圆形喷灌机喷灌施肥技术参数对苜蓿生长和水氮利用效率的影响研究

Center pivot irrigation system has been considered as one of primary water-saving irrigation technologies applied in alfalfa production in semiarid area in China. The fertigation technology under center pivot irrigation system has been gradually carried out in alfalfa irrigated areas, but lacking of the related basic research and current technical specifications. The target of this project is to improve alfalfa yield, quality and use efficiency of water and nitrogen as well. According to the fertigation technical characteristics and alfalfa growth requirements, this project will optimize the sprinkler irrigation parameters, fertilizer application parameters, matching with the structure and working parameters of the center pivot irrigation system. Based on the above-mentioned parameters, the project will investigate on the redistribution of fertilizer solution in the air, alfalfa canopy and soil during the whole droplet movement process. The project will put forward optimized fertigation technical parameters to promote fertilizer absorption by alfalfa leaf and root. In addition, the project will recommend the technical solutions to improve the use efficiency of water and nitrogen in terms of reducing water evaporation loss, ammonia volatilization, deep leakage and surface runoff of water and nitrogen. The project will develop fertigation technology standards on alfalfa production and provide technical basis for utilization and management of water and nitrogen under center pivot irrigation system.

圆形喷灌机是解决我国半干旱地区苜蓿节水灌溉的主要技术之一，应用圆形喷灌机开展苜蓿的水肥一体化已逐渐兴起，但缺乏相关的基础研究和技术规范。本项目以提高苜蓿产量品质和水氮利用效率为目标，根据圆形喷灌机水肥一体化技术特点和苜蓿生长需求，从协调优化圆形喷灌机喷灌施肥技术参数与其结构、工作参数出发，研究喷洒水氮溶液离开喷头、进入土壤前在空中或苜蓿冠层再分配，以及进入土壤后的水氮分布规律，提出促进苜蓿叶面与根系吸肥的喷灌施肥技术参数适宜范围和优化组合，并从减少喷洒水蒸发、氨挥发、深层渗漏和地表径流等方面提出提高水氮利用效率的技术解决方案，以期形成适合苜蓿生长的圆形喷灌机喷灌施肥技术标准，为圆形喷灌机水肥一体化的水氮高效利用与管理提供技术支撑。

近年来圆形喷灌机水肥一体化技术开始在苜蓿生产中应用，但缺乏相关的基础研究和技术规范，其减肥、增产、提质的优势并没有完全发挥。因此，项目以提高苜蓿产量、品质和水氮利用效率为目标，根据圆形喷灌机水肥一体化技术特点和苜蓿生长需求，主要开展了五方面研究：（一）选择典型的低压喷头（R3000、D3000、i-WOB2、LDN喷头），开展了喷头水力性能测试及机组水量分布均匀性的模拟与试验研究。结果表明，喷头的喷灌强度与末端水滴直径随着喷嘴直径、工作压力的增加而增大；相比于非旋转式喷头，旋转式喷头末端水滴直径更大，但水量分布更均匀。（二）R3000和D3000喷头对冠层截留、土壤水氮分布及苜蓿生长影响的研究表明，R3000喷头的喷灌施肥均匀性为86.19%，高于D3000喷头（75.46%），但两种喷头下的土壤水氮分布均匀性及苜蓿产量差异不大。R3000喷头的苜蓿冠层截留能力也稍高于D3000喷头，不同生育期的苜蓿冠层截留能力为0.46~1.49 mm。（三）喷灌条件下土壤氨挥发的研究表明，随着施氮量的增加氨挥发损失逐渐增大，喷施尿素的氨挥发损失与撒施相近，仅比埋施高32.55%。在傍晚喷施尿素的氨挥发损失较低，甚至低于埋施。（四）氮素喷洒浓度与施氮量对苜蓿叶面及根系吸肥效果影响的研究表明，苜蓿现蕾期的允许最大氮肥喷洒浓度（尿素质量浓度）为0.4%，在0.2%~0.3%喷洒浓度处理下的苜蓿叶绿素增量、产量及氮素利用率较高。对于建植第二、三年的苜蓿全生长季内根施12.5 kg N/hm2可获得较高产量及氮素利用率，施肥时期在第一、三茬较好，不同施氮处理下苜蓿品质均较高。（五）通过预测土壤水分变化及作物生长状况并结合天气预报，构建了基于模糊算法的苜蓿双指标（土壤水分和苜蓿株高）灌溉决策模型，并经田间应用。本项目的研究结果为提高圆形喷灌机水肥一体化条件下苜蓿水氮高效利用、制定适合苜蓿生长的圆形喷灌机喷灌施肥技术标准提供技术支撑。