孫紅梅

（遼寧省阜新縣務(wù)歡池鎮(zhèn)政府，遼寧 阜新 123107）

水肥一體化是指在灌溉的過(guò)程中，通過(guò)管道將充分溶解后的肥料隨水一同輸送至作物根部的灌溉施肥模式，具有節(jié)水、節(jié)肥、高效等優(yōu)勢(shì)，能緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中水分肥料利用率低的問(wèn)題。在噴灌和滴灌基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的微噴灌溉充分利用微噴帶將水和肥料均勻噴灑于作物根區(qū)，微噴帶也常常作為滴灌帶鋪設(shè)于地膜下方。但在當(dāng)前微噴灌溉過(guò)程中，微噴帶首端至末端沿程水肥均勻性較差，首端噴水量大且肥料濃度高，而末端水量小、肥料濃度低，國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐表明，微噴帶水肥非均勻性主要受水壓和微噴帶長(zhǎng)度影響較大，筆者通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)，對(duì)微噴帶長(zhǎng)度和水壓影響水肥均勻性的影進(jìn)行定量研究。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在阜蒙縣農(nóng)業(yè)局農(nóng)廣校農(nóng)作物試驗(yàn)園區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)所需的3孔和5孔微噴帶由遼寧省東港市遠(yuǎn)東節(jié)水灌溉設(shè)備有限公司提供，由廠家提供的微噴帶參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 微噴帶參數(shù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 流量均勻性設(shè)計(jì)

本次微噴帶沿程水肥均勻性受微噴帶長(zhǎng)度和水壓影響的試驗(yàn)在長(zhǎng)×寬為90 m×6 m的大棚進(jìn)行，總共設(shè)置長(zhǎng)度分別為30 m、60 m和90 m的三種微噴帶，不同長(zhǎng)度3孔和5孔微噴帶出水取樣點(diǎn)位置詳見(jiàn)表2。為了增加出水取樣的便捷性，鋪設(shè)微噴帶時(shí)噴孔朝下，并在每個(gè)取樣點(diǎn)正對(duì)的噴孔處挖小坑，將容積為2L的燒杯靜置于小坑內(nèi)取水，并確保燒杯口緊貼微噴帶噴孔。試驗(yàn)開(kāi)始后，打開(kāi)出水閥并調(diào)節(jié)水壓，結(jié)合微噴帶長(zhǎng)度和型號(hào)設(shè)置不同的水壓（見(jiàn)表3），待水壓穩(wěn)定后，打開(kāi)秒表計(jì)時(shí)5 min后關(guān)閉出水閥，微噴管內(nèi)水全部流盡后進(jìn)行燒杯內(nèi)水體積的測(cè)量。

表2 不同長(zhǎng)度微噴帶出水取樣點(diǎn)位置

表3 不同長(zhǎng)度微噴帶工作水壓設(shè)置

1.2.2 沿程水壓計(jì)算

遼寧省東港市遠(yuǎn)東節(jié)水灌溉設(shè)備有限公司所提供的微噴帶額定工作壓力和鋪設(shè)長(zhǎng)度之間存在以下關(guān)系：

式中：hy為沿程水頭損失（m），1 m水頭損失對(duì)應(yīng)0.01 MPa壓力；L為微噴管長(zhǎng)（m）；Q為總流量（L/h）；d為微噴管內(nèi)徑（mm）。

流量與水肥均勻性試驗(yàn)壓力和各取樣點(diǎn)流量已知情況下，通過(guò)式（1）便可求出30 m、60 m和90 m長(zhǎng)度的3孔與5孔微噴帶沿程取樣點(diǎn)位置水頭損失與水壓。

1.2.3 水肥均勻性設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)以農(nóng)用硫酸鉀為例進(jìn)行微噴帶長(zhǎng)度和水壓影響水肥均勻性的試驗(yàn)[1]。取農(nóng)用硫酸鉀2000 g溶于20 L自來(lái)水，不斷攪拌直至水肥溶液表面泡沫完全消失后靜置24 h，過(guò)濾澄清后備用。在施肥時(shí)取出5 L水肥溶液稀釋至20 L，并從微噴帶首部經(jīng)由文丘里施肥器灌入，不同長(zhǎng)度微噴帶均在上述試驗(yàn)所得最適工作壓力下進(jìn)行施肥試驗(yàn)，且不同長(zhǎng)度微噴帶施肥總量相同。水肥溶液的收集方法與出水量收集完全相同，將所收集到的水肥溶液帶回試驗(yàn)室，并用真空泵抽濾后將水肥溶液稀釋250倍，用火焰分光光度計(jì)測(cè)定水肥溶液物化性能和均勻性[2]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel和SAS軟件對(duì)所收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。SAS(Statistical Analysis System)統(tǒng)計(jì)分析軟件由美國(guó)北卡羅來(lái)納州州立大學(xué)于1996年開(kāi)發(fā)問(wèn)世，此后便別廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，當(dāng)前SAS軟件已被譽(yù)為統(tǒng)計(jì)分析的標(biāo)準(zhǔn)化軟件。結(jié)合Excel的數(shù)據(jù)導(dǎo)入和SAS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、科學(xué)計(jì)算等功能，對(duì)所收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

SAS/BASE模塊是SAS系統(tǒng)的核心，具有數(shù)據(jù)管理、基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、報(bào)表生成和圖形顯示功能，SAS/STAT模塊是SAS系統(tǒng)中完整而可靠的統(tǒng)計(jì)分析軟件，具有方差分析、回歸分析、屬性數(shù)據(jù)分析、非參數(shù)分析等功能。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，借助SAS軟件可以進(jìn)行各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的定量分析，通過(guò)顯著性檢驗(yàn)增強(qiáng)試驗(yàn)結(jié)果的可信度與擬合性。

2 結(jié)果與分析

2.1 3孔微噴帶受長(zhǎng)度和水壓的影響

通過(guò)不同水壓對(duì)不同長(zhǎng)度3孔微噴帶流量均勻性的影響試驗(yàn)可以看出，不同取樣點(diǎn)位置出水量與水壓正向變動(dòng)，而且不同水壓下距離主管20 m位置處出水量最大。用不同取樣點(diǎn)出水量的最大值和最小值之比衡量微噴帶流量的均勻性，同一長(zhǎng)度不同水壓的微噴帶各取樣點(diǎn)位置出水量均勻性無(wú)明顯差異。水壓相同的情況下，微噴帶越長(zhǎng)，則距離首部相同位置的出水量越小，見(jiàn)表4。

表4 3孔微噴帶出流量受長(zhǎng)度和水壓的影響

由上表試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)于30 m長(zhǎng)度的3孔微噴帶，在四種不同的水壓下不同取樣點(diǎn)出水量較為均勻，不存在過(guò)大差異。3孔微噴帶0.01 MPa水壓下噴射寬度無(wú)法達(dá)到設(shè)定寬度，而在0.03 MPa和0.04 MPa水壓下噴射寬度超過(guò)設(shè)定寬度，所以選擇0.02MPa水壓作為30 m長(zhǎng)度3孔微噴帶灌溉的最適工作水壓。

對(duì)于60 m長(zhǎng)度的3孔微噴帶取樣點(diǎn)出水量也較為均勻，0.02 MPa水壓的噴射寬度無(wú)法達(dá)到設(shè)定看寬度，而0.05 MPa和0.06 MPa水壓的噴射寬度超過(guò)設(shè)定寬度，且導(dǎo)致微噴帶出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，所以60 m長(zhǎng)度的3孔微噴帶工作水壓選用0.03 MPa。

對(duì)于90 m長(zhǎng)度的3孔微噴帶不同水壓下取樣點(diǎn)出水量從微噴帶首端至末端逐漸減小，且不同取樣點(diǎn)之間差異較大，不均勻，綜合考慮設(shè)定寬度和工作壓力等因素，選擇0.04 MPa水壓進(jìn)行進(jìn)一步水肥均勻性試驗(yàn)。

2.2 5孔微噴帶受長(zhǎng)度和水壓的影響

根據(jù)表5試驗(yàn)結(jié)果可知，5孔微噴帶在工作壓力下沿程的出水量具有與3孔微噴帶相同的均勻性特征，即30 m和60 m長(zhǎng)度的均勻性較好，而90 m長(zhǎng)度的均勻性較差，且同一長(zhǎng)度微噴帶沿程出水量均勻性并無(wú)明顯差異。同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明，相同工作壓力下5孔微噴帶取樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的出水量和噴射寬度均小于3孔微噴帶，為使5孔微噴帶噴射寬度達(dá)到預(yù)定值，30 m長(zhǎng)度的最適工作水壓為0.04 MPa，60 m長(zhǎng)度的水壓為0.06 MPa，90 m長(zhǎng)度的水壓為0.08 MPa。

2.3 微噴帶沿程計(jì)算水壓與取樣點(diǎn)水量關(guān)系

根據(jù)圖1所示，微噴帶長(zhǎng)度與孔數(shù)不同的情況下，按照東港市遠(yuǎn)東節(jié)水灌溉設(shè)備有限公司所提供的公式可以進(jìn)行微噴帶沿程水壓與取樣點(diǎn)水量計(jì)算。結(jié)果表明，隨著微噴帶長(zhǎng)度的增加，取樣點(diǎn)水壓依次遞減，3孔微噴帶遞減較快，5孔微噴帶遞減較慢。各種微噴帶在距離首部20 m處的位置出水量驟增，而后隨水壓下降而逐漸降低，3孔微噴帶沿程出水量緩慢降低，5孔微噴帶沿程出水量快速降低。

圖1 微噴帶沿程計(jì)算水壓與取樣點(diǎn)水量關(guān)系

2.4 最適水壓下3孔微噴帶鉀肥溶液均勻性分析

最適水壓下3孔微噴帶距離首部20 m處鉀肥溶液質(zhì)量濃度達(dá)到最大，而后逐漸降低，30 m長(zhǎng)度的微噴帶鉀肥溶液均勻性良好，60 m長(zhǎng)度微噴帶次之，高低濃度差在2倍以?xún)?nèi)，90 m微噴帶最差，高低濃度差在5倍以上。

2.5 最適水壓下5孔微噴帶鉀肥溶液均勻性分析

最適水壓下5孔微噴帶鉀肥溶液質(zhì)量濃度變化規(guī)律與3孔微噴帶相似，即距離首部20 m處鉀肥溶液質(zhì)量濃度最高，此后逐漸降低，30 m長(zhǎng)度微噴帶鉀肥溶液質(zhì)量濃度均勻性＞60 m＞90 m。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于3孔和5孔微噴帶都是長(zhǎng)度越短則水肥均勻性越好，但是同時(shí)考慮鋪設(shè)成本和操作的便利，微噴帶不宜設(shè)置過(guò)短，為此微噴帶長(zhǎng)度通常控制在60 m左右為宜，如果無(wú)法滿足設(shè)施長(zhǎng)度所需，則應(yīng)考慮鋪設(shè)2條及以上的微噴帶[3]。

3.2 討論

1）從本次試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果來(lái)看，水壓對(duì)微噴帶水肥均勻性影響較小，也就是說(shuō)增加水壓并不能改善微噴帶首部和尾端水肥不均勻現(xiàn)象。當(dāng)前很多廠家聲稱(chēng)自己生產(chǎn)的微噴帶具有“壓力補(bǔ)償”性能，即能通過(guò)改變或增加水壓達(dá)到水肥均勻的目的，但是根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，微噴帶長(zhǎng)度超過(guò)60 m后其首部和尾端就會(huì)出現(xiàn)明顯的水肥不均勻現(xiàn)象，所以，如何使較長(zhǎng)的微噴帶首尾水肥均勻仍然是灌溉設(shè)備生產(chǎn)廠家所需考慮的問(wèn)題。

2）當(dāng)前關(guān)于微噴帶沿程水肥均勻性的理論研究較少，本次試驗(yàn)以硫酸鉀為例展開(kāi)，隨著微噴帶長(zhǎng)度的增加，沿程水肥溶液質(zhì)量濃度逐漸降低，而且首部水壓的增加并不會(huì)增加水肥溶液質(zhì)量濃度。這說(shuō)明，水肥一體化技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，位于微噴帶末端的作物所接受的水肥溶液量最少，濃度最低，這將進(jìn)一步加劇微噴帶首尾作物水肥的不均勻。理論界并未給出水肥溶液質(zhì)量濃度不均勻的科學(xué)合理的物理學(xué)解釋?zhuān)芊裢ㄟ^(guò)改進(jìn)施肥器結(jié)構(gòu)改善和提高這種不均勻性，是農(nóng)業(yè)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)、人員以及灌溉設(shè)備生產(chǎn)廠家亟待解決的另一重要問(wèn)題。