灌水定额与埋深对移动插入式灌水器土壤水分的影响

杨杰 张旭贤 李口 许超 蒋富泽 张虎田

摘 要：在塔里木大学水利与建筑工程学院实验基地选取植株大小一致的9颗枣树，设置3个不同灌水定额，3个不同埋深，利用移动插入式灌水器对新疆南疆枣树进行试验。研究了移动插入式地下滴灌土壤水分运动规律。研究表明： 灌水定额是决定移动插入式地下滴灌湿润体大小的重要因素;埋设深度是决定湿润体位置的重要因素;水量与移动插入式灌水器湿润区含水率成正比;移动插入式灌水器土壤水分在垂直方向以含水率以滴头为圆心，半径为0-40cm逐渐递增达到最大值;

关键词： 移动插入式灌水器;土壤湿润体;水分分布

节水技术是我国农业发展的一个重点研究对象。农田科学灌溉和水资源优化配置是农业灌溉工程亟待解决的重要问题。采用先进的灌溉技术，对作物实施精准灌溉，不仅能够提高作物产量和品质，且节水效果显著，移动插入式灌水器是在借鉴现有的各种滴头和滴水插头等产品结构和出流方式的基础上设计开发出一种新型地下滴灌灌水器，具有能耗小，移动灵活、更换零部件便捷等特点，在保证具有地下滴灌优点的前提下，也充分发挥了地表滴灌的操作便捷性功能，并有效地提高了产品的重复利用。冯俊杰，李明臣等展开了移动插入式灌水器的研制，进行了自由出流和插地出流条件的滴水实验上述研究内容是对移动插入式灌水器的结构和抗堵塞进行了试验分析，与本文所展开的研究内容存在不同。

由于移动插入式灌输器研制开发的周期较短，进行的试验与考核时间也有限，目前其灌溉参数的相关研究较少，基于灌溉机理的不同，埋深与压力对插入式地下滴灌和滴灌条件下土壤水分分布的影响可能有所差异。因此，本文移动插入式灌水器以新疆大田枣树为研究对象，开展了灌水定额和土壤埋深对移动插入式灌水器湿润体水分运移的试验研究，以此在为设置适宜的灌水定额和田间支管管道铺设提供技术参数。

一、材料与方法

1.试验区概况

试验于2018年5月-9月在塔里木大学水利与建筑工程学院节水灌溉试验基地进行，基地试验占地面积2hm2 ，地理位置为东经81°17′19″，北纬40°32′35″，属于典型的大陆性极端干旱气候。年雨水量少于70mm ，年蒸发量却高达2000mm左右，光照资源丰富，年均日照时数2729h ，最热月平均气温为25-27℃ ，无霜期达200d 以上，干旱指数为7-200 。沙性土壤，透气性好，土壤密度为1.34g /cm3，田间持水率为25% 。

2.试验方案设计

实验由首部枢纽，供水装置，移动插入式滴灌三个部分组成，首部枢纽为塑料桶，规格（长×宽×高）为8m×4m×5m，在枣树根部设置支管，干管与支管之间设置开关闸和流量计，可以调节额定水量大小。将插入式滴管插入插入支管对枣树进行供水。流量计读数即为灌水器总渗水量。试验设不同水分处理灌水定额15L（W1）、灌水定额20L（W2）和灌水定额25L（W3）、滴水器不同深度（出水点位于地面以下10cm、25cm和40cm处）。土壤水分每10天取样一次，灌前灌后加测，在每个处理小区内，规定沿平行枣树行的方向为X方向，垂直枣树行方向为Y方向。以烘干法测定土壤水分，分别在行间距树 35cm、70cm 和株间距树50cm处测量土层深度20cm、40cm、60cm、80cm、100cm 处的含水率。

3.供试材料

移动插入式灌水器是一种新型灌水器，具有双翼型结构，其特点为能耗小、移动灵活、更换零部件便捷，在软管干管上分为了4个支管，可以对作物进行不同角度的输水。当软管干管在压力水头的作用下，将水分输送至四个支管，使土壤湿润，起到灌溉作用。

4.枣树种植方式和移动插入式灌水器的布置

种植作物为枣树，地点为塔里木大学水利与建筑工程学院实验基地，枣树占地面积196m2，两颗枣树间距为3m，株间距为2m，在枣树地长度方向上设置pvc干管，长度与地长度相同，移动插入式灌水器埋设在枣树根部。

微干管和移动插入式灌水器的供水及压力水头由首部枢纽提供。并在管道连接处安装调压控制阀和流量计，便于对移动插入式灌水器的水头和用水量进行调节和计量。具体示意图见图1。

5.样品采集及分析方法

由于移动插入式灌水器属于持续性灌溉方式，为探明插入式地下滴灌土壤湿润体特性，设置3 个不同灌溉定额，分别为15L、20L、25L。3 个不同埋深，分别为10cm、25cm、40cm。由于移动插入式灌水器属于间歇式灌溉方式，在5月22日、5月29日、6月5日、6月19日、6月26日、7月6日、7月13日按照试验方案灌溉后进行土样采集。垂直取样深度为20cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm。

二、结果与分析

1.滴头埋设深度对土壤水分分布的影响

对比图2灌溉定额为15L，埋设深度为10cm、图3灌溉定额为15L，埋深25cm、图4灌溉定额为15L，埋深为40cm。为同一灌溉定额，不同埋设深度的土壤水分分布，移动插入式灌水器40cm处和60cm处数值接近，其余含水率大小为20cm、80cm、100cm处（图2、图3、图4）。对比相同灌溉定额、相同埋深的对比图，随着时间的增长，以含水率以滴头为圆心，半径为0-40cm达到最大值。

2.2移动插入式灌水器在同一灌水定额下，土壤含水率的变化

如图11所示，在8月5日对枣树进行灌水，选取W3H2（灌水定额为25L，滴头埋设深度为25cm）处理的连续10天中午的数据，数据显示20cm处的土壤含水率呈下降趋势，土壤60cm处含水率与日俱增，80cm处含水率略低于60cm处的含水率。40cm处含水率在5日内增长较快，呈现抛物线型增长，在10日后逐渐降低。

三、讨论与结论

灌水定额是决定移动插入式地下滴灌湿润体大小的重要因素;埋设深度是决定湿润体位置的重要因素;水量与移动插入式灌水器湿润区含水率成正比;移动插入式灌水器土壤水分在垂直方向以含水率以滴头为圆心，半径为0-40cm逐渐递增达到最大值。

参考文献：

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[4] 冯俊杰，李明臣. 移动插入式灌水器的结构研究与抗堵塞试验分析[J]. 中国农村水利水电，2008，（11）：39-42.

[5] 姚立民， 李明思， 申孝军， 陈明珠， 李刚， 范文波.插入式渗灌的初步研究[ J] .西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2007，（8）：207-210.

[6] 冯俊杰，李明臣. 移动插入式灌水器的结构研究与抗堵塞试验分析[J]. 中国农村水利水电，2008，（11）：39-42.

作者简介：杨杰（1995-6-）男，汉，甘肃武威，学士，无，主要从事农业水利工程的研究。

通讯作者：张旭贤（1977-2-）男，汉，甘肃张掖，硕士，副教授、主要从事农业水利工程专业的教学和研究。

基金项目：塔里木大学大学生创新创业训练计划（107572017050）;国家自然科学基金（51769032）。