越冬期日光温室灌溉水升温与管理技术研究

以黄土高原离石区设施蔬菜示范基地日光温室群的越冬期跟踪监测数据为依据,分析了越冬期温室地温以及灌溉水进棚温度的变化特性,研究了越冬期内灌溉水需升温期、无需升温期的划分和需升温期内灌溉水最低可灌温度。借助CFD模型,计算了越冬期各时期灌溉水升温所需的时间,并且以此为基础提出日光温室升温灌溉管理技术。结果表明:(1)河流地面灌溉水无需升温可直接灌溉,时期为11月整月,需升温的时期为12月中旬到次年3月中旬,其余时间段全天部分时间可直接灌溉。(2)需升温期间,可灌溉的最低温度为7.5~10.8℃。(3)需升温期间,灌溉水升温所需的时间变化为5~51 h。以此为基础,提出了包括灌溉制度、灌溉水需升温期的划分、最低灌溉水温、升温时间以及灌溉时间内的升温灌溉管理技术。研究结果可为季节性冻土区越冬期温室大棚的灌溉水温管理提供具有实际意义的技术支撑,可丰富灌溉理论与技术。     

日光温室供水系统灌溉水水温变化特性的研究

为了研究越冬期日光温室供水系统中灌溉水水温的变化特性,以黄土高原离石区设施蔬菜示范基地日光温室群的越冬期跟踪监测数据为依据,研究了灌溉水从水源地到日光温室入水口处的水温变化特性。结果表明:(1)从河流到潜水井,温度升高;从潜水井到蓄水池,水温大于管道埋深处地温时,水温降低,水温小于管道埋深处地温时,水温升高;从蓄水池到日光温室,水温降低,整个越冬期内日光温室进水口温度在5.2~8.2℃之间。(2)根据越冬期日光温室灌溉水水温的时空变化规律,提出了包括设计、建材、建造等方面的灌溉水升温保温措施。研究结果可为北方高寒地区越冬期温室大棚的灌溉水温管理提供具有实际意义的技术支撑,对丰富灌溉理论与技术具有一定的科学价值。     

季节性冻土区越冬期河流地表水温度变化特性研究

为了探求越冬期间日光温室地表灌溉水温度的调控措施,以小东川河地表水为研究对象,借助传热学的方法,分析了越冬期间河流地表水温度的变化特性及其成因。结果表明:在水面非结冰期和结冰期,水温的变化趋势与气温的变化趋势一致,河流地表水温度都具有随气温呈余弦的日变化规律;在水面结冰期河流地表水温度基本处于相对稳定(-3.6℃左右)状态,而且水温持续高于气温;河床砂卵石介质对河流地表水的热量补给作用、河流表面冰盖及薄层空气的隔热作用和不同介质比热的差异是河流地表水水温变化特性产生的关键原因;河流地表水水温与气温具有较明显的线性相关关系,相关系数在0.9以上。研究结果可为越冬期日光温室灌溉水温的调控提供基础参数和依据。     

越冬期浅层潜水井水温问题研究

针对中国北方地区越冬期高海拔低温区温室大棚设施种植利用河流地表水进行灌溉这一客观现实,实施了越冬期实地河流地表水、潜水井水温跟踪监测,分析了越冬期气温﹑河流地表水温﹑集水井水温间的数量关系。结果表明:气温与河流地表水温具有同步性,河流地表水表层冰盖形成后,地表水温在冰盖的保护下趋于相对稳定;地表河水在通过河槽沙砾石层渗流进入潜水井的过程中,由于地热的热传导,潜水井水温在越冬期间可保持相对稳定;渗流场地温是影响潜水井水温的主要因素,气温对潜水井井水温的影响很微弱;潜水井井口加盖和加深井深可以有效地增加热量的补给和减少热量的散失,提高潜水井水温。研究成果可为低温区蔬菜大棚的越冬期灌溉提供一定的技术支撑。     

低温区温室大棚滴灌系统设计的若干问题

基于低温区大棚滴灌系统设计、建设和管理的实践和研究,在揭示建设中所遇到的供水水源工程建设、灌溉水升温和灌溉水质保障等问题的基础上,研究提出了可行的解决方案。研究结果表明:敞口地下长方形升温水池升温快、成本低,风险小,应作为大棚升温设施的首选;采用更换棚顶保温材料、设置升温池封堵筛网和沉沙坑等综合措施保障滴灌系统的正常运行;温室大棚滴灌毛管布设间距取40cm更为适宜;温室大棚滴灌供水系统很有必要安装补水自动化控制系统和适当加大供水管网埋深。研究结果可为低温区温室大棚滴灌系统的设计、管理提供参考和技术支撑。     

日光温室芹菜适宜灌溉指标研究

研究了不同灌水控制下限条件下日光温室芹菜的外观形态,地上部分干物质积累,耗水规律,灌溉指标以及产量与耗水量的关系。根据芹菜的生理特性及耗水特性确定其适宜的土壤水分控制下限为T70(占田间持水率的70%),在T70条件下的芹菜植株生长健壮,地上部分干物质积累及产量最大,水分利用效率和灌溉水利用效率最高。此指标作为灌溉水分控制下限,利于温室栽培芹菜的发育,地上部分干物质积累,水分利用效率和灌溉水利用效率的提高。     

不同地下水埋深对冬小麦需水量的影响

采用排水式蒸渗仪试验,研究了不同地下水埋深时,冬小麦需水量和地下水利用量的变化规律。结果表明,冬小麦生育期内地下水控制在1.0~1.5 m以下,对减少冬小麦需水量最为有益;随着地下水埋深增加,地下水利用量和地下水利用系数显著减小;不同地下水埋深条件下冬小麦生育阶段日需水量变化规律表现基本一致,即越冬前较大,在越冬期最小,抽穗灌浆期达到最大,然后又减少。研究结果可为冬小麦节水灌溉制度的制定和高效灌溉管理提供参考。     

秸秆复合管地下灌溉对冬小麦生长与水分利用效率的影响

为了推进秸秆复合管地下灌溉技术的应用,以冬小麦为供试作物,通过田间试验,研究了秸秆复合管地下灌溉对冬小麦生长及水分利用效率的影响。结果表明,与无灌溉对照相比,秸秆复合管地下灌溉、地表滴灌和地下滴灌对冬小麦的生长与产量的提升均有促进作用,其中秸秆复合管地下灌溉的提升效果最显著。与地表滴灌相比,秸秆复合管地下灌溉显著提升了冬小麦起身期至抽穗期的株高、开花期之后的叶面积指数及地上干物质量,冬小麦穗长和穗粒数分别增加了5.84%和9.23%,产量提升了15.55%,水分利用效率与灌溉水利用效率分别提高了21.88%与15.55%,净收益提高了77.95%。与地下滴灌相比,秸秆复合管地下灌溉提高了冬小麦返青期后的株高、叶面积指数与开花期后的地上干物质量,冬小麦穗长和穗粒数分别增加了5.15%和9.8%,产量提高了5.11%,水分利用效率与灌溉水利用效率分别提高了8.81%与5.11%,净收益提升了23.53%。秸秆复合管地下灌溉有助于促进拔节期以后冬小麦生长,提高冬小麦的产量与水分利用效率,经济效益较高,在补充灌溉区对大田密植作物具有较好的推广应用前景。     

三江平原井灌水稻井水增温技术试验研究

针对三江平原地区井灌水稻冷水害问题,通过试验重点研究了晒水池、渠道增温,快灌、少灌等增温技术。结果表明,通过晒水池、渠道晒水增温,使4～5℃的井水升温至13～15℃,基本达到水稻生长对灌溉水温的最低要求,保证了井灌水稻的单产、米质不低,效益不降。建立了晒水池、渠道水温与其流程(L)、流速(V)、气温(T)间的经验公式,得出气温越高,流程越长,水温越高;流速越快,晒水时间短,水温越低。通过实验证明又快又少的灌水方法增温效果明显,经过2h的晒水,池内平均水温可以达到20℃以上,平均每小时增温7～8℃,对水稻的产量影响较小,有效的克服了水口处贪青晚熟的现象,节省土地和资金,不但可以减轻池、渠增温的负担,甚至可以代替池、渠增温。     

日光温室水肥温气综合利用系统设计

新疆冬季寒冷,作物生长、灌溉、沼气的产生都需要加温,本文研究利用热风炉提供热量对温室环境、灌溉水及沼气池加温新方法,并在实际工程上运行试验。结果表明:热风炉1h燃烧煤炭10kg,可以将7℃~8℃的水100L加热到45℃,热风炉持续燃烧可以将温水灌溉池内的水温增加到40℃左右。用温水灌溉池内的温水加温保温方法能够使沼气发酵池的发酵温度保持在(35±2)℃范围内,池容产气率保持在0.8m3/(m3·d)左右。系统运行期间,热风炉热效率保持在70%左右,沼气辅助加温可以节约煤炭2.5kg/d,沼渣沼液在粉碎发酵后通过加压管道直接施入土壤中,为土壤提供有机肥料。因此,日光温室水肥温气综合利用系统是一种废弃物循环利用、节能环保的设施农业综合利用技术及系统集成,具有开发应用潜力及推广应用前景。     

微喷灌与陶瓷渗灌互补装置设计与试验

针对农果复合种植中农作物和果树的根系深度、灌溉时间和灌水量等指标存在明显差异,采用传统单一灌溉方式难以同时兼顾果树深根和套种作物浅根的灌溉问题,以实现深浅根高效灌溉为目标,开发一种基于水压控制的微喷灌与陶瓷渗灌互补装置。在对装置进行整体结构设计的基础上,重点对3个核心部件：渗灌压力转换器、微喷压力转换器和伸缩装置进行优化配置。对渗灌压力转换器开展二因素六水平全试验优化设计,优选出渗灌压力转换器中弹性膜片的硬度（70HA）和厚度（1.5mm）,该条件下,可使地下灌溉的工作压力范围为0.015~0.055MPa,流量10L/h,流态指数为0.004。在对微喷压力转换器进行结构设计的基础上,确定弹簧劲度系数为1.500N/m,可保证微喷头在低压下(小于0.066MPa)不喷水,理论推导出伸缩装置的临界伸长压力为0.066MPa,与试验结果（当水压达到0.066MPa时,伸缩装置开始伸长,0.15MPa时伸缩装置升至最高点,微喷头开始稳定工作）相符。制作出微喷灌与陶瓷渗灌互补装置实物模型,参照国家标准进行性能测试,并将模型应用在日光温室,结果表明：本装置以水压0.066MPa为界,低压渗灌灌溉果树深根,高压微喷灌灌溉套种作物浅根系,互补灌溉功能良好,土壤剖面含水率实测值满足设计预期。该研究可为农果复合林深、浅根的高效灌溉提供有效解决方案。     

扬黄灌区不同覆膜滴灌方式对玉米生长及产量的影响

针对西北扬黄灌区干旱缺水、蒸发强烈以及灌溉水利用效率低下的瓶颈问题,在宁夏同心县开展不同覆膜方式下的浅埋式滴灌玉米种植对比试验。通过设置膜内浅埋式滴灌(UF)、膜侧浅埋式滴灌(FS)、无膜浅埋式滴灌(NF)、无膜地表滴灌(CK)4种对比处理种植双行靠地膜玉米。试验表明:覆膜处理平均温度比无膜处理提高2.4℃,日间气温差距最明显时段出现在14∶00-16∶00,最大温差为2.7℃;温度对苗期影响最为显著,UF的出苗时间比FS提前1 d,比NF和CK提前3 d;植株成熟期叶面积指数UF、FS、NF相比CK分别增加了18.9%、14.4%、4%;地上部分干物质积累量UF、FS、NF分别比CK增加了9.7%、6.8%、4.2%;各处理实际产量UF、FS、NF比CK分别高出12.9%、8.2%、2.6%。     

微润灌对冬小麦生长和水分利用效率的影响

【目的】探明微润灌对大田密植型作物生长与灌溉水利用效率的影响。【方法】以冬小麦为研究对象,采用大田完全随机试验,通过微润灌与滴灌(地下滴灌、地表滴灌)、无灌溉对比,研究了微润灌对冬小麦生长、旗叶特性、产量及水分利用效率的影响。【结果】微润灌冬小麦株高、干物质质量、群体增长率、旗叶特性、产量、作物水分利用效率及灌溉水分利用效率均高于未灌溉处理,与滴灌对冬小麦生长的影响具有相似性,在灌溉大田密植型作物冬小麦方面具有较强的适用性。与滴灌相比,微润灌节水效果显著,灌水量约为滴灌的3/4,微润灌可延长冬小麦生育期约5 d,也可提高冬小麦株高、干物质量、群体增长率、旗叶特性、产量、作物水分利用效率及灌溉水分利用效率。【结论】为确保冬小麦生长指标及产量达最优,建议实践应用中,在作物关键需水期(抽雄期、灌浆成熟期)应适当增大微润灌工作压力。     

不同地下水埋深时甜椒需水量及作物系数试验研究

采用排水式蒸渗仪试验,研究了不同地下水埋深时,甜椒需水量和地下水利用量的变化规律及与外界环境因子的关系。分析和模拟了甜椒作物系数,并与FAO-56推荐作物系数值进行了比较。结果表明,地下水埋深为0.6~0.9m时,地下水与降雨利用量占需水量的40%~50%,灌溉量较低。地下水埋深较浅时,需水量与地下水利用量与蒸发量、气温和地温具有显著的线性关系。地下水埋深较深时,需水量主要受降雨的影响,与环境因子的相关性较小;地下水利用量与蒸发量、气温、地温及饱和水气压差仍具有显著的线性关系。甜椒全生育期作物系数为1.35,与移栽后旬数、地温和需水系数分别表现出3次、2次和3次多项式的关系。生长中期和后期,作物系数分别为1.25和1.25~1.1,高于FAO-56推荐值。研究结果为蔬菜类作物节水灌溉制度的制定和高效灌溉管理提供参考。     

地下水埋深对春玉米需水量及需水系数的影响

采用排水式蒸渗仪试验,研究了不同地下水埋深时,春玉米需水量和地下水利用量的变化规律,对春玉米需水系数进行了计算。结果表明,在全生育期内,春玉米需水量最大值出现在地下水埋深为0.5 m时,1.0 m时最小;地下水埋深对春玉米需水量的阶段分配没有太大影响,不同地下水埋深处理的规律基本一致,即拔节到抽穗期最小,灌浆到收获期最大;不同地下水埋深的春玉米日需水量变化规律也基本一致,即前期较小,生长盛期达到最大;春玉米需水系数在播种-拔节期最小,在抽穗-灌浆期最大。研究结果可为春玉米节水灌溉制度的制定和高效灌溉管理提供参考。     

升钟水库和灌渠水温观测分析及分层取水效果研究

【目的】水库升温期泄放低温水灌溉是大中型水利工程普遍面临的环境问题,探讨西南山区大型水库和灌渠热状况的时空演变规律以及水库分层取水措施对下泄低温水的改善效果。【方法】2012年5月对升钟水库库区和灌渠水温进行现场观测并分析了其变化机理。【结果】库表水温达到23.3℃,表层温跃层厚15 m,温度梯度达到0.93℃/m,距库表15 m深以下均维持9.3~9.8℃的低温;库区水体流动弱,主库及支库同高程水温基本相同;采用分层取水措施后,渠首取水水温为18.0℃,较暗渠对应高范围内程平均水温高8.0℃;干渠沿程增温幅度为0.8℃/100 km,支渠、斗渠的增温效率大于干渠。【结论】升钟水库调节性能强,受气象条件影响,库区水温分层明显,分层取水效果显著,单宽流量是渠系沿程增温率的主要影响因素,同时支渠和斗渠的增温效果不可忽略。     

水库低温水灌溉对小麦生长的影响

水电建设生态影响日益受到社会的广泛关注,尤其是水库低温水的影响更是成为水电工程环境影响评价的必要组成部分。以春小麦为对象,选择两块毗邻实验田进行不同水源的灌溉实验,两种水源的灌溉水源水量和水质基本相同;研究了灌溉水温对土壤温度及其春小麦生长发育的影响。结果表明,温度差为6～8℃的水源对0～20cm深地温影响差异小于1℃;且小麦在单位面积产量、生育期、群体动态、考种基本性状等方面均未产生明显差异。从土壤温度特性和作物生育期温度需求两个方面对上述结果作了细致的机理分析,认为：（1）气象条件在控制地温方面是主导因素;（2）低温水对作小麦营养期生长影响微弱。     

水稻覆膜灌溉对生态环境的影响研究

通过大田试验,与浅湿灌溉(CK1)和浅水灌溉(CK2)相比较研究了覆膜灌溉对水稻生态环境的影响。结果表明,覆膜灌溉条件下稻田空气相对湿度低于CK1和CK2,气温和地温高于CK1和CK2,其中地温的增温幅度在返青期最大,随着水稻叶面积的增加逐渐减少,在所观测的深度范围内(15cm)随着土层深度的增加而增大。覆膜灌溉较CK1、CK2生育进程加快,生育期提前和缩短。抽穗开花期水稻的抵抗力差,若遇低温高湿情况易感染稻瘟病,由于覆膜区水稻抽穗早避免了低温天气,加上覆膜还可以提高空气温度、降低空气湿度,使覆膜区水稻的受病害程度明显降低。覆膜水稻的生长量大(分蘖数、每穗总粒数和千粒重高),其无效分蘖数也较高,因此,建议覆膜水稻要适当稀植以增加成穗率,同时降低成本。覆膜水稻产量较CK1高2.6%,较CK2高5.7%;经济效益较CK1高1.1%,较CK2高6.2%;灌溉水生产率为1.56kg/m3,比CK1高38%,比CK2高95%。     

间接地下滴灌灌溉深度对枣树根系和水分的影响

为探讨间接地下滴灌及导水装置埋深(灌溉深度)对南疆极端干旱区矮化密植红枣根系生长分布特征及产量、水分利用率的影响,试验设间接地下滴灌(ISDI)3个导水装置埋深水平,分别为20、27、35 cm,以地表滴灌(DI)为对照,共4个处理,经过2~4 a的田间试验后,采用环状壕沟分层挖掘法对以枣树树干为中心,半径为1 m的90°扇形区域内0~100 cm土层进行根系取样。结果表明,相对于DI,ISDI下各根系分布较均匀,生长方向基本向下延伸;ISDI显著增加了根径小于5 mm根系根长密度,细根(根径小于2 mm)是DI的3倍,但减少了根径大于5 mm根系根长密度,相对增加了20~40 cm土层根系根长占总根长的比率;垂直方向上随着灌溉深度的增加表层根系根长密度相对减少,深层相对增加;水平方向上各处理根系根长密度基本呈现随着与树干水平距离的增加而减小的趋势,但在0~20 cm土层减小的幅度较大,在20~40 cm土层其减小的幅度较小;随着灌溉技术由DI到ISDI及灌溉深度的增加,细根分布基本呈现出由"宽浅型"向"深根型"发展的趋势。相对DI,ISDI具有较好的节水增产效果,提高产量及灌溉水生产率最大达20%。建议幼龄期南疆密植枣树的导水装置埋深为27~35 cm。研究为极端干旱区枣树适宜灌溉技术的选择及其技术要素的制定提供依据。     

不同措施对户用沼气池内温度及产气量的影响

如何提高北方农村户用沼气池冬季产气量,是当前中国北方沼气技术人员及沼气池用户面临的主要问题,在山东省章丘市建设了18口10 m3的地下式户用沼气池,研究采取不同保温升温措施对户用沼气池池内料液温度及沼气产量的影响。结果表明,在山东地区,冬季平均气温0℃左右(最低达到-11.2℃,而最高为11.8℃,)且气温变化幅度比较大的情况下,户用沼气池采用池体深埋、秸秆保温、保温材料、加盖暖棚和太阳能等技术对沼气池温度影响比较大,池温分别高于对照池3.7℃,4.3℃,4.9℃,5.4℃和5.5℃,日均产气量分别提高0.19 m3,0.24 m3,0.32 m3,0.40 m3和0.41 m3。产气量与外界气温和沼气池低温呈显著正相关系(P0.01),因此,冬季沼气池的最低温度是决定产气量的主要因素。为了提高冬季产气量,应该从提高沼气池低温这个参数入手进行调整。