CN115299324A

CN115299324A - 一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法

Info

Publication number: CN115299324A
Application number: CN202211124867.9A
Authority: CN
Inventors: 黄鹏飞; 康跃虎; 万书勤; 李晓彬
Original assignee: Farmland Irrigation Research Institute of CAAS
Current assignee: Farmland Irrigation Research Institute of CAAS
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2042-09-15
Also published as: CN115299324B

Abstract

本发明公开了一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法；基于种植穴非盐碱土和盐碱土水分入渗能力的差异，根据滴头流量与种植穴饱和时灌水量的关系并结合植物的高峰期耗水量需求，在田间通过实际测定获得上述关系，并根据该关系计算得到适宜滴头流量范围，综合考虑植物高峰期耗水量后确定最优滴头流量，该方法简单、便捷、同时考虑到植物耗水规律，对盐碱地土壤具有普遍适应，当土壤条件改变后仍然可以通过该方法快速获得最佳滴头设计流量。

Description

一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法

技术领域

本发明属于滴灌技术领域，尤其涉及一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法。

背景技术

滴灌是一种现代化的节水高效灌溉技术，因其点水源扩散的特点，形成以灌水器为中心向外的水势梯度，持续向湿润体外淋洗盐分，与传统地面灌溉积水条件下的饱和入渗相比，滴灌时的非饱和入渗对土壤结构影响小，有利于维持较高的土壤孔隙度，因此滴灌逐步被应用到盐碱地改良利用中，尤其在水分资源紧张的干旱、半干旱地区得到大面积的推广应用。

在滴灌系统的设计当中，滴头流量是关键参数之一。滴头流量主要由土壤的水分入渗系数和扩散系数决定，同时受到作物需水特点的影响，通常需要满足两个条件：一是满足作物高峰期耗水量需求，二是避免产生地表径流。第一条可以通过调整滴灌系统滴灌带间距、滴头间距、滴头流量和灌溉频率实现；第二条受到土壤入渗性能的影响，土壤的入渗性能由土壤颗粒组成、孔隙结构、离子组成决定，盐碱地多因吸附性钠离子含量过高而孔隙结构差入渗困难，在这类盐碱地的改良利用过程中通常采用在种植穴填充客土(非盐渍土)的方法为植物初期生长提供适宜的根区环境，提高成活率，客土的入渗性能优于盐碱地，客土饱和后极易使盐碱土形成径流，进而破坏土壤孔隙结构，并造成土壤侵蚀的发生。这种情况下滴头流量的选择方法与非盐渍土中不同，需要在满足植物耗水需求的同时避免盐碱土水分饱和，尽可能维持土壤孔隙结构，因此在确定滴头流量时要综合考虑客土和盐碱土的入渗能力及水分从客土进入盐碱土的规律

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，根据滴头流量和种植穴客土饱和时灌溉量间的关系，同时考虑作物高峰期耗水需求，使灌溉水通过客土种植穴以非饱和入渗进入盐渍土，避免灌溉造成盐渍土饱和破坏土壤结构。

本发明提供如下技术方案：

一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法；包括以下步骤：

S1：挑选地块并平整土地，使表层土壤无石块、枯枝和根系，且无明显坡度变化；

S2：根据预栽植植物种类确定种植穴大小和规格，在平整后的地块设置种植穴并填充预采用客土；

S3：安装滴灌装置：在水源、电源便利的情况下采用完整的滴灌系统，包括水源(1)、水泵(2)、水表(3)、调压阀(4)、压力表(5)、管道(6)和滴灌带(7)；

S4：选用步骤S3中的装置给步骤S2中的种植穴供水，通过调节滴灌系统的供水压力方式得到5-7个不同且梯度分布的滴头流量，滴头流量大小不超过2.5L/h，0-1L/h滴头流量不少于4个，记录不同滴头流量下种植穴水分饱和时灌水量，每个滴头流量重复3-5次。

优选的，还包括步骤S5：获得的滴头流量和灌水量的数据，确定滴头流量和灌水量的关系，滴头流量与灌水量满足如下曲线方程式：Q＝a+b×q^c，其中Q为灌水量，q为滴头流量，a、b、c为参数，且a、b、c≠0，将步骤S4中得到的滴头流量和对应灌水量数据带入曲线方程，拟合得出参数a、b和c，得到曲线方程；S6：计算得到曲线方程斜率于-1的点z，得到点z对应的滴头流量，即适宜滴头流量范围的上限。

优选的，还包括步骤S7：确定拟种植植物在该地区的高峰期耗水量，得到24h持续灌溉能够满足高峰期耗水量的最小滴头流量，即适宜滴头流量范围的下限；S8：由步骤S6和步骤S7获得适宜滴头流量范围，根据滴灌系统设计的轮灌制度从适宜滴头流量范围中选择能够满足需要的滴头流量。

优选的，步骤S3中，在水源和电源不便的条件下，采用简易滴灌系统，包括管道和滴灌带，通过调节马氏瓶的高度来提供稳定的压力水头，或者采用便携式移动电源和蠕动泵实现稳定的出水流量。

优选的，步骤S3中，采用多种供水调压模式，水源方便使用水泵供水时，通过调节调压阀获得不同的压力水头，进而得到不同的滴头流量；当水源较远，不便铺设滴灌系统时，采用马氏瓶连接滴灌带供水，通过调节马氏瓶的高度获得不同的压力水头，得到不同的滴头流量；或者采用便携式电源驱动蠕动泵，通过调节蠕动泵的转速获得不同的滴头流量。

优选的，步骤S4中，有不少于4个滴头流量介于0～1L/h范围内，供水开始前和结束后分别测算滴头流量实际值得到滴头流量平均值，根据滴灌时间计算得到总灌水量。

优选的，计算满足植物高峰期耗水量的最小滴头流量时考虑滴灌带行距、滴头间距、滴灌系统控制面积和轮灌制度。为了进一步提高灌溉过程中最小滴头流量满足灌溉标准，提升灌溉的效率，所述滴灌系统控制面积S与灌带行距D、滴头间距L之间满足，S＝(xD)·(yL)；上式中x为灌带数量，y为滴头数量。

优选的，步骤S6中的滴头流量和灌水量的数据确定种植穴饱和时滴头流量和灌水量的曲线变化关系，通过拟合得到曲线变化斜率于-1的点对应的滴头流量和灌水量，该值即为适宜滴头流量的最大值Qmax。

优选的，查阅资料获得计划栽植植物在该区域内的高峰期耗水量，计算得到设计滴灌系统(主要计算滴灌系统预设计滴灌带铺设行距和滴头间距)连续灌溉24小时能够满足该植物高峰期耗水量的对应滴头流量，该值即为适宜滴头流量的最小值Qmin，若适宜滴头流量的最小值Qmin大于Qmax，则可以缩小滴灌系统设计的滴头间距或滴灌铺设带行距。介于Qmin和Qmax的滴头流量即为适宜滴头流量选择范围，且越小越好。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，基于滴灌点水源扩散的特点，使灌溉水通过客土种植穴以非饱和入渗进入盐渍土，避免灌溉造成盐渍土饱和破坏土壤结构，通过在田间实际测量不同滴头流量下种植穴饱和时对应的灌水量，考虑了种植穴内客土和盐渍土的入渗能力，结合栽植植物的高峰期耗水量最终确定适宜滴头流量范围，同时满足了植物需水规律，且土壤环境、栽植植物和种植穴规格改变后仍能通过该方法获得改变后的适宜滴头流量范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的滴灌装置示意图。

图中：1、水源；2、水泵；3、水表；4、调压阀；5、压力表；6、管道；7、滴灌带。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1-2所示，一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法；包括以下步骤：

还包括步骤S5：获得的滴头流量和灌水量的数据，确定滴头流量和灌水量的关系，滴头流量与灌水量满足如下曲线方程式：Q＝a+b×q^c，其中Q为灌水量，q为滴头流量，a、b、c为参数，且a、b、c≠0，将步骤S4中得到的滴头流量和对应灌水量数据带入曲线方程，拟合得出参数a、b和c，得到曲线方程；S6：计算得到曲线方程斜率于-1的点z，得到点z对应的滴头流量，即适宜滴头流量范围的上限。

还包括步骤S7：确定拟种植植物在该地区的高峰期耗水量，得到24h持续灌溉能够满足高峰期耗水量的最小滴头流量，即适宜滴头流量范围的下限；S8：由步骤S6和步骤S7获得适宜滴头流量范围，根据滴灌系统设计的轮灌制度从适宜滴头流量范围中选择能够满足需要的滴头流量。

步骤S3中，在水源和电源不便的条件下，采用简易滴灌系统，包括管道和滴灌带，通过调节马氏瓶的高度来提供稳定的压力水头，或者采用便携式移动电源和蠕动泵实现稳定的出水流量。

步骤S3中，采用多种供水调压模式，水源方便使用水泵供水时，通过调节调压阀获得不同的压力水头，进而得到不同的滴头流量；当水源较远，不便铺设滴灌系统时，采用马氏瓶连接滴灌带供水，通过调节马氏瓶的高度获得不同的压力水头，得到不同的滴头流量；或者采用便携式电源驱动蠕动泵，通过调节蠕动泵的转速获得不同的滴头流量。

步骤S4中，有不少于4个滴头流量介于0～1L/h范围内，供水开始前和结束后分别测算滴头流量实际值得到滴头流量平均值，根据滴灌时间计算得到总灌水量。

计算满足植物高峰期耗水量的最小滴头流量时考虑滴灌带行距、滴头间距、滴灌系统控制面积和轮灌制度。

步骤S6中的滴头流量和灌水量的数据确定种植穴饱和时滴头流量和灌水量的曲线变化关系，通过拟合得到曲线变化斜率于-1的点对应的滴头流量和灌水量，该值即为适宜滴头流量的最大值Qmax。

查阅资料获得计划栽植植物在该区域内的高峰期耗水量，计算得到设计滴灌系统(主要计算滴灌系统预设计滴灌带铺设行距和滴头间距)连续灌溉24小时能够满足该植物高峰期耗水量的对应滴头流量，该值即为适宜滴头流量的最小值Qmin，若适宜滴头流量的最小值Qmin大于Qmax，则可以缩小滴灌系统设计的滴头间距或滴灌铺设带行距。介于Qmin和Qmax的滴头流量即为适宜滴头流量选择范围，且越小越好。

实施例二：

如图1-2所示，一种盐碱地客土栽植模式下滴灌系统滴头流量的确定方法，所述方法包括以下步骤：

S1：选择典型地块，能够代表这块盐碱地基本土壤条件的地块；

S2：平整地面，包括去除石块、枯枝和树根异物，使地面无明显坡度；

S3：挖掘种植穴并填充客土，根据栽植植物种类确定种植穴规格，采用人工或机械挖掘的方式，在种植穴中填充拟采用客土，包括沙土、营养土及掺混土；

S4：安装滴灌系统，如图中所示，包括水源1、水泵2、水表3、调压阀4、压力表5、管道6和滴灌带7，或者采用便携式蓄电池及蠕动泵实现供水；

S5：供水：采用步骤S4中安装的滴灌系统向步骤S3中填充客土的种植穴供水，通过调整步骤S4中滴灌系统的供水压力或调节蠕动泵运行速率得到5-7个不同滴头流量，记录种植穴内土壤饱和形成明水直径达到种植穴边缘时灌水量，得到3-5组滴头流量和灌水量数据；

S6对步骤S5中得到的滴头流量和灌水量数据进行数值拟合，得到灌水量随滴头流量增加的变化曲线：Q＝a+b×q^c，其中Q为灌水量，q为滴头流量，a、b、c为参数，且a、b、c≠0，将步骤S4中得到的滴头流量和对应灌水量数据带入曲线方程，拟合得出参数a、b和c，得到曲线方程；

S7：得到适宜滴头流量范围：计算得到步骤S6中曲线方程斜率于-1的点对应的滴头流量Qmax，即为适宜滴头流量范围的上限；查阅资料获得栽植植物在种植区域内的高峰期耗水量，计算得到连续灌溉24小时能够满足该植物高峰期耗水量需求的最小滴头流量，该值即为适宜滴头流量范围的最小值Qmin；

S8：选择介于Qmin～Qmax的滴头流量，满足灌溉系统和植物需水时越小越好。

所述步骤S2中还包括对步骤S1选择的代表性地块进行翻耕、旋耕作业，除去石块、枯枝异物后使用挖掘机或旋耕机进行深翻、旋耕将土块打碎混匀，最后平整土面得到无明显坡度的地块；

所述步骤S3中种植穴的挖掘包括人工和挖穴机挖掘，尽量采用模具或机械挖掘，获得规格大小较为一致的种植穴；

所述步骤S4包括多种供水调压模式，水源方便使用水泵供水时，通过调节调压阀获得不同的压力水头，进而得到不同的滴头流量；当水源较远，不便铺设滴灌系统时，采用马氏瓶连接滴灌带供水，通过调节马氏瓶的高度获得不同的压力水头，得到不同的滴头流量；或者采用便携式电源驱动蠕动泵，通过调节蠕动泵的转速获得不同的滴头流量；

所述步骤S5中应有不少于4个滴头流量介于0～1L/h范围内，供水开始前和结束后分别测算滴头流量实际值得到滴头流量平均值，根据滴灌时间计算得到总灌水量；

所述步骤S7中计算满足植物高峰期耗水量的最小滴头流量时考虑滴灌带行距、滴头间距、滴灌系统控制面积和轮灌制度。为了进一步提高灌溉过程中最小滴头流量满足灌溉标准，提升灌溉的效率，所述滴灌系统控制面积S与灌带行距D、滴头间距L之间满足，S＝(xD)·(yL)；上式中x为灌带数量，y为滴头数量。

实施例三：

S1：在龟裂碱土中选择了三个具有代表性的典型地块；

S2：平整地面：清除石块、树枝异物后，进行深翻和旋耕打碎土块，并平整试验地块使无明显坡度；

S3：挖掘种植穴并填充客土：采用机载挖穴机得到规格统一的种植穴35个，填充沙质客土；

S4：在步骤S2中平整后的实验地块上安装滴灌装置，如图1所示，包括水源、水泵、管道、球阀、过滤器、水表、调压阀、压力表和滴灌带；

S5：利用步骤S4安装的滴灌系统向步骤S3中得到的种植穴供水，通过调节调压阀分别得到不同的滴头流量：0.1、0.3、0.4、0.5、1、1.5和2L/h，龟裂碱土渗水能力极差，滴灌条件下很快饱和并形成径流，造成土壤侵蚀，因此在种植穴内客土饱和且明水达种植穴边缘时停止灌溉，测量供水开始前和开始后的滴头流量并求平均值作为实际滴头流量，每个滴头流量重复三次，记录滴头流量和对应灌水量；

S6：确定滴头流量与灌水量之间的关系：滴头流量与灌水量之间的变化关系满足如下方程式：Q＝a+b×q^c，其中Q为灌水量，单位是L，q为滴头流量，单位是L/h，a、b、c为参数，且a、b、c≠0，将步骤E中得到的滴头流量平均值和对应灌水量数据带入方程计算得到灌水量随滴头流量变化的曲线方程为：Q＝0.69+0.15*q-0.82，拟合系数R＝0.77；

S7：计算得到步骤F中灌水量随滴头流量变化的曲线方程斜率于-1对应的滴头流量为0.32L/h，在宁夏银北平原采用膜下滴灌垄作种植枸杞时，枸杞植株高峰期耗水量约6–8mm，当滴灌系统设计滴灌带铺设行距为3m、滴头间距0.3m时，能够满足植物高峰期耗水量的最小滴头流量为0.3L/h，则适宜滴头流量范围为0.3～0.32L/h；

S8：从步骤S7中得到的适宜滴头流量范围选择最适滴头流量为0.3L/h。

龟裂碱土为典型龟裂碱土分布区，属于盐成土土纲碱质土亚纲碱土土类龟裂碱土亚类，该类盐碱地原始土壤可溶性盐含量并不高，低于0.5％，钠吸附比高，土壤碱化度在25％～60％之间，pH值高达10左右，通气透水性极差，土壤一旦饱和，导水率接近于零，不通气不透水；在这类入渗能力接近于零的盐碱地改良利用过程中要避免灌溉造成土壤饱和而使土壤孔隙关闭，必须选择适宜的滴头流量。

采用滴头流量0.3L/h进行了大田验证实验，枸杞种植第一年控制滴头正下方20cm处土壤基质势下限为–5kPa，根区土壤(距滴灌带水平距离40cm、垂直距离60cm的区域)盐分在实验开始前为6.16dS/m，在第一年11月份冬灌前降至4.4dS/m，在第二年春灌前(4月中旬)取土，根区盐分平均值为3.43dS/m，种植第二年控制基质势下限为–10kPa，在第二年生长季末根区盐分平均值稳定在3.27dS/m，枸杞植株成活率达到98.3％，生长良好。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法；其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，其特征在于，还包括步骤S5：获得的滴头流量和灌水量的数据，确定滴头流量和灌水量的关系，滴头流量与灌水量满足如下曲线方程式：Q＝a+b×q^c，其中Q为灌水量，q为滴头流量，a、b、c为参数，且a、b、c≠0，将步骤S4中得到的滴头流量和对应灌水量数据带入曲线方程，拟合得出参数a、b和c，得到曲线方程；S6：计算得到曲线方程斜率于-1的点z，得到点z对应的滴头流量，即适宜滴头流量范围的上限。

3.根据权利要求1所述一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，其特征在于，还包括步骤S7：确定拟种植植物在该地区的高峰期耗水量，得到24h持续灌溉能够满足高峰期耗水量的最小滴头流量，即适宜滴头流量范围的下限；S8：由步骤S6和步骤S7获得适宜滴头流量范围，根据滴灌系统设计的轮灌制度从适宜滴头流量范围中选择能够满足需要的滴头流量。

4.根据权利要求1所述一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，其特征在于，步骤S3中，在水源和电源不便的条件下，采用简易滴灌系统，包括管道和滴灌带，通过调节马氏瓶的高度来提供稳定的压力水头，或者采用便携式移动电源和蠕动泵实现稳定的出水流量。

5.根据权利要求1所述一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，其特征在于，步骤S3中，采用多种供水调压模式，水源方便使用水泵供水时，通过调节调压阀获得不同的压力水头，进而得到不同的滴头流量；当水源较远，不便铺设滴灌系统时，采用马氏瓶连接滴灌带供水，通过调节马氏瓶的高度获得不同的压力水头，得到不同的滴头流量；或者采用便携式电源驱动蠕动泵，通过调节蠕动泵的转速获得不同的滴头流量。

6.根据权利要求1所述一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，其特征在于，步骤S4中，有不少于4个滴头流量介于0～1L/h范围内，供水开始前和结束后分别测算滴头流量实际值得到滴头流量平均值，根据滴灌时间计算得到总灌水量。

7.根据权利要求3所述一种盐碱地客土穴植条件下滴灌滴头流量的快速确定方法，其特征在于，计算满足植物高峰期耗水量的最小滴头流量时考虑滴灌带行距、滴头间距、滴灌系统控制面积和轮灌制度。