智能化膜下滴灌条件下棉花灌溉制度试验研究

2011-02-26雷晓云李芳松

水利与建筑工程学报 2011年3期

潘渝,雷晓云,李芳松

(1.新疆水利水电科学研究院,新疆乌鲁木齐830049;2.新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐830052)

0 引言

传统的地面漫灌条件下,大量的土壤水分由于无效蒸发、深层渗漏而白白浪费掉,同时土壤水分的深层渗漏抬高了地下水位,加剧了蒸发返盐进而导致土壤盐碱化。膜下滴灌作为一项新的节水灌溉技术,采用地表滴灌减少了土壤水分的深层渗漏,通过覆膜大大降低了棵间的无效蒸发,并且利用覆膜也提高了地温,有利于作物的生长和发育,可达到节水增产的综合效益。棉花是关系国计民生的重要战略物资,我国膜下滴灌技术主要在新疆应用于棉花的种植上。而新疆的水资源时空分布严重不均,南疆极度缺水,加上又缺乏劳动力。因此,为了使得南疆地区的农业尽快步入可持续的发展行列,必须在该区大力研究、推广实施集约型的农业发展模式——智能化/自动化滴灌,以期达到节水增产的目的。

虽然已经有不少学者对膜下滴灌棉田的灌溉制度[1-7]作了一些研究、探讨,但是对于智能化/自动化膜下滴灌条件下的研究尚未见报道。自2008年起,结合国家科技支撑课题“干旱区绿洲农业节水技术研究与示范——干旱区智能化微灌关键技术研究与示范”,课题组在库尔勒包头湖农场棉花智能化滴灌试验田进行了为期3 a的大田试验研究,总结了适合该条件下的棉花灌溉制度。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

试验区智能化棉花膜下滴灌是由中央监控计算机、灌溉控制系统DREAM、田间远程控制终端RTU、田间自动控制电磁阀、土壤水分传感器、施肥检测设备、控制电缆及相关的软件系统组成的一套控制系统。中央监控计算机根据棉花需水规律和生长情况制定合理的灌溉计划,并将该计划转换成控制指令发送到对应的田间远程控制终端RTU,RTU收到指令后开启或关闭对应的电磁阀开关,实施灌溉计划。本系统由一套中央监控站、一套小型气象站、多套RTU、多个电磁阀组成,另外还有相应的通讯系统和灌溉系统软件作为支撑。

该试验区位于库尔勒市西南28 km处的包头湖农场 ,东经 86°08′～86°26′,北纬41°45′～ 41°56′,东邻永丰渠,西近孔雀河。该区光照资源丰富、降水稀少,蒸发强烈,年平均气温10.7℃。

耕作土壤为盐化灰潮土,有机质含量为1.4%～1.59%、含氮量 0.08%～0.13%、速效氮55.6 ppm、全磷0.058%～0.067%、速效磷4.45ppm、含钾242.8 ppm、20 cm耕作层土壤含盐量为0.47%～1.2%、pH值为7.98～8.40,棉田土壤容重为1.49 g/cm3,田间持水量为26.1%。地下水埋深约为1.5 m～2.0 m。棉田滴灌带平均铺设间距为1.25 m。棉花的栽培方式为一膜一管四行,滴灌带布置于膜中间,棉花行东西方向种植,播种模式为:(25+45+25+40)cm。棉花播种期一般为4月下旬,其主要生育期详见表1。灌溉水水质化验结果见表2,查农田灌溉水质标准(GB5084-92)知,pH值＜5.5～8.5,旱作盐碱土地区矿化度＜2 g/l,所以该地区的水源水质符合灌溉要求。

表1 棉花主要生育期

表2 水质化验结果

1.2 研究方法

制定灌溉制度的主要依据是作物的需水规律,而影响作物对水分需求的气象因素主要有:气温、蒸发量、降雨量等。这些气象参数资料可从试验区田间的小型气象站获取。2008年的各气象因素变化情况详见图1～图3。由图示易知,日平均气温波动范围:15℃～30℃,日蒸发量波动范围:1.8 mm/d～8.0 mm/d,降雨量稀少。

图1 2008年棉花生育期气温变化

所以本试验在南疆地区天气炎热、蒸发量大、降雨稀少的条件下进行的。主要针对棉花在全生育期的4个阶段(即播种～现蕾、现蕾～开花、开花～吐絮、吐絮～收获)对水分的需求进行分析。然后根据各阶段的需水规律将有限的灌溉水量进行最优分配,使单位面积上的棉花产量最高。

图2 2008年棉花生育期水分蒸发量变化

图3 2008年棉花生育期降雨量情况

土壤含水率监测。根据灌水前、后采用烘干称重法测定的土壤含水率资料,发现土壤的适宜含水率范围在17%～25%之间。从土壤含水率随深度的分布来看,土壤表层的含水率值略小于底层的,即40 cm～60 cm＞20 cm～40 cm＞0～20 cm,说明土壤水分的消耗依然有一个从上到下变小的趋势。土壤含水率变化情况详见图4～图5。