果树涌泉灌溉方式的技术应用

涌泉灌又称小管出流.涌泉灌溉技术是针对滴灌系统使用过程中灌水器容易堵塞,以及农业生产管理水平不高而设计的一种微灌技术.它具有节水、节能、灌水均匀、水肥同步、适应性强、管理方便等优点.经过试用,涌泉灌溉果树一般较传统的地面灌节水50%～70%,增产6%～10%,灌水均匀度在90%以上.该文介绍了涌泉灌溉技术及田间设计要点.     

果树涌泉灌溉方式的技术应用

涌泉灌又称小管出流。涌泉灌溉技术是针对滴灌系统使用过程中灌水器容易堵塞，以及农业生产管理水平不高而设计的一种微灌技术。它具有节水、节能、灌水均匀、水肥同步、适应性强、管理方便等优点。经过试用，涌泉灌溉果树一般较传统的地面灌节水50%～70%，增产6%～10%，灌水均匀度在90%以上。该文介绍了涌泉灌溉技术及田间设计要点。     

基于Hydrus-3D模型的再生水涌泉根灌模拟及布置参数预测

为了探寻再生水果树涌泉根灌条件下灌水器的最优布设埋深和间距,以饱和―非饱和土壤水分运动理论为依据,选取了典型研究区一年和多年生桃树,利用Hydrus-3D模型对再生水涌泉根灌土壤水分入渗过程进行数值模拟,并将模拟结果与田间试验实测结果进行对比验证,同时预测了双源涌泉根灌灌水器的最优布置参数。结果表明,Hydrus-3D模型对再生水涌泉根灌湿润锋运移距离以及灌水结束后不同时刻含水量分布的模拟值和实测值之间决定系数R 2均大于临界决定系数,均方根误差RMSE分别小于1.5和0.05,且F检验P值均在0.05以上。说明Hydrus-3D模型可以用于再生水双源涌泉根灌土壤水分运移的模拟;利用Hydrus-3D模型预测结果表明,1,5,10年生桃树再生水双源涌泉根灌灌水器最优布设埋深分别为35,35,45 cm,最优布设间距分别为40,50,40 cm。     

土壤初始含水率对涌泉根灌土壤水分及氮素运移特性的影响

为了探究涌泉根灌水肥一体化灌溉在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(4.13%,7.21%,8.77%,11.06%,14.01%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离与不同土壤初始含水率之间的关系,提出了不同初始含水率下涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布、转化等均不同程度地受到土壤初始含水率的影响。同一时刻条件下,累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮和硝态氮的分布范围越广泛;距离灌水器出水孔越近,土壤中的铵态氮和硝态氮含量越高。入渗系数K随着土壤初始含水率的增大而减小,入渗指数α随着土壤初始含水率的增大而增大;水平湿润锋拟合参数a、b均随土壤初始含水率的增大而增大,竖直向下湿润锋运移指数c随着土壤初始含水率的增大而增大,入渗指数d随着土壤初始含水率的增大而减小。随着土壤水分再分布的持续进行,湿润体内水分分布越加均匀,采用克里斯琴森均匀系数Cu评价灌水结束、再分布1,3天条件下湿润体内水分分布均匀度依次为61.99%,74.27%和83.60%;湿润体内铵态氮含量逐渐减小,但铵态氮的分布区域基本无变化;湿润体内硝态氮分布区域变大,平均值呈增大,最值区域有下移趋势。研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。     

土壤水氮迁移转化与作物生长耦合模拟

定量描述农田土壤-作物系统中水氮迁移转化规律,对水氮资源高效利用和水土环境保护具有重要的意义。以土壤水、热和溶质迁移转化动力过程为基础,综合考虑气象因素变化和土壤水氮动态变化及其对作物生长的影响,构建了土壤水、热、氮迁移转化与作物生长耦合模拟模型。并应用该模型对2007－2008年冬小麦生育期内的土壤水分、氮素转化运移以及冬小麦产量、生物量、腾发量（ET）进行模拟,模拟结果与实测数据均吻合良好。可应用该模型模拟不同作物种类、不同灌水施肥条件下土壤水分与氮素动态变化过程和作物生长状况,进而获得农田水肥优化管理模式。     

稻田水肥资源高效利用与调控模拟

水和肥是影响作物产量与生态环境的重要因素。为揭示稻田水肥利用规律,以达到稻田节水、省肥、高产、减排的目标,该文以湖北省漳河团林实验站稻田水肥耦合灌溉与控制排水试验观测数据为基础,联合运用作物生长模型ORYZA 2000和田间水文模型DRAINMOD 6.0,模拟分析不同降水、节灌、施肥、控排条件下的水稻产量与稻田排水量响应关系,得出了稻田水肥调控的临界条件,即采用稻田间歇灌溉方式,灌水定额30 mm,施氮量170 kg/hm2左右,控制排水水位20 cm时,节水12.5%～18.87%、省肥35.1%、增产11%、减排19.9%。本研究对加强农田水肥科学管理,提高水氮生产效率,防治农业面源污染,促进灌区可持续发展具有重要意义。     

夏玉米水肥异区交替灌溉施肥的产量与环境效应研究进展

水资源缺乏、污染严重、肥料利用率不高是我国农业和农村面临的重要且亟待解决的问题。发展节水施肥技术是解决这些问题的关键环节。交替灌溉施肥技术是在亏缺灌溉或部分根区干燥灌溉技术的基础上发展起来的一种节水施肥技术,可有效减少灌水量,提高灌水利用效率,防止灌溉过程中氮素淋失。在适宜的水氮配合条件下,还可以减少氨挥发和氧化亚氮等气态氮损失,增加作物产量。但是该技术的应用效果与环境条件、灌水定额、施肥量、种植密度等密切相关,在应用过程中应该根据环境条件进行微调。另外水肥异区交替灌溉施肥条件下,水分、养分在农田的时空分布规律,转化特征,以及植物对养分、水分吸收利用和调控机制等还有待于深入研究。     

春玉米、冬小麦涌泉灌溉与垄膜沟种的组合应用试验

涌泉灌溉用于大田作物主要问题是流量小，沟、畦横断面大，水流在田间很难向前推进。为此将其与垄膜沟种技术组合，缩小过水横断面，减小或杜绝侧渗，提高水流推进能力,这样可最大限度地减少灌水器(稳流器)数量，改善灌水质量,提高田间土壤水分的均匀度,进而为涌泉灌溉用于大田作物提供了可能性。采用涌泉灌溉配套垄膜沟种耕作方式，提高了降水的有效利用率，减少了灌水量与灌水次数、减少了棵间土壤水蒸发、农田耗水比一般大田灌溉节省28.3%。由于灌水量可控,比一般地面灌溉节约28%～47%。     

红壤区肥液浓度对涌泉根灌水氮运移特性的影响

为提高红壤区涌泉根灌水氮利用效率,通过室内肥液入渗试验,研究了不同肥液浓度(0,10,20,35,60 g/L)条件下涌泉根灌土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋在竖直向上、竖直向下和水平方向的运移距离与肥液浓度的关系模型。结果表明:土壤累计入渗量、湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布均受到肥液浓度的影响。在同一入渗时刻,土壤累计入渗量及湿润锋运移距离随肥液浓度的增大而增大,且与入渗历时均呈幂函数关系;在灌水结束时,相同土层深度内,肥液浓度越大,土壤含水率就越大,土壤中铵态氮和硝态氮的浓度也越大,且与铵态氮相比,硝态氮的分布范围更广。随着肥液再分布的进行,土层内最大含水率位置逐渐下移,且土壤含水率的分布也更加均匀;土壤中铵态氮和硝态氮浓度的变化趋势不同,浅层中铵态氮的浓度逐渐降低,而硝态氮的浓度先降低后增加;深层中铵态氮的浓度先增加后降低,而硝态氮的浓度逐渐增加。该研究成果可为进一步研究红壤区涌泉根灌肥液入渗氮素运移及转化提供理论参考。     

喷灌条件下花生水肥耦合效应的田间试验研究

水肥是影响作物产量的两个重要因子,合理的灌溉与施肥是作物增产的主要途径。通过采用喷灌灌水技术,对花生水肥耦合效应进行田间试验研究,探讨了不同灌水施肥处理对花生产量、耗水规律、氮素运移等的影响,建立了反映花生产量与施肥量、灌水量关系的数学表达式,提出了喷灌条件下花生不同生育期适宜的灌水计划湿润层深度。     

涌泉根灌不同浓度肥液入渗特性及土壤湿润体模型研究

为了研究涌泉根灌肥液入渗特性及湿润体水氮运移的变化规律,在陕北米脂山地微灌枣树示范基地原状土上进行了涌泉根灌肥液入渗试验。结果表明:累积入渗量与入渗时间之间符合Kostiakov幂函数关系(R20.9,P0.01);涌泉根灌入渗能力与增渗效果均随肥液浓度增大而增大;水平湿润锋与竖直湿润锋运移距离均随肥液浓度增大而增大,且均与入渗时间呈显著的幂函数关系,水平方向和竖直方向的湿润锋运移距离的拟合值与实测值的相对误差在–3.84%～5.20%以内。肥液浓度的不同对于湿润体大小略有影响。提出了涌泉根灌肥液入渗湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N浓度分布的数学模型,即在一定浓度范围内,单位含水率的变化可引起的肥液浓度变化,且模型的计算精度较高(模拟值与实测值相对误差在10%以内),并符合湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N分布规律,可对不同位置处土壤含水率及NH_4~+-N含量进行估算。水分分布情况对肥液浓度条件敏感性较低,NH_4~+-N分布情况对肥液浓度条件敏感性较高。研究可为涌泉根灌水肥高效利用提供参考。     

肥液浓度对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

为了提高涌泉根灌水肥的利用效率,采用室内土箱入渗试验,探究了不同肥液浓度(0,15,30,60g/L)条件下湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律。结果表明:入渗相同时间时,随着肥液浓度的增大,湿润锋运移距离、湿润体内相同节点处的土壤含水率、铵态氮及硝态氮质量分数均增大;湿润锋运移距离与入渗时间具有显著的幂函数关系,其决定系数均达到0.99;随着肥液入渗再分布的进行,湿润体内含水率分布更加均匀,最大含水率位置下移,铵态氮量逐渐减小,再分布5d湿润体内硝态氮量达到最大值;硝态氮运移规律和水分相似,易随水分流失。该研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。     

干旱区不同灌溉方式对枣树水分利用效率和果实品质的影响

为了探明不同灌溉方式对干旱区枣树灌溉水量分配、枣树生长和果实品质的影响,2009年以阿克苏试验林场成龄枣树为研究对象,研究了地面灌、滴灌和微喷灌3种灌溉方式下灌溉水的去向、枣树生长、产量、水分利用效率和果实品质。结果表明,与地面灌相比,滴灌及微喷灌有效地减少了田间水的深层渗漏,节水49%,而且对枣树生长影响并不显著。滴灌和微喷灌能够有效促进叶面积指数、叶绿素相对含量的提高,进而提高产量,滴灌增产22%,微喷灌增产16%;水分利用效率分别提高240%和230%;而且显著提高果实横径、单果质量、还原糖含量以及维生素C含量。由此可见,滴灌及微喷灌方式显著提高了枣树的果实品质和产量,研究成果为干旱区林果节水灌溉提供实践依据。     

自适应滴灌灌水器的水力性能试验

为检验自适应滴灌灌水器的流量自动调节效果,根据自适应滴灌灌水器的工作原理,利用负压吸气泵模拟土壤负压,进行了AD-1型自适应滴灌灌水器在流量补偿、流量自适应2种工作模式的流量均匀性、供水压力-流量关系、模拟土壤负压-流量关系等水力性能试验与研究,并分析了其适宜的工作压力。结果表明:AD-1型自适应滴灌灌水器增添的滴水状态控制结构,不仅保留了常规滴灌灌水器的流量补偿特点,还增添了感知土壤水分含量、智能化控制灌溉和流量自动调节的多重使用功效。在流量补偿模式下,灌水器在额定供水压力100kPa时的平均流量为14.71L/h,且流量均匀度高,流量偏差系数为9.79%;在流量自适应模式下,灌水器的流量均匀度基本不变,在供水压力30kPa和土壤负压最小值20kPa的共同作用时即可开始正常工作,并确定出最小、最大的适宜供水压力分别为30、50kPa。在适宜供水压力30～50kPa范围内,灌水器能根据土壤实际水分状况在0～11.22L/h之间实时、自动调节滴水流量,改变了常规灌水器被动出水的工作方式,真正实现作物、土壤的按需主动连续取水,明显地提高了节水灌溉设备的精准灌溉水平,既保证了作物正常生长的适宜土壤水分,又促进了灌溉系统应用模式向智能化、自动化方向的进一步发展。     

广西赤红壤甘蔗田间滴灌带合理布设参数确定

赤红壤是广西蔗区主要土壤类型之一,为探讨赤红壤蔗区滴灌条件下土壤水分运动规律,该文在试验基础上,利用HYDRUS-3D建立了双点源土壤水分运动数学模型,通过对照试验和模拟情况表明,HYDRUS-3D能较好地模拟试验土样的湿润锋运移规律和土壤含水率变化规律。在此基础上,利用HYDRUS-3D建模分析滴头间距、滴头流量对滴灌灌水均匀性的影响,结果表明:滴头间距对滴灌灌水均匀性影响较大,当滴头流量为1.38 L/h时,30、40、50 cm 3种滴头间距的滴灌带中,仅滴头间距30 cm的滴灌带满足试验土样灌水均匀性的要求;滴头流量对滴灌灌水均匀性也有一定影响,采用较大滴头能提高滴灌的灌水均匀性,但会增加单位灌溉面积设计供水能力,进而增加工程造价。综合考虑灌水均匀度、工程造价、工程运行管理模式以及糖料蔗不同生育期的用水需求,确定广西赤红壤蔗区滴灌带合理的滴头流量为1.38 L/h、滴头间距为30 cm、糖料蔗生育初期的适宜灌水时间为3.5 h,糖料蔗生育旺盛期适宜灌水时间为6.5 h。该结果可为广西赤红壤蔗区滴灌系统田间滴灌带合理设计提供参考。     

土壤物理特性对地下滴灌毛管灌水质量的影响

压力水头偏差率和滴头流量偏差率是评价微灌灌水质量的重要指标。该文建立了地下滴灌毛管水力计算数学模型,利用该模型,分析了土壤物理特性对地下滴灌毛管水力特性分布规律和灌水质量的影响。结果表明,由于土壤物理特性对地下滴灌毛管滴头流量的制约作用,致使地下滴灌毛管压力水头与滴头流量偏差率比地表滴灌的要小;土壤物理特性对毛管灌水质量指标的影响不显著,但土质较重、土壤体积质量和初始含水率较大时,毛管压力水头与滴头流量偏差率较小,灌水质量较好。说明地下滴灌毛管灌水质量优于地表滴灌,土壤物理特性有利于毛管灌水质量的提高。计算与分析结果可为进一步研究地下滴灌田间管网水力特性及地下滴灌技术应用提供参考。     

不同施肥对滴灌大豆磷素积累与分配的影响

采用节水滴灌方式，研究肥料用量和施肥时期对滴灌大豆磷素积累、分配、利用及产量的影响，目的是探索节水灌溉与施肥相结合的灌溉施肥新模式。结果表明，在滴灌条件下前期种肥的供给对大豆磷素积累及产量的形成非常重要，T1（1/2种肥）、T2（种肥）、T3（3/2种肥）、T4（1/2种肥+花期1/2滴肥）、T5（1/2种肥+结荚期1/2滴肥）处理的滴灌大豆磷素积累量大，吸收利用率较高（种肥为尿素75 kg/hm2、磷酸二铵150 kg/hm2、硫酸钾90 kg/hm2，滴肥为尿素127.5 kg/hm2、磷酸二氢钾为133.5 kg/hm2）；综合产量因素，在种肥用量为尿素37.5 kg/hm2、磷酸二铵75 kg/hm2、硫酸钾45 kg/hm2的基础上，在结荚期再滴施尿素63.75 kg/hm2、磷酸二氢钾66.75 kg/hm2，这种滴灌施肥方式效果最佳。     

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。     

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。     

南疆沙区成龄红枣水肥一体化滴灌的水肥适宜用量

为了研究南疆沙区漫灌改滴灌水肥管理对红枣产量及品质的影响,该文运用二元回归分析及归一化方法,以当地9 a成龄枣树为对象,寻求同时满足高效高产的水肥灌溉制度。以常规漫灌(CK:1 100 mm、900 kg/hm~2)为对照,设灌水和施肥(N∶P_2O_5∶K_2O=2∶1∶1.5)双因素进行小区试验,3个滴灌灌水量(W1:45%CK,W2:65%CK,W3:85%CK,100%)和3个施肥水平(F1:45%CK,F2:65%CK,F3:85%CK)。结果表明:灌水对红枣花期、膨大期土壤养分(全N、速效P、速效K)和灌溉水利用效率(iWUE)达到显著性水平(P0.05),施肥对红枣花期、膨大期土壤养分、肥料偏生产力(PFP)达到显著性水平(P0.05),水肥耦合效应对全生育期土壤养分、产量及品质指标均达到显著水平(P0.05);滴灌条件下W2F3处理产量最高,与CK无显著性差异(P0.05),iWUE、PFP分别在W1F3、W3F1处理最高,总糖、维生素C、总酸分别在W3F1、W3F3、W3F1处理最高,与W2F3无显著性差异(P0.05),对于净收益而言,W3F2与CK具有显著性差异(P0.05),相比于CK提高1.95%。通过对建立的滴灌水肥投入与红枣产量和品质关系模型分析,认为研究区滴灌红枣适宜的水肥投入范围分别为651～806 mm和708～810 kg/hm~2,其中N(311～345 kg/hm~2),P_2O_5(156～178 kg/hm~2),K_2O(233～267 kg/hm~2),研究结果可做为当地红枣滴灌节水、节肥的最佳水肥供应模式。