壓差施肥是我國應用最廣的滴灌施肥技術(shù)之一,施肥時肥液濃度不斷衰減是其主要特征,目前對壓差施肥技術(shù)的研究尚不系統(tǒng)。本論文采用試驗與模擬等方法,深入研究了壓差施肥罐肥液濃度的衰減特性、壓差施肥智能控制的初步方案、不同衰減條件下滴灌管網(wǎng)和滴灌點源入滲土壤中的水肥分布特征,取得主要研究結(jié)果如下:(1)采用K2SO4試劑作為施肥肥料展開試驗研究,設(shè)置了 2種不同入罐流量(0.6 m3/h和1.2m3/h)和2種不同施肥量(900g和1800g)處理,研究了 30L壓差施肥罐的肥液濃度衰減特性,結(jié)果表明:壓差施肥時,施肥前期肥液濃度衰減較快,而后期趨于平緩,入罐流量的大小是影響肥液濃度衰減速率的主要原因,施肥量是次要因素。試驗得到的肥液濃度衰減曲線與理論曲線相關(guān)性較好,濃度衰減符合冪函數(shù)關(guān)系,施肥結(jié)束時間的試驗結(jié)果與理論計算相吻合,入罐流量0.6m3/h時,耗時11～12min即可認為施肥結(jié)束,入罐流量1.2m3/h時,耗時5.5～6min即可認為施肥結(jié)束。(2)以概化的9.42L圓柱體為施肥罐模型,設(shè)置了入罐流量分別為1.425m3/h和0.71m3/h兩種計算工況,運用CFD技術(shù)對壓差施肥罐肥液濃度衰減特性展開模擬研究。結(jié)果表明:CFD模擬得到的濃度衰減曲線與理論曲線相關(guān)性較好,上述兩種計算工況下,各時間點肥液濃度偏差分別小于0.07和0.03。施肥結(jié)束時間的模擬結(jié)果也與理論計算相符合,入罐流量1.425m3/h和0.71m3/h時,分別耗時93s和186s即可認為施肥結(jié)束,與理論計算結(jié)果的偏差分別僅有2.31%和2.83%。(3)針對目前壓差施肥智能控制水平較低等實際問題,提出了 2種壓差施肥智能控制的初步方案:一種是移動式滴灌壓差施肥智能控制,使用流量計測量入罐流量,由控制界面根據(jù)理論公式計算施肥結(jié)束時間,并向電磁閥發(fā)出啟閉指令,實現(xiàn)自動施肥,可應用于液體肥料和小型滴灌系統(tǒng);另一種是壓差施肥遠程智能控制技術(shù),借助現(xiàn)有的智能灌溉控制技術(shù),通過電導率傳感器實時監(jiān)測出罐肥液濃度,依靠手機APP等實現(xiàn)對電磁閥的遠程控制,適用于大型規(guī)�；牡喂嘞到y(tǒng)。(4)開展了肥液不同衰減條件下滴灌管網(wǎng)水肥分布的試驗研究,設(shè)置管網(wǎng)鋪設(shè)長度(45m、90m)、管網(wǎng)運行壓力(0.06MPa、O.1OMPa和0.14MPa)以及壓差施肥衰減模式(入罐流量、施肥量2個因素)等處理,考察了不同處理下滴灌管網(wǎng)各取樣點灌水總量、滴頭流量、肥液濃度和肥料總量的空間分布規(guī)律,結(jié)果表明:灌水總量和滴頭流量的空間分布均勻性要好于肥液濃度和肥料總量;肥液濃度和肥料總量空間波動變化大,尤其是滴灌管網(wǎng)后部區(qū)域;灌水總量、滴頭流量隨鋪設(shè)長度的增加均有降低趨勢,而肥液濃度和肥料總量則稍有上升;灌水總量、滴頭流量受滴灌管網(wǎng)鋪設(shè)長度和管網(wǎng)壓力影響較大;而肥液濃度和肥料總量的分布不僅受滴灌管網(wǎng)鋪設(shè)長度和管網(wǎng)壓力的影響,還受入罐流量和施肥量的影響。根據(jù)試驗結(jié)果分別計算了灌水總量、滴頭流量、肥液濃度和肥料總量的均勻度,采用克里斯琴森均勻系數(shù)cCU、分布均勻系數(shù)DU、變差系數(shù)Cv和統(tǒng)計均勻度Us表征,計算結(jié)果表明,不同處理下灌水總量的CU值均達到了 97%,DU值達到0.96,Cv值在0.02～0.03之間,Us范圍為97%～98%;相比之下,肥料總量的CU值僅在90%～97%之間,DU值則在0.86～0.95之間,Cv值范圍為0.05～0.15,而Us范圍為85%～95%。灌水總量的均勻度要高于肥料總量。依據(jù)ASAE標準EP458對均勻度計算結(jié)果進行評價,灌水總量均為“優(yōu)”,但施肥總量卻僅有少量“優(yōu)”,大多介于“優(yōu)”～“良”之間。(5)通過點源入滲試驗,研究了不同肥液濃度和不同濃度衰減處理下土壤水分和硝態(tài)氮的分布規(guī)律。結(jié)果表明:土壤含水率從濕潤體內(nèi)部向邊緣遞減;肥液濃度和衰減方式對土壤含水率的變化無顯著影響;土壤硝態(tài)氮在濕潤體內(nèi)部濃度較低,在濕潤體邊緣處會形成累積。肥液濃度越高,濕潤體內(nèi)部硝態(tài)氮濃度越高,但在濕潤體邊緣,硝態(tài)氮濃度的變化則呈無序現(xiàn)象,與肥液濃度無關(guān)。同時,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對HYDRUS-2D模型進行了率定和驗證。結(jié)果表明:模型可以較好地模擬土壤水分分布情況,也可以較好地反映土壤硝態(tài)氮變化趨勢,但對硝態(tài)氮的模擬效果比土壤水分模擬要差,尤其是土壤濕潤體邊緣。用所構(gòu)建的HYDRUS-2D模型分析認為土壤硝態(tài)氮初始含量對其分布有明顯影響。
【學位單位】：揚州大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S275.6;S147
【部分圖文】：

需注意規(guī)避阻礙智能施肥設(shè)備健康發(fā)展的不利因素。逡逑（４）壓差施肥設(shè)備逡逑壓差施肥設(shè)備一般包括調(diào)壓閥和儲液罐等，如圖１－４所示，調(diào)壓閥安裝在主管道逡逑上，密封的儲液罐一般旁接在主管道上，其進水管和供肥管分別安裝在施肥閥前后。逡逑調(diào)節(jié)調(diào)壓閥開度可在其前后形成壓差，由于壓差作用，主管道中的部分水流通過進水逡逑管流入儲液罐，而后儲液罐中的肥液通過出肥管流入主管道并進入滴灌系統(tǒng)ｆ１４，７Ｇ］。壓逡逑差施肥時，儲液罐內(nèi)肥液總量和初始濃度是一定的，但施肥過程中，隨著水的不斷進逡逑入和肥液的不斷輸出，儲液罐內(nèi)肥液濃度會發(fā)生衰減變化，這與其他滴灌施肥設(shè)備不逡逑同，是壓差施肥的主要技術(shù)特點［１４］。逡逑

（ａ）壓差施肥裝置示意圖邐（ｂ）壓差施肥裝置實物圖逡逑圖１４壓差施肥裝置示意圖逡逑水管；３－輸水主管；４－進水管閥門；５－調(diào)壓閥；６－供肥管閥門；７－供肥管逡逑在我國應用最廣，對其結(jié)構(gòu)和使用方法的系統(tǒng)介紹早已有之逡逑究并不太多。圍繞壓差施肥肥液衰減變化特征，封俊Ｉ７２】等通過理論逡逑濃度衰減變化公式，認為施肥罐體積、入罐流量和肥液初始濃度是逡逑要因素。在此基礎(chǔ)上，沈雪民等［７３］、周和平等１７４】對中國農(nóng)業(yè)工程逡逑１００ＰＳ－１型文丘里噴灌施肥器進行了測試和田間應用考核。李久逡逑使用固體肥料對不同體積施肥罐的水力性能展^u了試驗研究，韓啟逡逑展開了類似研究。上述試驗結(jié)論均認為：壓差對肥液濃度的衰減逡逑肥起始階段，肥液濃度衰減迅速，其后才趨于緩和。但由于肥料不逡逑的濃度衰減曲線在數(shù)值上存在較大差異。針對肥料影響，鄧蘭生等逡逑，認為：流量是影響液體肥料濃度衰減的直接因素，而肥料溶解速逡逑

測中心進行。試驗水源為井水，每次試驗前將井水輸送到１．５ｍｘｌ．２ｍｘｌ．５ｍ邋（長ｘ寬ｘ逡逑高）的混凝土水池中，試驗期間，水質(zhì)、溫度等滿足各檢測儀器的適用范圍。逡逑試驗裝置如圖２－１所示，將潛水泵２邋（揚程３９ｍ，額定流量１５ｍ３／ｈ）安置于混凝逡逑土水池中，為試驗提供所需壓力和流量，通過閥門３和４邋（ＤＮ４０銅閘閥）調(diào)節(jié)控制逡逑進入主管道的水量，試驗中各級管道材質(zhì)均為Ｕ－ＰＶＣ管，這是目前灌溉系統(tǒng)首部常逡逑用管材，主管道管徑Ｏ＝５０ｍｍ，在主管道上安裝智能型渦輪流量計６邋（ＬＷＧＹ－４０Ｙ，逡逑新鄉(xiāng)市威遠測控儀表有限公司生產(chǎn)，準確度１．０，量程３？３０ｍ３／ｈ），用來測量主管逡逑道流量，以閥門８邋（ＤＮ４０銅閘閥）作為施肥閥，試驗時通過調(diào)節(jié)閥門８開度用以調(diào)逡逑節(jié)控制進入施肥罐的流量。與實際應用中使用方式相同，施肥罐并接在主管道上，進逡逑水管和出肥管分別位于施肥閥８的上下端，進水管和出肥管采用廠家自帶的施肥管逡逑（膠皮軟管

【參考文獻】

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本文編號：2807906