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地下滴灌技术研究与示范
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2011
  • 中图分类:
    S275.6
  • 关键词:
  • 成果简介:
    1.任务来源:“地下滴灌技术研究与示范”为国家863计划“现代节水农业技术与产品”项目“地下滴灌系统与产品”(2006AA100213)课题的部分研究内容,由农田灌溉研究所承担完成。2.应用领域和技术原理:该成果主要应用于农业生产中大田灌溉领域,也可在多年生的果树、经济作物、城市绿地、水土保持等场合使用。地下滴灌系统与地表灌溉系统最根本的差异在于其灌水器埋在地下,在灌水过程中,管道系统的有压水流经过灌水器消能后直接到达作物根区土壤,土壤水分通过灌水器出口与灌水系统形成一个连续的能量分布系统,在这个连续的能量系统中,土壤水势是一个变量,任何一个要素的改变,必将影响到其它要素的工作状态。课题首次将地下滴灌系统作为一个完整、连续的系统,通过对其管网水力性能与土壤水势的交互作用进行深入研究,分析了地下滴灌灌水器出口处可能出现的土壤水能态,以及影响灌水器出口处能态分布的主要因素,推求了地下滴灌条件下土壤水能态分布的计算公式,并针对地下滴灌管网的特点,提出了适宜的地下滴灌设计参数计算公式。研制了自适应地下滴灌灌水器。该灌水器由进水体、消能体、控制体三个部分组成,同时具有“通水模式”和“断水模式”两个工作状态。在“通水模式”下,灌水器具有流量补偿功能,可根据土壤的实际含水量状况自动调节和改变所处的工作状态,以达到作物生长所需的适宜土壤水分环境,满足作物的正常生长。研究了大田地下滴灌条件下土壤水分、养分的运动规律,并对多年地下滴灌条件下棉田土壤盐分、容重、pH值、主要养分残留等理化性状进行了调查研究,通过与膜下滴灌进行对比分析,结果表明,在易盐渍化地区,采用地下滴灌更有利于作物生长,减少环境污染。对大田地下滴灌系统的流量、压力等运行参数进行了监测和评价,开发了相应的计算机辅助设计软件,集成了浅埋式地下滴灌、多年生宿根作物根层地下滴灌与深埋式地下滴灌等不同的技术模式,在新疆、广西和甘肃等不同气候区,分别进行了棉花、甘蔗和马铃薯等作物的大田地下滴灌生产性示范,提出了地下滴灌系统的运行管理要点。3.性能指标通过研究地下滴灌条件下作物生长的水-土-根交互作用机制,探明了地下滴灌条件下土壤水分运动规律,提出了地下滴灌系统中灌水器流量、毛管间距和埋深等系统设计方法1套,研制了自适应地下滴灌灌水器2种,简化了地下滴灌田间管网设计方法,开发软件1套,提出了监测地下滴灌系统运行状态方法2种,集成了3种地下滴灌模式。研究中,取得国家发明专利2项;发表论文29篇,其中EI收录5篇;获计算机软件著作权2件。4.与国内外同类技术比较,地下滴灌系统的设计主要依据地表滴灌进行,缺乏对地下滴灌技术的特点及其特殊性的考虑,地下滴灌系统理论不够成熟、系统设计技术不尽完善、运行管理有待提高,这也是造成部分地下滴灌失败的根本原因之一。针对国内外对于地下滴灌技术的设计理论以及技术设备装置尚不能满足实践要求,研究中以地下滴灌灌水器出口压力为切入点,对地下滴灌系统的特殊性和复杂性进行了较为全面的研究,并提出了确定毛管最佳埋深和间距和埋深等主要设计参数,形成适合地下滴灌特点的技术体系,提出相应的管理措施。田间的示范应用证明,上述成果系统性强,符合地下滴灌生产实际。提出的自适应地下滴灌灌水技术处于国际领先行列,并研制出了相应的灌水器,为精准农业的发展提供了新途径;针对地下滴灌均匀度难以监测的问题,根据生产实际,首次提出了定位观测法对地下滴灌系统运行状况进行了监评,较好地反映了地下滴灌系统运动状态和灌水均匀度。5.成果的创造性、先进性:(1)将灌溉系统-土壤-作物作为一个完整、连续的水流系统,从灌水器出口处土壤水势及分布入手,对地下滴灌系统的管网水力性能进行了深入研究,并提出了地下滴灌灌水器流量、毛管间距、毛管埋深等设计参数的计算方法。(2)研制了自适应地下滴灌灌水器,该灌水器能够根据土壤环境的实际水分状况和作物的需水要求,自动调节灌水器的工作模式,以便控制灌溉过程中的实际灌水量,保证为作物生长提供适宜的土壤水分环境。(3)对大田地下滴灌条件下土壤水分、养分的运移规律进行了研究,并对多年地下滴灌土壤盐分变化与养分残留等土壤环境效应进行了分析评价。(4)提出了不同地下滴灌毛管埋深模式,以毛管流量降低率作为地下滴灌毛管性能考核指标,对大田地下滴灌系统的运行状态进行监测和评价。上述研究成果均为首创,处于国际上先进行列。6.作用意义:节水农业的实质就是充分利用降水和高效利用灌溉水,提倡按需供水,即适时、适量地向作物供给必要的水分,满足作物生长的需要,而作物生长不单需要水,同时也需肥、气等,强调直接给植物补水,因而合理的灌溉应给作物生长创造一个良好土壤微环境,即使作物根区始终处于适宜的水、肥、气、热状态。地下滴灌技术是目前灌溉方式中最有潜力实现这一目标的灌水技术。地下滴灌技术在棉花、甘蔗、马铃薯等作物的应用表明,地下滴灌与地表滴灌相比,具有使用年限长、节水效果更好、更节省成本等优势。推动地下滴灌技术的成熟和应用,改善了农业生产条件,提高了农业生产水平,促进了当地经济与社会的协调发展,还有利于提高水肥利用率和效率,促进当地水安全和生态安全,为全面建设协和社会做出贡献。
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