沼液滴灌均匀度影响因素研究

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沼液滴灌作为一种新兴的农业水肥灌溉模式,既可以避免沼液直接排放造成环境污染,又可以实现沼液的二次利用。施肥均匀度是沼液滴灌施肥的重要指标,是保证作物水肥灌溉量一致的前提,对作物产品的品质,增产增效,经济效益和社会效益具有显著影响。影响沼液滴灌施肥均匀性的因素较多,大体可分为两类,一是沼液滴灌系统长期运行引起的滴头堵塞和不合理的滴灌运行模式导致的滴头出流不均匀,即灌水均匀度;二是沼液在土壤中的运移交汇导致土壤中沼液的分布不均匀,可用土壤湿润均匀度表征。为了研究沼液施肥滴头堵塞和滴灌运行模式对灌水均匀度的影响以及单双点源滴灌时沼液在土壤中的分布规律,本文依托沼液滴灌堵塞、和单双点源土壤入渗试验主要开展了以下研究:(1)进行了沼液滴灌堵塞试验,总结了不同沼液水肥配比、灌水压力、滴头类型条件下滴头堵塞对灌水均匀度的影响规律,得到了适宜沼液滴灌施肥的滴头和灌水压力。结果表明:随着灌水次数的增加,灌水均匀度会经历波动下降到快速下降两个阶段,滴头类型、沼液水肥配比和灌水压力会影响灌水均匀度下降规律;沼液滴头堵塞试验过程中,当灌水结束时,片式滴头灌水均匀度下降速度低于圆柱滴头,片式补偿滴头灌水均匀度最低;沼液水肥配比越大,沼液浓度越高,灌水均匀度下降速度越快,堵头堵塞数量越多;灌水压力越大,滴头堵塞数量越少,灌水均匀度越高;根据试验结果,推荐采用片式滴头进行沼液施肥,且灌水压力应不低于40kPa。(2)进行了不同沼液滴灌运行模式条件下的单因素试验,在单因素试验的基础上,开展了响应面试验,建立了灌水均匀度数学回归模型,并以柑橘园实际地形条件为基础,得到了理论较优的滴灌带长度、灌水坡度和灌水压力。结果表明:在滴灌运行模式中,滴灌带长度越长,灌水均匀度越低,当滴灌带长度超过60m后,灌水均匀度下降速率加快;增加灌水压力可以提高灌水均匀度,但当灌水压力超过120kPa时,灌水均匀度增加不明显;灌水坡度越大,灌水均匀度越低,两者呈负线性关系,且滴头流量越小,保持灌水均匀度的能力越高,根据试验结果推荐坡度条件下采用2L/h滴头;根据响应面试验结果对柑橘园施肥滴灌系统优化后得到理论较优灌水压力取值为90kPa。(3)进行了单点源沼液滴灌条件下的土壤湿润均匀度试验,得到了不同水肥配比、灌水量和滴头流量对土壤湿润均匀度的影响规律。结果表明:在单点源沼液滴灌条件下,不同沼液水肥配比地表和地下含水率无明显差距,增加沼液水肥配比,土壤湿润均匀度变化不明显,沼液水肥配比对土壤湿润均匀度影响不明显,可参考其他因素适当选取沼液水肥配比;灌水量的增加会提高土壤表层含水率,延长湿润锋范围,增加湿润均匀度,对于根系范围较大的作物,可以采用增加灌水量,降低沼液浓度的方法进行施肥;在灌水量一定的条件下,随着滴头流量增加,地表土壤含水率提高,地下含水率降低,适当增加滴头流量,可以提高土壤湿润均匀度,对于作物苗期,根系较浅,可以采取大流量滴头进行施肥,对于成熟作物,根系较深,则应采取小流量滴头从而保证沼液的下渗;沼液灌水量为3L时对应土壤湿润锋极限距离为33cm左右,利用沼液滴灌施肥时应控制作物根系在此范围内;在不同条件影响下,沼液入渗受到的土壤基质势作用不同,导致沼液在土壤中入渗速率发生改变,导致含水率分布不同;沼液入渗湿润锋运移距离和时间存在显著的幂函数关系,基于此原理,建立了理想状态下湿润锋垂直入渗运移公式。(4)进行了双点源沼液滴灌条件下的土壤湿润均匀度试验,得到了不同水肥配比、灌水量、滴头流量和滴头间距对土壤湿润均匀度的影响和湿润锋运移变化规律。结果表明:在双点源沼液滴灌条件下,沼液水肥配比的减小会加快交汇区的形成时间,增加交汇区含水率,提高土壤湿润均匀度,根据试验结果推荐1:3作为双点源沼液滴灌最佳浓度比;灌水量的增加延长了湿润锋范围,增加了土壤饱和区域宽度,改变了含水率的分布,降低了交汇区和滴头处含水率差值,从而提高了土壤湿润均匀度,但灌水量过大,增加却不明显,根据试验结果建议保持沼液灌水量在2L以上;滴头流量的增加会明显提高土壤表层含水率,从而降低交汇区形成时间,提高土壤湿润均匀度,对于刚播种或作物育苗阶段,可以采取3L/h滴头进行沼液施肥从而保证地面具有足够的湿润均匀度,而对于生长后期或根系较长的作物则建议采用1L/h滴头进行施肥;相邻滴头间距越小,土壤湿润均匀性越高,当滴头间距为30cm时不形成交汇,沼液双点源滴灌施肥时需控制滴头间距在30cm以内。
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