作物灌溉范文7篇(全文)

作物灌溉范文（精选7篇）

作物灌溉 第1篇

1、根据作物调减灌时

当作物供水不足时, 体内会产生一系列的生理、生化变化过程, 以适应逆境生长。这些过程有的可以使作物提前成熟, 以避免干旱;有的则能产生一些特殊的物质, 使植物的持水和吸水能力加强, 利于维持正常的代谢活动;有的则能调节水分的散失过程, 降低水分速率。这些适应与调节过程可使作物的耐旱性增强, 从而延缓干旱胁迫的发生, 降低胁迫的危害程度。因而, 应针对不同的作物, 按照不同的情况, 充分利用好作物的生理变化过程, 降低灌溉用水量。

2、短期适度水分亏缺

作物经受短期适度水分亏缺后, 生长发育过程受到一些影响。但在灌水后, 其生长过程会加快, 表现出一定程度的生长补偿效应。这种现象在生育前期受到水分胁迫时表现得更为明显。生长补偿效应使胁迫影响减小, 从而减轻缺水对最终产量的影响。许多试验和经验证明, 作物早期浇水对产量的提高不大。因此, 短期适度水分亏缺, 或早期在确保群体和扩大根系之后应少灌水, 对产量影响不大。

3、适时有效调控灌溉

某些时期适度水分亏缺可以对作物营养物质的分配起到调节作用, 从而实施对个体或群体的有效调控, 为高产打下基础。如棉花苗期一定程度的水分亏缺可以促进根系的生长, 控制地上部分的发展, 提高根冠比, 有利于形成适宜的株型及群体结构。缺水地区应在蹲苗和扩大根系的基础上灌好作物的关键水。

4、针对土壤限额用水

一些土壤水分的有效性在较宽的含水量范围内几乎相等, 保持较低的含水量也不会大幅度降低作物产量。在这样的土壤上实现低定额的非充分灌溉, 可以起到明显的节水效果。对养分低的土壤, 如水分不太缺乏时, 限制产量的是养分, 灌溉只能增加蒸腾, 而不能增加干物质。因而对此类土壤应增加养分, 减少灌水, 提高土壤水和灌溉水的利用率。

5、优化确定灌水方案

作物需水规律与灌溉节水 第2篇

1 作物体含水

各种农作物体内含的水分很多, 一般作物含80%左右, 蔬菜和块茎作物含90%~95%, 某些水生作物含水竟达98%以上。作物体内富含水分, 是为了使细胞保持膨压, 以维持生长状态。同时, 作物的生理活动, 包括光合作用、蒸腾作用、根系吸收作用和养分的运输等, 均需有充足的水分供应, 否则, 作物就不能进行正常的生长和发育, 也不能获得较好的产量和品质。

2 作物需水量

2.1 作物耗水量

各种农作物, 从播种出苗到结出新的种子, 都需要大量的水分。例如, 1株玉米, 在生长期中每天要消耗1.64公斤水, 一生要消耗200多公斤水。小麦等粮食作物, 形成1公斤干物质, 在潮湿的气候条件下要消耗250~350公斤水;在较为干燥地区则要消耗450~500公斤水;在一般的气候条件下, 亩产350公斤干物质需要消耗21万~28万公斤水, 相当于1亩地上积有310~420毫米的水层。每生产1公斤棉花茎、枝、叶等干物质, 需耗水400~600公斤。以亩产150公斤子棉计算, 总干物质重约500公斤, 就要消耗20万~30万公斤水。随着棉花产量的不断提高, 所需的营养物质逐渐增多, 耗水量也相应增加。但并不是产量越高, 耗水量越多。据试验, 一般亩产225~300公斤子棉的总耗水量需35万~45万公斤。

2.2 作物蒸腾量

作物所吸收的大量水分, 除一小部分用于光合作用以制造有机物质外, 99%的水分都是用于蒸腾作用消耗掉的。由于蒸腾作用, 使作物的体温得到保持, 不致于因温度急变而过热或过冷而影响正常生长发育。各种作物的蒸腾量是不同的, 因此可用蒸腾系数 (作物有机体每合成1克干物质所蒸腾的水分克数) 来表示作物的需水程度。蒸腾系数大, 表明作物需水多, 但利用效率低, 即蒸腾效率 (作物有机体每消耗1公斤水所制造的干物质克数) 低;反之, 表明作物需水少, 利用率高。例如, 有调查显示:水稻的蒸腾系数达1000, 豌豆为788, 棉花为646, 马铃薯为636, 燕麦为597, 大麦为534, 小麦为513, 而玉米、高粱、谷子仅为368、322、310。当然, 蒸腾系数不是固定不变的, 随着天气、土壤条件和栽培措施的变化而变化。

2.3 作物需水关键期

在作物的生长发育过程中, 各个时期均需有充足的水分供应才能获得高产。其中, 有的时期不但需水量多, 而且在遇到干旱时减产特别明显, 这个时期便是作物的需水关键期。科研和生产实践表明, 各种作物的需水关键期是不同的。小麦在孕穗至抽穗开花期是需水的关键期, 需水最多, 若遇干旱, 产量锐减。水稻在花粉母细胞减数分裂期 (从出穗前11天左右开始) 到抽穗开花期, 玉米在雌雄蕊分化至抽雄吐丝期, 棉花在花铃期, 油菜在开花期需水都较多, 遇旱明显减产, 均为需水的关键期。可见, 作物的需水关键期基本上是在孕穗到抽穗开花这段时间。因为在这个时期作物有机体生长发育最旺盛, 需水很多, 加上新的生殖器官处于幼嫩阶段, 对外界不良环境的抵抗能力很差, 所以一遇干旱必然造成明显减产。作物的需水关键期愈长, 遇到不良环境的机会也愈多, 愈需采取不懈的抗灾措施。当作物需水关键期发生干旱的时候, 就需要及时灌溉, 缓解旱情。

3 灌溉

3.1 漫灌危害

灌溉也需要讲科学。大水漫灌是一种原始、落后的灌溉方法, 在我国北方地区尤为多见, 对土地及作物等的破坏十分严重, 如:用水量多, 成本增加;土壤流失, 冲根拉苗;“饥”“饱”不匀, 高处的庄稼渴死, 低处的则被淹死, 等等。由于大水漫灌后, 过量的水分渗入土壤深层, 使地下水位抬升, 耕地易产生次生盐碱。土壤次生盐碱化后, 轻则减产, 重则变成不毛之地。大水漫灌使土壤肥力因素之间的协调受破坏, 地越浇越“瘦”。在正常情况下, 土壤中的水、肥、气、热4个因子相互影响, 比较协调。水分适宜, 可促进肥、气、热作用的发挥。大水漫灌时, 过多的水分挤跑了土壤空隙中的空气, 使氧气缺少, 作物根系的呼吸、有机物质的分解、氨化和硝化作用等活动均不能正常进行, 土壤中积累的二氧化碳也不能畅快地向空气中排放。土壤中的有效氮和钾等营养元素又很容易溶解在水中, 于是一部分养分就会随多余的水分下渗而流失掉。这样, 浇水量越大, 土壤也就越“瘦”, 产量也越低。

3.2 土壤持水量

土壤吸收和保持水分的能力是有限的, 这个限度叫做土壤最大持水量。土壤持水量是指灌水或降透雨后, 借毛管力保持在土壤上层未能下渗的水分的最大数量, 和地下水没有联系, 为田间自然条件下土壤所能保持水分的最大数量。土壤中的水分超过这个限度, 就会下渗到土壤深层, 补充地下水去了。比如轻壤质黄土的最大持水量为23%, 即每100公斤干土最多只能吸持23公斤水, 超过此值就会造成水资源的浪费。土壤最大持水量随土质不同而异, 如黏土为78%~85%, 黏壤土为50%~75%, 砂壤土为40%~50%, 壤质黄土仅为20%~25%。

这里要说的是土壤湿度的能量概念, 土壤湿度是表征土壤潮湿程度的物理量, 土壤可依靠毛管力和分子引力等吸持水分, 从能量概念来说, 这种力可概称为土壤吸水力, 或称张力、负压力。土壤湿度愈小, 土壤吸持水分的潜能愈大;土壤湿度愈大, 土壤吸持水分的潜能愈小。如干燥土壤吸水能力极强, 可达上千甚至上万个大气压;当土壤为水分所饱和后, 土壤吸水力就等于零, 这时土壤就不再增加其水分含量了。因此, 土壤吸水力强弱及其能量大小, 与土壤湿度存在着对应关系。

3.3 作物分期耗水

不同作物及同一作物的不同生育期, 需水量是不同的。如果供水 (包括自然降水) 超过田间需水量, 会造成水资源浪费。粮食作物从播种到拔节期是营养生长阶段, 植株体积较小, 生长速度较慢, 耗水较少;拔节到开花期是营养生长和生殖生长同时进行的阶段, 植株体积和重量都迅速增加, 生长速度快耗水量急剧增多;开花以后, 植株体积不再增大, 作物有机体逐渐衰老, 耗水量也逐渐减少。据广东试验, 水稻各生育期的需水情况是:早稻全生育期需水量为560毫米, 其中, 返青前占11%, 分蘖期占21%, 拔节至开花期占39%, 成熟期占29%;晚稻全生育期需水量为620毫米, 其中, 返青以前占12%, 分蘖期占29%, 拔节至开花期占41%, 成熟期占18%。棉花出苗到现蕾阶段每昼夜每亩耗水量为0.5~1.5立方米, 最多2立方米, 消耗的水分占全生育期总耗水量的15%以下, 现蕾到开花初期, 每昼夜每亩耗水量为1.5~2立方米, 最多3立方米, 消耗的水分占全生育期总耗水量的12%~20%, 开花结铃期 (吐絮以前) 每昼夜每亩耗水量为2.5~3立方米, 最多5立方米, 消耗的水分占全生育期总耗水量的45%~65%, 吐絮成熟期每昼夜每亩耗水量在2立方米以下, 消耗的水分占全生育期总耗水量的10%~20%。试验表明, 华北平原中北部及京津一带, 在正常雨量年份, 壤质土壤上的小麦冬季每亩次灌水50立方米左右, 返青水每亩次30~40立方米, 拔节水每亩次45~55立方米, 孕穗水每亩次50~60立方米, 灌浆水每亩次45~55立方米, 总共灌水220~260立方米, 就可以满足小麦生育期需要。但在大水漫灌区, 每亩麦地平均年用水量高达1500~2500立方米, 超过前者好几倍, 造成了极大的浪费。

3.4 选优灌溉法

作物灌溉 第3篇

一、景电灌区制定主要农作物灌溉制度的原则与方法

景电灌区种植农作物种类多, 而且随着种植业的发展作物种类在不断调整, 但是主要农作物基本没有改变, 而只是种植面积的扩大与缩小, 景电灌区目前主要种植农作物有春小麦、大麦、胡麻、油葵、马铃薯、玉米及牧草等, 主要农作物灌溉制度也是针对这些主要农作物定的。

㈠灌溉制度制定的基本原则各种农作物都有各自的灌溉制度, 对作物灌溉的时间、灌水的次数和灌水量称为灌溉制度。规定各次灌水量为灌水定额。作物整个生长期总灌水量, 即灌水定额的总和叫灌溉定额。不同作物或同一作物在不同水文年 (干旱年或多雨年) 有不同的灌溉制度。灌溉制度可依气象条件的影响、作物生长期降雨量多少适当调整, 可缩小和加大灌溉水定额, 但是在景电灌区干旱缺雨条件下灌溉制度调幅较小。

作物的需水量是制定灌溉制度的基本依据, 作物需水量与作物的生产水平有关, 在其他生产条件和因素一样的条件下, 作物产量随供水量增加而提高, 但达到一定程度之后, 再增加供水量, 产量增加很少, 或不再增加, 或减产, 因此将在产量增加最快到增加缓慢的阶段灌水是确定为其合适的需水量。

制定灌溉制度的核心是确定总水量及其在作物生长期各时段上的分配。好的灌溉制度应是省水和经济效益高的。合理的灌溉制度是同样的水量可灌较大的面积, 同样的面积可用较少的水量。

㈡灌溉制度制订方法制订灌溉制度的目的是在于充分发挥水对农作物生长期内水的调节功能, 对作物生长进行人为的调控, 收到增产、省水、节能的综合经济效益。景电灌区的灌溉制度的制定中既借用了以往他地经验, 也有总结的本地群众多年灌溉经验, 和有本灌区多年的灌溉制度实验资料, 根据土壤水分消退与补充达到平衡和保持土壤适宜水分状态的原理拟定的灌溉制度。景电灌区灌溉制度大致趋于一个平均范围内, 但也因土层厚薄、土壤质地、土地平整程度、灌水时气候干旱与降雨情况而有所变化。

二、主要农作物的灌溉制度

㈠春小麦 (含大麦) 的需水规律及灌溉制度 春小麦是灌区主要粮食作物之一, 播种面积大, 近几年由于经济效益比其它作物差, 种植面积有所下降。小麦是耐旱作物, 全生育期需水量较水稻少。但小麦生长期本地基本上是干旱少雨, 只有快到成熟即进入7月中旬降雨增加, 但为时已晚, 故春小麦生长期受到干旱威胁, 因此根据春小麦需水规律, 采取合理的灌溉措施, 对夺取小麦的高产稳产有十分重要的意义。春小麦于春季3月下旬播种, 4月上旬出苗。自播种、出苗到三叶期一段时间处于低温时期, 土壤蒸发和叶面蒸腾均很小。三叶期气温升高, 到拔节期叶面蒸腾逐渐增加。土壤棵间蒸发增加, 土壤耗水量与日俱增, 此时段如果土壤墒情好, 还能维持一段时间, 相反, 如有旱象发生, 应补充土壤水分, 保证小麦正常生长。拔节以后正常生长的小麦植株及叶面覆盖地面, 土壤蒸发已经很小, 主要是植物蒸腾而消耗水分, 这是决定需水量大小的决定因素。到孕穗至开花期内小麦叶面积最大, 叶面蒸腾达到高峰。灌浆后期至成熟期蒸腾量下降, 需水量又逐渐下降。

春小麦需水量由三叶期开始增加, 拔节至成熟阶段的70多天中需水量占整个生育期总需水量的80%～90%, 补充灌溉水基本在此段生长期。也就是要在三叶期至拔节期、孕穗至抽穗期、开花期至灌浆期三个时段灌水, 特别干旱时还需增加一次灌水。春小麦的需水量大致为4275立方米/公顷～4500立方米/公顷, 而灌溉定额为2475立方米/公顷～2775立方米/公顷。为合理用水, 应根据小麦生长期需水规律适时适量进行灌溉, 以补充降水不足, 使土壤水分保持适宜水量范围内, 保证作物获得高产稳产。

第一, 三叶期至拔节期。春小麦三叶期后营养生长速度加快, 至拔节期营养生长和生殖生长并进, 生长速度最快、生长量最大, 是决定穗子大小、籽粒多少的关键时期, 对水分要求迫切, 反映敏感, 也是需水的关键期, 要求土壤湿润, 田间持水量保持70%～80%以内, 此时缺水会影响小穗数量和小穗的生长, 灌水定额一般以750立方米/公顷左右为宜。

第二, 拔节至孕穗期。小麦拔节后进入孕穗期阶段, 此时小麦穗数虽已固定, 但小花正进一步发育, 是影响小穗结粒多少的关键时刻, 对水肥条件反应十分敏感, 及时灌好孕穗水利于保花、增粒, 此时灌水定额900立方米/公顷～1050立方米/公顷。

第三, 抽穗开花期。小麦抽穗后气温高, 空气干燥, 蒸腾、蒸发量大, 是小麦第二次需水高峰期, 对水分最为敏感。水分充足, 利于抽穗、开花授粉, 增加粒数。此时小麦尚未灌浆, 穗头轻, 灌水不易倒伏, 一般和孕穗期合并灌水, 干旱年份需增加灌水次数。

第四, 灌浆至成熟期。灌浆期水分的多少会影响籽粒饱满程度和粒重。因此需灌浆水, 使小麦顺利灌浆, 正常落黄。此期间灌水定额应大小应适宜, 以防倒伏, 一般灌水750立方米/公顷～900立方米/公顷。小麦经济灌溉制度得灌水定额以2550立方米/公顷～2850立方米/公顷为宜 (见表1) 。

㈡玉米的需水规律及灌溉制度

玉米需水量较高, 对水的利用率也较高, 其全生育期需水量随地域和品种而异, 一般在2550立方米/公顷～3000立方米/公顷之间。玉米在发芽期和拔节期以前耐干旱, 需水量并不高。拔节以后生长快、需水强度增加, 抽穗期需水强度达到最高峰, 抽穗前10天到开花后20天是玉米的需水临界期, 对水分十分敏感。拔节期到抽穗期的需水量占总需水量的50%, 玉米生长后期 (灌浆以后) 需水量逐渐减少。

玉米播前需要储水灌溉, 有上年冬灌和当年春灌两种方式, 灌水量要保证玉米生长前期需水和土壤蒸发。玉米苗期至拔节以前需水量较少, 宜采取蹲苗措施, 使根系下扎, 茎秆长得粗壮, 一般墒水充足时不需灌水。

玉米拔节期雌雄穗开始分化, 茎叶生长迅速, 要求充足的水分和养分, 此时如果白天叶片卷曲, 则表示土壤墒情不好, 需要灌水。拔节期及时灌水可促使叶片面积增大, 增强光合作用, 以利积累干物质, 促进果穗增长, 增加籽粒数。此时段的灌水定额为750立方米/公顷。

抽穗期是玉米生长最旺盛时期, 新陈代谢极强, 对水分最为敏感, 是需水关键时期。此时如果水分充足, 可使雌花抽花丝时间延长保证正常授粉。如果此时干旱, 则导致雌雄花开花时间脱节, 影响授粉顺利进行, 产生缺粒、秃顶现象, 降低产量, 此时段的灌水定额为1050立方米/公顷。

玉米灌浆成熟期, 籽粒已经形成, 茎叶养分向籽粒输送, 进行灌浆, 此期间需要足够的水分, 土壤水分应保持在田间持水量的75%左右。如果此时干旱, 会使叶片早衰, 降低粒重, 影响产量。此期的灌水定额750立方米/公顷。玉米灌溉制度 (见表2) 。

㈢马铃薯的需水规律及灌溉制度 马铃薯适于种植在排水良好的沙土或高燥地区, 以前多平作, 以后发展成垄作, 并覆盖地膜。马铃薯的灌水技术是勤灌、少灌、水位最高不能超过结署区间, 保持结薯块区间的土壤松散, 不结块, 是获取高产的最有效手段。马铃薯对土壤水分的要求是根部保持湿润、没有积水, 上部保持干旱。花蕾形成到开花期是块茎形成和块茎膨大期, 对土壤水分最为敏感, 如果块茎形成期缺水, 会使块茎变成畸形。洋芋全生育期需水量2250立方米/公顷～3000立方米/公顷, 灌溉定额为冬灌1500立方米/公顷, 生长期灌水2400立方米/公顷～3000立方米/公顷, 共灌水4次～5次, 每次灌水600立方米/公顷左右, 从花蕾期开始灌水, 每隔15天左右灌一次水, 且灌水只能灌到垅沟的1/2或1/3处, 千万不能淹苗, 以防块茎腐烂和土壤结块而影响产量。种植马铃薯要求土地平整, 保证灌水均匀, 避免半涝半旱。

㈣牧草的紫花苜蓿需水规律及灌溉制度 紫花苜蓿是多年生豆科植物, 从4月到10月中旬是紫花苜蓿生长季节, 生长期170天左右。冬天草茬留地, 对防止土壤沙化和地表土风蚀有重要作用。苜蓿根深可达3米, 为了促进根的生长, 在幼苗期需多次灌水, 但水量应控制, 灌水过多, 对苜蓿有害, 灌水应当掌握在以土壤潮湿为宜, 而孕蕾期、开花期需水达到高峰, 以后逐渐降低。苜蓿的灌水时间和灌水定额是春季发芽时灌水为900立方米/公顷, 孕蕾开花时进行收割, 割草后需灌水一次, 或是在花蕾期收割前灌水一次, 秋天灌水一次, 最后秋天割草后灌冬水一次, 一年灌水3次～4次, 每次灌水为900立方米/公顷～1200立方米/公顷, 全年灌水2700立方米/公顷～4800立方米/公顷。

㈤油料作物胡麻、油葵的需水规律及灌溉制度 胡麻是当地传统作物, 而油葵是近十几年来发展起来的农作物, 两种作物都有单种。或间作套种的种植方式, 两种作物需水量是前期需水量很小, 一般在胡麻分枝期、油葵起身期和现蕾期灌第一次水, 胡麻、油葵开花期灌第二次水;胡麻、油葵灌浆期灌第三次水。两种作物需水量均小于小麦玉米, 不需大量灌水, 否则会引起倒伏, 每次灌水750立方米/公顷～900立方米/公顷, 总灌水量2400立方米/公顷左右 (见表3) 。

三、完善与发展思路

景电灌区种植的农作物种类繁杂, 只有在几种主要农作物上可做灌溉试验, 而很多作物根本无试验资料, 或借用外地资料和生产者自己摸索在实践中总结经验, 就这样形成了景电灌区的农作物灌溉制度。应当承认, 与老灌区相比, 景电灌区毕竟是新灌区, 由于经验不足, 所以采用的灌溉制度尚有不合理的地方, 以后还需逐步完善。灌区的灌溉试验只做过小麦、玉米、胡麻种植试验, 但要做完灌区所有种植作物的量水规律和灌溉制度的研究制定, 尚需付出更多时间和精力。

作物灌溉 第4篇

我灌区目前实施的主要工程节水措施有渠灌、管灌、大田膜下滴灌、温室滴灌等。通过节水措施的实施,有效提高了灌区水资源的利用效率,真正达到了高效、节能、节水、省肥、省工、增产等目的,提高了灌区农民的种植效益,增强了农民的种植信心。

1.1 渠灌

“U”型渠道较土渠具有水流条件好、流速快、便于管理的优点,同时可减少渗漏损失97%左右。经测算,灌溉水利用率由原来的0.61提高到0.84,较土渠亩可节约水量38 m3左右。

1.2 管灌

管灌具有高效、节能、节水、省工等特点。地下管道代替原来土渠后,提高了灌水速度和灌水效率,可将渠系水利用率提高到98%左右,节能20%左右,亩节水68 m3,节水率为20%左右;同时,还可减少水渠占地,提高土地利用率,且管理方便,亩可省工2~3个工日。

1.3 大田膜下滴灌

经实测,大田膜下滴灌比常规地面灌节水48%,亩节水200 m3,可省地2%~5%.另外,还可提高土地利用率,节省农药10%左右,杀虫效果好,将肥料利用率提高了30%左右,节省了20%左右的机耕费,作物产量提高了9%左右。

1.4 温室滴灌

温室滴灌可使土壤始终保持疏松状态,保证作物根部的通透气能力;提高作物对肥料的吸收能力;减少水肥的深层渗漏,水的利用率在90%~95%之间,可节水30%左右,节肥20%左右;可有效降低温室内的湿度,减少病虫害发病率,减少农药的使用量;可以节约耕地2%~5%;可有效减少灌溉,达到方便、快捷和高效的目的;亩增产达30%以上,灌溉均匀,因为每个滴头水量是一定的,所以能实现精准灌溉。

2 灌水效益对比

2016年,我灌区的毛灌溉综合定额为394 m3/亩,通过近几年节水措施的实施,结合我灌区实施的农业用水超额累进加价和差别水价制度,我们对几种不同灌水模式下作物采用算水帐、作比较方式进行了效益分析,下面是2016年对灌区种植的玉米和温室滴灌辣椒的经济效益对比分析,分析如下。

严格实行农业用水超额累进加价制度,具体幅度和标准:①超定额用水30%(含30%)以下的,超定额部分按相应计量水价的150%收取水费;②超定额用水31%~50%(含50%)的,超定额部分按相应计量水价的200%收取水费;③超定额用水50%以上的,超定额部分按相应计量水价的300%收取水费。

农业用水实行差别水价,具体范围和标准:①对日光温室等设施农业、大田实施滴灌的种植作物,在亩配水定额内,按执行水价,水费优惠50%,地下水水资源费免征;②对采用传统方式种植的小麦、大麦、露地平作玉米等作物,在亩配水定额以内,按执行水价,水费上浮50%;③特色林果种植和生态用水,在亩配水定额内,按执行农业用水价格的50%计收。

3 几种不同灌溉模式下节水效益分析

渠灌:全生育期灌水5次,分别灌77 m3/亩、75 m3/亩、78 m3/亩、75 m3/亩,泡地105 m3/亩,亩灌溉定额为410 m3/亩。较土渠灌溉节水38 m3,节水率为10%左右,单方水效益较土渠灌溉高0.44元/m3。

管灌:全生育期灌水5次,分别灌70 m3/亩、67 m3/亩、70 m3/亩、68 m3/亩,泡地105 m3/亩,亩灌溉定额为380 m3/亩。较土渠灌溉节水68 m3,节水率为20%左右,单方水效益较土渠灌溉高0.86元/m3。

大田滴灌:全生育期灌水12次,苗期-拔节期灌水2次,共30 m3/亩;拔节-抽雄期灌水4次,共70 m3/亩;抽雄-灌浆期灌水3次,共58 m3/亩;灌浆-成熟期灌水3次,共52 m3/亩。亩灌溉定额为210 m3/亩,较土渠灌溉节水238 m3,节水率为50%左右,单方水效益较土渠灌溉高4.57元/m3。

温室滴灌:温室滴灌辣椒全生育期灌水27次,每次灌水1 4 m3/亩左右,亩灌溉定额为359 m3/亩。较传统沟灌辣椒灌溉节水1 0 2 m3,节水率为22%左右,单方水效益较传统灌溉高29.7元/m3。

作物灌溉 第5篇

随着盆栽作物技术的发展, 盆栽作物的种植收入逐渐成为国民收入的一部分。在荷兰, 花卉收入占到全民总收入的70% 。随着生产的规模化和设施的现代化, 国际温室栽培已具有很先进的技术。我国盆栽作物也有很悠久的历史, 但没有大规模、现代化和流水线式的生产, 只以自产自用为目的。

本装置是以西门子S7 -200 可编程程序控制器 ( PLC) 为核心, 通过称重传感器实时测量数据, 通过PLC控制数据采集模块采集数据信息, 存储在PLC内部存储空间中和上位机数据库; 然后, 通过串口RS585 将数据传送到上位机, 在上位机中用C#编程语言编写数据处理程序, 控制电磁阀1 和电磁阀2, 从而达到实时浇灌的目的。

1 系统总体设计

本装置主要由S7 -200PLC控制器、称重传感器、A / D转换模块和上位机构成。称重传感器是将质量信号转换为可测量的电信号的输出转置。将称重传感器固定在气缸上, 盆栽作物固定在三角托盘上, 当盆栽作物需要灌溉时, 打开进气阀, 气缸顶起称重传感器, 称重传感器托起盆栽作物, 称重传感器输出4 ~20m A的模拟信号; 信号经可编程逻辑控制器处理转化后, 通过串口电路传送到上位机界面, 上位机便实时检测盆栽作物的灌溉量。该系统的控制部分采用西门子S7 -200 CPU 224xp CN可编程逻辑控制器。控制器与上位机通信采用Modbus协议, 可以根据上位机实时检测的量与上位机界面设定的灌溉值进行比较, 比较后对控制器发送命令, 从而控制电磁阀的打开与闭合。系统总体框图如图1 所示。

2 硬件电路设计

2. 1 传感器模块

本系统采用的是电阻应变式压力传感器, 电源输入为12VDC, 满量程为5kg。电阻应变式压力传感器的工作原理: 当外界给传感器施加外力时, 粘贴在梁上的应变电阻阻值发生变化, 电桥失去平衡, 从输出端输出一个与外力成正比的电压信号; 随着电路输出电压的变化, 可以测量出物体的质量。传感器硬件电路如图2 所示。

2. 2 数据处理模块

西门子S7-200 CPU 224 xp CN自带两路模拟量单端输入端口, 电压范围±10V, 模拟量输入接线端子是M、A+、B+, 如图3 所示。由于称重传感器输出标准工业电流信号4 ~ 20m A, 连接到PLC的正负极, 而PLC控制器只允许输入电压信号, 需要在输入端串联0. 5kΩ 的电阻把4 ~ 20m A的电流信号转化为0 ~ 10V的电压信号。传感器信号进入PLC后, 通过编写梯形图程序, 处理传感器数据。为了提高模拟数据量的输入的稳定性和精度, 求多次采样的平均值作为AIW0的输入。

2. 3 条码扫描模块

条形码 ( barcode) 是将宽度不等的多个黑条和空白按照一定的编码规则排列, 来表达某些信息的图形标识符。现在常用的条码扫描器有光笔、CCD、激光和影像型红光。比较以上几种优缺点后, 采用CCD阅读器, 其具有相对价格便宜、扫描范围广泛、质量轻和容易使用等优点。制作条形码比较常用的软件有Label mx、Core IDRAW和Illustrator等软件。在此, 使用的是Label mx软件, 它具有条码生成、画图设计和数据打印等功能。首先, 在每盆作物的表面都贴有条形码, 条形码信息主要包含了盆栽作物的产地、每个阶段的施肥量和生长所需要的营养元素等信息; 当扫描枪扫描到条形码时, 盆栽作物的条码信息就通过RS485 实时传送到上位机。

3 系统软件设计

3. 1 上位机软件设计

在本系统设计中采用了Visual Studio C#2008 软件环境开发与调试, 通过C#语言编程的方式, 实现了整个系统的数据采集、处理和显示功能。C#是面向对象的、运行于. NET开发平台的应用程序。用C#编写了用户操作界面, 界面主要包括串口配置界面、控制界面、数据访问界面和显示界面。界面实现了参数配置、串口通信、数据存储和实时显示等功能, 程序流程如图4 所示。

首先, 在系统开始时进行初始化操作, 主要完成串口波特率、数据位、端口名、奇偶校验位的初始化和一些初始值的设定、电磁阀的复位以及读条形码器的初始化。开始灌溉时, 打开气缸顶起称重传感器至托盘处升起盆栽植物, 在上位机界面实时显示盆栽作物的质量、灌溉量以及条形码信息。管理人员可以通过设置灌溉量来控制电磁阀的开与闭, 电磁阀1 先开始灌溉, 灌溉至电磁阀1 的设定值时停止灌溉; 然后, 电磁阀2 开始灌溉, 灌溉至设定值停止, 从而完成对盆栽作物的灌溉。上位机会实时把灌溉量和条码信息存入Access数据库中。

3. 2 Modbus协议

S7 -200 CPU 224 xp CN PLC支持Modbus通信协议和自由通信协议。由于Modbus协议具有标准、开放、支持多种电气接口和帧格式简单等特点, 所以本系统采用Modbus协议。Modbus是OSI模型第7 层上的应用层报文传输协议, 在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信, 是一个请求/应答协议, 并且提供功能码规定的服务。Modbus功能码是Modbus请求/应答PDU的元素。

Modbus协议在一根通讯线上使用主从应答式连接 ( 半双工) , 意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。首先, 主计算机的信号寻址到一台唯一的终端设备 ( 从机) ; 然后, 终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。在PLC与用户操作界面通信时, 首先要初始化Modbus从站协议, 把Modbus从站协议通讯指定端口为0; 这样主从设备通讯时都需要完成初始化扫描, 每个控制器上都要设定设备的地址, 上位机界面就可以根据该地址发送消息或者产生外部中断。

4 试验结果与分析

本试验是在国家农业小汤山示范基地完成的, 对温室内盆栽作物进行灌溉。灌溉时, 可以在用户界面设定要灌溉的值、电磁阀1 开启多少时间、电磁阀2开启多少时间。此试验数据是在电磁阀1 开启0. 5s、电磁阀2 开启1s、两个电磁阀开启时间间隔为3s情况下进行的。电磁阀1 的流量小于电磁阀2 的流量。实际灌溉量由量杯测量得到, 灌溉量在用户界面设定。试验结果如表1 所示。

由表1 可知, 在10 ~ 140m L灌溉量范围内, 实际灌溉量与设定灌溉量的平均相对误差为0. 77% 。其中, 相对误差绝对值最小为0. 2% , 最大为10% 。对于表1 中出现的相对误差绝对值10% , 是由于电磁阀2 在灌溉过程中传感器读取数据的滞后性造成的, 可通过减小电磁阀2 的闭合时间和增大实时显示界面读取传感器时间来减小相对误差。

5 结语

1) 采用可编程逻辑控制器为核心, 设计了盆栽作物灌溉的操作界面, 完成了PLC与上位机的实时通信功能。

2) 在灌溉过程中, 采用两个不同流量的电磁阀轮换灌溉的方法, 极大地提高了灌溉的精确度。

参考文献

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[3]内格尔.C#高级编程 (7版) [M].李铭 (译) .北京:清华大学出版社, 2011.

[4]赵茂程, 郑加强.树形识别与精准对靶施药的模拟研究[J].农业工程学报, 2003 (6) :11-15.

作物灌溉 第6篇

关键词：调亏灌溉,灌溉理论,灌溉技术,研究进展

调控亏水度灌溉(简称调亏灌溉)是由澳大利亚持续灌溉农业研究所于上世纪70年代中期提出的一种灌溉理论。它是根据作物的遗传和生态特性,在作物生长的某一适当阶段,人为主动地对其施加一定程度的水分胁迫,以影响作物的生理和生化过程,对作物进行抗旱锻炼,提高作物的后期抗旱能力,即通过作物自身的变化实现高水分利用率。调亏灌溉还可以控制营养器官生长,提高根冠比,改变光合产物在营养器官和生殖器官之间的分配比例,以获得更高的经济产量,在产量增加的同时还能有效的改善作物的品质,提高了经济价值[1,2]。

1 调亏灌溉的研究历史

上世纪70年代以来,国际上开始进行作物调亏灌溉的研究,其早期研究主要在果树上进行,首先在桃树,梨树等果园内[2]。80年代调亏灌溉研究的重心在于节水增产功效,并涉及到机理和果实品质问题。国外学者对桃树、梨树、苹果等在调亏灌溉下作物的生理生化反应、需水规律和调亏时期、调亏程度等作了大量研究,该阶段的研究主要集中在不同果树对调亏的生理和生化反应及其适宜调亏时期和调亏程度上。80年代后期调亏灌溉研究开始从现象向机理深入,以探讨调亏灌溉的节水增产机理[3]。对调亏灌溉在改善作物品质方面的影响也进行了初步研究。90年代至今的研究持续上述研究的同时,重心由产量的提高转向对品质的改善方面[4],并开始向调亏灌溉下肥料的利用效率、咸水灌溉等方面扩展,研究的范围也越来越广。国内研究起步较晚,从80年代后期才有学者研究作物水分胁迫后复水出现的生长和光合作用的补偿效应,并开始在果树上进行研究。程福厚等在鸭梨果实生长的前中期,实施调亏灌溉,显著降低了果实的果形指数;控水处理期间,果实的含水量明显低于对照,但并未抑制果实的生长发育或影响果实大小;相反,对产量、单果重、果实品质及贮藏性有提高的趋势[5]。曾德超等对果树的调亏灌溉进行了研究,但研究内容主要集中在灌水技术方面[6]。孟兆江于1996-1998以夏玉米为材料进行了调亏灌溉试验研究[7];张喜英等对冬小麦调亏灌溉制度田间试验进行了研究[8];王密侠等进行了大田覆膜玉米的调亏试验[9];胡笑涛等把调亏灌溉研究引伸到粮食作物玉米上,研究了调亏灌溉对玉米生理指标及水分利用效率的影响[10]。90年代后期,开始在大田作物上试验,但是研究成果尚不多见。目前的研究对不同的调亏阶段对作物生长和产量的影响以及具体的调亏指标研究还不够。国内其他的一些研究主要集中在水量不足条件下的非充分灌溉理论问题,如作物缺水敏感指数的变化规律和有限水量的最优分配问题,对利用作物生理特性的主动调亏问题研究不够,特别是对大田作物的调亏灌溉研究近年才开始[11]。

2 水分利用效率与调亏灌溉的关系

传统的丰水高产灌溉理论认为在整个生育期内对作物进行充分供水可使作物处于最佳的水分状态,以期获得最高产量。但按照经济原则,产量最高的需水量往往不是最经济的,只有当投入的水量所增加的产量边际效益大于增加需水量的边际费用时,这时的需水量才是经济的。很多研究表明,在充分灌溉中,有相当一部分水分被作物无效蒸腾。调亏灌溉则改变了作物的需水规律,使其在整个生育期内的需水量减少。郭相平发现玉米苗期调亏,复水后其需水量在拔节期、抽雄期均低于对照,只在灌浆期高于对照,但总需水量仍较非调亏处理有所下降[12]。因此适当降低供水量可以提高水分利用率。事实上作物产量最高时消耗的水量并不是其水分利用率最高时所消耗的水量。邓西平在对冬小麦的研究中得到了耗水量与产量、耗水量与水分利用率之间的回归模型及相关图,得出产量和水分利用率是先随着耗水量的增加而增大,当达到一定值时,水分利用率先出现最高值,随后随着耗水量的继续增大,水分利用率反而开始下降,而产量随耗水量增大的最大值出现的时段比水分利用率的偏后,而且极值出现后,随耗水量的增大产量下降的幅度明显小于水分利用率的下降幅度[13]。梁森也发现水稻旱作在正常年份要比水作栽培耗水量减少50%～60%,节省灌溉水40%～50%,灌溉水生产效率提高1.5～2.5倍[14]。这说明耗水量的适度减小意味着水分利用率的提高,而如何能够使产量也不显著降低正是调亏灌溉研究的重点。作物在不同的土壤水分条件下,水分利用率相差悬殊。光合速率对土壤水分的反应有一阈值,充分灌溉的土壤水分往往超过了光合速率的最高点,光合速率反而有所下降,而蒸腾速率是随土壤水分的增加而增大,且速度快于光合速率,导致水分利用率的下降。陈玉民研究土壤水分与光合速率、蒸腾速率关系时发现,水分利用率的最大值出现在两条曲线的结合点上,而高于或低于该点都将会导致水分利用率的下降[15,16]。

3 作物品质与调亏灌溉的关系

进入20世纪90年代,调亏灌溉的研究重点由研究产量的提高转向其品质的改善,测试指标也由原来的定性描述转为定量化的调亏指标,以期科学合理地运用调亏灌溉技术体系。阿吉艾克拜尔就调亏灌溉对烟草的研究表明适当的水肥调控可改善烟叶品质[16]。Yesim Erdem等对西瓜进行滴灌调亏试验发现,水分亏缺可以使果实具有较高的可溶固形物浓度,含糖量增加[17]。王锋等对荒漠绿洲区调亏灌溉下西瓜水分利用效率、产量与品质进行了研究,结果表明各亏水处理均能不同程度地提高果实的Vc含量,亏水处理在总体上提高了果实的可溶性固形物浓度,使西瓜更甜,改善了西瓜的口感[18]。刘明池等(2005)、郭海涛等(2007)对番茄调亏灌溉研究结果表明,水分亏缺可明显改善果实品质,果实可溶性总糖、Vc和有机酸含量明显提高[19,20]。董国锋等研究发现轻度水分亏缺可提高苜蓿粗蛋白含量[21]。程福厚等研究发现适当水分胁迫可使鸭梨果实的可溶性固形物含量、还原糖含量和全K含量显著高于对照[5]。常莉飞等研究表明温室黄瓜初花期土壤水分含量为60%～90%田间持水量,结果期土壤水分含量保持65%～90%田间持水量对于提高果实品质最为理想,该处理果实的还原糖、可溶性总糖、维生素C、可溶性蛋白质的含量分别比对照高39.94%、31.34%、3.14%、5.47%[22]。

4 调亏灌溉的生物学基础

4.1 调亏灌溉的节水机理

调亏灌溉理论认为根系对于水分利用率的提高起到决定作用。根冠功能平衡学说认为根和冠既相互依赖又相互竞争[24]。当环境条件一定时,根与冠的比例有一个相当稳定的数值,这是由作物的遗传因素所决定的。当环境条件发生变化时,根和冠处于竞争地位,作物能够自动把所获得的营养分配给最能缓解资源胁迫的器官,使作物受到的伤害程度最小,以避免物种的灭绝。当根系处于水分亏缺状况时,作物会改变光合产物在根与冠之间的分配比例,根系将得到更多的同化产物,生长相对有利,而冠的生长则受到抑制,使叶面积减少,意味着即使在同样蒸腾速率下,作物的蒸腾耗水量也较少,进而引起需水量的下降[24]。调亏灌溉就是通过对土壤水分的管理来控制植株根系的生长,从而控制地上部分的营养生长及其水势,而叶水势可以调节气孔开度,气孔开度则对光合和植株的水分利用有其重要作用[25,26],即水分亏缺通过根系间接控制了作物的蒸腾作用。因而Blackman认为在植株受旱时,可能由根系产生一种物质并输送到叶片中以控制气孔开度,使光合和蒸腾等生理过程发生变化,影响其水分利用及产量[27]。近年来研究发现,脱落酸ABA是控制气孔开度的主要传输信号,当调亏时期土壤逐渐干燥时, 木质部携带的ABA信号向叶片输送,叶片ABA浓度增加,使气孔开度降低、阻力增大,蒸腾速率下降,作物的生理耗水减少,叶片水分利用效率提高[24,28,29]。另外调亏灌溉还可减少作物的棵间蒸发。由于土壤水分含量较低,表层土壤蒸发和根系吸水使表层土壤的含水量通常都在毛管断裂含水量以下,因此下层土壤水分仅能以水汽扩散方式通过上层的干燥土壤向大气散失,水汽通量很少,减少了水分的浪费[1]。

4.2 调亏灌溉的增产机理

20世纪70 年代中期,Chalmers对果树调亏的研究结果表明:果树的营养生长受到水分亏缺的影响,但果实的生长所受影响不大,从而为调亏灌溉可以获得高产提供了一定的理论依据[30,31]。Rowson、Turner 等也发现经过控水处理的向日葵与正常相比能多产籽粒[32]。Turner 认为,水分亏缺并不总是降低产量,早期适度的水分亏缺在某些作物上有利于增产[33]。还有些研究也得到了同样的结论:同一植株不同的组织和器官对于水分亏缺的敏感性不同[30],细胞膨大即生长对于水分亏缺最为敏感,而光合产物和有机物由叶片向果实的运输过程敏感性次之[25]。Domingo R 等也认为在多数时期内冠层生长与果实生长之间存在明显的分离[34]。当出现水分胁迫而使营养生长受到抑制时,果实可以继续积累有机物,降低其在调亏期间所受到的影响,在调亏结束后的复水期,调亏期间累积的有机物可被用于细胞壁的合成及其他与果实生长相关的过程,弥补由于光合产物减少带来的损失。但胁迫过重或历时过长则会使复水后的细胞壁因失去弹性而无法扩张,导致产量下降[28]。调亏灌溉可使产量的降低不显著,而它的增产效果是通过与密植相结合,调整作物的群体结构,增加灌溉面积来实现的[25]。试验研究表明,适时适度的调亏灌溉可以不减少或增加产量[7,28]。

5 作物对调亏灌溉的反应

山仑认为作物在经历一定的水分亏缺条件后,给予改善所呈现出的生产量快速恢复的现象称为补偿效应,如产量显著提高则称为超补偿效应[35]。Acevedo认为作物在经受适度的干旱产生补偿效应是对环境变化的一种适应[36]。在适度亏水条件下,作物的生理机制发生了改变,如根冠比增大,促进了后期根系吸收水分和养分的能力;渗透调节、弹性调节能力的增强,可维持一定膨压,使叶片光合作用正常进行[37];同化产物的代谢中心改变使生殖器官分配到了更多的同化产物;脱落酸(ABA)和细胞分裂素(CTK)等内源激素可有效控制细胞的渗透调节,气孔开闭,维持光合作用,产生补偿效应[38]。

5.1 作物的光合速率及蒸腾速率变化

Chalmers等人首先对调亏期间光合作用对果实的生长及光合产物的分配进行了研究,结果表明:尽管水分亏缺会直接威胁到果树的长势使之产生萎蔫现象,但光合作用和有机物由叶片向果实的运输过程所受影响甚小[30,31]。通过对生长、生理指标及产量的测定,都可发现作物具有明显的补偿生长效应。如冬小麦调亏复水后作物叶面积、主茎高度、光合蒸腾速率等都迅速恢复,达到甚至超过对照[8]。郭相平等在玉米的研究中发现,玉米调亏复水后虽然恢复较快,仍不及对照,但补偿效应往往持续很长时间,因此最终玉米的生长可达到对照的水平[12]。James研究发现产量与蒸腾量之间存在正的线性关系[39],Brown和Tanner的实验结果表明,在水分胁迫下苜蓿的蒸腾速率明显降低[40]。

5.2 作物水势的变化

Kramer认为叶水势是植物水分状况的最佳度量,当植物叶水势和膨压降低到足以干扰正常代谢功能时,即发生水分胁迫[41]。因此,叶水势作为作物水分亏缺程度的诊断手段,遂较广泛地用于指导灌溉[42]。在用叶水势作为作物水分亏缺程度的判定指标时,必须区分是土壤水分变化还是外界条件变化引起叶水势的变化。由于叶片水势反映的是作物水分亏缺程度,因此,应该选择与作物蒸腾强度变化规律相一致的叶片水势[43]。

5.3 根系对调亏灌溉的反应

很多研究认为前期(尤其是苗期)进行调亏灌溉可使作物得到干旱锻炼,增大根冠比和根活力,促进后期籽粒形成和降低根系衰老速度[44],而魏虹等在对春小麦的研究中发现,整个生育期持续受旱会使根总量增大,且后期衰亡比例高,地上部分得到的光合产物有限,因而减产严重。除三叶期复水无上述影响外,其他时期复水均影响补偿效应。因此得出结论,根系并不是越大越好,作物根系在时间和空间上的合理分布对生长具有更重要的意义,主张应避免苗期过分干旱[45]。

5.4 茎与叶对调亏灌溉的反应

调亏灌溉可有效减少光合产物向茎、叶等营养器官的分配比例,降低无效水分的消耗,并促进生殖器官的生长,汤莹对春小麦的研究证明了这一点。调亏复水后的补偿效应增大了光合产物向籽粒中的分配,而营养生长相对受到了抑制,使生物产量下降,经济产量得到提高[46]。LiS-H 等认为果树承受一定程度的水分胁迫,可抑制果树的过旺营养生长,水分胁迫解除后反而能促进果实生长,从而能在采收时获得更大体积的果实[47,48]。

6 调亏灌溉效应的影响因素

6.1 调亏灌溉的时期

在适当的阶段对作物进行水分亏缺处理是调亏灌溉的关键。作物早期耗水量小,进行调亏可使作物提前经受干旱锻炼,促使根系下扎,并对营养生长进行调控,为最终获得较高的经济产量打下基础[49]。冬小麦返青期亏水对产量无显著影响,其余时期则有不同程度的下降[8]。玉米苗期供水量的适当减小有利于后期有机物质的合成,拔节期控水可优化同化产物分配结构,提高经济系数[50]。但调亏时间不宜过长,应以适度为原则,还应避免调亏过早,形成弱苗,如玉米从五叶期开始较为合适[44]。控水时期选择不当对产量的影响很大,如 Lalonde S 等认为小麦花粉粒母细胞在减数分裂期出现水分胁迫会导致雄性不育,并最终降低谷物的产量[51]。

6.2 调亏灌溉的程度

有效的调亏灌溉在适宜的阶段还需配合适当的亏水程度,才能真正符合作物需水生理特性,充分发挥调亏灌溉的作用,实现高产、节水、优质的目标。不同时期作物具有亏水程度的阈值不同,不超过这一阈值,作物叶水势,蒸腾及光合,产量所受到的影响不大,但调亏程度掌握不好将导致严重减产[10]。Razi H 等也认为过重的水分胁迫会降低在正常灌溉下籽粒产量与油分含量之间的相关性[52]。梁森等认为在水稻旱作中采用轻度调亏比较合适,产量虽略低于水作,但可使耗水量减少,提高米质[14]。玉米拔节期温度高,耗水量大,适度而缓慢的水分亏缺可抑制地上部分旺长,产量下降不明显,如进行合理密植,可增加总产[50]。孟兆江等在对夏玉米不同程度的调亏研究中发现适时适度的调亏灌溉可以增加产量[7]。孟兆江等以小麦为试验材料进行了调亏灌溉试验研究,结果表明,适时适度的水分调亏显著抑制蒸腾速率,而光合速率下降不明显,复水后光合速率又具有超补偿效应,光合产物具有超补偿积累且有利于向籽粒运转与分配[52]。高延军等认为轻度水分亏缺有利于棉花增产,与充分供水相比苗期与吐絮期干旱处理均可提高棉株产量和水分利用效率[54]。

6.3 灌溉方式对调亏灌溉的影响

在北方的旱作地区,由于受条件所限,只能实行“雨养农业”,使产量始终处于较低水平。有些地区虽具有灌溉设施,但灌溉方式多以漫灌、沟灌为主,造成水资源大量浪费。国内外农业科技人员经过不懈努力,创造出许多先进的灌溉方式,如滴灌、渗灌、喷灌、微喷灌等,并且在田间试验中取得了很好的经济效益[49,55]。以色列是一个极度缺水的国家,由于创造并广泛应用了滴灌技术,已使灌溉水利用系数达到0.9,以同样的耗水量使农业产值增长数倍[56]。

6.4 施肥对调亏灌溉的影响

施肥对于农业生产影响很大,合理施用并结合调亏灌溉可显著提高作物产量和水分利用效率,但如应用不当则会适得其反。土壤干旱情况下,氮、磷营养虽然皆增强了作物的渗透调节能力,但由于氮、磷营养对作物地上地下部生长的不同作用而对作物的水分状况产生了完全相反的影响。氮素营养可增强作物对干旱的敏感性,使其水势和相对含水量大幅度下降,蒸腾失水减少,自由水含量增加而束缚水含量减少,并使膜稳定性降低;而磷素营养则明显改善了植株的水分状况,增大了气孔导度,降低了其对干旱的敏感性,增加了束缚水含量,并使膜稳定性增强[57]。调亏灌溉能够提高作物的水分利用率已被广泛认同,但需要指出的是,推行调亏灌溉不是没有风险,否则就会变适度缺水为严重缺水。为此,必须改变目前的粗放灌溉方式,逐步向精确灌溉的方向发展[35]。调亏灌溉的效应与多种因素有关,包括气候因子、作物因素及土壤条件等,因此还需在不同地域,不同气候条件下进行研究。目前的研究多集中于果树、棉花、玉米、小麦、水稻上,还应探讨其对多种作物的影响。调亏灌溉还应与其它高产栽培技术综合配套使用,以期充分发掘作物的增产潜力。另外,作物在水分亏缺时的响应协调及补偿效应机制,如何在分子水平上对调亏灌溉进行指导应做进一步研究[58]。

7 调亏灌溉需要进一步研究的问题与前景

水量不足是我国北方干旱半干旱地区农业生态系统良性运转和农作物产量提高的主要的限制因素。研究缺水条件下作物调亏灌溉机理与指标,对于科学合理的利用水资源,发展补充灌溉,抗御干旱,提高产量,改善生态环境,具有重要的意义。通过对农作物所做的调亏灌溉试验研究结果表明,作物调亏灌溉技术具有广阔的应用前景。由于大田调亏灌溉技术属于较新的节水灌溉技术,目前国内对其研究还不成熟,还缺少系统性的研究,以下问题的进一步研究和解决将会推动调亏灌溉技术的发展。

(1)从总体上和相互作用上综合研究作物不同时期和不同程度的调亏对光合产物形成与分配、向经济产量的转化、水分散失影响的动态过程;在作物生理机制的基础上研究不同水分供给和不同亏水条件下作物群体光合产物的最优分配策略。

(2)根据作物水分散失和光合作用及其光合产物分配和转化的定量关系中,进一步研究以减少作物水分散失和提高光合产物向籽粒(或果实)转化数量为目标,寻求考虑土壤水分胁迫状况、土壤水分运动过程(吸湿或脱湿)、大气蒸发条件、作物生理特性、根系分布状况的综合调亏灌溉指标。

(3)调亏灌溉条件下作物耕作栽培方式和水肥耦合的最佳模式研究,如调亏灌溉条件下作物的播种密度和果树的矮化密植问题,最佳施肥方式等。对咸水的调亏灌溉也需要进行进一步研究。

(4)在不同的灌溉方式下,作物的需水规律不同,以前的研究主要是针对地面灌溉条件进行的,随着滴灌、膜下滴灌、喷灌等大面积推广应用,需要研究这些灌水方式下的调亏灌溉模式。

作物灌溉 第7篇

作物系数是计算农田实际蒸散量的重要参数之一, 其基本定义为作物的实际蒸散量与参考作物蒸散量的比值。作物系数的正确性在很大程度上决定了农田实际蒸散量的计算精度[1]。影响作物系数的因子主要有作物种类与品种, 气候条件, 土面蒸发, 作物生育阶段, 根区土壤水分状况及田间管理水平等[2]所以, 确定作物系数的主要方法是通过设计专门的田间试验, 在能够控制或监测进出水量的试验处理内实测某种作物在水分适宜条件下的蒸发蒸腾量, 从而反求不同时段的作物系数。本文通过盆栽试验, 研究了黑龙江省西部半干旱区不同氮肥条件下的大豆作物系数, 为科学的灌溉和施肥提供理论依据。

1 试验条件和研究方法

1.1 试验区概况。

试验在黑龙江省齐齐哈尔市甘南县进行。该地区地处嫩江中游右岸, 地属于温带半干旱季风气候, 四季冷暖干湿分明, 全年平均气温2.6℃, 无霜期150天, 年平均活动积温2263.7℃, 全年日照时数1791h, 生长季节日照时数1303.9h, 多年平均降水量为455.2mm, 雨量集中于7~9月。甘南县农业生产的限制因素以春旱为主。春旱的主要原因:春季降雨少, 每年春季降雨40mm左右, 占全年降雨量的8.9%;蒸发量大, 4、5月份的蒸发量达409.4mm, 接近全年降水量;春风强, 4、5月份八级以上大风日平均7.4次, 占全年的50%, 加大了蒸发量;土层薄, 质地粗, 不保水、跑风土面积大。

1.2 试验设计。

本研究采用大豆盆栽试验, 品种为垦农18。试验设在移动式防雨棚内进行。选用规格为高33cm×口径31cm的塑料桶, 供试土壤为过筛的黑钙土。每盆保苗5株。土壤水分使用电子天平用称重法来控制全生育期土壤水分含量, 每天下午17:00逐日称重并补水至控水标准直到作物成熟。将大豆生育期划分为苗期、分枝、开花、结荚、鼓粒5个生育阶段。肥量 (氮) 设4个水平, 分别为:N1:0.53g/盆;N2:1.81g/盆;N3:3.09g/盆;N4:4.37g/盆;注:P:1.77g/盆;K:1.68g/盆。

水分:每个生育阶段设1个水分受旱处理水平 (土壤含水量以占田间持水率的百分比计算) , 即中度受旱 (水分下限60%) 其他生育期为水分适宜处理。同时还设有一个全生育期水分适宜 (水分下限80%, 即与不同阶段不同亏水程度形成对比的对照处理) 和一个全生育期丰水处理 (水分下限90%) 。共计28个处理, 设三次重复。 (见表1)

2 结果与分析

2.1 参考作物蒸发蒸腾量的计算。

参考作物是一种理想的作物, 1979年国际粮农组织 (FAO) 所定义的参考作物蒸发蒸腾量为:高度均匀一致 (8-15cm) , 生长旺盛, 无病虫害, 完全覆盖地面, 土壤水分充分供应条件下的绿色矮科作物的蒸发蒸腾。1992年又 (FAO) 对参考作物蒸发蒸腾量进行了重新定义, 即参考作物蒸发蒸腾量为一种假想参照作物冠层的腾发速率, 假想作物的高度为0.12m, 固定的叶面阻力为70s/m, 反射率为0.23, 非常类似于表面开阔, 高度一致, 生长旺盛, 完全覆盖地面而不缺水的绿色草地蒸发蒸腾量[3,5]。

参考作物蒸发蒸腾量的计算方法有许多种, 在的作物需水量, 美国国家灌溉工程手册和中国主要作物需水量与灌溉中, 都列举了过去应用较多, 影响面较广的四种方法:Penman-Monteith公式方法, 辐射法, 温度法, 蒸发皿法。FAO推荐首选使用Penman-Monteith公式方法, 之所以推荐使用此方法是因为这一方法以能量平衡和水汽扩散理论为基础, 既考虑了作物的生理特征, 又考虑了空气动力学参数的变化, 具有较充分的理论依据和较高的计算精度[1,2,6]。

式中:ET0-参考作物蒸发蒸腾量, mm;Δ-温度~饱和水汽压关系曲线在T处的切线斜率;T-平均气温, ℃;ea-饱和水汽压, kpa;ed-实际水汽压, kpa;γ-湿度表常数, kpa/℃;Rn-净辐射, MJ/m2·d;G-土壤热通量, MJ/m2·d;U2-两米处的风速, m/s。

2.2 不同氮肥条件下的作物系数的确定。

作物系数是田间实际作物的蒸发蒸腾量与参考作物蒸发蒸腾量的比值[2,4]

式中:Kc为作物系数, 反映不同作物的区别ETc为作物潜在腾发量即作物需水量, mm;ET0为参考作物的蒸发蒸腾量, mm。

根据计算得到的参考作物蒸发蒸腾量及实测得到的大豆需水量, 利用作物系数计算公式, 分别计算以旬为时段和以生育期为时段的作物系数, 将计算结果绘制成图1, 图2。

是以生育期为阶段的大豆作物系数呈前期小, 中期大, 后期小的特点, 这说明Kc与大豆从生长初期-生长发育阶段-生长旺盛期-衰退期的变化程度及生理变化过程相符;不同氮肥条件下, 整体上呈随着肥力的增加, Kc呈逐渐增大的趋势并且氮肥较多时即N3、N4时从分枝到开花增加的幅度与其他相比较大。这说明随着氮肥增加, 植株的ETc逐渐变大。

3 结论

3.1

以生育期为时段的大豆作物系数呈前期小, 中期大, 后期小的特点, 这说明Kc与大豆从生长初期-生长发育阶段-生长旺盛期-衰退期的变化程度及生理变化过程相符。

3.2

不同氮肥条件下, 以生育期为时段的大豆作物系数在初期, 肥力对Kc的影响不是很明显, 但整体上呈随着肥力的增加, Kc呈逐渐增大的趋势, 并且氮肥较多时即N3、N4时从分枝到开花增加的幅度与其他相比较大。这说明随着氮肥增加, 植株的ETc逐渐变大。

3.3 以旬为时段的大豆作物系数整体上也呈前期小, 中期大, 后期小的变化过程。

肥量不同时, 作物系数也有所不同, 不同肥量之间的作物系数的关系为:N4〉N3〉N2〉N1。

参考文献

[1]纪瑞鹏, 班显秀, 张淑杰.辽宁地区玉米作物系数的确定[J].农业环境科学, 2004 (4) :246-247.

[2]山仑, 康绍忠, 吴普特.中国节水农业[M].北京:中国农业出版社, 2004:147-154.

[3]罗金耀.节水灌溉理论与技术[M]武汉:武汉大学出版社, 2003:49-55.

[4]刘钰.对FAO推荐的作物系数计算方法的严正[J].农业工程学报, 2000, 16 (5) :26-28.

[5]世彰, 索丽生.节水灌溉条件下作物系数和土壤水分修正系数试验研究[J].2004, 1:17-18.

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