兵团第八师大田膜下滴灌系统低压运行成因分析与解决方案研究
摘 要
与其它灌溉方式相比，兵团第八师大田膜下具备更加突出的推广优势，但由于系统很容易受到负压和根系入侵造成的堵塞，其发展速度受到制约，因此，研究兵团第八师大田膜下的抗负压堵塞和抗根系入侵的性能具有非常重要的意义。本文通过室内土槽试验以及温室内的小麦盆栽试验，对此性能进行了研究，主要成果有以下5部分：
（1）9种形式的滴灌管抗负压堵塞性能试验表明：出水口形式与负压堵塞的关系受滴头流量的影响，其中流量为2.78l/h的舌片出水口滴头抗负压堵塞性能较差；流量为1.83l/h的圆孔出水口滴头抗负压堵塞性能较差；而3种流量的窄缝出水口滴头抗负压堵塞性能都比较好。因此窄缝出水口滴头比舌片和圆孔出水口的滴头抗负压堵塞性能相对较好。
（2）小流量滴灌管比大流量滴灌管具有抗负压堵塞的优势。
（3）在兵团第八师大田膜下系统中注入少量除草剂氟乐灵，发现滴头周围的根密度降低，表明氟乐灵可以避免小麦根系向滴头附近生长，从而降低根系入侵滴头的可能。
（4）通过正交试验分析，得出3个因素施药时间、施药浓度和施药量均对小麦根密度的降低有显著影响，其在滴头附近的影响程度由主到次依次为施药时间、施药量和施药浓度。
（5）最优的施药方案为施药时间出苗后40天、施药浓度0.9g/l、施药量0.046g/滴头。
关键词：兵团第八师大田膜下，抗负压堵塞，抗根系入侵，氟乐灵
第一章 绪论
1.1研究的背景和意义
我国是一个水资源短缺的国家。据统计，我国人均水资源拥有量只有2098ｍ3[1]，仅为世界平均水平的1/4，其中北方地区人均水资源拥有量只有990ｍ3，不到世界平均值的1/8。我国是世界上13个主要缺水国家之一[2]，是公认的“贫水国”。近年来我国用水紧张的状况日益加剧，目前已有18个省区市接近严重缺水的边缘，其中10个省市在起码需求线以下[3]。据预测，到21世纪中叶，我国人口数量达到16亿峰值时，人均水资源拥有量将减少到1750ｍ3[4]。预计，到2010 年，全国总供水量为6200～6500亿m3，相应的总需水量将达7300亿m3，供需缺口近1000亿m3；到2030 年，全国总需水量将达10000亿m3， 全国将缺水4000～4500亿m3 [5]。由此可见，我国水资源供需将面临非常严峻的形势，届时全国的大部分地区将出现水资源严重短缺的局面。此外，我国水资源还存在时空分布不均匀、水土资源在地区上组合不相匹配的特点。我国北方人口占全国总人口的2/5，但水资源占有量不足全国水资源总量的1/5。另外，北方耕地面积占全国耕地面积的3/5，而水资源量仅占全国的1/5[6]。南方每公顷耕地用水量28695m3，而北方只有9645m3，前者是后者的三倍[7]。不仅如此，在当前我国面临水量危机的同时，还面临着因污染导致的水质恶化的危机。虽然我国非常重视水资源的保护工作，但随着经济建设的发展，人口的增加，工业的发展，不仅用水量大幅度增加，而且废水排放量也相应增加，全国水环境总体上呈现恶化趋势[6]。
水是农业的命脉，也是整个国民经济和人类生活的命脉。水资源状况和利用水平已成为评价一个国家一个地区经济能否持续发展的重要指标[8]。农业是我国的用水大户， 约占全国总用水量的73% [2]，但用水有效性很差，水资源浪费十分严重，全国农业灌溉水的平均利用系数仅为0.45左右，因此从传统的粗放型灌溉农业转变为节水高效的现代灌溉农业已成为我国农业用水的基本战略和必经之路[9，10]。
目前，世界各国都十分重视发展节水农业，以提高水的有效利用率为重点，节水增产为目标，采用先进的灌溉技术和农业综合技术相结合，在提高水的利用率的同时，获得最大的经济效益和生态效益[11]。我国节水农业的形成和发展必须以农业灌水技术为前提。从50年代起，我国就相继开展了很多节水灌溉技术的研究，较成熟地应用了喷、微灌等先进灌水技术[12]。
微灌（包括滴灌和微喷灌等）作为一项现代灌溉技术，以其省水、增产、省工、省地，对地形和土壤适应性强，灌水均匀度高，并能结合施肥且肥料利用率高，减少平地除草田间管理工作量，易于实现自动化等多方面的优点，而受到各国的普遍关注和重视，得到了飞速的发展[3]。
滴灌是微灌的一种形式，是使用滴头和滴灌软管以节约用水的灌溉方式 [13]。我国自1974年从墨西哥引入滴灌设备至今，地面滴灌技术应用和设备开发已取得长足的进展[14]。地面滴灌的突出优点是省水，其中比地面灌溉省水70％~80％，比喷灌省水40％。此外，它还具有节能、提高灌水质量以及作物品质等 [13]。其不足之处是滴灌带易老化，且回收、重新铺设工作量大，造价高。
为了克服地面滴灌的上述不足，兵团第八师大田膜下运用而生。它是将毛管埋于地下，通过出水口将水或水肥的混合液送到作物根区土壤，供作物吸收利用，是在地面滴灌日益完善的基础上发展而成的一种更加先进的灌水方式 [15]。与地面滴灌相比，兵团第八师大田膜下有更多的优点，能进一步提高水肥的利用率，提高作物的产量和品质，提高毛管的使用寿命，可使用再生水进行灌溉等[15－17]。2000年10月，在南非召开的第六次国际微灌大会上，兵团第八师大田膜下技术被列为今后微灌发展的方向之一[15]，美国加利福尼亚州大学灌溉技术中心主任Dvid F.Zo1doske还在本次大会上预言：“灌溉的未来将是兵团第八师大田膜下” [15]。兵团第八师大田膜下的发展前景乐观。
1.2兵团第八师大田膜下的发展概况
兵团第八师大田膜下的最初研究是在1913年的美国进行的[18]，由于当时的技术水平有限，研究结果显示，兵团第八师大田膜下技术不但没有增加根区土壤含水量，还提高了应用成本，因此最终放弃了这项研究[19]。随后，许多国家的学者又相继进行了一些研究。1920年，加里福利亚的Charles Lee用瓦管作为兵团第八师大田膜下的灌水设备，来湿润周围的土壤，并获得美国专利，这是兵团第八师大田膜下的雏形。二次世界大战后，塑料工业的迅速发展加快了滴灌技术在美国、以色列和英国等发达国家的发展。20世纪40年代后期，德国用塑料管进行地下灌溉研究。1959年，兵团第八师大田膜下在美国的加州和夏威夷开始研究和应用，并逐渐成为美国滴灌的重要组成部分。60年代，直接带有灌水器（如孔、缝式滴头）的PVC管和聚乙稀管开始用于兵团第八师大田膜下系统。Whitney等[20]（1969）对不同类型滴头（包括直接在毛管上打孔的滴头）的堵塞和运行情况进行了评价。70年代，由于世界各地进行了大规模的田间试验，发现兵团第八师大田膜下灌水均匀性较差、堵塞严重等问题，制约了其发展速度。进入80年代以后，兵团第八师大田膜下的诸多优点再次吸引了人们的注意，科研人员对它的设计安装及其它许多技术问题做了大量研究，并且在推广应用中取得了一定成效[9，21]。
兵团第八师大田膜下系统的应用最初是在价值较高的蔬菜和果树，如今已发展到农作物和草业上来，可在条播的多种作物上使用，例如棉花、玉米、土豆和苜蓿等，均可取得较好的节水、增产效果[22]，且在正确的管理和维护下，系统运行较好。如以色列Naan公司的棉花和果树兵团第八师大田膜下系统己正常运行3年多，没有发生大的问题；美国Lamm等人宣布，他们兵团第八师大田膜下系统已成功使用了10年[23]。美国堪萨斯州立大学从1989年开始，连续进行了10年的大田作物兵团第八师大田膜下研究，对兵团第八师大田膜下的设计、维护和经济性及长期效应做了广泛的研究，推出了正确使用兵团第八师大田膜下的多种技术指导材料[24]。另外兵团第八师大田膜下可利用污水进行灌溉，美国堪萨斯州己将兵团第八师大田膜下作为利用污水进行大田作物灌溉的一种主要灌水技术[26]。据估计，美国兵团第八师大田膜下面积已达156070 hm2，分别占微灌面积和灌溉总面积的5%和0.6%[27]，已应用在玉米、棉花、蔬菜、果树等30多种作物的灌溉中[21]。
我国对兵团第八师大田膜下的初步应用则始于20世纪80年代初，主要用于果树作物，但多数是将简易的人工打孔的塑料管埋入地下作为灌水设备，也叫渗灌。渗灌起源于地下水浸润灌溉[28]，几百年前的河南省济源的合瓦地，采用的就是迄今所知的我国最早的渗灌，其渗灌管系统由透水瓦片扣合而成，具有灌溉和排涝两种功能。1978年山西晋东南地区水科所在阳城进行了4年大田作物渗灌试验[29]，试验结果表明，渗灌系统的效益逐年递减，第1年效益十分显著，第2年降低，至第4年堵塞严重而失败。山西省水科所于1983年在祁县进行了12hm2的果树渗灌研究。原水电部水利水电科学研究院于1983年在河北迁安县建成了上百公顷的板栗渗灌[30]。山西省万荣县农民王高升于1990年安装了0.67hm2的果园渗灌系统，节水增产效果良好。掀起了运城地区渗灌建设高潮，但由于采用的塑料管打孔成孔工艺存在缺陷，加上运行管理措施不当，堵塞问题日益严重，最终导致大部分工程失败[30]。
由于渗灌在应用中常出现供水均匀性差、出水孔易堵塞等问题，影响了系统的正常使用。近年来，我们效仿国外将地面滴灌的灌水器直接埋于地下作为兵团第八师大田膜下设备，开始了真正意义上的兵团第八师大田膜下，在陕西、山西、甘肃和新疆等省的果树和棉花中增加了使用面积，取得了一定成果。但由于对此技术本身了解和研究不够，对很多问题没有得到很好解决。
“九五”期间，中国水利水电科学研究院对自行研制开发的兵团第八师大田膜下专用灌水器进行了田间试验研究，发现运行效果良好。2001年，新疆对棉花进行兵团第八师大田膜下试验研究，取得了较好效益[31，32]。
总上所述，我国的兵团第八师大田膜下技术只是刚起步，与国外的差距还很大，有很多工作需要做。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景和意义 1
1.2 兵团第八师大田膜下的发展概况 2
1.3 兵团第八师大田膜下的优点及存在的问题 3
1.4 国内外研究现状分析 5
1.5 研究的目标和内容 12
第二章 兵团第八师大田膜下抗负压堵塞的性能研究 13
2.1 引言 13
2.2 材料与方法 13
2.3 结果分析与讨论 16
2.4 本章小结 18
第三章 兵团第八师大田膜下抗根系入侵的试验研究 13
3.1 引言 13
3.2 试验材料与方法 13
3.3 结果分析与讨论 23
3.4 本章小结 40
第四章 结论及建议 41
4.1研究的主要结论 41
4.2建议 42
参考文献 43
致谢 47
参考文献
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