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作物滴灌技术原理与方法


作物滴灌技术原理与方法

马富裕

博士

教授 博士生导师

石河子大学/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室
Shihezi University/Key Lab of Oasis Ecology Agriculture of Xinjiang Bintuan

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提 纲
发展概况 毛管田间布置方式 干旱诊断和灌溉制度 滴灌作物的施肥 有待于解决的问题及建议 基于GSM农田墒情监测与灌溉远程控制技术

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世界及中国滴灌发展概况
世界滴灌技术发展简介:
第一阶段:1860——50年代初,探索期。德国、前苏联、 法国。 . 第二阶段: 20世纪50年代末——60年代末,长足发展 期。 第三阶段:70年代——今,成熟推广期。

新疆棉花膜下滴灌技术推广发展简况
1996年,在石河子121团,1.67ha ( 皮棉产 量:89kg/亩 ) 。 1998年北疆试验示范面积达到60ha 。 1999年进行了有限度的推广,全疆面积约 1800ha。 2004年,生产建设兵团推广面积达到(42.7万 ha)(640万亩)。 原计划十五”末,推广面积达到26万ha。

中国滴灌发展简况: 起步晚,但发展很快.1974引 入我国,到1996年微灌面积 7.3万 ha,当前面积估

计35万ha,新疆2003年滴灌面积25万ha,2004 年将达到30万ha

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新疆兵团2003年节水灌溉技术应用统计一览表
项目 合计 农一师 农二师 农三师 农四师 农五师 农六师 农七师 农八师 农九师 农十师 农十二师 农十三师 农十四师 16.08 8.93 3.04 13.44 9.80 10.00 喷灌 61.29 自压微水头 滴灌 202.56 20.67 13.60 21.40 2.97 9.82 45.00 33.55 50.00 0.56 4.29 0.50 0.20 0.02 3.28
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新疆兵团2004年节水灌溉技术应用统计一览表(兵团农技总站)
项目 单位 合计 去年同期 增减 农一师 农二师 农三师 农四师 农五师 农六师 农七师 农八师 农九师 农十师 十二师 十三师 十四师 607.00 551.70 55.30 100.35 50.13 26.20 6.73 39.08 102.00 80.00 151.85 13.26 21.01 6.11 9.65 0.63 11.60 4.46 2.21 2.50 0.00 3.40 7.48 6.00 节水灌溉 喷灌 万亩 37.65 45.29 -7.64 滴灌 万亩 391.40 303.25 88.15 96.35 29.98 15.20 3.10 17.43 50.00 40.00 130.00 0.74 0.23 1.09 6.65 0.63 软管灌 万亩 177.21 194.22 -17.01 4.00 20.15 11.00 0.23 14.17 46.00 40.00 21.85 0.18 16.33 2.81 0.50
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深埋管滴灌 浅埋管滴灌 10.15 1.29 1.80 1.29 1.07 0.81 0.57 3.32 0.46 22.08 6.21 9.20 6.21

浅埋式滴 灌 万亩 69.70 35.01 34.69 30.51 27.15 8.70

深埋式滴 灌 万亩 14.78 5.30 9.48 2.00 2.83

218.63 44.14 11.00 8.59 1.90 14.35 32.00 23.35 80.00

0.80 2.60 1.15 8.00 0.74

提 纲 2007年总面积达到750多万亩
棉花:650万亩 加工番茄:80万亩 其它:20万亩 发展概况 膜下滴灌增产机理及毛管田间布置方式 干旱诊断和灌溉制度 滴灌作物的施肥 有待于解决的问题及建议 基于GSM农田墒情监测与灌溉远程控制技术

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(一)棉花膜下滴灌技术的优点
1、增产效果明显 .增产幅度可达20%-50%
2、水产比提高。原0.2-0.7kg籽棉/m3,增加到1.01.5 kg籽棉/m3。 3、肥产比提高 。比常规沟灌下 26.8%-46.0% 。 4、容易实现棉花一播全苗滴灌棉田的出苗率达到 95.6%,比对照田出苗率高16.3% (石总场,1997 年)。 5、棉田作业程序减少 6、棉田土地利用率提高 7、有较强的排盐作用(水平方向)
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(二)膜下滴灌棉花的增产机理
1、滴灌棉田收获株数高 2、滴灌棉花的干物质积累增多 3、膜下滴灌加快了棉花的生长发育进程, 延长了棉花的较高光合时间 4、膜下滴灌棉株的成铃特点利于形成高产

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图 3种典型棉花膜下滴灌毛管田间布置模式

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提 纲
发展概况 膜下滴灌特点及毛管田间布置方式 干旱诊断和灌溉制度 滴灌作物的施肥 有待于解决的问题及建议 基于GSM农田墒情监测与灌溉远程控制技术

(一)棉花膜下滴灌

1. 滴灌湿润锋特征

图4-3 重壤土湿润锋 Fig. Wet edge of clay loam Flux: q=3 l/h , Water amount V=12l
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1. 滴灌湿润锋特征

1. 滴灌湿润锋特征

图4-4 中壤土湿润锋
Fig. Wet edge of loam Flux: q =4 l/h, Water amount V =12L 图4-6 沙土湿润锋 Fig. Wet edge of sandy soil Flux: q =3l/h, Water amount V =25l
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2. 干旱诊断—— 烘干法
0-60cm土层适宜含水率为田间持水率的60%-80%,灌前毛管下方田间相对持水量为70%左右为 宜(花铃期)

2. 干旱诊断—— 形态指示法
Bud
Top Top

Bud

AS No water stress A

B B

Should be irrigated right now

Bud

Tp

CS C Severely water stress

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3、棉花耗水量
沟、 滴灌棉田的蒸散量及蒸散强度(2002-2004)
Evapotranspiration and evapotranspiration intensity of furrow irrigation cotton field
地膜覆盖度 (%) Film mulching degree 蒸散总量 (mm) 0 蒸散强度 (mm·d-1) 蒸散总量 (mm) 蒸散强度 (mm·d-1) 灌溉方 式 Irrigatio n pattern 沟灌 滴灌 沟灌 滴灌 沟灌 滴灌 沟灌 滴灌 播种—三 叶 Sowing to three leaves 三叶—开花 Three leaves to flowering 开花— 吐絮 Floweri ng to opening 吐絮后 After opening 总量 Total 相对误差 % Relative difference

4. 膜下滴灌棉花水分管理目标与标准
管理目标:灌溉的不旱不涝,生长的持续适度 管理标准:不堵、不漏、不积、不旱 植株长势:整齐、健壮

14.97 0.52 0.68 10.61 0.37 0.59

79.84 2.16 4.1 66.7 1.8 3.71

318.23 6.77 6.41 336.53 7.16 6.11

157.15 3.02 2.09 142.02 2.73 1.97

570.19 595.3

4.22

555.86 554.84

0.18

71

75

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5.棉花膜下滴灌的灌溉原则 ?冬前贮备灌:建立强壮的根系 ?苗蕾期不灌:壮苗稳长 ?花铃期灌好:保证较高成铃率,增加铃重 ?吐絮期不旱:提高铃重,争取一定比例的秋桃

6、棉花膜下滴灌的灌溉制度
表 棉花膜下滴灌耗水强度及灌溉周期

苗期 耗水量/mm/d 灌溉周期/d 1.2 13

蕾期 2.8 9.4

花铃期 4.8 7.2

吐絮期 1.3 23

Shihezi 1998—2000
25 26

6、棉花膜下滴灌的灌溉制度
冬(春)灌+生育期滴溉模式 典型灌溉制度及其施肥技术
灌溉日期 (m/d) 6/15 6/25 7/5 7/13 7/20 7/26 8/2 8/10 8/18 9/1 9/10 间隔 10 8-10 7-8 7-8 7-7 10 10 10 10 10 生育时期 盛蕾期 始花期 花铃期 花铃期 花铃期 灌水量(mm) 22.5-30.0 30 37.5 37.5 37.5 37.5 30.0 30.0 22.5-30 22.5 22.5 施肥量(kg/ha) 砂土 不施肥 施肥 45kg/ha 施肥 60kg/ha 施 肥 60-75kg/ha 施 肥 60-75kg/ha 施 肥 30-45kg/ha 施 肥 30-45kg/ha

(二)膜下滴灌番茄、哈密瓜
以张力计以干旱诊断依据时,番茄灌溉时的30cm土层 的临界值为20kPa(约为体积含水量的37.5%).(70%-75%) 哈密瓜膜下滴灌技术,播前灌足底墒水,约在4月中下旬 播种(东疆略早),株行距40-50cm,较沟灌60-70cm可增加 单位面积株数.亩保苗900-1000株.第一次滴水一般在5 月下旬到6月上旬,蹲苗45-50天.全生育期灌溉220280m3/亩,最长轮灌周期为7-9天,最短为2天(哈密、吐鲁 番等出现40以上高温天气时,应隔天灌溉)。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

叶絮期

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(三)苹果滴灌
年降水200-450mm地区苹果树滴灌制度参照白银地区 果园灌溉制度。在干旱区全年灌溉量须达到8001000mm.
表6 半干旱地区苹果园滴灌运行制度 单位: m3/亩

(四)葡萄滴灌
米孟恩等在哈密红星一场的三年滴灌试验表明,幼龄葡萄以土 壤持水量70%-80%中水处理产量最高,土壤持水量为80%-90% 的高水处理次之,60%-70%的低水处理最低
表7 滴灌不同水量处理的耗水系数

表8 滴灌不同水量处理的效益

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提 纲
废师勇等对成龄葡萄灌溉间隔期进行了研究。认为0.81.0kg压力下滴水, 9-10小时,8-10天灌溉一次. 林华在干旱荒漠地区葡萄滴灌研究中表明,滴头流量4L/h 时灌溉时间6-10h(25-40L/次/滴头)较为适宜.

发展概况 膜下滴灌特点及毛管田间布置方式 干旱诊断和灌溉制度 滴灌作物的施肥 有待于解决的问题及建议 基于GSM农田墒情监测与灌溉自动控制

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(一)滴灌施肥的养分在土壤的分布特点

(一)滴灌施肥的养分在土壤的分布特点 磷肥在土壤中的移动性较差,主要分布在距滴头15cm的范围内。

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(二)棉花膜下滴灌施肥原则及技术 应测土平衡施肥,全程施肥,追施与基施相结合, 施好花铃肥。
操作技术:

灌溉模式二(播前沟灌+滴灌)的典型灌溉制度及其施肥技术
灌溉日期 (m/d) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6/15 6/25 7/5 7/13 7/20 7/26 8/2 8/10 8/18 9/1 9/10 10 8-10 7-8 7-8 7-7 10 10 10 10 10 间隔 生育时期 盛蕾期 始花期 花铃期 花铃期 花铃期 灌水量(mm) 22.5-30.0 30 37.5 37.5 37.5 37.5 30.0 30.0 22.5-30 22.5 22.5 施肥量(kg/ha) 砂土 不施肥 施肥 45kg/ha 施肥 60kg/ha 施肥 60-75kg/ha 施肥 60-75kg/ha 施肥 30-45kg/ha 施肥 30-45kg/ha

平衡施肥,实现双高目标——实现产量提高和肥料利用 效率提高的双目标。——根据测土结果,推荐各营养 元素用量。 全期施肥——”基肥+追肥”、追肥坚持“两头轻,中间 重”,保持棉花一生的营养平衡 磷肥基施——肥力较差土壤,坚持NP一定比例的基施 磷肥滴施——含P量较高土壤

叶絮期

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(三)滴灌哈密瓜施肥
基肥每亩施有机肥(羊、鸡、猪)2m3, 磷酸二胺10-12kg,尿素10kg.生育期追肥 尿素2-3kg/亩或专用肥5-6kg/亩。在停水 1h前随水滴施或在停水半小时前人工追 施。

(四)滴灌苹果施肥
施肥技术采取基肥加追肥的方法,一般基肥(磷肥+有 机肥)开沟(环状或放射状)分层施。沟深40-80cm, 沟宽30-50cm。 追肥(氮肥、钾肥)一般在树下挖坑或沟施,沟(坑) 深度20cm,宽20-30cm。施肥部位一般在树冠投影边缘 至冠径内侧1/2外(吸收根集中区)。各时期施肥量见 表9。

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提 纲
表9
树龄 幼树期(1-4年) 初果期(5-7年)
盛果期(8年以上)

黄土高原沟壑区滴灌苹果施肥模式
萌芽前(4月上旬)
花芽分化前(5月下旬)

9月份
过磷酸 钾 2.50 纯羊粪 (kg/株)

尿素(kg/株)

硫酸钾(kg/株)

0.30 0.55 0.90

--1.80

3.80 8.00 9.50

2.50 3.50

发展概况 膜下滴灌特点及毛管田间布置方式 干旱诊断和灌溉制度 滴灌作物的施肥 有待于解决的问题及建议 基于GSM农田墒情监测与灌溉自动控制

引自:王斌.高效节水农业理论与技术研究.黄土高原沟壑区滴灌 平果施肥研究. 北京:中国农业科技出版社.2004.

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六、有待于解决的问题及建议

(一)加强生态用水与农业用水的平衡,防止 新一轮无计划土地开垦
1、滴灌技术的推广推动了部分地区土地无计 划开垦; 2、新疆地区间节水技术发展不平衡,影响和 谐社会构建; 3、农民(工)应从节水技术推广中真正得到 实惠。

(二)规范管理与系统设计
?综合田间管理 ?确保灌溉用水计量准确 ?落实配方施肥,提高肥料利用 率 ?规范灌溉系统设计

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(三)继续深入研究膜下滴灌灌溉制度和施肥技 术
4000 3750 2971

(四)加大扶持力度,努力实现经济效益、社 会效益和生态效益的统一
?对节水灌溉、生 态用水进行立法 ?政策鼓励节水灌 溉的推行

Kg/ha

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 China Xinjiang Record NXJ Record SXJ 890 1311

China

Xinjiang

Record NXJ

Record SXJ
43 44

(五) 加强地下滴灌研究 “The future of irrigation is subsurface drip irrigation”(David F.Zoldoske(USA))

(六) 加强地下滴灌研究
?肥水高效利用研究 ?将普通滴管带埋置于地下 ?地下滴灌带管壁薄化

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(七) 加快发展家庭小型微灌系统
滴灌在促进第三世界农业发展中的作用已受到人们的普遍关 注 (1)新疆兵团当前使用的全部为大型滴灌系统, 不适宜家庭小 型生产 (2)家庭小型微灌系统在我国北方地区有具大发展潜力

(7)滴灌带带来的环境恶化问题应引起人们 足够重视
出于经济目的,滴灌带越来越薄,使用寿命一季或两 季,这是世界大田滴灌的趋势。仅新疆2007年就用掉400 万公里的滴灌带,这个长度可以绕地球100圈。 许多国外的做法是,一是将问题留给政府或制造厂 商,二是埋掉,三是来年改变滴灌带的铺设深度或位置。 我国尚无回收良法,目前厂家以旧换新后再次使用,但残留 量仍然可观。 大量地重复使用旧料使滴灌带质量无法保证,严重损害了棉 农的利益!!!

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提 纲
(九)提高灌溉预报水平,稳定滴灌高产水平
滴灌作物农田墒情变化不同沟灌作物. 因为了解墒情变化特点,兵团每年造成近1/4滴 灌面积受旱或受涝。 墒情快速监测指导大田灌溉是主要发展技术之 一。 低成本灌溉自控系统更适合于中国国情。

发展概况 膜下滴灌特点及毛管田间布置方式 干旱诊断和灌溉制度 滴灌作物的施肥 有待于解决的问题及建议 基于GSM农田墒情监测与灌溉自动控制

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五、基于GSM的农田墒情监测与灌溉远程控制系统 五、基于GSM的农田墒情监测与灌溉远程控制系统 短信息服务(Short Message Service ,SMS )是GSM (Global System for Mobile Communication)系统中提供 的一种GSM终端之间,通过服务中心(Service Center)进行 文本信息收发的应用服务,其中服务中心完成信息的存储和 转发功能。

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土壤湿度传感器

气象信息 信息采集层

水分数据库 水分临界值模型 蒸散量模型

墒情诊断

灌溉预报

农田墒情监测与智能决策系统 水肥决策层 作物水分管理系统

作物水分管理控制系统

CAN总线控制子系统 田间阀门控制器

无线组网控制子系统 智能控制层 无线阀门控制器 GPRS模块

启闭阀

启闭阀 手机用户

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图2 作物水肥管理智能控制系统工作流程示意图

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农三师政委带队参观30团的石大水分智能监控系统

兵团副司令员胡兆璋在30团视察石大水分智能监控系统 59

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Thanks!
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