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水肥一体化技术是通过管道将水和肥料一起输送到田间的灌溉施肥技术,它具有节约水资源、提高肥料利用率、节省人工等优点,被认为是解决现代农业水资源短缺、肥料利用率低以及劳动力成本急剧增加等农业可持续发展问题的有效途径。但是我国水肥一体化技术起步较晚,在很多理论和应用技术方面的研究还不完善。比如:在使用水肥一体化技术施肥时,肥液需要从首部经过田间主管、支管和毛管等管网系统到达田间,在施肥之前田间管网为充满水的状态,因此肥液到达田间会有一个延迟的时间。在施肥结束后,为了施肥完全和管道清洁,需要进行管道清洗。水肥一体化施肥延迟时间和管道清洗时间对于合理施肥和管道维护意义重大,而我国目前在这方面的研究甚少。因此,本文通过室内模拟水肥一体化施肥系统,分别控制水肥一体化系统管道容积、灌溉施肥流量、施肥浓度、支管出水口位置进行施肥和清洗管道,检测管道出口溶液的电导率,研究水肥一体化技术施肥延迟时间和清洗管道时间与各影响因素之间的关系。然后通过田间大面积水肥一体化系统进行验证,检验并优化室内试验结果,在此基础上提出水肥一体化实际应用中确定施肥时间和管道清洗时间的参考方案。主要研究结果如下: 1.室内模拟试验与田间验证试验都表明,水肥一体化施肥延迟时间受管道容积、施肥流量、支管出口位置等因素影响,受施肥浓度影响较小。水肥一体化施肥延迟时间内田间管道出口处溶液电导率变化分为2个阶段。第一阶段为积水排出时间,此阶段田间管道出口溶液电导率与水源电导率相当,建模分析发现此阶段所用时间为管道内积水体积V1与单位施肥流量Q1的比值V1/Q1;第二阶段为肥液与积水混合阶段,此阶段电导率由水源电导率逐渐上升到施肥液浓度电导率,且电导率上升速度为先快后慢。在管道满水的情况下,肥液和积水混合时间为1min左右。 2.水肥一体化管道清洗时间和施肥延迟时间一样受管道容积、灌溉流量、支管的出水口位置影响,受施肥浓度影响较小。管道清洗阶段支管出口溶液电导率变化也分为2个阶段。第一阶段为肥液排出时间,此阶段支管出口溶液电导率与施肥液浓度电导率相当,建模分析发现此阶段所用时间为管道内肥液体积V2与单位灌溉流量Q2的比值V2/Q2;第二阶段为水与管道内残余肥液混合的阶段,其电导率值由施肥液电导率逐渐下降到水源电导率,这个阶段用时在1min左右。 3.实际灌溉施肥时,管道通常维持恒压和稳定流量,且满负荷(即管道充满液体),因此,Q2=Q1,V2=V1,从而出现施肥延迟时间与管道清洗时间相同,二者电导率随时间的变化曲线基本对称。 通过室内模拟试验结果及大田试验的验证优化,提出了水肥一体化施肥和管道清洗的参考方案。在使用水肥一体化系统进行施肥时,施肥后应立即进行管道清洗。施肥时间根据作物需求制定,管道清洗时间为末级支管到施肥首部的管道容积V(管道长度×管道横断面积)与灌溉流量Q(泵的实时流量)的比值加上电导率下降时间1min,即V/Q+1min。