地面滴灌技术的研究现状与发展

由于全球水资源短缺,节水灌溉已经越来越引起人们的关注。地面滴灌系统是很重要的节水灌溉系统。本文在分析和研究了大量国内外有关文献的基础上,对地面滴灌的发展历史、研究现状及其进展进行了归纳总结。提出了今后需要进一步研究和探索的主要问题。     

地下滴灌毛管水力要素试验

地下滴灌毛管滴头的压力和流量分布是其主要的水力要素,研究这一问题对地下滴灌工程的设计和运行管理具有重要的意义。该文提出了地下滴灌毛管水力要素的试验方案,可用较短毛管获得其压力流量测试数据和分布规律。针对提出的试验方案,结合地下滴灌单滴头的水力特性研究成果,建立了描述地下滴灌毛管压力、滴头流量和局部水头损失系数之间关系的非线性方程组。将这一非线性方程组计算转化为一个函数优化问题,建立其求解的优化数学模型,采用遗传算法求解。用试验数据验证了计算结果,表明用此非线性方程组可反映地下滴灌毛管压力流量分布规律,求解方法具有较高的计算精度。该方法为进一步研究地下滴灌毛管的水力要素奠定了基础。     

地下滴灌系统施肥灌溉均匀性的田间试验评估

该文对影响地下滴灌系统性能的两个重要因素施肥装置类型和滴灌带埋深进行了田间评估.施肥装置包括国内外常用的压差式施肥罐、文丘里施肥器和比例施肥泵三种类型,滴灌带埋深包括0、15和30 cm 3个水平.结果表明,滴灌带埋深与施肥装置类型对滴头流量和灌水量均匀性的影响均未达到显著性水平(a=0.05),而施肥装置类型对施肥量均匀性的影响达到极显著水平(a=0.01).对给定的毛管埋深而言,压差式施肥罐的施肥量变差系数高于比例施肥泵和文丘里施肥器.对不同施肥装置的施肥量变差系数与灌水量变差系数之间关系的回归分析结果指出,比例施肥泵和文丘里施肥器的施肥量变差系数与灌水量的变差系数相当,但压差式施肥罐的施肥量变差系数比灌水量变差系数大40%左右.因此在进行微灌系统设计时应将施肥装置类型和性能作为一个因素加以考虑,并宜优先选用输出肥液浓度恒定的施肥装置.     

地下滴灌灌水器堵塞研究

地下滴灌(SDI)是一种高效的节水灌溉技术，但系统易于堵塞，堵塞问题成为影响地下滴灌成败的关键。通过对运行8年的地下滴灌系统堵塞的实地调查，迷宫式、微管式和孔口式等3类型的灌水器均有不同程度的堵塞，堵塞率分别达到16.67%、25%和63.89%。分析3类型灌水器的堵塞状况，引起地下滴灌堵塞的主要原因是进入系统的微粒在流道壁的附着和发育。为此，提出加强过滤、定时冲洗和改变滴头流道设计等解决地下滴灌堵塞的建议。     

地下滴灌夏玉米的初步试验研究

通过观测地下滴灌夏玉米全生育期不同生长阶段的土壤水分、根系的生长发育状况及其生物量、产量等,研究分析了地下滴灌不同的土壤水分处理条件下的土壤水分运移与分布规律,以及其对夏玉米的根系、产量和生物量的影响关系,建立了根系吸水模型,并研究其节水机理。阶段试验结果表明：地下滴灌可以高效地控制灌溉用水量,对作物的根系、产量及生物量产生直接影响;有可能通过土壤水分调控来影响作物能量的协调、平衡关系,达到最优根冠比,合理提高水的利用率和利用效率。     

地下滴灌灌水器水力性能试验研究

地下滴灌与地表滴灌的最大差异在于地下滴灌的灌水器出水口被土壤包围，其出流受到土壤的限制。在室内将灌水器埋入土槽中，模拟研究了灌水器类型、自由出流时的流量、工作压力、土壤初始含水率等因素，对地下滴灌条件下灌水器水力性能的影响。试验结果表明：灌水器埋入土壤后，流量是其自由出流时流量的1/2～1/4。方差分析表明，影响地下滴灌灌水器水力性能的主要因素是自由出流时的水力特性和土壤特性。针对测试土壤，建立了地下滴灌灌水器流量计算的修正关系式。     

地下调亏滴灌对紫花苜蓿耗水、产量和品质的影响

地下滴灌技术是最为节水的灌溉技术,为了推进地下滴灌技术在紫花苜蓿生产中的应用,2012年在甘肃武威开展了大田试验,通过对建植当年第2茬苜蓿不同生育期设置不同的亏水处理,研究了地下滴灌条件下调亏灌溉对紫花苜蓿耗水、产量和品质的影响。结果表明:随亏水程度的加重,紫花苜蓿的产量降低,耗水量减少,水分利用效率(WUE)提高,干重茎叶比降低,粗蛋白含量提高,粗蛋白产量降低;全生育期调亏,生育期间的耗水强度呈现现蕾期分枝期分枝前期的规律,并且随着亏水程度的增加,规律愈加明显;分枝期调亏的紫花苜蓿,在现蕾期复水后耗水强度有明显的补偿效应;与现蕾期调亏相比,分枝前期和分枝期调亏有利于降低茎叶比,提高粗蛋白质量分数和粗蛋白产量。该研究揭示了地下滴灌条件下不同调亏处理对紫花苜蓿耗水、产量和品质的影响,为干旱地区优质、高产、节水苜蓿的生产提供了试验依据。     

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     

地下滴灌技术节水潜力及机理研究进展

地下滴灌是一种用水效率极高的节水灌溉技术,具有少量多次、节水增产的特点,能有效减少土壤蒸发和深层渗漏,提高灌溉水利用效率,同时其自动化程度高,可降低劳动力和运行管理成本,已成为国内外水资源匮乏地区的重要灌溉技术之一。本文通过回顾地下滴灌技术的发展研究历程,概述了早期发展存在的问题以及现今研究的热点。系统对比了多种灌溉方式对作物产量、灌溉量与蒸散量的影响,指出地下滴灌技术具有极高的节水增产减蒸潜力;通过总结室内控制试验与已建立的数学模型,阐明了地下滴灌点源条件下多因素影响的土壤水分及养分运动过程,揭示了其节水增产的内在机理。进一步指出地下滴灌系统的多种关键技术参数,讨论了地下滴灌灌水设备、灌水均匀度、灌溉定额、灌水频率、滴灌带埋深与间距对作物产量与水分利用效率的影响。最后提出现阶段地下滴灌技术的应用难点和需进一步研究的问题。本文旨在阐述地下滴灌技术在水资源节约方面中的潜力及产生机理,为推动地下滴灌技术广泛应用提供科学依据。     

地下滴灌条件下土壤水能态研究

研究灌水器与土壤界面处的能态是研究地下滴灌土壤水分运动的关键之一。该文通过理论和试验相结合的方法,探讨了地下滴灌土壤水势的分布状况。结果表明:根据灌水器的流量和土壤的导水性之间的关系,将其分为两种情况,在灌水器流量不大于土壤扩散能力时,灌水器出口处的土壤水势等于该处的土壤吸力,为非正压状态;否则,灌水器出口处的土壤水势为正。理论分析和室内试验结果均表明,对同一土壤,影响地下滴灌土壤水势分布的主要因素是灌水器的额定流量和土壤初始含水率,在一定的流量范围内,灌水器出口的稳定正压随灌水器流量的增大而增加,随土壤初始含水率的增大而降低。在此基础上,提出地下滴灌条件下土壤水势分布的近似计算式,并简要分析了这一特殊土壤水分分布对地下滴灌系统的影响。     

地下滴灌影响要素及其敏感性分析

地下滴灌是一项具有广阔应用前景的高效节水灌溉技术之一。为分析不同影响因素对地下滴灌滴头流量的影响机制,以PLASSIM滴头、和平滴头2种滴头为研究对象,利用有机玻璃桶(直径40cm,高40cm)内埋设滴头(表层20cm下)系统分析了滴头工作压力(60,100,150,200,250,300,370kPa)、土壤初始含水量(12%,18%)及土壤容重(1.25,1.40g/cm~3)对地下滴灌滴头流量的影响及其敏感性。结果表明:工作压力是地下滴灌滴头流量的主要影响因素,且随工作压力增大,滴头流量增大;土壤初始含水率和容重对供试的滴头流量均起制约作用,其中对轻砂土的制约作用更为明显;土壤质地对各影响因素的敏感性存在差异,其中轻砂土最敏感,粉壤土居中,轻粘土最弱。PLASSIM滴头、和平滴头的敏感性指标均随工作压力、土壤初始含水率、容重的增加而降低。通过系统分析多种土壤物理特性对地下滴灌滴头流量的影响及其敏感性分析,将为设计经济、高效而又节水的地下滴灌系统,制定合理的地下滴灌制度提供理论依据。     

灌溉定额对浅埋滴灌春玉米生长与产量的影响

[目的]通过不同灌溉定额对浅埋滴灌春玉米生长与产量的影响研究,筛选出适合内蒙古东部地区的最佳灌水定额,为应用和推广浅埋滴灌提供理论和实证依据。[方法]采用大田试验方法,设置400.20m~3/hm~2(CK),1 050.53m~3/hm~2(DG1),1 700.85m~3/hm~2(DG2),2 351.18m~3/hm~2(DG3),3 001.50m~3/hm~2(DG4)浅埋滴灌和常规地面漫灌3 201.60m~3/hm~2(GG)共6个灌溉定额处理,运用统计分析方法开展研究。[结果](1)随灌溉定额的增加,浅埋滴灌春玉米的株高、叶面积指数和叶绿素相对含量呈增加趋势;(2)净光合速率和蒸腾速率表现为DG4最大,DG3次之,叶片水平水分利用效率DG3DG4且GG处理最低;(3)DG3较GG处理的产量提高6.03%,灌溉水利用效率提高44.50%。[结论]浅埋滴灌条件下,全生育期灌溉定额为2 351.18m~3/hm~2的灌溉制度节水、节膜、增产效益最优。     

重力式地下滴灌点源入渗特征的数值模拟与验证

基于非饱和土壤水动力学理论，建立了重力式地下滴灌条件下土壤水分运动轴对称三维数值模拟模型，利用Galerkin有限元法进行了数值模拟。通过试验对比验证，表明所建模型可以用于分析地下滴灌土壤水分人渗规律，具有较高的精度。对不同灌水技术要素条件下的地下滴灌湿润特征及入渗规律进行了数值模拟。结果表明，在相同灌水量下，供水压力与滴孔孔径对湿润圈影响微弱，重力式地下滴灌管道设计时可以不考虑其影响，但它对滴孔出流量影响较大，而其它因素对滴孔出流量的影响微弱。因此在地下滴灌管道设计时，只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力，并可选择较小的供水压力；在相同灌水量情况下，管道埋深对湿润圈具有较明显的影响，应按田间实际进行合理选择，这些结论可为地下滴灌合理的设计及运行提供理论依据。     

Okra Crop Response Under Subsurface Drip and Conventional Furrow Irrigation with Varying N Fertilization

ABSTRACT

There is a growing concern about excessive use of nitrogen (N) and water in agricultural system with unscientific management in Indian and developing countries of the world. Field experiments were conducted on the lateritic sandy loam soils of Kharagpur, West Bengal, India, during spring–summer (February-June) seasons for three years (2015–2017) to evaluate okra crop response under subsurface drip and conventional furrow irrigation with varying amount of nitrogen treatments. Irrigation treatments had three levels of soil water depletion from field capacity (i.e., 20%, 35%, and 50%) under subsurface drip system. There was no soil water depletion under conventional furrow irrigation system. There were four levels of nitrogen fertilizer treatments (i.e., 0, 80, 100, and 120 kg ha^?1). This was supplied using urea as a nitrogenous fertilizer. The yield response of okra crop under subsurface drip was found to be 56.4% higher than that of the furrow irrigation treatment. Best yield response and maximum water use efficiency and nitrogen use efficiency were recorded under 20% soil water depletion with 100 kg ha^?1 of nitrogen fertigation. Among the various soil moisture depletions, subsurface drip at 20% soil water depletion treatment responded least quantity of water lost through deep drainage and nitrogen loss beyond the root zone as compared to other irrigation treatments. The water loss through subsurface drainage was observed as 33.11 mm lesser under subsurface drip as compared to that of the furrow irrigation, and this may due to low-volume and frequent irrigation water application with subsurface drip. Hence, irrigation through subsurface drip should be used for improving water and nitrogen fertilizer use efficiency of okra crop cultivation.     

土壤处理剂Guilspare在大豆地下滴灌中的应用研究

对土壤处理剂Guilspare进行室外大豆地下滴灌试验.土壤处理剂喷施浓度为1%,2%的处理在50%,100%灌水量下,平均土壤含水率分别较对照组高14.07%,7.46%;22.24%,12.80%,体现了较好的保水性能,就保水效果分析比较2%的处理>1%的处理;不同浓度土壤处理剂在一定灌水量下对大豆生长有明显的促进作用;土壤处理剂喷施浓度为1%,2%的处理在50%,100%灌水量下,其产量分别较对照组增产6.08%,9.39%;11.49%,16.02%,具有较好的增产功效.就增产效果分析比较2%的处理>1%的处理.最终分析比较得出土壤处理剂喷施浓度2%的处理在50%灌水量下灌溉水利用效率(WUEI)最高,为1.06 kg/m3,其节水增产综合效果最为显著.     

不同灌溉目标下玉米滴灌制度研究

以夏玉米为研究对象,就不同灌溉目标下合理滴灌定额和滴灌周期进行了研究,旨在为不同类型区玉米生产因地制宜的采用不同滴灌制度提供参考.     

再生水分根交替滴灌对马铃薯根-土系统环境因子的影响研究

分根交替（PRD）滴灌技术是很有节水潜力的灌水技术。利用再生水,采用分根交替滴灌技术对马铃薯根长密度、根重密度及土壤水盐的空间分布影响进行了研究。结果表明,马铃薯根系主要分布在0-60 cm的土层内,以植株为中心,呈放射状沿不同方向减小。通过研究所建马铃薯根长密度的空间分布函数能较好地反映根系的三维分布趋势。PRD灌溉可以刺激马铃薯根系生长,水分利用效率提高39%。进行PRD灌溉时应重点考虑滴头位置处及垄坡上的水盐变化,最好能起到节水控盐的双重作用。再生水PRD地下滴灌是对传统地表滴灌的优化和提升。     

滴灌系统设计供水比对滴灌费用的影响

滴灌供水比是滴灌系统一个重要的设计参数。其取值的大小直接影响工程的投资和运行费用,也影响作物的供水状况,最终影响工程的效益。设计滴灌供水比对滴灌费用的影响一般主要表现于对田间管网费用的影响。该文通过对单位面积支、毛管PE塑料管材用量和田间管网年费用与设计滴灌供水比关系的分析估计设计滴灌供水比对滴灌费用的影响,为合理选择设计滴灌供水比提供依据和参考。     

竖管地表滴灌与普通地表滴灌土壤水分运移特性对比试验研究

为探究竖管地表滴灌和普通地表滴灌土壤水分运动规律及区别,在室外同步进行2种滴灌模式下风沙土入渗和蒸发试验,对比分析了土壤水分分布、蒸发规律和土壤湿润锋运移特性。结果表明:(1)灌水量为2 L,2种滴灌模式下,随着滴头流量的增大,湿润体体积和灌水均匀度逐渐减小,湿润体含水率平均值逐渐增大,当滴头流量一定,竖管地表滴灌的湿润体体积大于普通地表滴灌,而灌水均匀系数小于普通地表滴灌;(2)不同滴头流量处理(0.3,0.4,0.6 L/h)蒸发7天结束后,普通地表滴灌土壤蒸发量分别占灌水量的32.5%,35.0%和40.0%,而竖管地表滴灌土壤蒸发量仅占灌水量的22.5%,说明竖管地表滴灌对土壤蒸发有明显的抑制作用;(3)相同灌水量(2 L)时,普通地表滴灌水平和垂直湿润锋运移距离均随滴头流量的增大而略有减小,竖管地表滴灌垂直向下湿润锋运移规律与普通地表滴灌相同,而水平和垂直向上方向运移规律相反;随着时间的延长,普通地表滴灌与竖管地表滴灌水平和垂直方向湿润锋比值均呈不断减小趋势,最后趋于稳定;(4)构建了包括滴头流量和灌水时间在内的普通地表滴灌湿润锋运移距离经验公式,验证所建经验公式的可靠性,均方根误差介于0.24~0.27 cm,纳什效率系数均大于0.985。研究结果可为竖管地表滴灌技术应用提供理论参考。