一体化垄作沟灌沟垄田规格参数与作物需水特性研究
一体化垄作沟灌是对传统地面灌溉技术的改进,可在大幅度减少作物供水的同时提高作物的产量和品质。目前国内外对一体化垄作沟灌的沟垄田规格和灌溉效应及灌溉制度等方面的研究较少。本文在查阅国内外相关文献资料的基础上,采用大田试验、理论分析与数值模拟相结合的技术路线,在一体化垄作沟灌沟垄田规格参数、灌水技术要素、水流运动、土壤水分入渗、作物生长发育及需水特性和灌溉制度等方面进行了较为深入的研究工作,取得了以下主要研究成果: (1)探明了一体化垄作沟灌沟垄田规格参数对水流推进和消退的影响规律。沟深和沟底纵坡增大,水流推进速度加快,沟宽及垄宽增大,水流推进速度减慢;沟宽和垄宽增大,水流消退速度加快,历时减少;沟深增大,消退时长变大;沟底纵坡增大,沟首入渗时间变短,沟尾入渗时间变长,入渗时间差距加大。建立了不同沟垄田规格参数的灌溉水流推进距离与时间及水流消退距离与时间的关系,水流推进与消退的距离与时间之间为幂函数关系。 (2)明确了沟底纵坡和垄宽为灌水质量的主要影响因素,沟宽和沟深为次要因素。探明了一体化垄作沟灌条件下不同入沟流量对水流运动的影响,入沟流量增大,水流推进速度增大,水流消退历时增加,不同入沟流量的消退历时差异显著;确定了试验条件下沟垄田规格最优参数组合为垄宽70cm、沟宽40cm、沟深20cm、沟底纵坡l‰,适宜入沟流量为1.65L/s,相应的Ed、Ea和Es分别为92.94％、93.32%和91.73%。 (3)探明了一体化垄作沟灌沟垄田规格参数对累计入渗量的影响特性,累计入渗量与沟宽和垄宽正相关,而与沟深和沟底纵坡负相关;垄宽为主要影响因素,沟宽次之。揭示了一体化垄作沟灌不同沟垄困规格参数的土壤水分分布规律,沟底纵坡为影响土壤湿润体分布的主要因素,沟深和垄宽次之。采用Hydrus-2D土壤水分运动模型对一体化垄作沟灌土壤水分入渗过程进行了数值模拟,湿润锋和土壤含水率的模拟值与实测值一致性较好。 (4)研究表明,试验条件下的一体化垄作沟灌夏玉米生育期延长l~2天,冬小麦生育期延长2~3天;灌溉水量增加,夏玉米和冬小麦的生育周期分别延长4~6d和2—4d;-体化垄作沟灌夏玉米和冬小麦叶面积有不同程度增长,绿叶高值持续期延长,利于作物制造更多的光合同化产物;夏玉米的株高和基部茎粗都有所增长,冬小麦的株高较传统平作种植模式的低,有利于提高冬小麦的抗倒伏能力。 (5)相对于传统平作沟灌,一体化垄作沟灌使夏玉米籽粒重提高6.42%~11.70%,冬小麦单株籽粒重和最终干物重分别增加4.31%~6.97%和2.47%~5.30%;水分处理对夏玉米穗长和百粒重影响微小,但对穗粒数和最终产量影响较大,70%田间持水量的处理产量最优,达7853.39kg/hm2;冬小麦穗数、穗粒数、籽粒重及产量受水分控制下限影响较大,产量随水分处理增加而提高。一体化垄作沟灌单季少灌45mm水量,夏玉米增产175~817.45 kg/hm2,冬小麦增产150.57~237.63kg/hm2。 (6)一体化垄作沟灌冬小麦和夏玉米周年耗水量为687.57~886.22mm,比传统平作沟灌降低65.76~75.59mm;夏玉米在灌浆—成熟阶段耗水量最大,达5.92~7.37mm,冬小麦在抽穗—灌浆期达到耗水量的峰值4.18~5.88mm。对比常规平作栽培,一体化垄作沟灌小麦和玉米水分利用效率分别提高9.43~10.39%和14.25~23.03%。 (7)计算了一体化垄作沟灌作物各生育期的水分敏感指数,探明了冬小麦需水关键期为拔节—抽穗期和抽穗—灌浆期,夏玉米需水关键期为拔节—抽雄期和抽雄—灌浆期。建立了一体化垄作沟灌方式的作物水分生产函数,产量与全生育期耗水量呈良好的抛物线关系。采用动态规划法优化制定了一体化垄作沟灌条件下不同水文年型冬小麦和夏玉米的高效灌溉制度。
一体化垄作沟灌;沟垄田;规格参数;作物需水特性
西安理工大学
博士
农业水土工程
费良军
2013
中文
S275.3;S274.1
146
2014-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）