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根区局部控水无压地下灌溉技术的灌水机理及田间实践研究

陈新明  
【摘要】: 根区局部控水无压地下灌溉(简称无压灌溉,下同)是将灌水器埋藏在作物根系层,使输水毛管入口处于无压(零压)、小水头的正压力或小的负压状态下,,利用土壤吸力和作物蒸腾力,使水分通过灌水器进入作物根系层,满足作物需水的一种灌溉技术。根区局部控水灌溉是点源局部灌溉,水势梯度是它水分运动的驱动力。 经过室内模拟试验、温室小区试验和大田应用试验,系统研究了根区局部控水无压灌溉的灌水机理及田间应用效果,探索了其节水机理。在温室大棚中对西红柿、黄瓜采用无压局部控水灌溉,测定了不同处理条件下土壤水分分布和动态变化,植物叶片光合、蒸腾速率、气孔导度和叶水势等植物生理指标,测定了作物株高、叶面积、干物质重量、根系长度、根系干重等参数;用自动气象站和常规气象站测定风速、太阳辐射、空气温、湿度等。作物收获过程均进行产量测定,对产品的品质指标进行了检测分析。通过以上资料系统研究了无压灌溉条件下作物的灌溉指标、需水规律,及对产品品质的影响。3年研究的主要成果如下: (1)无压灌溉是将灌水器埋设在作物根系层,利用土壤吸力和作物蒸腾拉力,将水分输送到作物根区,根据作物生育期耗水量大小,自身调节供水量,满足作物需水要求,减少了棵间土壤湿润面积,减少了棵间土壤蒸发和根区深层渗漏,提高贮存在根区的水分有效性。使水—肥—气—热与植物之间得到良好的统一与协调,达到节能、节水、优质、高产的综合效应。同时在灌溉时将肥料溶于灌溉容器中,使肥料直接进入作物根部,实现了施肥增效的目的。 (2)无压灌溉的灌水器出流量比自由出流小得多,灌水器出水过程和变化规律与灌水器孔径、土壤地温和初始含水率等因素有关。正压时,相同孔径灌水器的出水量大于无压和负压灌溉的出水量,而且压力越大,入渗水量越多;不同孔径灌水器,供水压力相同,出水量不同,孔径越大出水量越大。 无压地下灌溉的湿润体形状为球体,且以灌水器为中心的一族同心球面是土壤水势的等势面,即在各个球面上含水率值相等。 (3)大田应用表明,采用无压地下灌溉技术与沟灌相比,番茄的产量提高了9.2%,灌水量减少了20%~34.9%,耗水量减少了12.4~26.9%,水分生产率提高了27.8%;黄瓜产量提高了3.6%,灌水量减少了26.9%,耗水量减少了16.4%,水分生产率提高了34%,节水增收效果十分显著。 (4)温室大棚应用表明,与沟灌相比,无压灌溉不降低作物的产量,其果实中的维生素C、可溶性糖、无机磷含量明显提高。苹果每亩增产134kg,香梨增产了88kg,增产率为13.8%。对苹果和香梨的果实检测表明,无压灌溉使香梨的维生素C含量和总糖含量分别提高了125%和18.4%。使苹果的维生素C含量和总糖含量分别提高了93.2%和17.2%。也就是说无压灌溉做到了既保证作物的产量又改善了其果实的品质。 本论文得到国家自然基金项目“作物根区无压局部控水地下灌溉技术参数与指标研究”(项目编号:50479051)的资助,共申请国家专利4项,其中申请国家发明专利2项实用新型专利2项;在《土壤学报》、《农业工程学报》、《农业机械学报》、《灌溉排水学报》和《中国农村水利水电》等期刊上公开发表学术论文7篇,培养硕士研究生3人,本科生2人。


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