我国农业应对干旱灾害的技术研究现状及展望

干旱灾害对农业生产的威胁最大,造成农业经济损失较严重。分析了我国农业干旱具有发生频率高、持续时间长、受灾范围广、经济损失大、突发性和季节性较强的特点,从农艺技术、化学调控措施、节水灌溉技术与应急抗旱装备等方面,探讨了目前我国农业应对旱灾的技术研究现状,分析了我国农业生产过程中应对干旱存在的问题,提出今后我国农业应对干旱灾害的研究重点,主要是加强对农作物干旱发生发展规律的研究,大力推广农业节水技术提高作物水分利用效率,加强研发适合区域农业生产特点的应急性抗旱装备,大力开展抗旱预警技术研究与防控预案制定等方面。     

微灌条件下三种过滤器过滤效果试验研究

为了探索砂石、筛网和叠片过滤器对黄河泥沙的过滤效果及其差异性,在不同过滤流量下进行了室内模型试验,并对比分析了过滤后水浊度、颗粒质量浓度、水头损失、瞬时流量等指标。结果表明,砂石过滤器过滤后水浊度和颗粒质量浓度低于筛网和叠片过滤器,且砂石过滤器过滤后水的水浊度和颗粒质量浓度变化曲线较为稳定,筛网和叠片过滤器的浊度滤除比率和颗粒质量浓度滤除比率均低于砂石过滤器。砂石过滤器截留的泥沙粒径分布均匀,而筛网和叠片过滤器截留能力体现在大粒径,因而砂石过滤器更能充分实现过滤功能。砂石过滤器水头损失随时间呈现递增趋势,而筛网和叠片过滤器变化幅度不大,分析认为后者未能充分截留泥沙,判定水头损失小不代表过滤效果好。综合可知,砂石过滤器过滤黄河泥沙效果优于筛网和叠片过滤器。     

浑水质量分数对石英砂滤料过滤性能的影响

为了正确评价泥沙颗粒对微灌系统堵塞的影响,试验配置了4种质量分数分别为0.3‰,0.5‰,0.8‰和1‰的浑水,通过微灌用砂过滤器模型,研究了滤后水的浊度、粒径变化以及泥沙颗粒质量浓度随时间的变化规律.结果表明:浑水质量分数影响滤后水浊度和颗粒质量浓度,浑水质量分数大,则滤后水浊度和颗粒质量浓度高;不同质量分数浑水过滤10 min后,滤后水浊度均逐渐下降,而当浑水质量分数增大到0.8‰时,过滤10 min时滤后水浊度极不稳定,滤层截留较多的粒径大于0.1 mm颗粒,也有2%~3%的大粒径颗粒穿过了滤层.当浑水质量分数小于0.5‰时,滤后水中粒径小于0.1 mm颗粒的质量分数增大较少,粒径大于0.1 mm颗粒的质量分数不到1%.随着浑水质量分数的增大,平均浊度滤除率和颗粒质量浓度减少率均呈负二次曲线变化,当浑水质量分数为0.8‰时,分别达到56.69%和57.61%.大质量分数的浑水具有较大的浊度滤除率和颗粒质量浓度减少率,但易于造成砂滤层的堵塞,降低其过滤效果、缩短过滤时间.     

灌溉和施氮策略对滴灌施肥棉花蕾铃脱落的影响

通过田间小区试验,研究了2种滴灌施氮策略(氮磷钾肥全部滴施、氮肥滴施磷钾肥基施)下3个灌溉定额(3 300、3 900、4 500 m3/hm~2)和4个施氮水平(150、225、300、375 kg/hm~2)对膜下滴灌棉花蕾铃脱落的影响。结果表明,2种施氮策略下,随生育期延长,棉花蕾铃脱落率逐渐增加,花铃盛期达到最高,花铃后期迅速降低。不同灌溉定额下,在中灌溉定额(3 900 m3/hm~2)下蕾铃脱落率最低;不同施氮处理条件下,低氮用量(150 kg/hm~2)时蕾铃脱落率显著增加,施氮量300 kg/hm~2时蕾铃脱落率均较低;灌溉定额和施氮量过低或过高均会造成蕾铃脱落率显著增加。在氮磷钾肥全部滴施的施氮策略下,理论上灌溉定额3 890.46 m3/hm~2、施氮量291.25 kg/hm~2时蕾铃脱落率可降至53.60%;氮肥滴施磷钾肥基施的施氮策略下,理论上灌溉定额3 805.24 m3/hm~2、施氮量288.76 kg/hm~2时蕾铃脱落率可降至49.12%。总体上,氮肥滴施磷钾肥基施施氮策略较氮磷钾肥全部滴施施氮策略具有较低的蕾铃脱落率。     

ZGKQ50-W型抗旱灌溉机与微喷带组合应用性能参数试验

为解决现有机组设备沉重、运行成本不清以及与微喷带组合方式不明确的问题,设计研发了ZGKQ50-W型抗旱灌溉机组,机组选择汽油泵作为动力设备。试验测试了机组首部耗油量及配备4种常用型号微喷带的喷洒均匀系数,计算并验证了与不同微喷带组合后的最大灌溉面积以及灌溉667 m~2土地所需的运行成本。结果表明,机组首部与微喷带组合后的最大运行流量为20 m~3/h,与Ⅰ号微喷带组合后喷洒均匀系数低于70%,与Ⅱ号微喷带的组合方式为2条33 m以2 m的间距并列铺设,组合后的喷洒均匀系数为73.30%,灌溉667 m~2土地运行成本为470.9元;与Ⅲ号微喷带的组合方式为3条83.3 m以3.5 m的间距并列铺设,组合后的喷洒均匀系数为77.06%,灌溉667 m~2土地运行成本为175.2元;与Ⅳ号微喷带的组合方式为3条99.3 m以2 m的间距并列铺设,组合后的喷洒均匀系数为77.40%,灌溉667 m~2土地运行成本为320.0元。综合考虑喷洒均匀系数及运行成本,Ⅲ号微喷带省工省时,适合进行大面积灌溉;Ⅱ号微喷带灌溉区域灵活性强,适合在小型零散地块使用。     

微灌砂石过滤器滤帽水力性能试验及内部流场模拟

微灌用砂石过滤器中,集水滤帽是进行过滤过程集水和反冲洗过程散水的关键部件。为了获得滤帽内部流阻特性,改善砂石过滤器水损较大弊端,该研究对国内市场上常用的梯形集水滤帽进行了室内模型试验,测定了滤帽在不同过滤和反冲洗速度下的压降特性,并采用Fluent(15.0)软件对滤帽过滤和反冲洗过程中的流场分布特征进行了数值模拟,研究了滤帽内外的压降分布规律。结果表明:滤帽压降模拟结果和试验测试结果吻合性较好,相对误差3.54%～6.53%。随着滤速升高,滤帽产生的水头损失较滤层水损增长更为显著,反冲洗过程中的滤帽水损要大于过滤状态;通过对滤帽内部流场分析,滤帽水损主要产生于近滤缝区域和芯柱区域,均是由于过水流道突然缩小导致,在滤层滤速为0.030 m/s时,滤缝和芯柱进口处滤速分别为2.57和4.01m/s。结合以上结果,设计了一种扁平球面滤帽结构,增加了滤缝面积,优化了芯柱结构,缩小了滤帽高宽比,通过数值模拟,表明扁平球面滤帽结构有助于改进过滤和反冲洗效果。研究结果可为滤帽选型和优化改进提供参考。     

干旱区水氮调控对棉花根、冠生长特性及产量的影响

为了探明水分和氮素对棉花生长发育的影响,设置了3个灌溉水量和4个施氮量,研究了棉花生育时期地下(根)和地上部分(冠)的生长特性,揭示了水氮调控对棉花根、冠生长以及产量的影响效应。试验结果表明:不同生育时期,灌溉水量为3 900 m3·hm-2、施氮量为300 kg·hm-2时能提高棉花叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、叶绿素SPAD值和水分利用效率(WUE)。随着施氮量的增加,棉花根系干物质量呈先增加后降低而地上部分干物质量呈逐渐增加的趋势,在不同灌溉水量下,施氮量为300 kg·hm-2时棉花各生育期根系干物质量均达到最大,但棉花根冠比呈逐渐降低的趋势,且随着灌溉水量的增加棉花根冠比也呈降低趋势。水分亏缺(W3 300处理)有利于棉花根冠比的增大,但显著降低了棉花光合参数(Pn、Tr)、叶绿素SPAD值和WUE。在本试验条件下,当灌溉水量为3 900 m3·hm-2、施氮量为300 kg·hm-2时棉花株高适宜(79 cm左右),有效铃数和单铃重较高,较W3 300处理和W4 500处理有效铃数分别增加1.0、0.4个·株-1,单铃重增加0.16、0.09 g,产量提高8.35%、4.62%,衣分增加1.4%、0.7%,棉花适宜的根冠比为0.111。     

设施农业节水灌溉系统用过滤清洗报警器的研制与应用

针对目前设施大棚节水灌溉系统中过滤器易堵塞但不易发现,由此引起的过滤器过滤效果降低,进而引起设备损坏导致系统使用寿命降低等问题,根据过滤器的应用方式及用户使用的方便性和灵活性,研制开发出AL-1型和FAL-2型两种型号的过滤器清洗报警器,具有现场报警、控制房远程报警、手机短信报警三种模式。在实际应用过程中,当过滤器的进出口压差较大需要清洗时,报警器以声、光或声光组合的方式发出信号,及时提醒用户对过滤器进行清洗,保证灌溉系统具有较好的灌溉水质。     

基于颗粒流理论的微灌砂滤层反冲洗过程砂粒速度场模拟

砂颗粒流在石英砂滤层反冲洗流场中的速度分布,对滤层流化状态的稳定性和反冲洗效果起决定性作用。为了对滤层反冲洗过程砂颗粒的速度场进行分析,并确定最佳反冲洗速度,该文以厚度为400 mm,粒径范围为1.0～1.18 mm的石英砂滤层为研究对象,基于颗粒流运动理论,采用Eulerian-Eulerian模型对滤层反冲洗过程砂粒的速度场进行3维动态模拟。为了验证模拟结果的准确性,作者开展了室内模型试验,并将模拟结果与试验结果进行对比,结果显示,滤层膨胀高度的最大模拟误差为9.8%,能够控制在10%以内,说明数值模拟结果是可信的。在此基础上,分析了反冲洗流化倍数为1.3、1.5、1.7和1.9时,滤层高度分别为15、25和35 cm 3个横截面上,在不同的反冲洗时间,砂粒的轴向速度沿横坐标的分布规律。根据砂粒在3个横截面上运动速度的大小和方向,判断砂滤层是否达到完全流化;根据砂粒在3个横截面上运动趋势是否一致,砂粒的上升区是否保持稳定,判断滤层流化状态是否稳定。结果显示,当反冲洗流化倍数不小于1.7时,滤层才能达到稳定的流化状态,从而达到比较理想的反冲洗效果,并得出滤层最佳反冲洗流化倍数为1.7。研究结论为砂过滤器的反冲洗研究提供了理论基础和技术支撑,为反冲洗性能参数的确定提供了参考。     

玻璃球滤料在微灌过滤装置中的应用试验研究

【目的】探索玻璃球滤料在微灌过滤器上的过滤效果。【方法】通过设置不同梯度的初始过滤速度及浑水质量分数,分析了在不同的初始过滤速度和浑水质量分数条件下对过滤出水浊度、过滤出水瞬时流量及玻璃球滤料滤层进出口压降的影响。【结果】在过滤速度为0.015 m/s时,过滤浑水质量分数的提高对其滤后水的浊度影响较大,当过滤速度为0.020、0.025和0.030 m/s时,过滤浑水质量分数的提高对滤后水初始浊度影响较大,对后续过滤出水浊度影响效果不显著。在同一种浑水质量分数条件下,随着初始过滤流速的增大,过滤瞬时流量在一个过滤周期内的减少量依次增大;在同一种初始过滤流速条件下,随着过滤浑水质量分数的增加,过滤瞬时流量在一个过滤周期内的减少量也随之增加。在同一初始过滤流速条件下,滤层进出口压降随着过滤浑水质量分数的增大而增大。【结论】玻璃球滤料对于杂质颗粒的过滤在过滤初期第一阶段以拦截为主,随着过滤的进行浑水的过滤出水浊度、过滤出水瞬时流量、进出口压差趋于稳定,此时过滤进入第二阶段,对于浑水中杂质颗粒的过滤以拦截及填充在滤料之间的杂质颗粒的吸附作用为主。