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滴灌施肥研究进展与应用前景详解

   2014-12-14 中国节能网3940
核心提示:以色列长期致力于开发节水新技术,以解决其水资源短缺问题。20世纪60年代,以色列人创造了滴灌技术,并建成了世界上第一个滴灌系统。
       1、滴灌施肥技术的发展。
  
  以色列长期致力于开发节水新技术,以解决其水资源短缺问题。20世纪60年代,以色列人创造了滴灌技术,并建成了世界上第一个滴灌系统。这一系统由不同口径的塑料管组成,灌溉水和溶于水中的化肥从水源被直接输送到作物根部,呈点滴状缓缓而均匀地滴灌到作物根区的土壤中。滴灌使农业灌溉技术发生了根本性变化,标志着农业灌溉由粗放走向高度集约化和科学化,基本实现了按需供水、肥,成为灌溉技术的一项重大突破。20世纪60年代后,滴灌技术开始在美国、澳大利亚、南非等地陆续研究和应用,并在世界其他一些国家推广应用。我国自1974年引进滴灌技术到现在经历了三个发展阶段1976年以前为第一阶段,主要学习和消化引进技术;1976一1981年为第二阶段,有了初步配套的国产滴灌设备并开始试点推广;1981年以后为第三阶段,形成了燕山滴灌技术。第三阶段标志着我国滴灌技术进入了推广阶段。滴灌施肥是在滴水灌溉技术的基础上发展起来的。滴灌施肥加入的肥料,在发展初期多是由固体肥料如(NH4)2SOI,KCI等溶解而来。之后,一些肥料公司有针对性地开发了适合滴灌施肥的液体肥料,或溶解度高的固体肥料。在滴灌施肥技术中,肥料通过滴灌系统输送到作物的根部供作物吸收利用。
  
  2、滴灌施肥技术的特点及应用研究。
  
  滴灌系统由水源、动力机、水泵、PVC塑料管道和滴头或管壁上密布的微孔组成。其微孔产生一定的阻力控制给水量,滴头有发丝管式、迷宫式等。它利用微孔隙使水缓慢流人土壤,再借助毛细管作用将水分扩散到整个根系,供作物吸收利用。由于不破坏土壤结构,保持了根系层内疏松通透的生长环境条件,且减少了土壤表面的水分蒸发损失,因而有明显的节水增产效益。滴灌施肥频繁、缓慢地施加少量的水和肥料作用于作物的根部,可以非常精确地在时间和空间上调控土壤水、肥条件。通过对滴灌系统的有效设计与管理,可以创造促进作物生长或根据作物需要控制作物生长的土壤水分和肥料条件,使作物的水肥条件始终处在最优的状态下,避免了其他灌水施肥方式产生的周期性水、肥过多或不足,为促进作物生长、提高作物产量奠定了基础。
 
       滴灌施肥的特点主要有:
 
       (1)水肥同时供应,可发挥二者的协同作用。
 
       (2)将肥料直接施人根部后,降低了肥料与土壤的接触面积,减少了土壤对肥料养分的固定,有利于根系吸收养分。Bar-yosef等研究发现,与肥料撒施相比,滴灌施肥可使土壤溶液保持较高的P浓度环境;
 
       (3)滴灌施肥持续时间长,为根系生长维持了一个相对稳定的水肥环境。Hagin等指出,滴灌施肥时土壤溶液中NO3-N(硝态氮)的浓度稳定在60一150mgkg之间,而喷灌时NO3N的浓度在0一300mgkg范围内变化;
 
       (4)可根据气候、土壤特性及作物不同生长发育阶段的营养特点,灵活地调节供应养分的种类、比例及数量等。
  
  3、滴灌施肥下水分和养分在土坡中的分布特点。
  
  近年来,我国在节水灌溉农业方面取得了不少重要的进展,提出了一些符合国情的先进节水灌溉方法,对于滴灌条件下的土壤水分运动规律也已有了一定的了解。我们研究发现,滴灌条件下水分以点源人渗土壤,水平和垂向的湿润锋均随人渗时间的增加而逐渐变大,在人渗开始阶段湿润锋的推进速率较大,随着人渗时间的延长,湿润锋的推进速率逐渐变慢。粘质土壤由于质地细小,在滴灌速率为2.67Lh时,湿润锋径向移动速率远大于垂向移动速率,前者是后者的1.22倍。汪志荣研究表明实施滴灌可以形成两种人渗边界,边界一是非充分供水点源人渗边界;边界二为变边界积水点源人渗边界。吕谋超等指出可以用半椭圆形及圆形近似代表地表及地下滴灌线水源形成的饱和区和湿润区。地表滴灌的线水源流量大于其人渗速度,在地表形成积水,随着灌水历时的增加,在滴头下方形成的饱和区逐渐增大,地表积水向两侧扩展,形成水平和向下扩散的半椭圆形饱和及浸润剖面。杨苏龙认为滴(渗)灌水分在土壤中的移动分为两个阶段,第一阶段为水分等速移动阶段,水锋呈圆形扩散;第二阶段为水分不等速移动阶段,呈现立卵形移动,水分下移速度最快,上移速度最慢,前者是后者的2.2一2.55倍。地表式滴(渗)灌的土壤水分蒸发量较地埋式滴灌大33%一39.7%,如果滴(渗)灌与地膜覆盖相结合,可减少土壤水分蒸发量76%一86.8%,能进一步提高水分利用率。滴灌条件下水分从点水源进入土壤,然后向各个方向扩散。土壤类型、滴头流量和每次灌溉的水量等均会影响水分在土壤中的分布。对一种土壤来说,滴头流量的增加会引起水湿润土壤垂直深度变浅,以滴头为圆心的半径变大。如果给定灌溉水量和滴头流量,则沙土中水分湿润深度比壤土要深,但半径变小。由于灌溉施肥频率高,土壤水分含量变化不大,有利于作物吸收水分和养分,可提高肥料的利用率,特别是P的利用率。随着从滴头到湿润边缘距离的增加,不被吸附的离子,如N03一浓度也随之增加。壤土的湿润区域离子浓度梯度比沙土大,滴头流量大的比流量小的浓度梯度大。而吸附态养分在土壤中的移动性比非吸附态养分要低得多,养分在粘土比沙土易被吸附,因而养分在质地细的土壤中的移动性比质地粗的要慢。
  
  4、滴灌施肥技术在我国的应用前。
  
  我国是一个水资源严重短缺的国家,干旱是制约我国农业发展的主要因素之一。水的有效利用率只有30%一40,每M3粮食生产能力只有lkg左右。喷灌、滴灌等先进的节水灌溉在我国占总灌溉面积的比例还很小,大多数地区仍沿用地面灌溉。发展节水灌溉,提高农业生产力的潜力很大。除水分外,养分缺乏以及水、肥二者供应的不同步性,是制约我国农业生产发展经常遇到的问题。滴灌施肥可有效地调节作物水分和养分的供应,在我国具有巨大的应用前景。尤其在西北和华北地区,由于这一地区占我国国土面积的52.2%,耕地面积约占全国的30%,采用滴灌施肥技术,不仅可节约该地区宝贵的水资源,而且可使原来一些采用常规灌水施肥方法不适宜种植的土地,如荒地、甚至沙漠种植变为现实。以色列对南部Negev沙漠的开发就是一个成功的范例。另外在地势不平、水土流失严重、土壤肥力低的丘陵沟壑区,常规的灌水施肥措施难于取得满意的效果,而滴灌施肥技术则可取得显著效果。据中国农业大学在山东省蔬菜大棚的调查,肥料的利用率低于10%,而在以色列,由于采用了滴灌施肥技术,N肥的利用率可高达80%以上。在我国的热带、南亚热带地区,由于许多作物的需水、需肥量都较大,采用滴灌施肥技术将有助于这些作物的增产增效。由此可见,滴灌施肥技术在我国有广阔的应用前景。
 
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