滴灌压差施肥系统灌水与施肥均匀性综合评价

为优化滴灌压差施肥系统的设计与运行,通过田间试验综合评价了施肥罐两端压差(0.05、0.10、0.15、0.20和0.25 MPa)和管道布置方式(纵向一端、纵向中间、横向一端和横向中间供水)对系统灌水与施肥均匀性的影响。结果表明,施肥罐两端压差与管网布置方式对灌水均匀性的影响均不显著,但管道布置方式对灌水均匀性的影响强于施肥罐两端压差。对于纵向一端和纵向中间供水,施肥罐两端压差对施肥均匀性的影响达到显著水平(P0.05),而横向一段和横向中间供水时施肥罐两端压差对施肥均匀性影响不显著。总体而言,滴灌压差施肥系统灌水均匀性优于施肥均匀性,横向供水方式均匀性高于纵向供水方式。为了同时保证滴灌压差施肥系统灌水与施肥的均匀性,建议优先采用横向供水管道布置方式,同时尽量降低施肥罐两端差压,延长系统施肥时间。     

微灌系统压差式施肥罐施肥性能试验研究

压差式施肥罐是中国应用最多的微灌施肥装置，但尚未形成明确的运行操作规程。该文对不同施肥量和压差条件下施肥罐出口肥料溶液浓度的动态变化进行了测试和分析。试验中施肥量选用13、26 kg两个水平，通过施肥罐的压差选用0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 MPa 6个水平，而所有试验中施肥罐出口压力固定为0.10 MPa。研究结果表明：通过施肥罐的流量随压差的增大呈幂函数关系增加，施肥罐出口肥液浓度随时间持续减小，施肥开始阶段尤为明显；由于压差是影响肥液浓度变化的最主要因子，为了在微灌系统内获得均匀的肥料分布，保证施肥开始后和施肥过程中压差稳定至关重要。该文还建立了可用于估算肥液浓度动态变化和肥液浓度衰减为零时的回归模型。     

华北平原春玉米生长和产量对滴灌均匀系数及灌水量的响应

为了确定现行滴灌均匀系数设计标准的适宜性,通过华北平原2?a春玉米滴灌试验,研究滴灌均匀系数和灌水量对春玉米生长和产量的影响。均匀系数（Cu）设置0.66、0.81和0.99 3个水平,灌水量设置灌溉需水量的50%、75%和100% 3个水平。研究结果表明,滴灌均匀系数和灌水量对春玉米的株高和叶面积指数均值的影响不显著,两指标的均匀系数在生育期内基本呈逐渐增加的趋势,至生育末期其值均大于0.95;沿滴灌带方向,各处理产量的均匀系数均大于0.93,滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对产量的均值和均匀系数的影响均不显著。因此,对华北平原的春玉米而言,可考虑适当降低现行滴灌均匀系数的设计和评价标准（Cu≥0.80）,以降低滴灌系统的投资和运行费用。     

肥料种类与浓度对灌水器堵塞特征的影响及防堵策略

为降低堵塞风险,延长灌溉系统使用寿命,提高灌溉施肥均匀度,研究通过3种滴灌带（管）水肥一体化长周期堵塞试验,测试尿素、硫酸钾、氯化钾、磷酸一铵、磷酸二铵在不同浓度（0、0.4、0.8、1.0、1.2 g/L）滴灌时各灌水器堵塞性能,结合场发射扫描电镜、EDS表面能谱分析和X射线衍射仪等物质分析方法,探究肥料种类及浓度对灌水器堵塞及堵塞物质累积的影响,并揭示水肥一体化滴灌灌水器化学堵塞形成过程。结果显示：不同肥料种类、浓度对迷宫灌水器造成的影响不同。随着浓度增加,尿素灌溉下侧翼迷宫滴灌带相对流量下降速率加快,存在堵塞风险;磷酸二铵灌溉下,发生明显堵塞;片状滴灌带相对平均流量和灌溉均匀系数随灌水次数增加而降低,且降幅随肥液浓度增大而增大。堵塞物干质量都随着灌水次数的增加而增加,与灌水器的相对流量和灌溉均匀系数随着灌水次数的增加而降低的趋势吻合。随着肥液浓度的升高,水流剪切力对堵塞物质影响越小。因此,磷酸二铵的施肥浓度以不超过1.2 g/L为宜。研究可为控制滴灌系统化学堵塞、延长灌水器使用寿命提供依据。     

基于压差式施肥罐的均匀施肥方法

压差式施肥罐是水肥一体化中应用较为广泛的施肥装置,但它容易产生施肥不均匀的问题,会因局部过量施肥造成土壤污染,还会影响作物的产量和品质。为利用计算机控制压差式施肥罐进行田间作物的恒定浓度和流量施肥,该文基于肥料连续方程推导了解析解,由计算机控制流入施肥罐的流量和直接流过主管道进入灌溉系统的流量。在此基础上,该文通过试验数据验证了施肥罐内水肥流动数学模型,对解析解控制压差式施肥罐的恒定浓度和流量施肥进行了模拟,模拟结果与解析解的相对偏差小于15%,验证了该均匀施肥方法的合理性。结果表明以最优肥液浓度的±50%为界,传统压差式施肥罐使用过程中约有70%~80%的肥料处于过量施肥或不充分施肥范围内,通过均匀施肥方法,可以基本实现灌溉过程中基于压差式施肥罐的施肥均匀。     

干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响

研究新疆干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响,为滴灌均匀系数设计与评价标准的修订和完善提供依据。供试作物为棉花,试验中滴灌均匀系数(Cu)设置0.65(C1)、0.78(C2)和0.94(C3)3个水平,灌水量设置充分灌水量的50%、75%和100%3个水平。结果表明,棉花生育期内根系层0～60cm土层含水率均匀系数保持在较高水平(0.80～0.97),滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用的影响均未达到显著水平。土壤NO3--N含量均匀系数随时间和空间表现出较强的变化特征,在生育期内的变化范围为-0.27～0.92,且低于土壤含水率均匀系数;滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对NO3--N含量均匀系数的影响不显著。干旱区作物生育期降水量难以弥补灌水不均匀对水分分布造成的负面影响,滴灌均匀系数对棉花生育期内根系层土壤含水率均匀系数的影响强于初始含水率均匀性和灌水量。上述结果可供制定干旱区滴灌均匀系数标准时参考。     

加气滴灌提高大棚甜瓜品质及灌溉水分利用效率

为揭示加气频率和滴灌带埋深等对甜瓜产量、品质及水分利用效率的影响,以甜瓜(陕甜一号)为研究对象,采用追加正交试验设计,研究不同加气频率、地下滴灌带埋深及灌水控制上限对大棚甜瓜果实形态、产量、品质及灌溉水分利用效率的影响。结果表明:对果实形态、品质及产量影响的大小顺序依次为加气频率、滴灌带埋深和灌水控制上限。对水分利用效率的影响大小顺序依次为灌水控制上限、加气频率和滴灌带埋深。根区加气能够显著改善果实产量及品质,滴灌带埋深为25 cm,每天加气1次品质及果实形态指标最好,产量最高。灌水量控制在田间持水量的80%时,果实可溶性固形物含量最高,但灌水量为70%田间持水量时,可溶性总糖、产量、水分利用效率最高。综合考虑,最优处理组合为滴灌带埋深25 cm,每天通气一次,灌水控制上限为70%田间持水量。     

滴灌灌水均匀系数与灌水量对土壤水分分布及温室番茄产量的影响

为探索灌水均匀系数与灌水量对温室番茄产量和土壤水分变化的影响,确定合理的滴灌灌水均匀系数,本研究设置65%、75%和85%3个灌水均匀度水平, 190 mm、220 mm和250 mm 3个灌水量水平,测量番茄生育期内土壤含水率及番茄产量,计算土壤含水率均匀系数和番茄灌溉水利用效率。结果表明,当灌水均匀系数为65%～85%时,土壤水分均匀系数均值(82.57%～93.76%)接近或高于设置的滴灌灌水均匀系数的最大值(85%)。滴灌灌水均匀系数对土壤含水率均匀系数影响权重最大,灌水量、灌水均匀系数、土壤初始含水率均值3个影响因素与土壤含水率均匀系数均值之间呈线性关系(P0.05),决定系数为0.918。当土壤初始含水率占田间持水量比重60%,灌水量低于15mm时,灌水均匀系数与灌水量二者的交互作用与土壤含水率均匀系数为显著线性关系(P0.05),其他情况下均无显著性关系。灌水量对产量为显著影响(P0.05),灌水均匀系数及二者的交互作用对番茄产量无显著影响,考虑产量及灌溉水分利用效率,灌水量220 mm、灌水均匀系数75%组合为最优组合。因此在西北地区,综合考虑经济性和系统的可靠性,建议下调现行滴灌灌水均匀系数标准。     

滴灌施肥机灌水与施肥均匀性试验

为了研究滴灌施肥机在不同压力条件下灌水流量和溶液浓度的时空变化以及水力要素对灌溉均匀性的影响,该文以荧光示踪剂溶液模拟肥料,并以比例混合泵滴灌施肥机为研究对象,通过连续均匀采样的试验方法分析其灌水和施肥均匀性。结果表明：比例混合泵施肥机在不同压力条件下灌水和施肥均匀性都很好,但在施肥过程中存在施肥滞后时间和停肥延时时间,这两个时间决定施肥机灌溉的最小时间及最佳施肥方式,同时受这两个时间的影响,选择不同滴灌施肥测试时间得到的施肥均匀性分析结果存在着差别。     

地下滴灌土壤水运动和溶质运移数学模型的应用

利用建立的地埋点源土壤水运动和溶质运移数学模型描述地下滴灌条件下土壤水、肥运动的分布规律,将土壤质地结构、滴头出流量、滴头埋深和单次灌水历时等因素对土壤水分布的影响进行模拟分析。结果表明,在确定的土壤质地条件下,滴头出流量和埋深是影响地下滴灌系统性能的两个最重要的灌水设计参数,应尽量采用增加滴头数量而不是选用大流量滴头的方法来满足作物的需水要求。此外,合理的灌溉施肥时机应依据当地的土壤质地条件予以确定     

基于双吸肥口的低压文丘里施肥器设计与试验

为降低文丘里施肥器的吸肥临界进口压力,使之适用于低压灌溉施肥系统,设计了一种双吸肥口文丘里施肥器。选取喉管收缩比、收缩段角度、扩散段角度和喉管长径比4个结构参数,采用正交试验设计方法,构建16种结构参数组合方案,运用CFD模拟技术对每种方案的吸肥性能进行模拟,以吸肥性能为评价指标确定最佳结构参数组合,并根据最佳结构参数组合试制文丘里施肥器原型样品,并在0~0.15 MPa进口压力范围内对其吸肥性能进行分析。结果表明,最佳结果参数为:喉管收缩比为0.3、收缩段角度为20?、扩散段角度为8°、喉管长径比为1.1。最佳结构文丘里施肥器试制样品实测结果与模拟分析结果一致,在相同进口压力下各个实测值均略小于模拟分析值,实测与模拟吸肥量、进口流量比、肥液浓度和吸肥效率的均方根误差分别为0.22 L/min、0.96%、0.93%和0.68%。在相同进口压力下,相比于相同结构参数的单吸肥口文丘里施肥器,模拟得出的吸肥量提高了90%,进口流量比提高了85%,肥液浓度提高了80%,吸肥效率提高了80%,表明双吸肥口施肥器的吸肥性能比单吸肥口施肥器有较大提高;双吸肥口施肥器实测临界进口压力为0.007 MPa,当进口压力为0.05 MPa时其吸肥浓度可达13.6%,与现有文丘里施肥器相比,在获得同等或更高的吸肥性能时具有更低的工作进口压力,更适用于低压滴灌系统。     

SSQ系列射流施肥器水力性能试验研究

基于农业生产中水肥一体化技术的施肥要求，该研究对国内常用的SSQ系列射流施肥器进行了性能测试。以吸肥量、进出口压差等指标为研究目标进行了施肥器水力性能的分析和预测，推导了SSQ系列射流施肥器开始吸肥和吸肥效率最高时进出口压差与进口压力的关系公式。结果表明：在正常工作阶段，SSQ系列射流施肥器的吸肥量随进出口压差的增加而增大，在空化条件下达到极限工况；8种不同规格施肥器在进口压力超过0.20 MPa时才能充分发挥吸肥性能；正常工作阶段临界压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的误差小于15%，斜率的大小主要受喉管截面和喷嘴出口截面的面积比影响；效率最高时压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的平均相对误差为17%，验证了该关系公式的合理性。本文提出的SSQ系列射流施肥器水力性能预测公式可为同类产品的设计和应用提供参考。     

阀门调节式比例施肥泵性能分析与试验

为探明阀门调节式比例施肥泵的工作原理及水力性能，该研究针对施肥泵的结构原理及主要性能参数进行了分析，同时还进行了其水力性能的相关试验。研究结果表明：在进出口压差一定时，随着施肥泵三通阀角度的增大，进口流量先减小后增大，在所有正常工作压力下都呈现同样的趋势。施肥比例R与三通阀的水平分流比r成正比，且可以实现0.07%到0.35%范围内的连续变化，但其调节曲线并非单调上升，而是与活塞运动频率曲线的趋势相似。在正常工况下（进出口压差在0.06～0.18 MPa），三通阀角度为90°时，能量转换效率随着进出口压差的增大而增大；施肥比例稳定度为95.91%，表明施肥泵在不同进出口压差下工作时的施肥比例较为稳定。研究结果可为比例施肥泵的整体设计及优化提供指导。     

比例施肥泵驱动活塞受力分析及内部流动模拟与试验

为了研究比例施肥泵驱动活塞在往复运动过程中的受力情况,基于Fluent软件,通过用户自定义函数编程技术实现了相应的三维动网格模型,建立了比例施肥泵三维动态数值模拟模型,并通过实验数据对比验证了模型的可靠性。在此基础上,对施肥泵的内部流场进行了数值模拟。结果表明:所建立的数值模拟模型具有较好的准确性,模拟所得压差流量关系与试验结果基本一致,比例施肥泵流量的模拟值与试验值的最大相对误差为4.20%;模拟与试验所得活塞往复频率随压差的变化趋势基本相同,且模拟值与试验值的相对误差控制在12%之内。驱动活塞在往复运动过程中,泵内大部分流域流速较低,动能基本转变为压能驱动活塞。活塞上行运动与下行运动类似,在行程初期呈加速运动随后进行匀速运动。活塞不同表面所受到的力随压差的增大呈线性递增关系。该研究可为比例施肥泵的性能研究和结构设计提供参考。     

微灌用水动活塞式施肥泵研制

灌溉施肥装置是实现农业灌水施肥自动化不可缺少的设备，施肥装置的研制也一直是灌溉施肥领域的一个热点。该文在综述微灌用施肥装置的类型以及国内外的研发现状基础上，重点介绍了研制开发的水动活塞式施肥泵结构、工作原理，并测定了其工作性能。结果表明：新开发的水动活塞式施肥泵具有启动工作压力低、吸肥效率较高等特点，具有较广阔的推广应用前景。     

基于脉宽调制的文丘里变量施肥装置设计与试验

为利用文丘里施肥器实现变量施肥,基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术设计了一种水肥一体化变量施肥装置,它主要由压力变送器、文丘里施肥器、脉冲电磁阀及控制器组成。通过改变PWM的占空比对脉冲电磁阀进行控制以改变文丘里施肥器进出口压力差,从而改变文丘里施肥器的吸肥量。以压力变送器检测管道入口压力,通过试验标定的方法将入口压力转化为相应的流量信息,从而获得施肥量和施肥质量分数。在多个入口压力水平下进行了试验,试验结果表明:电磁阀PWM控制的最佳频率为6 Hz;入口流量与入口压力呈线性正相关关系,决定系数为0.9936;施肥装置的最佳入口压力范围为0.15～0.25 MPa,在此压力范围内改变PWM的占空比对电磁阀进行控制,可实现施肥质量分数在1.25%～9.13%范围内可调。