林子秋，劉東昀，白銘熙，李富昌，余柚樸，鄧蘭生，徐煥彬

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州 510642； 3.廣州一翔農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司，廣州 510520)

滴灌是一種局部灌溉方式，具有顯著的節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)工、高效等特點和優(yōu)點，配合地膜覆蓋和大棚等設(shè)施效果更佳[1-3]。隨著生產(chǎn)發(fā)展和對技術(shù)的普及推廣，滴灌技術(shù)越來越被廣大種植業(yè)者所認(rèn)識和應(yīng)用，灌水均勻度的問題也就被更多的用戶所重視。前人對于影響灌溉均勻度的因素做了許多研究，如進水口壓力、灌水器制造偏差、田間微地形、滴灌管鋪設(shè)長度、滴頭工作壓力和滴頭流量等[4-8]。席奇亮等對兩種滴灌帶的鋪設(shè)長度、壓力及兩者相互影響研究表明，內(nèi)嵌式滴灌帶的灌水均勻度較薄壁式滴灌帶表現(xiàn)更好，且更適合較長距離鋪設(shè)使用；在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時，兩種滴灌帶均有其合適的工作壓力范圍[9]。滴灌均勻度直接影響著滴灌技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮，在水肥耦合條件下，灌溉均勻度還會直接影響到施肥的均勻性，進而影響作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗在此基礎(chǔ)上，研究不同滴頭流量、管徑大小和壓力這3個因素及其交互作用對滴灌均勻度的影響，尋求各條件下獲得較高均勻度的組合，以期為滴灌系統(tǒng)的合理規(guī)劃設(shè)計與推廣應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017年10-12月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗基地進行。

供試材料包括：3種不同管徑大小的PE管，規(guī)格分別為φ16 mm、φ20 mm、φ25 mm；3種不同流量的壓力補償式滴頭，流量分別為1.2、2.0、4.0 L/h；水泵(額定流量3.5 m3/h，額定揚程28 m，額定功率1 100 W)，主要為系統(tǒng)提供壓力。為保障試驗順利進行，在系統(tǒng)首部安裝時加裝回流調(diào)壓裝置。此外，還有滿足試驗所需的過濾器、壓力表、量筒、量杯、計時器等。

1.2 試驗設(shè)計與實施

試驗按照滴頭流量、管徑大小、壓力的不同設(shè)置不同處理組合(見表1)。其中，管徑大小(簡稱A)有：φ16 mm(A1)、φ20 mm(A2)、φ25 mm(A3)；滴頭流量(簡稱B)有：1.2 L/h(B1)、2.0 L/h(B2)、4.0 L/h(B3)；水泵能提供給系統(tǒng)的壓力值(簡稱C)有：0.05 MPa(C1)、0.10 MPa(C2)、0.15 MPa(C3)、0.20 MPa(C4)、0.25 MPa(C5)、0.30 MPa(C6)、0.35 MPa(C7)、0.40 MPa(C8)，共形成72個組合。

試驗中滴灌用PE管按直線方向擺放，根據(jù)李文[5]等的研究設(shè)計每條滴灌管長度100 m，安裝滴頭間距為50 cm，共200個滴頭。為保證試驗結(jié)果的可靠性，在200個滴頭中系統(tǒng)抽樣測量20個滴頭，并測量記錄其出流量，取平均值，用作最后的均勻度計算。根據(jù)試驗量測結(jié)果計算出各個處理或組合的均勻度。根據(jù)滴灌均勻度的采用公式(克里斯琴森公式[10])來看，計算均勻度的數(shù)據(jù)與時間無關(guān)，所以試驗過程中，為了方便測量和高效率利用時間，每個滴頭出水量的測量時間設(shè)定為200 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

灌水均勻度是衡量灌溉技術(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)[11]，灌水均勻度用灌水均勻系數(shù)來體現(xiàn)。計算灌水均勻系數(shù)公式為克里斯琴森公式[10]。

(1)

本試驗使用Excel進行數(shù)據(jù)整理，采用SAS軟件進行顯著性分析(p=0.05)。

2 結(jié)果及分析

2.1 不同壓力對管徑大小和滴頭流量組合滴灌均勻度的影響

各個組合內(nèi)流量因壓力變化而受的影響程度有所差異。隨著滴頭流量的增大，各組合內(nèi)的流量變化程度受壓力影響越大。圖1顯示，前3個組合A1+B1、A2+B1、A3+B1中，只有兩個組合內(nèi)有顯著性差異，并且組合內(nèi)有顯著性差異的壓力處理較少；中間3個組合A1+B2、A2+B2、A3+B2中，有顯著性差異的壓力處理較多；最后3個組合A1+B3、A2+B3、A3+B3中，各個組合內(nèi)受壓力影響的流量差異最大。把前中后每3組分成1個大組，可以看出，前中后3個大組中，只有滴頭流量大小不同，由此得出在滴灌過程中，滴頭流量越大，其流量變化程度受壓力影響越大。

圖1 壓力變化對各個處理組合下流量變化的影響的顯著性分析

另外，隨著管徑增大，流量因壓力的變化而受的影響有減小的趨勢。在前1個大組中，A1+B1組合中其他壓力處理的結(jié)果顯著低于C8壓力處理，A2+B1中有一個壓力處理的結(jié)果顯著低于C8壓力處理，直到A3+B1中的各處理間都沒有顯著差異；在中間1大組中，其趨勢和前一大組的趨勢類似；在后1大組中，沒有符合前面推斷的趨勢，可能是滴頭流量大小是流量受壓力影響程度的決定因素，而管徑大小是次要因數(shù)。所以，在最后1大組中，管徑大小對緩解壓力影響的作用很小，不足以影響滴頭流量的作用，可以忽略，導(dǎo)致A3+B3組合的滴灌均勻性比A1+B3和A2+B3組合處理差異顯著。

2.2 不同管徑大小或滴頭流量對滴灌均勻度的影響

不同管徑大小或滴頭流量大小對滴灌均勻度影響不大。如表1所示，在單獨考慮管徑大小對滴灌均勻度的影響時，3種管徑大小對滴灌均勻度的影響差異不顯著，即可以認(rèn)為3種管徑大小對于本試驗的滴灌均勻度沒有影響；在單獨考慮滴頭流量對均勻度的影響時，單位時間流量最小的B1滴頭的滴灌均勻度顯著低于其他兩種滴頭，而 B3和B2兩種流量滴頭對滴灌均勻度的影響差異不顯著?？赡艿脑蚴潜驹囼炈玫晤^為壓力補償式滴頭，在其壓力補償范圍內(nèi)，對于各處理導(dǎo)致的壓力變化有一定的調(diào)節(jié)能力，所以單因素的變化對滴灌均勻度影響不大[12]。

表1 不同管徑大小或滴頭流量對滴灌均勻度影響的顯著性分析

2.3 不同管徑大小和壓力或滴頭流量大小和壓力組合對滴灌均勻度的影響

表2給出了A+C或B+C組合間的顯著性分析。經(jīng)檢驗，可以知道本試驗設(shè)計的3個因素中，每兩因素間存在互作效應(yīng)，且效應(yīng)顯著。從檢驗結(jié)果看：A+C組合對均滴灌勻度的影響不大，只出現(xiàn)了兩個差異等級，只有A1+C2的均勻度是0.953 9，顯著低于其他組合；B+C組合對滴灌均勻度的影響比較大，出現(xiàn)3個差異等級，最好的3個組合B3+C5、B3+C4和B3+C6顯著優(yōu)于B1+C7和B1+C2組合，出現(xiàn)一種B3的組合均勻度一般比B1的組合均勻度高的趨勢。如本文2.1的結(jié)果，流量滴頭是影響滴灌均勻度的決定因素，主導(dǎo)著滴灌均勻度的高低。試驗結(jié)果表明，在A+C組合中，最好使用A3+C6，不推薦使用A2+C8、A1+C3、A2+C7和A1+C2組合。在B+C組合中，最好使用B3+C5、C3+C4和B3+C6組合, 不推薦使用B1+C2組合。

表2 不同A+C組合或B+C組合對滴灌均勻度影響的顯著性分析

2.4 不同管徑大小和滴頭流量組合對滴灌均勻度的影響

如圖2所示，滴灌均勻度最優(yōu)的組合是A3+B3組合，其滴灌均勻度顯著高于A1+B1、A2+B1和A3+B1這3個組合的均勻度。滴灌均勻度高于0.980 0的有5個組合，在這5個組合中發(fā)現(xiàn)A1、A2和A3的最優(yōu)搭配都是B3和B2，有B1的組合滴灌均勻度都顯著顯著低于其他組合處理。在不考慮成本和壓力的情況下，使用A3+B3組合能獲得最高的均勻度，滴灌效果最佳。

圖2 滴頭流量和管徑組合對滴灌均勻度影響的顯著性分析

2.5 不同滴頭流量、管徑大小和壓力組合對滴灌均勻度的影響分析

本試驗中，各單個因素處理結(jié)果差異不大；考慮雙因素或三因素的情況下，不同水平間的處理結(jié)果會有所差異。圖3給出了A+B組合在C2～C8壓力值間的滴灌均勻度變化，從圖3可以看出在各個壓力情況下滴灌均勻度最穩(wěn)定且最高的A+B組合為A3+B3和A2+B3組合；隨壓力變化最大的組合為A1+B3，在壓力值C6出現(xiàn)最高滴灌均勻度為0.993 4，在壓力值C2出現(xiàn)最低滴灌均勻度為0.918 3，為本試驗條件下最不穩(wěn)定的組合。

圖3 壓力對各組合條件下滴灌均勻度的影響

3 討 論

本試驗在不考慮其他因素的情況下，尋找最優(yōu)滴灌均勻度的管徑大小、滴頭流量和壓力組合，以期為滴灌系統(tǒng)的合理規(guī)劃設(shè)計與推廣應(yīng)用提供理論參考。

試驗過程中，發(fā)現(xiàn)壓力在0.05 MPa時，A1+B2、A1+B3和A2+B3這3種滴頭管徑與流量組合所表現(xiàn)出來的滴灌均勻度會變得異常的低，均勻度只有0.5左右，與張?zhí)炫e等人的研究結(jié)果存在較大差異[8]。試驗過程中，壓力在0.05 MPa時，100 m長的滴灌管中，靠近末端的滴頭沒有水滴出來，可能是末端壓力不足所致。當(dāng)水泵提供的壓力大于0.30 MPa時，8個管徑與滴頭流量組合中，大部分處理的均勻度會隨著壓力的增大而下降，但仍然維持在較高的均勻度。

滴灌均勻度主要受滴頭流量影響，滴頭流量的精度又主要受滴頭制造偏差影響[13]，本試驗未考慮滴頭制造偏差等因素對滴灌均勻度的影響?？紤]到實際應(yīng)用中滴頭間距一般在40～50 cm左右，本試驗設(shè)計的滴頭間距為50 cm。試驗設(shè)計的壓力梯度為0.05 MPa，與白雨薇等人[6]試驗相比，壓力范圍較大，梯度設(shè)計較大，也沒有考慮高壓情況下的經(jīng)濟成本，可能會對研究結(jié)果產(chǎn)生一定影響，有待進一步研究。

4 結(jié) 語

(1)在考慮管徑大小或滴頭流量或壓力變化的單因素情況下，因為滴頭為壓力補償式滴頭，管徑大小對滴灌均勻度的影響差異不顯著；滴頭流量B2和B3的滴灌均勻度顯著高于B1處理，不建議使用B1。滴頭流量越大，流量變化幅度受壓力影響越大，管徑的增大對流量變化幅度有減緩作用。

(2)在考慮管徑大小、滴頭流量或壓力變化的任意兩因素情況下，使用A3+B3組合能在A+B組合系列中獲得最高的均勻度，滴灌效果最佳，不建議應(yīng)用有B1的組合；在A+C組合中，最好使用A3+C6組合，不推薦使用A2+C8、A1+C3、A2+C7和A1+C2組合；在B+C組合中，最好使用B3+C5、C3+C4和B3+C6組合, 不推薦使用B1+C2組合。

(3)在考慮管徑大小、滴頭流量和壓力變化的三因素情況下，各個壓力情況下滴灌均勻度最穩(wěn)定的A+B組合為A3+B3和A2+B3組合。三因素組合的均勻度最高是A1+B3+C6，該組合是本試驗所有處理的最優(yōu)組合。