两种材质渗水器负压渗水性能的比较研究
负压灌溉是在基质势驱动下的水分运动，此时土壤水分呈非饱和态运动，土壤内部水气条件更为协调，具有大幅度提高作物生产力的潜力。其中，负压渗水器作为连接负压灌水系统与土壤的重要媒介，对维持负压灌水稳定性与均匀性都发挥着至关重要的作用。然而，目前试验室及小区试验中常用的负压渗水器多为陶土头或陶瓷板，均存在价格高、易堵塞、韧性脆、重复使用率低等诸多问题，不适合大面积推广。 高分子微孔发泡材料—聚乙烯醇缩甲醛(PVFM)，是一种非离子型高分子材料，具有高亲水性、力学强度高、化学稳定性和生物稳定性好、泡孔大小和开孔率易于调节等优点，并且其吸水特性受环境的酸、碱、温度影响要小得多，理论上可以在复杂的环境（如土壤）中作为对水分敏感的传感器与驱动器。但目前该种材料很少被应用到节水灌溉领域，仅丛萍等分析了不同配比及规格的PVFM作为负压渗水器材料应用于负压灌水系统的可行性，仅丛萍用简单的室内水分运移模拟试验进行了验证，没有将PVFM负压灌溉渗水器应用于实际的作物种植;在PVFM改性方面也仅从物理角度方面改变PVFM渗水器的泡孔大小和数量，没有添加化学改性剂进行相关改性试验和性能分析。因此，本文试图通过对PVFM改性得到性能更加优良的负压渗水材料，并通过土柱入渗试验、盆栽试验对比分析PVFM渗水器与传统陶土渗水器的效果，试验包括:1、制备了硅烷偶联剂和聚硫橡胶改性PVFM，测试其发泡点、拉伸强度、硬度、断裂伸长率、饱和导水率等负压渗水性能指标;2、观测了PVFM渗水器与陶土渗水器在黑钙土不同土层上的累积入渗量、渗水速率、湿润峰运移等指标;3、通过盆栽试验，观测了负压灌溉下PVFM渗水器和陶土渗水器对菠菜生长发育和产质量的影响;4、观测了PVFM渗水器和陶土渗水器在土壤中的性能演变过程。经过以上试验和综合分析，本文得到以下主要结论: (1)PVFM和陶土两种材质渗水器在不同土层累计入渗量与湿润峰、入渗率与湿润峰倒数、湿润峰平方与入渗时间均有明显线性关系，黑钙土灌水后距离渗水器上下各15cm范围内，土壤含水率维持在20％～33％; Kostiakov与Philip入渗模型能较好描述-5kPa负压灌水下的水分入渗特性。 (2)不同埋深和不同埋藏时间对两种渗水器的发泡点值、饱和导水率、吸水倍率及PVFM渗水器回弹性能等指标的影响不同。综合来看，埋藏深度为10cm、埋藏时间小于40天时，PVFM渗水器各指标均有较好表现，而陶土渗水器在埋藏深度为20cm、埋藏时间小于20天时更性能优;综合分析两种渗水器的物理性能、渗水性能及回弹性能表现，PVFM渗水器性能优于陶土渗水器。 (3)负压灌溉技术维持土壤含水量基本稳定，提高水分利用效率;负压供水压力显著地影响了菠菜的农艺性状，在-8～-4kPa之间的负压灌溉比常规灌溉有利于菠菜生长，而相同负压灌溉下PVMF渗水器较陶土渗水器性能更优。负压灌溉可显著提高菠菜产量、水分利用效率。本试验最优处理为W2P（-8kPa、PVFM），相比其他处理干物质量最高，减少了奢侈耗水，产量与CK相比提高59.9％，耗水量降低35.9％，WUE提高88.3％，且氮磷钾吸收量较高;需针对不同作物需要选择适宜的负压灌水条件才能达到节水、节肥、增产的目的。 (4)不同计量改性剂对PVFM渗水材料的发泡点、饱和导水率、-5kPa下的累计入渗量、硬度、断裂伸长率以及微观结构均有不同影响。使用5.0％液体聚硫橡胶改性PVFM可有效改善材料的发泡点与力学性能，保证负压渗水性能，提高渗水器在负压条件下及土壤环境中的运行稳定性。
负压灌溉;聚乙烯醇缩甲醛;陶土;渗水器;负压渗水性能
中国农业科学院
硕士
农业资源利用
龙怀玉
2017
中文
S277.9
79
2018-01-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）