圆形喷灌机施肥灌溉均匀性及蒸发漂移损失

为了评估圆形喷灌机施肥灌溉均匀性和蒸发漂移损失量,通过测试圆形喷灌机入机压力为0.15 MPa时,与喷灌机连接的计量隔膜泵吸肥流量与工作比例间的关系.分析了计量隔膜泵吸肥性能,并通过田间试验测试圆形喷灌机水力性能,评估了不同肥料类型和肥液浓度的施肥灌溉均匀系数及蒸发漂移损失量.结果表明:计量隔膜泵吸肥流量实测值和理论值的标准均方根误差为8.9%,且流量控制精度在工作比例为60%~100%时(相对误差|RE|≤5.6%)远高于工作比例为20%~40%时(|RE|≥13.3%).圆形喷灌机行走速度百分数为100%时,径向肥液水深与施肥量的修正赫尔曼-海因均匀系数基本相等,其变化分别为80%~85%和78%~86%,均小于径向肥液浓度的均匀系数96%~99%.不同肥料类型和肥液浓度处理间灌水、肥液浓度均匀系数差异不具有统计学意义.当风速小于2 m/s时,利用圆形喷灌机进行施肥灌溉产生的蒸发漂移损失量占灌水量的比例为1.5%~10.1%.     

滴灌均匀性对土壤水分传感器埋设位置的影响

合理选择土壤水分传感器埋设位置以减少监测点密度和成本,是基于无线传感器网络制定灌溉处方图亟待解决的一个关键问题。该研究基于土壤含水率时间稳定性原理,将直接代表平均土壤含水率的点位用于土壤水分传感器布设位置点的选取,在水平方向分布均匀,垂直剖面土壤颗粒组成变异程度随土层深度增加的粉壤土田块内分析了低、中、高灌水均匀系数(分别为0.6、0.8和0.97)对春玉米主要根系层土壤含水率空间分布均匀性和时间稳定性的影响。结果表明,春玉米生育期内,随灌水均匀系数降低,土壤含水率空间分布均匀度降低,但低、中、高灌水均匀系数处理的土壤含水率均匀系数均大于0.81;低、中、高灌水均匀系数处理的平均Spearman秩相关系数均达到了显著水平(P0.05),但土壤含水率空间分布结构相似性随灌水均匀度的增加而减小;对高灌水均匀系数处理,0~0.2、0.2~0.4、0.4~0.6、0.6~0.8 m土层直接代表平均土壤含水率的测点比例分别为83%、78%、53%和86%。随灌水均匀系数降低,各土层直接代表平均土壤含水率的测点数量减少,说明土壤水分传感器随机布设引起的测量误差将随滴灌灌水均匀度的减小而增大。     

滴灌水热调控对土壤温度及白菜生长和产量的影响

在日光温室内开展白菜滴灌试验,研究不同土壤温度调节方式和施氮量对土壤温度、白菜生长、氮素吸收和产量的影响。土壤温度调节方式设灌溉水加温、覆膜、覆膜后灌溉水加温和无调节4个水平,施氮量设置0、135和270kg/hm2 3个水平。结果表明:灌溉水加温能使灌水过程的土壤温度明显增加,且气温越低,增温效果越明显,在苗期、莲座期和结球期的灌水过程中增温幅度最大分别达到3.9、4.8和7.0℃,但在灌后土壤温度下降较快,对生育期内积温的提高效果有限。覆膜的保温作用在气温较高的生育前期和深层土壤中更为明显。将覆膜与灌溉水加温相结合可以取得很好的增温效果,在10、20和30cm土壤中整个生育期内的积温比无调节措施处理分别增加136、128和120℃。土壤温度调节措施对白菜株高和球形指数均无显著影响。覆膜和覆膜后灌溉水加温都能使生育前期的干物质累积量显著增加,施氮量较高时,土壤温度调节措施的影响也更加明显。不同的土壤温度调节措施都会带来白菜产量的显著增加,灌溉水加温、覆膜以及覆膜条件下灌溉水加温处理的产量分别比无调节处理增产3.9%、10.6%和11.1%。在秋冬白菜生产中,采用覆膜与灌溉水加温处理相结合的土壤温度的调节方式可以起到有效的增温和增产作用。     

喷头安装高度对圆形喷灌机灌水质量的影响

根据作物高度适时调整喷头安装高度,是保证圆形喷灌机灌水均匀度和喷灌效率的重要措施之一。该研究通过引入自主研发的喷头安装高度调节装置,以安装D3000低压折射式非旋转喷头的圆形喷灌机为研究对象,研究了不同喷灌机出流量(8.8、16.7、24.2 m3/h)情况下喷灌机水力性能的稳定性,测试了喷灌机3种出流量在喷头安装高度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.6 m)改变时的灌水均匀系数和灌水深度。结果表明,在喷头标准安装高度(1.5 m)下,圆形喷灌机水力性能稳定,喷灌机3种出流量的灌水深度沿径向均呈锯齿形波动,灌水均匀系数为82.5%~84.0%。喷头安装高度小于标准高度时,灌水深度沿径向的分布出现了较大波动,0.5 m时波动最剧烈,灌水均匀系数最大降低23.9%。喷头安装高度大于标准高度时,灌水深度沿径向的分布更为均匀,灌水均匀系数与标准高度的均匀系数无显著差异。与标准高度时的灌水深度测量值相比,喷头安装高度调节后的测量水深相对误差在10%以内。为保证喷灌均匀性和灌水深度,建议作物高度大于1.5 m时,可根据作物高度适时升高喷头安装高度。     

喷灌技术在干旱风沙区的应用研究

喷灌在灌溉技术中具有独特的优势而得到广泛的应用,但因其受风的影响大、蒸发损失多,在风沙区的应用受到了极大的制约。通过对风沙区蒸发和风速分布规律的分析以及风沙区喷灌灌溉试验和喷灌在大田中应用的案例调查,给出了喷灌灌溉水利用效率与风速之间的关系,指出只要很好的利用风沙区蒸发和风速分布规律,避开高蒸发时段和高风速时区,在风沙区进行喷灌仍可获得较高的灌溉水利用效率和灌水均匀度,喷灌在风沙区仍有广阔的应用是前景。     

喷嘴形状对喷洒水滴动能的影响

对特定的土壤来说，喷洒水滴动能是优选喷头型式时需要考虑的重要因素。利用面粉法测得的圆形和方形喷嘴的水滴分布资料，用水滴运动方程确定水滴落地时的速度，计算了单位质量水滴沿径向不同位置处的动能和总动能。在相同压力下，方形喷嘴形成的水滴所具有的动能小于同流量的圆形喷嘴；在满足一定的水滴总动能要求时，方形喷嘴可在比圆形喷嘴低９８ｋＰａ的压力下工作，从而达到节能的目的。通过分析得出了可用于由中数直径估算中压喷头的水滴总动能的回归方程。还研究了竖管高度对水滴总动能的影响。结果表明，在常用的竖管高度范围内，高度每升高１ｍ，圆形喷嘴的水滴总动能增加约５％，方形喷嘴的水滴总动能增加６％～９％。     

喷嘴形状对喷洒水滴动能的影响

对特定的土壤来说，喷洒水滴动能是优选喷头型式时需要考虑的重要因素。利用面粉法测得的圆形和方形喷嘴的水滴分布资料，用水滴运动方程确定水滴落地时的速度，计算了单位质量水滴沿径向不同位置处的动能和总动能。在相同压力下，方形喷嘴形成的水滴所具有的动能小于同流量的圆形喷嘴；在满足一定的水滴总动能要求时，方形喷嘴可在比圆形喷嘴低９８ｋＰａ的压力下工作，从而达到节能的目的。通过分析得出了可用于由中数直径估算中压     

尿素浓度对喷灌夏玉米生长和产量的影响

喷灌施肥灌溉时叶片对尿素的直接吸收作用是提高氮肥利用率的潜在因素之一。以地面灌溉、尿素撒施处理为对照(CK),通过设置不同的尿素喷施浓度,研究夏玉米生理生态指标和产量的响应特征。结果表明,追施尿素后叶片相对叶绿素含量(SPAD)增加,但不同尿素喷施浓度处理的夏玉米株高、SPAD无显著差异(P>0.05)。尿素喷施浓度对叶面积指数(leaf area index,LAI)和产量的影响具有较大的年际变化,2017年不同尿素喷施浓度处理的产量差异达到了显著水平,尿素喷施浓度为0.146%处理的产量(12.5 t/hm^2)显著高于尿素喷施浓度≥0.178%处理的产量(11.3 t/hm^2),2018年尿素喷施浓度为0.188%处理的LAI在喷灌施肥后的一段时间内出现了显著降低。喷灌施肥后,叶片吸收尿素对光系统活性和光化学效率的影响与SPAD有关,2017年SPAD较高时,喷施尿素后光系统活性和光化学效率呈先减小后增大规律,且尿素喷施浓度≤0.146%处理的抑制作用仅发生在施肥后1 d,尿素喷施浓度≥0.178%处理的抑制作用持续至施肥后3~5 d;2018年SPAD较低时,与CK处理相同,喷施尿素后所有处理的光系统活性和光化学效率均呈先增大后稳定规律。与CK处理相比,施氮量小于等于CK的喷灌处理的产量和水分利用效率与CK处理无显著差异,但氮肥偏生产力显著高于CK处理,证明了喷灌施肥灌溉的可行性及其节肥、增产潜力。     

喷灌施肥灌溉均匀性对土壤硝态氮空间分布影响的田间试验研究

在2002～2003年冬小麦生育期内进行了喷灌施肥条件下均匀系数对土壤水氮时空分布及淋失影响的田间试验。试验中，喷灌均匀系数设置低、中、高三个处理，灌溉季节内的平均喷灌均匀系数分别为72%、79%和84%，施肥灌溉均匀系数分别为71%、78%和85%。对70和90 cm深度处的土壤水势进行了监测以评估均匀系数对水氮淋失的影响，结果表明，在所研究的喷灌均匀系数范围内深层渗漏量很小。试验结果还指出，土壤硝态氮随时间和空间表现出很强的变化特征，均匀系数变化范围为23%～97%，变差系数的变化范围为0.04～1.00；灌溉季节内土壤硝态氮分布的均匀性主要取决于初始硝态氮分布的均匀程度，而喷灌均匀系数对土壤氮素的空间分布无明显影响。