的基本规律和方法有一定理解，基础科学理论和知识掌握扎实、运用准确；其二，有一定的科学研究工作量，原始实验数据等记录规范、资料齐全，研究和分析数据充分，有说服力，作品已取得阶段性研究成果，正在被相关企业应用推广；其三，提出“山地等高截流、雨季阶梯蓄水、旱季滴灌保墒”的依地势调蓄抗旱新理念，符合青少年创新成长的规律。