灌水定額與埋深對(duì)移動(dòng)插入式灌水器土壤水分的影響

楊杰 張旭賢 李口 許超 蔣富澤 張虎田

摘 要：在塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地選取植株大小一致的9顆棗樹，設(shè)置3個(gè)不同灌水定額，3個(gè)不同埋深，利用移動(dòng)插入式灌水器對(duì)新疆南疆棗樹進(jìn)行試驗(yàn)。研究了移動(dòng)插入式地下滴灌土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究表明： 灌水定額是決定移動(dòng)插入式地下滴灌濕潤(rùn)體大小的重要因素;埋設(shè)深度是決定濕潤(rùn)體位置的重要因素;水量與移動(dòng)插入式灌水器濕潤(rùn)區(qū)含水率成正比;移動(dòng)插入式灌水器土壤水分在垂直方向以含水率以滴頭為圓心，半徑為0-40cm逐漸遞增達(dá)到最大值;

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)插入式灌水器;土壤濕潤(rùn)體;水分分布

節(jié)水技術(shù)是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)研究對(duì)象。農(nóng)田科學(xué)灌溉和水資源優(yōu)化配置是農(nóng)業(yè)灌溉工程亟待解決的重要問題。采用先進(jìn)的灌溉技術(shù)，對(duì)作物實(shí)施精準(zhǔn)灌溉，不僅能夠提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，且節(jié)水效果顯著，移動(dòng)插入式灌水器是在借鑒現(xiàn)有的各種滴頭和滴水插頭等產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和出流方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)出一種新型地下滴灌灌水器，具有能耗小，移動(dòng)靈活、更換零部件便捷等特點(diǎn)，在保證具有地下滴灌優(yōu)點(diǎn)的前提下，也充分發(fā)揮了地表滴灌的操作便捷性功能，并有效地提高了產(chǎn)品的重復(fù)利用。馮俊杰，李明臣等展開了移動(dòng)插入式灌水器的研制，進(jìn)行了自由出流和插地出流條件的滴水實(shí)驗(yàn)上述研究?jī)?nèi)容是對(duì)移動(dòng)插入式灌水器的結(jié)構(gòu)和抗堵塞進(jìn)行了試驗(yàn)分析，與本文所展開的研究?jī)?nèi)容存在不同。

由于移動(dòng)插入式灌輸器研制開發(fā)的周期較短，進(jìn)行的試驗(yàn)與考核時(shí)間也有限，目前其灌溉參數(shù)的相關(guān)研究較少，基于灌溉機(jī)理的不同，埋深與壓力對(duì)插入式地下滴灌和滴灌條件下土壤水分分布的影響可能有所差異。因此，本文移動(dòng)插入式灌水器以新疆大田棗樹為研究對(duì)象，開展了灌水定額和土壤埋深對(duì)移動(dòng)插入式灌水器濕潤(rùn)體水分運(yùn)移的試驗(yàn)研究，以此在為設(shè)置適宜的灌水定額和田間支管管道鋪設(shè)提供技術(shù)參數(shù)。

一、材料與方法

1.試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年5月-9月在塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院節(jié)水灌溉試驗(yàn)基地進(jìn)行，基地試驗(yàn)占地面積2hm2 ，地理位置為東經(jīng)81°17′19″，北緯40°32′35″，屬于典型的大陸性極端干旱氣候。年雨水量少于70mm ，年蒸發(fā)量卻高達(dá)2000mm左右，光照資源豐富，年均日照時(shí)數(shù)2729h ，最熱月平均氣溫為25-27℃ ，無霜期達(dá)200d 以上，干旱指數(shù)為7-200 。沙性土壤，透氣性好，土壤密度為1.34g /cm3，田間持水率為25% 。

2.試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)由首部樞紐，供水裝置，移動(dòng)插入式滴灌三個(gè)部分組成，首部樞紐為塑料桶，規(guī)格（長(zhǎng)×寬×高）為8m×4m×5m，在棗樹根部設(shè)置支管，干管與支管之間設(shè)置開關(guān)閘和流量計(jì)，可以調(diào)節(jié)額定水量大小。將插入式滴管插入插入支管對(duì)棗樹進(jìn)行供水。流量計(jì)讀數(shù)即為灌水器總滲水量。試驗(yàn)設(shè)不同水分處理灌水定額15L（W1）、灌水定額20L（W2）和灌水定額25L（W3）、滴水器不同深度（出水點(diǎn)位于地面以下10cm、25cm和40cm處）。土壤水分每10天取樣一次，灌前灌后加測(cè)，在每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)，規(guī)定沿平行棗樹行的方向?yàn)閄方向，垂直棗樹行方向?yàn)閅方向。以烘干法測(cè)定土壤水分，分別在行間距樹 35cm、70cm 和株間距樹50cm處測(cè)量土層深度20cm、40cm、60cm、80cm、100cm 處的含水率。

3.供試材料

移動(dòng)插入式灌水器是一種新型灌水器，具有雙翼型結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為能耗小、移動(dòng)靈活、更換零部件便捷，在軟管干管上分為了4個(gè)支管，可以對(duì)作物進(jìn)行不同角度的輸水。當(dāng)軟管干管在壓力水頭的作用下，將水分輸送至四個(gè)支管，使土壤濕潤(rùn)，起到灌溉作用。

4.棗樹種植方式和移動(dòng)插入式灌水器的布置

種植作物為棗樹，地點(diǎn)為塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地，棗樹占地面積196m2，兩顆棗樹間距為3m，株間距為2m，在棗樹地長(zhǎng)度方向上設(shè)置pvc干管，長(zhǎng)度與地長(zhǎng)度相同，移動(dòng)插入式灌水器埋設(shè)在棗樹根部。

微干管和移動(dòng)插入式灌水器的供水及壓力水頭由首部樞紐提供。并在管道連接處安裝調(diào)壓控制閥和流量計(jì)，便于對(duì)移動(dòng)插入式灌水器的水頭和用水量進(jìn)行調(diào)節(jié)和計(jì)量。具體示意圖見圖1。

5.樣品采集及分析方法

由于移動(dòng)插入式灌水器屬于持續(xù)性灌溉方式，為探明插入式地下滴灌土壤濕潤(rùn)體特性，設(shè)置3 個(gè)不同灌溉定額，分別為15L、20L、25L。3 個(gè)不同埋深，分別為10cm、25cm、40cm。由于移動(dòng)插入式灌水器屬于間歇式灌溉方式，在5月22日、5月29日、6月5日、6月19日、6月26日、7月6日、7月13日按照試驗(yàn)方案灌溉后進(jìn)行土樣采集。垂直取樣深度為20cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm。

二、結(jié)果與分析

1.滴頭埋設(shè)深度對(duì)土壤水分分布的影響

對(duì)比圖2灌溉定額為15L，埋設(shè)深度為10cm、圖3灌溉定額為15L，埋深25cm、圖4灌溉定額為15L，埋深為40cm。為同一灌溉定額，不同埋設(shè)深度的土壤水分分布，移動(dòng)插入式灌水器40cm處和60cm處數(shù)值接近，其余含水率大小為20cm、80cm、100cm處（圖2、圖3、圖4）。對(duì)比相同灌溉定額、相同埋深的對(duì)比圖，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，以含水率以滴頭為圓心，半徑為0-40cm達(dá)到最大值。

2.2移動(dòng)插入式灌水器在同一灌水定額下，土壤含水率的變化

如圖11所示，在8月5日對(duì)棗樹進(jìn)行灌水，選取W3H2（灌水定額為25L，滴頭埋設(shè)深度為25cm）處理的連續(xù)10天中午的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示20cm處的土壤含水率呈下降趨勢(shì)，土壤60cm處含水率與日俱增，80cm處含水率略低于60cm處的含水率。40cm處含水率在5日內(nèi)增長(zhǎng)較快，呈現(xiàn)拋物線型增長(zhǎng)，在10日后逐漸降低。

三、討論與結(jié)論

灌水定額是決定移動(dòng)插入式地下滴灌濕潤(rùn)體大小的重要因素;埋設(shè)深度是決定濕潤(rùn)體位置的重要因素;水量與移動(dòng)插入式灌水器濕潤(rùn)區(qū)含水率成正比;移動(dòng)插入式灌水器土壤水分在垂直方向以含水率以滴頭為圓心，半徑為0-40cm逐漸遞增達(dá)到最大值。

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作者簡(jiǎn)介：楊杰（1995-6-）男，漢，甘肅武威，學(xué)士，無，主要從事農(nóng)業(yè)水利工程的研究。

通訊作者：張旭賢（1977-2-）男，漢，甘肅張掖，碩士，副教授、主要從事農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的教學(xué)和研究。

基金項(xiàng)目：塔里木大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（107572017050）;國(guó)家自然科學(xué)基金（51769032）。