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程中，通過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，能緩解我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中水分肥料利用率低的問題。在噴灌和滴灌基礎(chǔ)上發(fā)展起來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度影響較大，筆者通過具體實(shí)驗(yàn)，對(duì)微噴帶長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度和水壓影響的試驗(yàn)在長×寬為90 m×6 m的大棚進(jìn)行，總共設(shè)置長度分別為30 m、60 m和90 m的三種微噴帶，不同長度3孔和5孔微噴帶出水取樣點(diǎn)位置詳見表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)開始后，打開出水閥并調(diào)節(jié)水壓，結(jié)合微噴帶長度和型號(hào)設(shè)置不同的水壓（見表3），待水壓穩(wěn)定后，打開秒表計(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)水體積的測量。

表2 不同長度微噴帶出水取樣點(diǎn)位置

表3 不同長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（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，通過式（1）便可求出30 m、60 m和90 m長度的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)分析軟件由美國北卡羅來納州州立大學(xué)于1996年開發(fā)問世，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孔微噴帶受長度和水壓的影響

通過不同水壓對(duì)不同長度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，同一長度不同水壓的微噴帶各取樣點(diǎn)位置出水量均勻性無明顯差異。水壓相同的情況下，微噴帶越長，則距離首部相同位置的出水量越小，見表4。

表4 3孔微噴帶出流量受長度和水壓的影響

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，不存在過大差異。3孔微噴帶0.01 MPa水壓下噴射寬度無法達(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設(shè)定寬度，所以選擇0.02MPa水壓作為30 m長度3孔微噴帶灌溉的最適工作水壓。

對(duì)于60 m長度的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長度的3孔微噴帶工作水壓選用0.03 MPa。

對(duì)于90 m長度的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長度的均勻性較好，而90 m長度的均勻性較差，且同一長度微噴帶沿程出水量均勻性并無明顯差異。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長度的最適工作水壓為0.04 MPa，60 m長度的水壓為0.06 MPa，90 m長度的水壓為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長度的微噴帶鉀肥溶液均勻性良好，60 m長度微噴帶次之，高低濃度差在2倍以內(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)置過短，為此微噴帶長度通?？刂圃?0 m左右為宜，如果無法滿足設(shè)施長度所需，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)過程及結(jié)果來看，水壓對(duì)微噴帶水肥均勻性影響較小，也就是說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)前很多廠家聲稱自己生產(chǎn)的微噴帶具有“壓力補(bǔ)償”性能，即能通過改變或增加水壓達(dá)到水肥均勻的目的，但是根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，微噴帶長度超過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，隨著微噴帶長度的增加，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。這說明，水肥一體化技術(shù)運(yùn)用過程中，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，能否通過改進(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題。