CN107950330B - 一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，本发明所提出的马铃薯高效栽培方法是主要围绕寒区土壤和气候特性所提出的，以大垄双行、一管两行滴灌栽培模式为基础，以实现提高种植密度，提高土地利用率为目标。考虑到寒区土壤比较密实，传统滴灌模式结薯空间小的问题，提出了配套中耕培土农艺措施和相配套的中耕机具，通过中耕培土，将滴灌带浅埋，构建浅埋地下滴灌系统，同时解决地表滴灌带在种植初期易受风力影响位移、易生杂草等问题。滴灌系统中安装有施肥、加气装置以及中央控制器、土壤水分采集器、阀门控制器等无线自动化控制设备，能够进行马铃薯各个生育期自动化水肥气精量调控。实现了马铃薯种植的自动化控制，提升了生产效率。

Description

一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法

技术领域

本发明涉及一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，特别是一种配合有自动化控制、中耕覆土与水肥气一体调控的滴灌马铃薯栽培方法。

背景技术

马铃薯是我国第四大粮食作物之一，目前，我国的马铃薯种植面积在500万公顷以上，主要分布在西南、东北、西北等地区，面积和产量均占世界的1/4左右,据有关资料统计，我国已成为马铃薯生产和消费第一大国。我国寒区耕地是马铃薯种植的主要区域，其马铃薯种植面积常年稳定在42万公顷。季节性干旱及严重的寒区水土水资源短缺形势时刻威胁着马铃薯生产安全、农民致富，所以发展节水、高产、高效型寒区马铃薯栽培方法具有非常重要的现实意义。

滴灌是目前最具前景的高效节水灌溉技术，其借助全管道化系统可精量、适时、适量地直接向作物根区供水，并能有效集成农艺、农机、信息、管理等手段，成为现代节水高效农业生产技术平台之一，具有靶向供给(灌水、施肥、供药等)、节约成本(节水、节能、节地、节肥等)、高效环保(劳动效率高、增产幅度大、环境友好等)、易于控制(机械化、自动化)等多重特点，已在多种作物节水高效栽培中得到广泛应用。目前，专利号为CN201410506337.X的发明提出的马铃薯高效栽培方法，该发明提出了膜下滴灌条件下大垄双行的种植模式，但是播种腹膜后再进行中耕覆土，将会造成地膜浪费和土壤污染，同时地膜覆盖阻碍了根部与大气之间的气体流通，造成膜下氧气的浓度过低，从而抑制了根部的有氧呼吸，影响马铃薯的正常生长。专利号为CN201610061642.1的发明提出的一种马铃薯高垄密植全膜滴灌免耕栽培方法，该发明提高了马铃薯的种植的密度，但对于具有一定降雨量的寒区而言，这种全膜的栽培方式并没有解决对降雨利用率低的问题。而对于黑龙江等高寒地区，土壤具有有机质含量较高、腐殖质层也厚、土壤团粒结构较好、植物营养元素含量较高等优点，已成为我国高品质马铃薯的重要产区。但由于寒区土壤密实、干容重较大，水分在土壤中的运移和入渗能力较差，灌溉水和雨水的利用率不高，土壤易结块，透气性较差，又对马铃薯不利。在该种类型区采用地面滴灌，会产生水分入渗速度慢、水分蒸发浪费严重、滴灌带位置不易固定等问题，同时也会由于滴灌带附近水肥充足，易导致杂草丛生。膜下滴灌技术在马铃薯主要种植区取得了较大的推广面积，但对于降雨量相对适中的寒区而言，雨水利用率不高、种子埋深浅、马铃薯块茎容易露出地面等问题，也容易造成较低的产量。为此，本发明综合考虑寒区的特点，提出了适宜的马铃薯滴灌节水高效栽培方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明所提出的马铃薯高效栽培方法是主要围绕寒区土壤和气候特性所提出的，以大垄双行、一管两行滴灌栽培模式为基础，以实现提高种植密度，提高土地利用率为目标。考虑到寒区土壤比较密实，传统滴灌模式结薯空间小的问题，提出了配套中耕培土农艺措施和相配套的中耕机具，通过中耕培土，将滴灌带浅埋，构建浅埋地下滴灌系统，同时解决地表滴灌带在种植初期易受风力影响位移、易生杂草等问题。滴灌系统中安装有施肥、加气装置以及中央控制器、土壤水分采集器、阀门控制器等无线自动化控制设备，能够进行马铃薯各个生育期自动化水肥气精量调控。

(1)综合运用自动控制技术与作物根区水肥气调控技术，结合中耕覆土农机农艺措施，构建了一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，解决了目前滴灌技术在寒区适应性较差的问题，为寒区马铃薯节水高效栽培提供了解决方案。

(2)提出一种与(1)中栽培方法相适应的马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统与构建方法，利用该系统可实现对马铃薯根区水肥气的自动控制和精准调节，改善了作物根系生境，有助于进一步提升产量。

(3)提出与(1)中所构建栽培方法相适应的中耕覆土农艺措施和配套机具，将滴灌技术与动力中耕技术相结合，将地表滴灌变为浅埋地下滴灌，解决了寒区土壤密实、滴灌种植结薯空间小等问题。

(4)提出了一种与(2)中所述调控系统相配套的调控方法与调控阈值。实现以土壤水分数据为指标进行自动控制，提出了对应的控制方法与阈值，实现了马铃薯种植的自动化控制，提升了生产效率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统包括：地下滴灌系统、土壤水分采集器、阀门控制器、无线传输装置、中央控制器和终端；

所述地下滴灌系统包括田间管路系统和首部系统，所述田间管路系统与首部系统连接，所述田间管路系统包括干管、支管和滴灌带；所述干管与支管通过三通相连，所述支管与滴灌带通过滴灌带旁通相连；所述首部系统包括：水泵、过滤装置、施肥装置和加气装置；所述水泵置于井中，水泵从井中将水输送到输水管道，所述的过滤装置、施肥装置和加气装置均并联安装在输水管道上；

所述土壤水分采集器布置在田间的垄台上，与作物在同一条直线上；所述土壤水分采集器用于将该土壤水分信息通过无线传输装置发送到中央控制器；

所述阀门控制器布置在田间灌水小区入口处，阀门控制器接收中央控制器的命令，控制布置在田间灌水小区入口处的配套电磁阀执行开闭，从而实现灌溉的自动控制；

所述中央控制器是实现滴灌系统自动控制的中枢，用于接收土壤水分采集器的信号，通过无线传输装置向阀门控制器、水泵、加气装置以及施肥装置发送命令，与滴灌系统管理人员的终端进行通讯以及进行智能决策。

在上述方案的基础上，所述地下滴灌系统的主干道(干管)采用抗冻性较好的PE硬管，埋深为40～50cm；田间支管选用可拆卸的移动式PE软管；滴灌带(毛管)采用小流量(流量小于1.6L/h)、长毛管(铺设长度大于100m)、抗堵塞、抗虫咬的滴灌带产品。

在上述方案的基础上，所述加气装置用于实现对马铃薯根区的气体调控；所述加气装置优选采用带有自动控制功能的微纳米气泡发生器，施肥装置优选采用施肥机或注肥泵。

在上述方案的基础上，所述中央控制器同时还可以连接设置在田间的溶氧传感器、EC/pH传感器、压力传感器等设备，以接收溶氧传感器、EC/pH传感器、压力传感器等设备采集的信号，以帮助滴灌系统管理人员监测系统工作状态。

在上述方案的基础上，每个灌水小区设有两部土壤水分采集器，所述土壤水分采集器具有五个探头，根据寒区马铃薯种植特性，分别检测土层深度为15～18cm，30～33cm，45～48cm，60～63cm，75～78cm的水分情况，用五个土层含水率的平均值作为最终灌水决策的依据。由于寒区在马铃薯发芽期气温较低，在马铃薯发芽期不需要灌溉，所以土壤水分采集器的布置时间选择在中耕培土时，这样不存在拆卸的麻烦。

同时，本发明也提出了马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统的调控方法，具体过程为：当土壤水分采集器检测到土壤水分达到该生育期的灌水下限时，信息通过无线传输装置发送到中央控制器，由中央控制器转送到滴灌系统管理人员的终端(例如手机)，管理人员可以根据该生育期对肥料的需求状况，做出灌溉、施肥、加气决策，当需要灌溉、施肥、加气时，用户通过终端向中央控制器发送指令，控制首部系统中的水泵、施肥装置、加气装置等装置，进行定量的灌溉、施肥、加气操作，同时中央控制器向阀门控制器发送信号，电磁阀启动，执行灌溉、施肥、加气等操作。当达到灌水要求时，土壤水分采集器会发射停止信号到中央控制器，中央控制器向电磁控制器、水泵发射关闭信号，从而系统停止工作。

一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，应用上述马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统，包括以下步骤：

(1)马铃薯种植形式为大垄双行、一管两行模式，即在一条垄上种植两行马铃薯，滴灌带布置在两行马铃薯中间的垄台上；播种时优选采用马铃薯大垄双行起垄、播种、铺管、施肥一体机；播种时，设定的种植参数为：播种深度15～20cm，株距18～20cm，垄台高度25～30cm，垄顶宽50～60cm，垄底宽100～120cm；

(2)播种后，1～2天在垄台上进行喷洒可降解液体地膜，用于增温保墒，促进作物发芽；

(3)利用中耕培土机在播种后20～25天进行中耕培土，其形式为将垄沟中土壤打碎耕松后覆盖在现有垄台上，垄面覆土的深度为10～15cm，此时附在地表的滴灌带变为了浅埋深度为10～15cm的浅埋式的滴灌带；

(4)根据寒区的气候特性，利用马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统对马铃薯进行水肥气一体化调控。

在上述方案的基础上，步骤(4)中水肥气一体化调控具体包括：

①灌水管理方案

发棵期：灌水下限：65～70％田间持水量，灌水上限：75～80％田间持水量；

旺张前期：灌水下限：70～75％田间持水量，灌水上限：80～85％田间持水量；

旺张中期：灌水下限：75～80％田间持水量，灌水上限：85～90％田间持水量；

结薯期：灌水下限：80～85％田间持水量，灌水上限：95～100％田间持水量；

②施肥管理方案

本栽培方法中，采用施肥策略为“轻底肥、重追肥”，马铃薯底肥通过所述马铃薯大垄双行起垄、播种、铺管、施肥一体机施入，优选采用马铃薯专用复合肥(N：P：K＝15：10：20)，施用量为30～50kg每亩；追肥随水施入，选用可溶性较高的肥料，具体追肥方案如下：

发棵期：施肥1次，亩施氮素1.4～1.9kg；

旺张前期：施肥1次，亩施氮素1.4～1.9kg；

旺张中期：施肥1～2次，每次亩施氮素0.5～0.9kg，亩施钾素

2.6～3.1kg，亩施磷素0.5～0.9kg；

结薯期：施肥3～4次，每次亩施氮素0.5～0.9kg，亩施钾素

2.6～3.1kg，亩施磷素0.5～0.9kg；

③加气管理方案

利用加气装置将水气混合液通过滴头缓慢渗入到作物根系周围的土壤中，所加气体为空气，全生育期的溶氧浓度为8～10mg/L。

在上述方案的基础上，步骤(2)中所述液体地膜优选采用降解时间为20～30天的液体地膜。

在上述方案的基础上，步骤(3)中所述的中耕培土机采用前置动力旋耕，后置覆土部件整形的结构。所述中耕培土机包括：机架、牵引架、主变速箱、侧变速箱、覆土部件、旋耕刀轴等部件；所述覆土部件采用与市面上普通的中耕培土机一样的设计，只是在尺寸上有所差异，所述覆土部件采用曲面结构，覆土部件的下部宽度为90～100cm，上部宽度为40～50cm；所述旋耕刀轴上设有若干组旋耕刀，每组旋耕刀是由一对刀片组成，所述刀片之间的间距为10cm，每条覆土垄台需要两组旋耕刀，两组旋耕刀中最近旋耕刀片之间的间距为50cm；所述中耕培土机的主要技术指标：配套形式为悬挂式；配套动力为80～130kw；工作幅度为3300～3500mm；作业行数为3行；行距为1100～1200mm；作业效率为1.2～1.6公顷/小时；作业速度为4.0～6.0km/h。

该中耕培土机作业时，首先由牵引架与拖拉机后悬架连接，实现机械的升降，旋耕刀轴由拖拉机提供动力实现高速旋转，旋耕刀插入垄沟底层对土壤进行旋耕松土作业，并且同时除草。覆土部件与机架相连接，随着机组的前行，旋耕后的土壤通过覆土部件翻扣垄上，实现覆土工作，使其垄形饱满，以满足马铃薯根部生长空间和相对疏松环境的要求。所述中耕培土机可以用来疏松土壤，培土和除草等。

在上述方案的基础上，步骤(4)中将所述灌水管理方案编入到中央控制器中，实现自动控制灌水和灌水量。

在上述方案的基础上，为了降低生产成本、降低污染风险，在马铃薯收获后采用滴灌带回收机，对滴灌带进行回收处理。

本发明(1)提出一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，该栽培方法可以解决寒区土壤和气候特性对滴灌高效节水技术结合程度较差的问题。在搭配中耕培土的滴灌条件下，寒区马铃薯种植能够提高灌溉水和雨水的利用率，提高了种植密度，实现节水增产的目标。

(2)提出一种马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统与方法，利用该系统可以做到对马铃薯水肥气的自动控制和精准调节，从而营造一种适合作物根系和块茎生长发育的土壤环境。

(3)提出与(2)中所构建的地下滴灌系统相匹配的动力中耕培土技术和配套机具。利用该项技术不仅增大马铃薯的覆土深度和疏松的马铃薯根部的土壤，解决了寒区土壤密实、硬度大的等问题，而且将地表滴灌变为地下滴灌，从而促进水肥气调控体的形成。

(4)提出了一种与(2)中所述地下滴灌系统相配套的调控方法与调控阈值。此系统的调控方法可以对田间墒情进行适时的监测，将田间土壤水分信息发送到中央控制器中，而中央控制器通过无线传输装置发送到手机终端中，最后通过手机终端做出灌水、施肥、加气决策，进而实现自动化。而调控阈值可以对灌水量、施肥量精准控制，以避免水肥的浪费。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统结构图。

图2马铃薯种植示意图。

图3中耕培土前、后垄台结构变化示意图。

图4中耕培土机结构图一。

图5中耕培土机结构图二。

图6旋耕刀轴结构图。

其中，1、机架，2、主变速箱，3、牵引架，4、旋耕刀轴，5、侧变速箱，6、覆土部件。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。

本发明所提出的马铃薯高效栽培方法是主要围绕寒区土壤和气候特性所提出的，以大垄双行、一管两行滴灌栽培模式为基础，以实现提种植密度，提高土地利用率目标。考虑到寒区土壤比较密实，传统滴灌模式结薯空间小的问题，提出了配套中耕培土农艺措施和相配套的中耕培土机具，通过中耕培土，将滴灌带浅埋，构建浅埋地下滴灌系统，同时解决地表滴灌带在种植初期易受风力影响位移、易生杂草等问题。滴灌系统中安装有施肥、加气装置以及中央控制器、土壤水分采集器、阀门控制器等无线自动化控制设备，能够进行马铃薯各个生育期自动化水肥气精量调控。

(1)马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统与方法

该马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统(如图1所示)主要包括：带有加气与施肥装置的地下滴灌系统、控制整个系统的中央控制器、设置在田间的土壤水分采集器、控制田间出水的阀门控制器等。

①地下滴灌系统

所述地下滴灌系统包括田间管路系统和首部系统，由于寒区的气候特征，寒区马铃薯采用一年一茬的种植方式，为了提高滴灌系统中管线的重复利用率，滴灌系统的主干道采用抗冻性较好的PE硬管，埋深为40～50cm；田间支管选用可拆卸的移动式PE软管；毛管采用小流量(流量小于1.6L/h)、长毛管(铺设长度大于100m)、抗堵塞、抗虫咬的滴灌带产品，布设方式采用一管两行，铺设在垄台中间。铺设时优选采用起垄、播种、铺管、施肥一体机，在播种后，滴灌带为地表布设，在播种后20-25天，采取本发明的中耕覆土农艺措施，对滴灌带实施10-15cm浅埋，此时转变为地下浅埋滴灌带。为了降低生产成本、降低污染风险，在马铃薯收获后优选采用滴灌带回收机，对滴灌带进行回收处理。

首部系统包括：水泵、过滤装置、施肥装置和加气装置。其中加气装置并联在首部系统中，优选采用带有自动控制功能的微纳米气泡发生器作为加气装置，用于实现对马铃薯根区的气体调控；施肥装置优选采用施肥机或注肥泵。本系统可以通过对根区水、肥、气的一体化调控，达到改善马铃薯根区生长环境，增加作物产量的目的。

②中央控制器

中央控制器是实现所述调控滴灌系统自动控制的中枢，用于接收土壤水分采集器信号，向阀门控制器、水泵、加气装置以及施肥装置发送命令，与滴灌系统管理人员的手机终端进行通讯以及进行智能决策。其中，中央控制器与上述模块的通讯均以无线通讯的形式进行。该中央控制器同时还可以连接溶氧传感器、EC/pH传感器、压力传感器等设备，以帮助滴灌系统管理人员监测系统工作状态。

③土壤水分采集器

土壤水分采集器布置在田间，优选每个灌水小区设有两部土壤水分采集器，布置在垄台上，与作物在同一条直线上。所述土壤水分采集器具有五个探头，分别检测不同土层深度的水分情况，根据寒区马铃薯种植特性，检测土层深度为15～18cm，30～33cm，45～48cm，60～63cm，75～78cm的水分情况，用五个土层含水率的平均值作为最终灌水决策的依据，将该土壤水分信息通过无线传输装置发送到用户手机终端。由于寒区在马铃薯发芽期气温较低，在该时期不需要灌溉，所以土壤水分采集器的布置时间选择在中耕培土时，这样不存在拆卸的麻烦。

④阀门控制器

阀门控制器与配套电磁阀布置在田间灌水小区入口处。阀门控制器接收中央控制器的命令，控制配套电磁阀执行开闭，从而实现灌溉的自动控制。

同时，本发明也提出了相应的调控方法，具体过程为：当土壤水分采集器检测到土壤水分达到该生育期的灌水下限时，信息通过无线传输装置发送到中央控制器，由中央控制器转送到滴灌系统管理人员的手机终端，管理人员可以根据该生育期对肥料的需求状况，做出灌溉、施肥、加气决策，当需要灌溉、施肥、加气时，用户通过手机终端向中央控制器发送指令，控制首部系统中的水泵、施肥、加气等装置，进行定量的施肥、加气操作，同时中央控制器向阀门控制器发送信号，配套电磁阀启动，执行灌溉、施肥、加气等操作。当达到灌水要求时，土壤水分采集器会发射停止信号到中央控制器，中央控制器向电磁控制器、水泵发射关闭信号，从而系统停止工作。

(2)地下滴灌形成的中耕覆土方法及配套机具

本发明所提出的栽培方法中的马铃薯种植形式为大垄双行、一管两行模式，即在一条垄上种植两行马铃薯，滴灌带布置在两行马铃薯中间的垄台上。

播种时优选采用马铃薯大垄双行起垄、播种、铺管、施肥一体机。播种时，设定的种植参数为：播种深度15～20cm，株距18～20cm，垄台高度25～30cm，垄顶宽50～60cm，垄底宽100～120cm。播种后，1～2天在垄台上进行喷洒可降解液体地膜，用于增温保墒，促进作物发芽，优选采用降解时间为20～30天的液体地膜。

为解决寒区土壤密实、硬度大、滴灌种植结薯空间小的问题，本发明提出了一种中耕覆土的农艺措施，利用中耕培土机在播种后20～25天进行中耕培土，其形式为将垄沟中土壤打碎耕松后覆盖在现有垄台上，垄面覆土的深度为10～15cm，此时附在地表的滴灌带变为了浅埋深度为10～15cm的浅埋式的滴灌带，具体形状尺寸见图3。

为实现上述中耕培土农艺，本发明提出了配套的中耕培土机具(如图4和5所示)，该机具是由：机架1、牵引架3、主变速箱2、侧变速箱5、覆土部件6、旋耕刀轴4(如图6所示)等部件组成。采用前置动力旋耕，后置覆土部件6整形的结构。覆土部件6采用与市面上普通的中耕培土机一样的设计，只是在尺寸上有所差异，其下部宽度为90～100cm，上部为40～50cm。所述旋耕刀轴4上设有若干组旋耕刀，每组旋耕刀是由一对刀片组成，其间距为10cm，每条覆土垄台需要两组旋耕刀，两组中最近旋耕刀片之间的间距为50cm。覆土部件6采用曲面结构，工作时其与机架1相连接，机组工作时把旋耕后的土壤培到垄上，进而实现覆土工作。动力中耕培土机主要技术指标：配套形式为悬挂式；配套动力为80～130kw；工作幅度为3300～3500mm；作业行数为3行；行距为1100～1200mm；作业效率为1.2～1.6公顷/小时；作业速度为4.0～6.0km/h。

该中耕培土机作业时，首先由牵引架3与拖拉机后悬架连接，实现机械的升降，旋耕刀轴4由拖拉机提供动力实现高速旋转，旋耕刀插入垄沟底层对土壤进行旋耕松土作业，并且同时除草。随着机组的前行，旋耕后的土壤通过覆土部件6翻扣垄上，使其垄形饱满，以满足马铃薯根部生长空间和相对疏松环境的要求。此机械可以用来：疏松土壤，培土，除草等。

(3)调控方法及临界控制阈值范围

①灌水管理方案

根据寒区的气候特性，在发芽期到块茎膨大后期为较为干旱的时期，然而这段时期中大部分时间为马铃薯需水较多的时期，本发明结合寒区气候特点，提出了马铃薯种植的灌水管理方案，具体方案见表1，其中FC为田间持水量。将该灌水方案编入到中央控制器中，用于自动控制灌水和灌水量。

表1滴灌条件下灌水方案(占田间持水量百分比)

②施肥管理方案

本栽培方法中，采用施肥策略为“轻底肥、重追肥”，马铃薯底肥通过(3)中所述马铃薯大垄双行起垄、播种、施肥、铺管一体机施入，优选采用马铃薯专用复合肥(N：P：K＝15：10：20)，施用量30～50kg每亩；追肥采用滴灌水肥一体随水施入，选用可溶性较高的肥料，具体追肥方案见表2。

表2滴灌条件下施肥方案

③加气管理方案

该滴灌系统中的加气装置，加气灌溉是在地下滴灌技术的基础上，利用加气装置将水气混合液通过滴头缓慢渗入到作物根系周围的土壤中，改善根系的生长环境，及时的对根系周围土壤进行气体交换，增强土壤通气性，为根系的有氧呼吸提供尽可能多的O₂来促进作物根系进行有氧呼吸，贮存更多能量，为作物生长提供动力，保证作物正常成长。该装置中，所加气体为空气，利用加气装置，全生育期的溶氧浓度为8～10mg/L，且与灌水同时进行。

下面结合实施例对本发明进行详细的描述。

以黑龙江省克山县某农场种植400亩马铃薯为例，该400亩马铃薯滴灌系统分为5个灌水小区，每个灌水小区进水处设置有电磁阀，灌水小区田间设置有土壤水分采集器两部。首部系统设置有：水泵，施肥装置，组合式过滤器，加气装置。主管道选择直径为75mm的PE硬管，支管采用直径为63mm的可拆卸PE软管。

马铃薯采用大垄双行的种植模式。田间毛管选择流量为1.38L/h，壁厚为0.4mm，滴头间距为30cm，内镶贴片式的一次性滴灌带，布设长度为120m，方式采用一管两行，铺设在垄台中间，置于地表。土壤水分采集器布置在田间，每个灌水小区设有两部土壤水分采集器，布置在垄台上，与作物在同一条直线上，分别检测深度为15cm，30cm，45cm，60cm，75cm土层的水分状况。该地区在5月初播种。播种后随即喷洒液体地膜，用于增温保墒，促进作物发芽。在播种后20天，利用大垄双行式马铃薯动力中耕培土机进行中耕培土。

首先，加氧方案定为：全生育期的溶氧浓度为10mg/L，且与灌水同时进行。整个生育期内，共灌水8次，灌水总量为93m³/亩。播种时施马铃薯专用复合肥50kg/亩(氮磷钾≥45％，15-10-20)，生育期内每亩共追施尿素13.5kg，磷酸二胺10kg，可溶性硫酸钾28kg。具体实施情况如下：

发棵期：灌水1次，每次灌水定额为8m³/亩，灌溉定额为8m³/亩；追肥1次，滴施尿素3kg/亩。

旺张前期：灌水2次，每次灌水定额为10m³/亩，灌溉定额为20m³/亩；追肥1次，滴施尿素3kg/亩。

旺张中期：灌水2次，每次灌水定额为10m³/亩，灌溉定额为20m³/亩；追肥2次，每次滴施尿素1.5kg/亩，硫酸钾5kg/亩，磷酸二胺2kg/亩。

结薯期：灌水3次，每次灌水定额为15m³/亩，灌溉定额为45m³/亩；追肥3次，每次滴施尿素1.5kg/亩，硫酸钾6kg/亩，磷酸二胺2kg/亩。

经试验测算本方法与喷灌、地面灌溉等种植模式相比，可增产37.2％；商品薯率提高7.1％；从品质上来看，蛋白质、淀粉、Vc含量有不同程度的提高。分别为5.7％、11.2％、4.9％。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，应用马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统，其特征在于：

所述马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统，包括：地下滴灌系统、土壤水分采集器、阀门控制器、无线传输装置、中央控制器和终端；

所述地下滴灌系统包括田间管路系统和首部系统，所述田间管路系统与首部系统连接，所述田间管路系统包括干管、支管和滴灌带；所述干管与支管通过三通相连，所述支管与滴灌带通过滴灌带旁通相连；所述首部系统包括：水泵、过滤装置、施肥装置和加气装置；所述水泵置于井中，水泵从井中将水输送到输水管道，所述过滤装置、施肥装置和加气装置均并联安装在输水管道上；

所述土壤水分采集器布置在田间的垄台上，与作物在同一条直线上；所述土壤水分采集器用于将该土壤水分信息通过无线传输装置发送到中央控制器；

所述阀门控制器布置在田间灌水小区入口处，阀门控制器接收中央控制器的命令，控制布置在田间灌水小区入口处的配套电磁阀执行开闭，从而实现灌溉的自动控制；

所述中央控制器是实现滴灌系统自动控制的中枢，用于接收土壤水分采集器的信号，通过无线传输装置向阀门控制器、水泵、加气装置以及施肥装置发送命令，与滴灌系统管理人员的终端进行通讯以及进行智能决策；

所述中央控制器同时还连接设置在田间的压力传感器，以接收压力传感器采集的信号；

每个灌水小区设有两部土壤水分采集器，所述土壤水分采集器具有五个探头，根据寒区马铃薯种植特性，分别检测土层深度为15～18cm，30～33cm，45～48cm，60～63cm，75～78cm的水分情况，用五个土层含水率的平均值作为最终灌水决策的依据；

所述地下滴灌系统的干管采用PE硬管，埋深为40～50cm；田间支管选用可拆卸的移动式PE软管；滴灌带采用流量小于1.6L/h、抗堵塞、抗虫咬的滴灌带产品，所述滴灌带的铺设长度大于100m；

所述加气装置用于实现对马铃薯根区的气体调控；所述加气装置采用带有自动控制功能的微纳米气泡发生器，施肥装置采用施肥机或注肥泵；

包括以下步骤：

(1)马铃薯种植形式为大垄双行、一管两行模式；播种时采用马铃薯大垄双行起垄、播种、铺管、施肥一体机；播种时，设定的种植参数为：播种深度15～20cm，株距18～20cm，垄台高度25～30cm，垄顶宽50～60cm，垄底宽100～120cm；

(2)播种后，1～2天在垄台上进行喷洒可降解液体地膜，用于增温保墒，促进作物发芽；

(3)利用中耕培土机在播种后20～25天进行中耕培土，将垄沟中土壤打碎耕松后覆盖在现有垄台上，垄面覆土的深度为10～15cm，此时附在地表的滴灌带变为了浅埋深度为10～15cm的浅埋式的滴灌带；

步骤(3)中所述的中耕培土机采用前置动力旋耕，后置覆土部件整形的结构，所述中耕培土机包括：机架、牵引架、主变速箱、侧变速箱、覆土部件和旋耕刀轴；所述覆土部件采用曲面结构，覆土部件的下部宽度为90～100cm，上部宽度为40～50cm；所述旋耕刀轴上设有若干组旋耕刀，每组旋耕刀是由一对刀片组成，所述刀片之间的间距为10cm，每条覆土垄台需要两组旋耕刀，两组旋耕刀中最近旋耕刀片之间的间距为50cm；所述中耕培土机的配套形式为悬挂式；配套动力为80～130kw；工作幅度为3300～3500mm；作业行数为3行；行距为1100～1200mm；作业效率为1.2～1.6公顷/小时；作业速度为4.0～6.0km/h；

(4)根据寒区的气候特性，利用马铃薯根区水肥气微生境精准调控滴灌系统对马铃薯进行水肥气一体化调控；

步骤(4)中水肥气一体化调控具体包括：

①灌水管理方案

发棵期：灌水下限：65～70％田间持水量，灌水上限：75～80％田间持水量；

旺张前期：灌水下限：70～75％田间持水量，灌水上限：80～85％田间持水量；

旺张中期：灌水下限：75～80％田间持水量，灌水上限：85～90％田间持水量；

结薯期：灌水下限：80～85％田间持水量，灌水上限：95～100％田间持水量；

②施肥管理方案

本栽培方法中，采用施肥策略为“轻底肥、重追肥”，马铃薯底肥通过所述马铃薯大垄双行起垄、播种、铺管、施肥一体机施入，所述底肥采用马铃薯专用复合肥N:P:K＝15:10:20，施用量为30～50kg每亩；追肥随水施入，选用可溶性的肥料，具体追肥方案如下：

发棵期：施肥1次，亩施氮素1.4～1.9kg；

旺张前期：施肥1次，亩施氮素1.4～1.9kg；

旺张中期：施肥1～2次，每次亩施氮素0.5～0.9kg，亩施钾素2.6～3.1kg，亩施磷素0.5～0.9kg；

结薯期：施肥3～4次，每次亩施氮素0.5～0.9kg，亩施钾素2.6～3.1kg，亩施磷素0.5～0.9kg；

③加气管理方案

利用加气装置将水气混合液通过滴头缓慢渗入到作物根系周围的土壤中，所加气体为空气，全生育期的溶氧浓度为8～10mg/L；

步骤(4)中将所述灌水管理方案编入到中央控制器中，实现自动控制灌水和灌水量。

2.如权利要求1所述的寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，其特征在于：步骤(2)中所述液体地膜采用降解时间为20～30天的液体地膜。

3.如权利要求1所述的寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，其特征在于：为了降低生产成本、降低污染风险，在马铃薯收获后采用滴灌带回收机，对滴灌带进行回收处理。

4.如权利要求1所述的寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法，其特征在于：所述中央控制器同时还连接设置在田间的溶氧传感器、EC/pH传感器，以接收溶氧传感器、EC/pH传感器采集的信号，以帮助滴灌系统管理人员监测系统工作状态。

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