CN114303831A - 地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，通过播种时在种子特定位置给予足以支持萌发的水量，有效完成种子萌发后，继而进行集约化地下滴灌管理，地下滴灌和水力种植的结合使得作物在整个生长过程中土壤表面保持干燥状态，可有效避免整个生育期土壤水分蒸发损失，进一步提高地下滴灌的水分利用效率。本发明涉及一种在地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的实验方法中确定农田小区作物蒸散量的装置系统，该装置系统通过基建设施在农田小区布设大范围的蒸散测量装置，并在该范围内布设植物带模拟农田环境，该装置通用性强，能有效提高实验测量结果的准确性，减小外界环境因素影响，对滴灌过程中节水潜能的开发具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，涉及一种地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，尤其是为华北平原冬小麦/夏玉米轮作区提供一种低成本、高效益的栽培方法。
背景技术
滴灌技术是现阶段节水效率最高的灌溉方式之一，因其较高的灌溉水利用效率在国内外得到了广泛应用。该技术通过铺设在土壤中的滴灌管网系统使水和液体肥料缓慢出流渗入土壤，保证作物正常生长发育，达到节水、节肥、增产等目的。地下滴灌技术相对于地表滴灌，水分再分布后直接扩散到作物根区，可以大幅减少地面蒸发，滴灌管的埋深和间距是地下滴灌系统设计的重要参数，主要由气候条件、土壤性质、田间耕作情况以及作物种类等因素决定。在水分供应充足的条件下，滴灌带埋深与间距的主要作用在于调控土壤水分分布，适宜的滴灌带间距可以使土壤水分均匀的分布在作物根区，适宜的滴灌带埋深可以有效控制土壤湿润体位置，减少土壤蒸发和深层渗漏。
然而在埋深选择上，滴灌灌溉带埋深多位于地下20-70cm，大田作物一般选择20-40cm，该埋深的选择更多考虑到作物根区生长分布，但对于一年两熟作物中的玉米而言，种子萌发需水较小麦大，而一般播种季节土壤墒情较差，地下滴灌埋深相对于种子播种位置较深，玉米中不易获得水分而影响种子萌发，同时在作物播种前到种子萌发期间所造成的水分损失均来自于土壤蒸发，减少这部分水分损耗可进一步提高地下滴灌的节水减蒸能力。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明主要采用水力种植与地下滴灌相结合的设置方式，通过播种时在种子特定位置给予足以支持萌发的水量，有效完成种子萌发后，继而进行集约化地下滴灌管理，可进一步提高地下滴灌的节水潜能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，包括如下步骤：
（1）种子萌发期的水力种植促进萌发设置：
玉米播种后，在种子下方2cm处注射入一定量的足以支持种子萌发的水，种子萌发期间土壤表面保持干燥；
（2）玉米苗生长期间的滴灌布置：
滴灌布置采用地下滴灌方式；在土壤表面，各滴头间由滴灌带相连接，系统工作压力为0.2MPa，滴头流速为2L/hr；
玉米的种植行距为50cm，株距为20cm；
（3）对玉米进行农事管理，期间分析地下滴灌时玉米农田水平衡、蒸散量和蒸散结构，量化非生产性耗水的节约潜力。
进一步的，步骤（1）中所述玉米种子萌发时的注水量为40-60ml。
进一步的，所述玉米种子萌发时的注水量为50ml。
进一步的，步骤（2）中所述滴灌带管径为16mm、管壁壁厚为0.2mm。
进一步的，地下滴灌滴头深度设置为30cm。
进一步的，所述夏玉米品种为“郑单958”；播种时间为6月25日，收获时间为10月14日；在播种时施底肥，施N量195kg·hm−2，施P量36kg·hm−2，施K量72kg·hm−2；地下滴灌处理通过水肥一体化系统实施追肥，采用“1/4W-1/2N-1/4W”方式，即前1/4灌水，中间1/2施肥，后1/4灌水冲洗。
相应地，本发明还公开了一种在地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的实验方法中确定农田小区作物蒸散量的装置系统，包括地基设施、若干钢箱以及称重式传感器，所述钢箱上开口与地表面一致，在钢箱下方设置有托盘，托盘下方设置有称重式传感器，通过称重式传感器重量变化来计算土壤及作物水分变化量；所述称重式传感器的数据是通过采集器收集收据，在计算后传送给显示装置；各钢箱地表面间隔间布设植物带以控制周边小气候。
进一步的，所述钢箱内壁上均匀涂以胶水，然后在胶水上覆盖一层0.3cm厚土壤做粗糙化处理，以防止土壤水分沿侧壁优先流动。
进一步的，所述钢箱内土壤为田间地下80cm以上土壤，经风干、过筛后，每5cm一层进行填装、压实，目标容重为1.5g∙cm-3。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）通过播种作物种子后配套进行水力种植，给予了待萌发种子足量的水分以完成发芽，提高了种子发芽率，避免了因旱季土壤墒情差和地下滴灌埋深不当而对种子萌发所造成的影响；
（2）通过水力种植与地下滴灌布置的结合，使得作物整个生长过程中土壤表面保持干燥状态，可有效避免整个生育期土壤水分蒸发损失，提高水分利用效率，对滴灌过程中节水潜能的开发具有重要意义。
附图说明
图1为本发明水力种植对比实验图。
图2为本发明田间种植实验图。
图3为本发明玉米整个生育期内的灌溉量变化。
图4为本发明测量农田小区作物蒸散量装置系统的托盘示意图。
图5为本发明测量农田小区作物蒸散量装置系统的地基设施示意图。
图6为本发明测量农田小区作物蒸散量装置系统的植物带布设图。
附图标记：1-托盘。
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。
如图1-3所示，本发明所述的地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，包括以下步骤：
（1）种子萌发期的水力种植促进萌发设置：
玉米播种后，在种子下方2cm处注射入一定量的足以支持种子萌发的水，在地下完成种子萌发，在种子萌发期间土壤表面保持干燥，在此期间蒸散量损耗主要来自土壤蒸发，在地下完成萌发可减少在此期间的水分蒸散；
（2）玉米苗生长期间的滴灌布置：
滴灌布置采用地下滴灌方式；各滴头间由滴灌带相连接，通过滴灌带将灌溉水输送到各滴头，该系统工作压力为0.2MPa，滴头流速为2L/hr；玉米的种植行距为50cm，株距为20cm；
（3）对玉米进行农事管理，期间分析地下滴灌时玉米农田水平衡、蒸散量和蒸散结构，量化非生产性耗水的节约潜力。
在播前选择适宜水量：种10d后测量不同水量下各种子萌发情况，选择最适宜水量。不同水量下的萌发情况见表1。
表1不同水量下种子萌发情况
| 水量/ml | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
| 种子根长/cm | 2 | 4 | 7 | 9 | 16 |
在上述方案的基础上，步骤（1）所述玉米种子萌发时的注水量为40-60ml。
在上述方案的基础上，所述玉米种子水力种植萌发时的注水量为50ml。
在上述方案的基础上，步骤（2）中所述滴灌带管径为16mm、管壁壁厚为0.2mm；地下滴灌滴头深度设置为30cm。
在上述方案的基础上，所述夏玉米品种为“郑单958”；播种时间为6月25日，收获时间为10月14日；在播种时施底肥，施N量195kg·hm−2，施P量36kg·hm−2，施K量72kg·hm−2；地下滴灌处理通过水肥一体化系统实施追肥，采用“1/4W-1/2N-1/4W”方式，即前1/4灌水，中间1/2施肥，后1/4灌水冲洗。玉米生育期内的灌溉量和灌溉时间如图3所示，其中SDIL代表地表滴灌处理，SSDIL代表地下滴灌处理，FIL代表漫灌处理）
夏玉米滴灌系统联合水力种植减蒸促萌发试验于2018年在中国科学院栾城农业生态系统试验站（北纬37°50ˊ，东经114°40ˊ）内进行，该地属暖温带半湿润半干旱气候，年平均降水量约470mm，土壤全氮含量为0.07%-0.08%，碱解氮60-80mg∙kg-1,速效磷15-20mg∙kg-1，速效钾150-170mg∙kg-1；种植方式为冬小麦-夏玉米轮作一年两熟制，试验区土壤的颗粒组成、容重、田间持水量、萎蔫系数见表2。
表2钢箱试验土壤物理特性
玉米播种深度距离地面约4cm，在种子下方2cm处注射入一定量的足以支持种子萌发的水，在地下完成种子萌发（种子萌发期间土壤表面保持干燥）。
设置滴灌、地表滴灌和漫灌进行对比。
当10cm土壤深度的含水量达到16%进行灌水。
在作物生长期间对不同灌溉方式下作物的生长发育及土壤含水量、蒸散量等指标进行监测和计算。
如表3所示，通过与同时期同地点的地表滴灌和漫灌结果进行对比，上述方案有效提高了玉米生育期内的水分利用效率。
表3不同灌溉处理条件下的夏玉米水分利用情况
注：FIL代表漫灌处理，SDIL代表地表滴灌处理，SSDIL代表地下滴灌处理；IWUE代表灌溉水利用效率，是指作物产量（kg∙ha-1）与实际应用的灌溉水量（mm）的比率；CWUE代表作物水分利用效率，是指每单位水分蒸散量（mm）的作物产量（kg∙ha-1）。
结果显示，该水力种植与地下滴灌相结合较漫灌处理减少灌溉39.2%，蒸散量降低32.5%，增产4.8%，灌溉水和作物水分利用效率分别提高了29.2%和57.7%，达到了节约灌溉水和小幅增产的目的，对于减少华北平原地下水开采和保证区域粮食安全具有重要意义。
如图4-6所示，本发明提供的一种在地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的实验方法中确定农田小区作物蒸散量的装置系统，包括地基设施、若干钢箱以及称重式传感器，所述钢箱上开口与地表面一致，在钢箱下方设置有托盘，托盘下方设置有称重式传感器，通过该称重式传感器重量变化计算土壤及作物水分含量变化；所述称重式传感器的数据是通过采集器收集收据，在计算后传送给显示装置；各钢箱地表面间隔间布设植物带以控制周边小气候，模拟正常作物生长环境。在农田小区进行作物蒸散量测定的系统进一步地提高了实验期间数据相较于大田种植的准确性。
其中，所述钢箱为长×宽×高为50cm×50cm×100cm的不锈钢长方体容器；填装土壤前在钢箱内壁上均匀涂以胶水，然后在胶水上覆盖一层0.3cm厚土壤做粗糙化处理，以防止土壤水分沿侧壁优先流动。
所述钢箱内土壤为田间地下80cm以上土壤，经风干、过筛后，每5cm一层进行填装、压实，目标容重为1.5g∙cm-3。
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。以上对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）种子萌发期的水力种植促进萌发设置：
玉米播种后，在种子下方2cm处注射入足以支持种子萌发的水，期间土壤表面保持干燥；
（2）玉米生长期间的滴灌布置：
滴灌布置采用地下滴灌方式；各滴头间通过滴灌带相连接，系统工作压力为0.2MPa，滴头流速为2L/hr；
玉米的种植行距为50cm，株距为20cm；
（3）对玉米进行农事管理，期间测定蒸散量。
2.根据权利要求1所述的地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，其特征在于，步骤（1）中所述玉米种子萌发时的注水量为40-60ml。
3.根据权利要求2所述的地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，其特征在于，所述玉米种子萌发时的注水量为50ml。
4.根据权利要求1所述的地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，其特征在于，步骤（2）中所述滴灌带管径为16mm、管壁壁厚为0.2mm；所述地下滴灌滴头埋于土壤30cm深度处。
5.根据权利要求1所述的地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法，其特征在于，所述夏玉米品种为“郑单958”；播种时间为6月25日，收获时间为10月14日；在播种时施底肥，施N量195kg·hm−2，施P量36kg·hm−2，施K量72kg·hm−2；地下滴灌处理通过水肥一体化系统实施追肥，采用“1/4W-1/2N-1/4W”方式，即前1/4灌水，中间1/2施肥，后1/4灌水冲洗。
6.一种在权利要求1-5任一项所述的地下滴灌联合水力种植减蒸促萌发的方法中测定农田小区作物蒸散量的装置系统，包括地基设施、若干钢箱以及称重式传感器，所述钢箱上开口与地表面一致，在钢箱下方设置有托盘，托盘下方设置有称重式传感器，其特征在于，地基设施方面在农田小区各钢箱地表面间隔间布设植物带；所述称重式传感器数据是通过采集器收集收据，在计算后传送给显示装置。
7.根据权利要求6所述的测定农田小区作物蒸散量的装置系统，其特征在于，所述钢箱内壁上均匀涂以胶水，然后在胶水上覆盖一层0.3cm厚土壤做粗糙化处理。
8.根据权利要求7所述的测定农田小区作物蒸散量的装置系统，其特征在于，所述钢箱内土壤为田间地下80cm以上土壤，经风干、过筛后，每5cm一层进行填装、压实，目标容重为1.5g∙cm-3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220412 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |