液施肥不同畦灌方式对土壤水氮分布及夏玉米生长性状影响

为探究肥料液施条件下波涌畦灌和常规畦灌2种不同畦灌方式的土壤水氮分布及对夏玉米的生长、产量的影响,展开了大田试验,分析水氮空间分布的变异性、水氮储存效率和灌水施肥效率,对夏玉米进行考种及干物质积累的测定。灌后3天,波涌畦灌和常规畦灌在0～60 cm土层内含水率较灌前增加了44.38%、44.77%,硝态氮含量增加了4.94、3.13 mg/kg,波涌畦灌灌水效率为36.01%,较常规畦灌低26.51%,波涌畦灌施肥效率为25.67%,较常规畦灌高57.87%。波涌畦灌考种指标及干物质积累量高于常规畦灌,各项指标较常规畦灌高0.94%～9.31%,产量提升0.75%。由于波涌畦灌灌水量高,导致其灌水效率降低,但施肥效率有所提高,波涌畦灌水氮空间分布优于常规畦灌,更有利于夏玉米生长发育。     

豫北冬小麦、夏玉米多年需灌水次数及典型 生育期需灌水分析

研究气候变化情景下豫北地区农业需灌水次数的变化情况,可为当地灌溉以及保证农业可持续发展提供参考。本文分析处理近63 a(1951—2013年)气象数据和新乡七里营站点土壤数据,结合作物生长参数,利用降水、灌溉、作物蒸散发与土壤水分之间变化关系,建立干旱灌水指数模型。此模型中干旱灌水指数(DII)分布在[-1,1]之间,小于0时即干旱需灌水。在现有冬小麦-夏玉米种植制度下,利用干旱灌水指数模型计算多年需干旱灌水指数,并进一步得到灌水次数。选择冬小麦生长季分别为湿润(1985—1986年)、正常(2004—2005年)、干旱(1983—1984年)的3个典型实际代表年度,夏玉米生长季分别为湿润(2003年)、正常(1993年)、干旱(2009年)的3个典型实际代表年,计算了不同代表年冬小麦、夏玉米作物需水情况。进一步计算得到了冬小麦、夏玉米在典型湿润、正常、干旱3个不同代表年的干旱灌水指数,并进行了有无灌水的干旱情况分析。结果表明:近63 a冬小麦-夏玉米系统每年需灌水2~7次不等,平均需灌水5.1次。冬小麦和夏玉米湿润、正常、干旱3个代表年蒸散发量(ETC)分别为489.4 mm、551.4 mm、481.7 mm和466.1 mm、477.8 mm、529.3 mm。在无灌水条件下典型代表年内,冬小麦、夏玉米都会遭遇不同程度干旱,典型湿润、正常、干旱代表年冬小麦分别灌水2次、3次、4次,夏玉米分别需灌水1次、2次、3次后,基本可以消除干旱对其正常生长影响。综上,通过干旱灌水指数来量化需灌溉次数是可行的。气候变化情景下,近10年(2003—2013年)需灌水频次变化大,年际间干旱事件频发,更好的科学灌溉管理可减少干旱对作物的影响。     

低压滴灌条件下均匀度各指标相关关系试验研究

测试了4种滴灌带在30、60、90、120 m不同铺设长度时的滴头流量,分析了低压条件下的滴灌带不同均匀度计算指标的影响因素和变化规律,以及不同计算指标间的相关关系。结果表明,克里斯琴森均匀系数CU、变异系数Cv、分布均匀系数DU均随压力和铺设长度变化而变化,但压力对其变化影响不显著,铺设长度与CU、DU负相关,与变异系数Cv正相关;低压与常压下3个不同指标之间相关关系变化不显著,不同指标之间可用统一的线性相关关系描述,决定系数R~2达到了0.96以上。     

基于土壤吸力的主动式土壤水分平稳供应装置

【目的】测试新研发的作物主动式土壤水分平稳供应装置性能。【方法】设置了不同控压水平的土槽试验,测定和分析了该装置的控制负压能力和土壤湿润锋运移特性。【结果】(1)该装置可通过调整负压控制装置的数量和控压粗管内水柱高度将土壤负压控制在目标值附近,在-15 k Pa以内的控制压力下,负压变幅极小。(2)该装置供水条件下,土壤水分的横向运移要强于垂向运移,但土壤湿润范围随负压控制装置数量的增多而减小;土壤湿润锋横向推进距离与灌水历时呈很好的幂函数关系,且随着负压控制装置数量的增多,土壤水分横向运移速度变慢。【结论】该装置可以实现对水分的连续自动获取,有望用于作物灌溉之中。     

基于PLC的微灌变频控制系统的设计与应用

我国田间节水灌溉自动化技术相对落后,为增加节水节能效率,针对农业灌溉过程中,灌溉系统、灌溉方案的选择缺乏灵活性,缺乏友好的人机交互界面,操作复杂等情况,研究并设计了基于PLC技术的微灌变频控制系统。该控制系统通过电动机变频调速的方法,调节水泵运行工况,从而保证微灌系统在设定压力下稳定运行,并通过触摸屏实时显示、监测和控制系统运行的各工况参数,提高了作物灌溉方案选择的灵活性。田间试验表明,该系统人机界面良好,能够较好地满足微灌系统不同压力的需要,并可以灵活设定和选择灌溉方案,达到节水灌溉的目的。同时由于电机的变频控制具有较好的节能作用,与传统恒压灌溉的方式比,进一步降低了能源的浪费。     

低压地下与地表滴灌滴灌带水力性能对比试验

为研究低压条件下地下毛管的水力性能与灌水均匀度的变化规律,以新疆大田地下滴灌系统作为研究对象,支管入口压力在1.4~6.55 m之间,在支管的首部、中部和尾部分别对地下和地表毛管进行测试,比较流量、工作压力和总水头损失等参数间的关系。结果表明:1)可以通过压力与流量判断毛管工作是否正常。2)地下毛管在土壤基质势驱动滴头出流时,大于地表毛管流量,相对地表毛管流量增加0.12~0.9,并且增加比例随压力降低而增大。3)90%的正常地下毛管的工作压力要小于地表毛管,压力折减系数在(-10%,0)的概率是70%。4)用总水头损失、勃拉休斯公式及多口系数推求毛管考虑局部水头损失的加大系数,地表毛管平均值在1.32~5.94之间,地下毛管平均值在1.37~2.18之间,二者均随压力降低而增大;土壤基质势作用使地下毛管流量增大,导致地下毛管的加大系数比地表毛管小。5)地表管网的灌水均匀度随压力降低而降低;土壤基质势的作用提高了地下管网的均匀度,压力偏差率比地表管网低0.62%~3.44%,流量偏差率比地表管网低8.15%~22.4%。该研究可为低压地下滴灌系统的设计与管理提供科学依据。     

下衬阻水板宽度对地下滴灌土壤水分运移的影响

【目的】提高深埋地下滴灌在作物生长初期的水分供应能力,降低其深层渗漏风险。【方法】设置无阻水板、下衬7.8 cm阻水板及9.4 cm阻水板的点源地下滴灌土槽试验,测定下衬阻水板宽度对地下滴灌土壤湿润锋运移和土壤水分分布的影响程度。【结果】下衬阻水板不影响地下滴灌土壤湿润锋形状,仍近似于扁椭圆形,但改变了地下滴灌土壤湿润模式;下衬阻水板对地下滴灌土壤水分水平方向运移距离影响不大,但明显增加了土壤水分垂直向上运移距离,减小了土壤水分垂直向下运移距离,使得地下滴灌土壤湿润体整体向上层迁移,阻水板越宽,土壤湿润体向上层迁移的越明显。下衬阻水板可以调整土壤湿润体内的土壤水分分布,随着下衬阻水板宽度的增大,浅层(0~10 cm土层)土壤含水率增大,而深层(50~60 cm土层)土壤含水率减小。【结论】下衬阻水板可以促进地下滴灌土壤湿润体及水分向上层土壤集中,有利于保障作物生长初期的水分供应。     

波涌灌溉土壤水氮分布的田间试验研究

采用小区试验研究了不同施肥方式下连续畦灌和波涌畦灌的土壤水氮空间分布状况及变化趋势,分析了灌水施肥后不同土层内土壤水氮分布的均匀性。结果表明,灌水后波涌灌较连续灌土壤水分分布均匀,尤其是表层土壤;灌溉施肥处理下土壤中硝态氮分布的均匀性明显大于撒施处理,波涌灌灌施结合效果更佳。     

抗旱用轻型滴灌系统的投资与效益分析

【目的】解决常规固定式滴灌溉系统的单位投资成本相对较高、配套设备的重复利用率偏低、维护管理不便等实际问题。【方法】采用定型化设计、标准化配套和通用化操作的结构设计,研制了具有设备集成度高、成本投资少、功能实用、操作简单、易于推广应用等特点的抗旱用轻型滴灌系统。根据轻型滴灌系统的组成和应用特点,结合农业生产实际需求,研究和优化了系统的总体结构,并进行了成套系统的直接投资、间接投资和年运行费、折旧费等计算,比较分析系统应用后的节本、减灾、增收等效益,并运用投资静态评价指标的计算方法,分析了抗旱用轻型滴灌系统的投资回收年限和益本比。【结果】轻型滴灌系统的最大控制灌溉面积为0.67 hm~2,总投资1 730元/套,年均运行总费用537.50元/hm~2,比常规固定式滴灌系统节约成本45.3%,促进作物产量提高8%~13%,用户整体经济效益提高约25%~30%,投资回收年限为0.71 a,益本比高达1.40。【结论】从经济上充分说明轻型滴灌系统投资合理,能够满足普通农户的实际接受能力,并具有较好的经济效益。     

基于DSSAT模拟的不同水分利用效率指标区域评价差异研究

为研究不同水分利用效率评价指标在区域评价方面的差异、相关关系和适用性,利用DSSAT-CERESWheat模型模拟得到不同定义下的农田总供水分利用效率(WUEg)、广义水分利用效率(WUEu)、作物水分生产率(WP)和灌溉水利用效率(WUEi)及真实灌溉水利用效率(WUEti)5个常用评价指标,分析得出:1 WUEu与WUEg站点间、年际间及区域水平评价结果均一致,推荐使用WUEg;2WUEi不能表征真实的灌溉水利用效率,但黄淮海区域水平WUEi表征结果实则接近总水分利用效率;3WUEti站点和区域水平均难以计算不方便使用;4站点水平各指标相关关系不同,但区域水平各指标间均呈良好的正相关性。站点和区域水平不同指标评价结果均有差异;站点水平WP评价结果最稳定,区域水平WUEg评价结果最稳定。