微灌用叠片式砂过滤器性能试验研究

针对微灌工程中灌水器堵塞的问题,在分析现有砂过滤器基础上,研究设计了叠片式砂过滤器。通过大量的水力性能测试和反冲洗抗堵塞性能试验以及对比试验,探讨了一定滤管直径的最佳叠片数,即滤管直径Φ₁=20 mm时,叠片数为48片为宜;并提出叠片式砂过滤器的水力性能特性曲线方程和过滤水头损失经验公式。试验结果表明：叠片式砂过滤器水力性能良好,过滤能力大,水头损失小,即在设计流量为10 m³/h下,叠片式砂过滤器的清洁压降比滤头式砂过滤器小37%;过滤与反冲洗效果好,是节水灌溉系统中理想的防堵塞设备。     

叠片式砂过滤器水力特性模拟计算(英)

针对微灌工程中灌水器堵塞的问题,通过大量的水力性能测试和反冲洗性能试验,探讨了叠片式砂过滤器当滤管直径一定时的最佳叠片数,提出叠片式砂过滤器的水力性能特性方程和过滤水头损失公式,试验证实所建立的叠片式砂过滤器的水头损失公式比原有经验公式的计算精度高,即在设计流速条件下误差仅为3.18%,为开发研究新型砂过滤器提供参考.     

CFD-DEM耦合模拟网式过滤器局部堵塞

过滤器内部的流场不均导致使用时容易产生局部堵塞,堵塞分布受入口流速、颗粒粒径、流线轨迹等因素的共同影响。该文以计算流体力学-离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合模拟不同流量下Y型网式过滤器内部不同粒径的沙粒运动及分布,分析过滤器内部流态对沙粒运动分布的影响并通过试验加以证明。结果表明,滤网两侧的压差占总压差的77%。网面流量呈阶梯分布,最大流量位于出口侧滤网上端,最低流量位于进口侧滤网中心,前者是后者的5.9倍;对于通过滤网的颗粒,入口流速越高,颗粒通过点越集中;对于拦截颗粒,当粒径接近孔径时,颗粒稳定附着在滤网,增加入口流速使颗粒向侧面滤网聚积并产生局部堵塞,粒径远大于孔径时,颗粒在内腔中不停运动,难以稳定附着在滤网;降低入口流速将提高颗粒分布的均匀程度,延长过滤器高效段时间,减少冲洗难度。     

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.     

考虑肥料溶解的压差施肥罐出口肥液浓度计算方法

压差施肥罐在中国的水肥一体化中受到了十分广泛的应用。该研究基于含源项的肥料输移扩散连续方程推导了考虑肥料溶解的压差施肥罐出口肥液浓度变化的理论公式,并通过参数描述肥料溶解过程对压差施肥罐出口肥液浓度变化的影响。通过与试验数据对比,理论公式计算的平均绝对偏差、均方差、几何平均偏差、几何方差和两倍偏差之间的预测分数的平均值分别为0.04、0.06、0.89、1.19和88.26%,验证了理论公式对出口肥液浓度计算的准确性。当参数取特定值时,理论公式可以转化为目前广泛应用的压差施肥罐出口肥液浓度的负指数公式。在此基础上,当罐内肥液浓度持续饱和且有充足的肥料可供长期溶解施肥时,考虑肥料溶解过程的均匀施肥方法被进一步探讨。本文提出的考虑肥料溶解的压差施肥罐出口肥液浓度的计算方法可以实现压差施肥罐出口肥液浓度的准确预测,并为考虑肥料溶解的均匀施肥提供了可行方案。     

叠片过滤器水力和过滤性能综合评价方法研究

为建立叠片过滤器过滤性能综合评价方法,以5种常见叠片过滤器为研究对象,对不同进水含沙量(0.02%、0.03%和0.04%)与过滤流量(25、30、35 m3/h)条件下叠片过滤器的水力性能和过滤性能开展试验研究。根据不同工况下叠片过滤器的堵塞均匀度、周期拦沙量以及拦截泥沙中值粒径,采用逐步回归分析、主成分分析方法,建立不同单项性能指标与6项叠片结构参数(叠片厚度、叠片片数、叠片沟槽长度、叠片沟槽数、叠片沟槽外截面三角形顶角、叠片沟槽外截面三角形高)间的多元线性回归方程,并采用直接加权法建立叠片过滤器性能的综合评价函数。结果表明,叠片结构尺寸参数均对过滤器性能有一定的影响,所建立的评价函数对叠片过滤器I～V的评价值依次为7.22、7.08、7.88、8.63以及3.11,该评价函数可以全面、合理地对叠片过滤器综合性能进行评价和对比。该评价方法不仅能用于对叠片过滤器性能进行评测,还能为改进叠片结构尺寸、进一步优化过滤器性能提供参考。     

比例施肥泵吸肥活塞结构优化与试验

为了提高比例施肥泵的注肥精度,该研究分析了吸液活塞的工作原理,采用二次回归正交组合试验对关键结构参数进行优化,以吸液活塞下端直径、泄流槽宽度以及泄流槽深度为变量,以注入流量为响应指标,建立多元回归模型,并通过试验进行验证。结果表明：在不同压差和设定肥液注入比例下,比例施肥泵的实际肥液注入比例均低于设定肥液注入比例。压差在0.15 MPa以下时,随着设定肥液注入比例的升高,实际肥液注入比例与设定肥液注入比例的偏差减小,采用较高的设定肥液注入比例有利于提高注肥精度。吸液活塞下端直径、泄流槽宽度、泄流槽深度对注入流量都有显著影响（P<0.01）。注入流量随着吸液活塞下端直径和泄流槽深度的增大而先升高后降低,随泄流槽宽度的增大而增大。对注入流量的影响顺序从大到小依次为泄流槽宽度、泄流槽深度、吸液活塞下端直径。优化后的吸液活塞下端直径为16.6 mm、泄流槽宽度为5.5 mm和泄流槽深度为3.7 mm,工作压差为0.05、0.10和0.15 MPa时的注肥精度分别提高了3.33、1.67和7.29个百分点。研究结果可为比例施肥泵的优化设计及实际应用提供理论支持。     

微灌系统压差式施肥罐施肥性能试验研究

压差式施肥罐是中国应用最多的微灌施肥装置,但尚未形成明确的运行操作规程。该文对不同施肥量和压差条件下施肥罐出口肥料溶液浓度的动态变化进行了测试和分析。试验中施肥量选用13、26 kg两个水平,通过施肥罐的压差选用0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 MPa 6个水平,而所有试验中施肥罐出口压力固定为0.10 MPa。研究结果表明：通过施肥罐的流量随压差的增大呈幂函数关系增加,施肥罐出口肥液浓度随时间持续减小,施肥开始阶段尤为明显;由于压差是影响肥液浓度变化的最主要因子,为了在微灌系统内获得均匀的肥料分布,保证施肥开始后和施肥过程中压差稳定至关重要。该文还建立了可用于估算肥液浓度动态变化和肥液浓度衰减为零时的回归模型。     

不同网孔与筒体模型对Y型网式过滤器性能的影响

Y型网式过滤器广泛运用于微灌系统,其良好的水力性能是保证微灌系统稳定运行的关键,为了分析其水力性能,该研究采用数值模拟和物理试验相结合的方法,分析了网式过滤器在3种滤网网孔（正方形、圆形、菱形）以及3种筒体弧线角度（0°、15°、30°）下,过滤器内压降系数、滤芯网面流量分布、内部流场、压力分布等水力特性的变化。结果表明：物理试验与数值模拟之间的水头损失系数平均差异为9%,表明了数值模拟的可靠性,其中圆形网孔过滤器水头损失系数最大,正方形次之,菱形最小;滤网网孔形状对过滤器网面过流量分布的影响较大,正方形网孔过滤器的中速过流量区域占比最高达到了47.5%,圆形次之,菱形最小仅为26.5%。过滤器的水头损失随着筒体弧线角度的增加而逐渐减小,35°的压降系数较0°的减小了73.15%,网面流量的分布也随着角度的增加变得更为均匀,其中35°的中速过流量区域面积较0°增大了71.48%,水力性能明显提高;此外随着筒体弧线角度的增加,出口侧中上段滤网处的内外压差明显减小。因此在实际微灌系统中,选择网孔为正方形、筒体弧线角度30°的过滤器,其内部流场缓和、网面流量分布均匀,提高了过滤器的水力性能和使用寿命。该研究成果可为网式过滤器结构优化提供设计方案与理论依据。     

基于压差式施肥罐的均匀施肥方法

压差式施肥罐是水肥一体化中应用较为广泛的施肥装置,但它容易产生施肥不均匀的问题,会因局部过量施肥造成土壤污染,还会影响作物的产量和品质。为利用计算机控制压差式施肥罐进行田间作物的恒定浓度和流量施肥,该文基于肥料连续方程推导了解析解,由计算机控制流入施肥罐的流量和直接流过主管道进入灌溉系统的流量。在此基础上,该文通过试验数据验证了施肥罐内水肥流动数学模型,对解析解控制压差式施肥罐的恒定浓度和流量施肥进行了模拟,模拟结果与解析解的相对偏差小于15%,验证了该均匀施肥方法的合理性。结果表明以最优肥液浓度的±50%为界,传统压差式施肥罐使用过程中约有70%~80%的肥料处于过量施肥或不充分施肥范围内,通过均匀施肥方法,可以基本实现灌溉过程中基于压差式施肥罐的施肥均匀。     

袋装缓控释肥有序排肥装置设计

为满足作物生长期对肥料的不同需求,人们正研究通过控制肥料颗粒内部养分释放速率的缓控释肥,试验表明其可减少施肥量,避免资源浪费和环境污染。目前,袋装缓控释肥的施放主要采用手工,耗工费时,效率低下。为实现袋装缓控释肥机械化施放,该文根据其基本物理参数及力学特性,对袋装肥有序排队机理、余量清理、定量施放进行研究,设计了一种袋装缓控释肥的有序排肥装置,它由偏心分离机构、清理机构、排肥机构及动力传输机构组成,以偏心轮转速、毛刷轮转速及毛刷轮与刮板输送带之间的间距为影响因素,以合格指数、漏排指数、重排指数为评价指标,进行正交试验,得出各因素对评价指标的影响关系。利用Design-Expert软件得到各因素的最佳参数组合为:偏心轮转速600 r/min、毛刷轮转速95 r/min、毛刷轮与刮板输送带之间的间距为18 mm,并进行验证试验得到排肥合格指数平均值为82%,漏排指数平均值9.33%,重排指数平均值8.67%。该研究为研制袋装缓控释肥有序施放排肥器提供了参考。     

生物有机肥和有机无机复混肥的研制及应用

介绍了利用麦草、鸡粪生产生物有机肥、有机无机复混肥的方法,并在多种农作物上进行了应用效果试验。结果表明,生物有机肥和有机无机复混肥不仅可以提高果品品质,而且在多种作物上具有明显的增产作用。因此,利用麦草、鸡粪等农业废弃物生产的生物有机肥、有机无机复混肥的应用能够减少目前我国农业生产对化肥的过度依赖,有助于我国绿色农业产业的发展。     

不同肥料粒形特征对肥料球度的影响

为明确肥料粒形特征之间的相互关系,该文通过单因素及中心组合试验研究肥料不同粒形特征对肥料球度的影响。首先,通过农业物料粒形分析仪测定肥料长、宽、厚、等轴率、薄片率、磨圆度及球度;其次,通过单因素方差试验确定不同粒形特征与肥料球度之间的相关性;最后,以肥料等轴率、薄片率和磨圆度为主要影响因素,采用Box-Behnken中心组合试验,建立关于肥料球度的数学模型,通过回归统计方差、响应面和等高线分析各影响因素与肥料球度之间的相互关系。结果表明:肥料球度与等轴率、薄片率及磨圆度之间能建立显著性较高的多元回归方程(R2为0.94);各因素对肥料球度影响程度从高到低依次为等轴率、薄片率、磨圆度,且当等轴率在0.98~1.00,薄片率在0.92~0.95,磨圆度在0.85~0.88范围内时,肥料球度最高,达到92.9%。研究结果可为肥料生产和质量检验提供理论依据。     

三元非结构肥效模型提高水稻施肥推荐的可靠性

【目的】针对三元二次多项式肥效模型的设定偏误和多重共线性危害导致建模成功率低的问题,研发三元非结构肥效模型,扩大模型适用性。【方法】在福建省平和县和仙游县选择了13个水稻氮磷钾田间肥效试验结果作为研究案例。田间试验均采用"3414"设计方案,即:1) N_0P_0K_0;2) N_0P_2K_2;3) N_1P_2K_2;4) N_2P_0K_2;5)N_2P_1K_2;6) N_2P_2K_2;7) N_2P_3K_2;8) N_2P_2K_0;9) N_2P_2K_1;10) N_2P_2K_3;11) N_3P_2K_2;12) N_1P_1K_2;13) N_1P_2K_1;14)N_2P_1K_1。其中,"2"水平为试验前当地氮磷钾推荐施肥量,"0"水平表示不施肥,"1"水平和"3"水平的施肥量分别为"2"水平的50%和150%。在一元非结构肥效模型基础上,利用氮磷钾田间肥效试验结果,在每个试验点分别构建了三元二次多项式肥效模型和三元非结构肥效模型。利用已有的668个水稻"3414"田间试验结果,比较验证了两种模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。【结果】在构建的13个三元二次多项式肥效模型中,有2个模型的结果未达到统计显著水平,3个肥效模型属于非典型式,而构建的13个三元非结构肥效模型均得到了典型式。通过668个水稻氮磷钾田间肥效试验结果验证表明,三元二次多项式肥效模型未能通过显著性检验的比例达到30.1%,而三元非结构肥效模型未能通过的比例下降到23.4%。在推荐施肥量外推的非典型式中,三元二次多项式肥效模型的比例为4.0%,而三元非结构肥效模型则提高到30.7%。在系数符号不合理和无最高产量点的两种非典型式类型中,三元二次多项式肥效模型的比例分别达到32.3%和14.4%,而三元非结构肥效模型则分别降低到6.9%和0。三元二次多项式肥效模型的典型式比例仅为19.5%,而三元非结构肥效模型典型式比例则提高到39.1%,是前者的2.0倍,明显提高了田间试验结果的建模成功率。【结论】大样本田间试验充分证明,相比三元二次多项式肥效模型,采用三元非结构肥效模型进行早、中、晚稻推荐施肥,提高了建模的成功效率和模型的实用性,是可靠性更高的模型。     

基于有机肥 /生物有机肥和菌剂的化学氮肥减施技术在大蒜上的应用

在中国出口大蒜主产区山东省济宁市金乡县王丕镇玛丽亚大蒜种植基地连续种植 25年的大蒜田,分别研究化学氮肥减施 30%、化学氮肥减施 30%结合有机肥和菌剂组合技术、化学氮肥减施 30%结合生物有机肥和菌剂组合技术对大蒜生长、产量和品质的影响。结果显示:与常规施肥对照相比,化学氮肥减施 30%可导致大蒜长势、蒜头产量和部分品质降低;化学氮肥减施 30%结合有机肥和菌剂组合技术可以维持大蒜长势和蒜头产量,并提高大蒜品质;化学氮肥减施 30%结合生物有机肥和菌剂组合技术可以显著提高大蒜长势、蒜头产量和大蒜品质。可见,基于生物有机肥和菌剂的化学氮肥减施技术是适合中国出口大蒜主产区连作大蒜的减肥增效技术。     

水溶性有机肥与常规肥料的肥效对比分析

为了探讨水溶性有机肥与传统有机肥、化肥等相比在提高常见蔬菜的产量、品质及土壤速效养分、酶活性等方面的效果,采用土培小白菜试验,施用化肥(NPK)、鸡粪有机肥(M)和水溶性有机肥(WS),设置10个处理:CK(不施肥)、NPK、M、WS1(0.4 mL/kg土)、WS2(2 mL/kg土)、WS3(4 mL/kg土)、WS4(6 mL/kg土)、MNPK(1/2NPK+1/2M)、MWS(1/2M+WS2)、NPKWS(1/2NPK+WS2),分析了收获期小白菜和土壤的相关指标。结果显示,WS用量越大,小白菜地上部鲜重越大,但处理NPK、MNPK、MWS、NPKWS的地上部鲜重均与WS4(8.62 g/株)无显著差异;高剂量WS处理(WS3、WS4)的粗纤维含量平均比CK、NPK处理分别减少62.6%、38.3%,处理M和MNPK对降低粗纤维含量有同等效果。此外,施用WS的剂量越高,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量越高;土壤蔗糖酶活性在处理WS3、WS4中最高(均值10.1 mg/g),处理M次之(8.81 mg/g),在CK和NPK中最低(均值6.41 mg/g)。从经济效益来看,WS3、WS4处理的净收益为负值,而NPK和MNPK处理的净收益最高。因此,从产量、经济效益、土壤肥力可持续性等方面综合考虑,最佳推荐施肥措施是化肥配施鸡粪有机肥,水溶性有机肥在降低成本后可推广作为速效有机肥料来施用。     

新疆南疆核桃肥料效应及推荐施肥量测算

研究新疆南疆核桃施肥效应与最佳效益的推荐施肥量,为肥料的高效利用提供理论依据。以南疆叶城县为研究区,基于“3414+2”试验方案开展核桃肥料效应研究,并利用一元二次、三元二次肥料效应函数进行拟合,进而优化南疆核桃的N、P2O5、K2O施肥量。结果表明,(1)不同施肥量对核桃的产量影响显著,其中N2P2K2处理的产量、品质显著高于其他处理;不同氮肥处理与核桃产量的相关性显著,而磷肥、钾肥对品质的影响更为明显;(2)三元二次回归肥料效应方程的拟合度显著高于一元二次方程,据此测算的核桃推荐施肥量结果为以核桃产量为主要目标情景下,N、P2O5、K2O最佳施用量分别为0.21、0.59和0.58 kg/株,最佳施肥配比为1.0∶2.8∶2.7,预测最佳产量为8.90 kg/株;而以追求核桃品质为目标时,N、P2O5、K2O最佳施用量范围分别是0.55～0.64、1.37～1.50、0.56～0.62 kg/株。基于“3414”肥效试验和三元二次肥效方程回归测算的氮磷钾推荐施肥量及其配比,可为新疆南疆核桃科学施肥提供理论依据。     

我国有机肥资源及产业发展现状

科学减施化肥用量，合理配施有机肥对土壤肥力提升、农产品增质和减轻面源污染有着重要的意义。我国农业有机废弃物资源丰富，有机养分总量达到约 7 519.5万 t，其中 N、P 2O5、K2O养分总量分别为 3 096.3万、1 174.1万、3 249.1万 t，但是目前资源利用率不足 40%，不仅造成优良有机养分资源的浪费，同时带来环境污染风险的问题。如何高效利用有机肥资源是我国目前亟需解决的问题。本文总结有机肥相关文献和他人研究结果，综述了我国有机肥资源数量、利用现状，针对施用的问题，对产业发展提出了一些建议。     

气力集排式变量排肥系统分层施肥量调节装置研制

为提高分层施肥作业中肥料分配的精确性和稳定性,实现化肥按比例分层施用,该文设计了一种气力集排式变量排肥系统分层施肥量调节装置,通过理论分析与参数计算确定了分层施肥量调节装置关键部件的结构和基本工作参数。运用离散元法与计算流体动力学耦合仿真方法,选取拨齿旋转锥的转速、入口风速和施肥速率为试验因素,以各出肥口出肥量的变异系数为试验指标,进行二次旋转正交组合仿真试验,建立了试验指标与影响因素的回归模型。在旋转锥转速735r/min、入口风速36 m/s、施肥速率0.42kg/s、分肥比例1:2条件下,对分层施肥量调节装置进行了台架试验,试验结果表明,各出肥口出肥量变异系数均小于5.18%,分肥比例误差小于2.68%,与仿真试验优化所得结果相吻合,满足施肥作业要求。研究结果可为气力集排式排肥装置的设计与优化提供技术参考与理论支撑。     

有机无机配施体系中有机肥腐熟程度对化肥氮利用率的影响机制

为探究有机肥腐熟度对配施化肥氮利用率的作用机制,利用~(15)N标记技术进行意大利生菜盆栽试验,从堆肥过程中选取不同腐熟度的有机肥[按照种子发芽指数(GI值)为50%、80%和100%进行堆肥的腐熟度区分],研究施~(15)NPK化肥(对照, CK)、~(15)NPK+GI 50%有机肥(GI50)、~(15)NPK+GI 80%有机肥(GI80)、~(15)NPK+GI 100%有机肥(GI100) 4个处理对意大利生菜化肥氮的转化、吸收和利用的影响。结果表明,与CK处理相比,添加有机肥处理意大利生菜生物量、~(15)N吸收量与~(15)N利用率分别显著提高30.5%～56.1%、 40.0%～91.0%和15.5%～41.8%(P0.05), GI80处理较GI50处理生物量、~(15)N吸收量与利用率分别显著提高17.1%、31.8%和35.4%(P0.05), GI100处理较GI50处理生物量、~(15)N吸收量与利用率分别显著提高19.6%、15.8%和22.8%(P0.05)。试验期间,添加有机肥处理较CK处理土壤~(15)NH_4~+-N显著提高44.9%～74.2%(P0.05), ~(15)NO_3~--N显著降低8.4%～38.1%(P0.05),净硝化率显著降低10.8%～24.6%(P0.05);GI80处理较GI50处理土壤~(15)NH_4~+-N提高7.9%～11.5%, ~(15)NO_3~--N显著降低18.5%～50.4%(P0.05),净硝化率显著降低15.0%～28.2%(P0.05);GI100处理较GI50处理土壤~(15)NH_4~+-N显著提高11.5%～26.9%(P0.05), ~(15)NO_3~--N显著降低15.8%～22.7%(P0.05),净硝化率显著降低12.5%～23.9%(P0.05)。土壤微生物量氮(MB~(15)N)缓慢上升,添加有机肥处理较CK处理显著提高67.3%～94.1%(P0.05),GI80处理较GI50处理提高6.0%～23.8%,GI100处理较GI50处理显著提高6.9%～25.5%(P0.05)。各处理MB~(15)N占MBN的54.9%～71.6%(P0.05)。相关分析结果表明, MB~(15)N、~(15)NH_4~+-N与~(15)N吸收量、~(15)N利用率呈现极显著正相关关系,且RDA分析结果说明MB~(15)N是影响化肥~(15)N吸收利用的关键驱动因子。因此,有机无机配施体系中适当增加有机肥的腐熟度(GI≥80%)能够明显增强土壤微生物的固氮能力,提高土壤氮素水平,减缓土壤铵态氮向硝态氮的转化速度,降低土壤净硝化速率,从而提高化肥氮的利用效率。