基于作物根—土水分环境的膜下滴灌滴头灌水参数设计依据研究

膜下滴灌是局部灌溉技术，为了使滴灌土壤湿润区均匀并且与作物根系分布及根系耗水分布相一致，滴头流量和滴头间距等影响土壤湿润区运动的灌水参数应该得到控制，因此，建立一种以作物根- - 土水分环境理论为基础的膜下滴灌滴头灌水参数设计理论，不仅对膜下滴灌技术的提升有促进作用，对局部灌溉理论的完善也是必不可少的。本项目在已有研究成果的基础上，重点对4个方面的问题进行试验研究：（1）覆膜对地表积水区分布的影响，建立滴头流量与积水区运动之间的数学关系；（2）滴灌土壤湿润均匀度与滴头流量和滴头间距之间的关系；（3）覆膜宽度对土壤湿润区分布的限制作用；（4）地表覆膜对作物根系分布和根系耗水的影响。通过对以上问题的研究，阐明作物根- - 土水分环境与滴头灌水参数和覆膜作用之间的理论关系，使其成为设计膜下滴灌滴头流量和滴头间距的依据，以及成为膜下滴灌技术和局部灌溉理论的重要补充。

摘要：膜下滴灌是局部灌溉技术，为了使滴灌土壤湿润均匀并且与作物根系分布及耗水分布相一致，必须针对根——土水分环境，从土壤水分运动过程的角度出发，建立滴头流量和滴头间距等灌水参数的评估理论，为膜下滴灌技术设计提供帮助，并完善该技术的设计理论。该项目以室内试验和田间试验为基础，以棉花为主要种植作物，围绕项目申请书中所提出的5个研究内容开展了历时3年的研究工作。研究结果显示：（1）相同滴头流量条件下，膜下滴灌的土壤湿润区宽度大于无膜滴灌的同类指标；膜下土壤湿润区宽度对土壤耕作层温度影响不大；灌水频率对增加土壤湿润宽度作用不大，但对增加土壤湿润深度有明显帮助，所以，增大膜下土壤湿润宽度仍然依赖于增大滴头流量或灌水量。（2）大的滴头流量可产生“宽浅型”土壤湿润区，得到较高的膜下土壤湿润均匀度，以及较好的棉花长势，而小的滴头流量产生“窄深型”土壤湿润区，土壤湿润均匀度不高，对边行棉花生长产生不利影响。（3）膜下滴灌土壤有效湿润宽度应当不小于覆膜宽度，而且水平方向的土壤湿润均匀度应当与整体灌溉的土壤湿润均匀度相等，仅仅在地膜之间才表现出局部灌溉特点。所以，膜下滴灌技术设计中，应当按照覆膜宽度确定土壤湿润宽度，根据土壤湿润宽度设计滴头流量、或滴灌管间距；根据土壤设计湿润均匀度确定滴头间距。根据以上试验结果，在对土壤水分运动过程进行简化的基础上，本项目首先依照水量平衡原理和土壤垂直入渗率公式建立了滴灌地表积水区半径运移模型，从理论上揭示了滴灌地表积水区的形成机理；然后依照水量平衡原理和非饱和土壤达西定律建立了计算滴头流量、土壤湿润区尺度、以及滴头间距的模型；最后阐明了膜下土壤湿润宽度和湿润均匀度对各行间棉花根系分布和生长的影响规律，并提出了适于模拟棉花根系分布和生长过程的统计学模型。项目中所建立的各项计算滴头灌水参数的模型均经过室内试验验证，尚需在生产实践中检验并完善。本项目研究得出的所有成果均对发展膜下滴灌技术设计理论有重要意义。