现代滴灌系统进展和滴灌技术应用与管理门旗.ppt

现代滴灌系统进展和滴灌技术应用与管理,大禹节水股份有限公司副总裁门旗 博士,滴灌系统基本原理,现代滴灌技术的发展,Illustration by Mark Peppe,2002 World Book,Inc,灌溉历史,最早的灌溉是洪水灌开渠引水灌溉今天农业仍然普遍采用大水漫灌,目前世界只有15%的农作物采用高效灌溉系统,地面灌溉,低压软管灌溉系统,地表滴灌,地下滴灌,地下滴灌葡萄根系,地下滴灌根系抗堵能力改进,铜驱根技术在地下滴灌应用,铜驱根技术,防止根系进入滴头,Back to Index,9,Back to Index,14,没有驱根装置,有驱根装置,地下滴灌毛细管湿润带灌溉sub-surface capillary irrigation(SCI),地下毛细管湿润带应用,毛细管湿润带安装,地下毛细管渗水管北京普泉科技有限公司在美国水展产品,带有防负压装置的压力补偿滴头,咸水灌溉处理器45%,磁化水处理灌溉,增产10-30%,地下滴灌根系灌气技术,作物根系是有氧呼吸,大禹节水正在研发和推广的项目地下滴灌微纳米气体灌溉技术,纳米气溶解氧,温室加温灌溉系统,农作物休眠灌溉,管理水汽比对作物生长非常重要,不同类型土壤保水剂作用机理,自然水 肥皂和阴离子型 Aquatrols表面活性剂 固体型保水剂（树脂）,某些疏水性有机物在土壤颗粒上形成的非极性包膜，导致水分子无法附着在土壤颗粒表面,这类有机物包括：1)有机酸 已分解植物 微生物沉积物 植物的分泌物2)土壤中的微生物,土壤中部分有机物质造成无效灌溉,多增加有机质真的好吗？,疏水有机物质,水分子与土壤颗粒接触,水分子,疏水有机物质,由于疏水有机物质，只有部分水分子可以被吸附在土壤颗粒上,水分子,疏水有机物质,IrrigAid Gold保水剂包含“亲水”和“疏水”两个官能团。当它进入土壤，“疏水性”官能团将会与土壤颗粒上的疏水性官能团相结合，将亲水性官能团的吸附位点留给水分子。亲水性官能团可以促使保水性差的土壤发生水合反应或润湿。,水分子,IrrigAid Gold松土保水剂,IrrigAid Gold作用不仅仅是保水、节水,提高土壤吸水保水能力,提高土壤保肥能力促进养分、水分、其他化学品（农药、熏蒸剂等）向更深更广的土层运移、均匀分布，对植物有效性提高,避免地表积水提高土壤透气性，促进微生物呼吸,促进根系下扎提高作物产量,提高土壤含水量促进水分均匀分布 改善土壤团粒结构，提高水分渗透能力，避免土壤板结,Aquatrols表面活性剂处理,对照,Aquatrols表面活性剂处理,灌溉后的马铃薯田，使用Aquatrols产品的区域土壤表面没有积水，而对照则由于水分渗透性差出现积水,对照,促进水分均匀分布,改善水分横向运输-促使水分养分向更深、更广范围移动,Aquatrols表面活性剂处理 对照连续滴灌30分钟，45分钟后Aquatrols表面活性剂润湿面积是对照的20倍。,提高出苗率-提高水分渗透能力，避免土壤板结,供试作物：棉花试验地点：美国德克萨斯州,Aquatrols表面活性剂可以帮助水分穿透板结土层、软化土壤、促进种子萌发，从而提高出苗率。既可以降低种苗成本，还达到增产增效的目的。,短生长期棉花种植,LPS 低压滴灌系统,一、滴灌引水灌溉规划与水处理方案,悬浮物,1 mm=1000 m(micron),土壤或岩层被水淋洗的矿物质颗粒，经过输送到田间，其大颗粒将堵塞滴头,一、河道水流泥沙处理和过滤,环中环河道离沙引水,渠道引水,自压管道引水,管灌,滴灌,地面灌溉,新疆呼图壁渠首“圆中环”式沉砂池,沉 砂 池 冲 沙,3万亩重力过滤首部工程,3万亩滴灌工程首部条型沉沙过滤池，通过管道输水可替代项目区30个滴灌系统的首部供水，全部靠自压完成，流量200-6000方/小时,双向内斜跨式沉沙除漂去生过滤池,低压滴灌系统,二、水库引水灌溉,30-40米水头,预应力混凝土管800mm,玻璃钢管400-800mm,PVC灌400mm,田间过滤和施肥系统,渠道引水,黄河水1000亩地6000方水采用水表层取水,田间过滤系统 离心过滤器,滤网过滤器,过滤网的原理,离心+滤网过滤器组,介质过滤器,叠片过滤器,高效自动反冲洗过滤器成为主流,新疆皮墨垦区20000方/小时自动负压吸式过滤器组,过滤器的维护与管理,三通,冬季维护与管理,三、滴灌灌水器的选型与考虑因素,灌水器的流量与压力关系,微灌灌水器的流量与压力关系用下式表示：q=khx 式中：q灌水器流量；h工作水头；k流量指数；x流态指数。流态指数x反映了灌水器的流量对压力变化的敏感程度：当滴头内水流为全层流时，流态指数x等于1，即流量与工作水头成正比；当滴头内水流为全紊流时，流态指数x等于0.5；全压力补偿器的流态指数x等于0，即出水流量不受压力变化的影响，其它各种形式的灌水器的流态指数在01.0之间变化，,光滑层流 X=0.8-0.9,层流滴头,边缝式滴管带,光滑紊流 X=0.6-0.7,完全紊流滴头 X0.5(0.42-0.50),大禹滴头流道和进水口抗堵性改进,第一代3个进水口，三角齿形消能,第二代7个进水口消能为三角凸齿形和梯形凹齿形,大禹滴灌滴头研发进展,第三代9个梳型进水口消能为三角凸齿形和梯形凹齿形,第四代23个梳型进水口消能为三角凸齿形和梯形凹齿形有舌苔防负压洗泥,滴头流速矢量图模拟（大禹第一代）,滴头流速矢量模拟图（大禹第四代）,第四代流道局部放大图（流速变化产生涡流）,卵石 瓦管 透水管 打孔管 滴灌系统/渗灌管 地下滴灌专用灌水器,地下滴灌的发展,地下滴灌管周围土壤水分饱和泥浆带,地下滴灌采用带有舌片滴头,大禹节水专为地下滴灌开发研制舌片滴头由舌片和舌台组成，其作用防止负压吸泥砂，阻止作物根系进入滴头，并且滴头有23个小于流道梳型进水孔的小滤网，有效防止滴头堵塞。,具有防堵功能梳形滤网滴头（23水流进口）,没有舌片沙土易进入滴头,滴灌与地下滴灌比较,相同灌水量时，SDI的湿润范围比DI大46%。根区的通气性良好，深层渗漏减少。,Phene 1999 Irrigation Journal,系统设计需要考虑的事项,支管设计需考虑因素地理位置/耕种习惯地形/坡度单元面积大建议干管直径不超过150mm真空阀布置均匀,地下滴灌不影响苜蓿的收割作业,在晒干紫花苜蓿时就有可能开始灌溉,在收割后/种植初的田间,压力补偿式滴头 X0.15,滴头的选择,滴头流量越小越，目前国外滴头流量在0.5升/小时以下，就是为了滴灌管铺设距离达到200米以上，如果滴灌管管径在22或32mm,可以铺设上千米，田间就可以减少支管数量或没有支管。选择流态指数越小的滴头，其抗堵性能越好，铺设距离也越长进水口具有抗堵性,坡地的滴头选择原则,滴灌管要沿等高线布置滴头流量不要超过3升/小时，经济条件可以地方，建议采用压力补偿式滴头管上滴头不要采用大流量滴头，最好不要超过8升以上滴头,压力补偿和非补偿的区别,在西北地区建议不要采用涌泉滴头，主要是有几个问题需要考虑：1、毛管直径增大，铺设距离短；2、根系侵润范围小，抗干旱能力差；3、根系受淹不利于作物生长；4、盐碱危害更严重。,坡地的滴头选择原则,根据栽培要求和土壤特性,规划设计,如何回收和整理旧滴管带,滴灌在农作物上的应用,滴灌红枣套种打瓜,戈壁上采用滴灌技术种植的棉花,枸杞滴灌施肥品质,半月型拱棚农膜覆盖栽培葡萄,广西桂林,盖膜后滴灌解决了追肥问题,滴灌小麦,滴灌水稻,滴灌玉米,滴灌花生,滴灌大豆,滴灌甜瓜,滴灌万寿菊,滴灌胡萝卜,滴灌甜菜,滴灌啤酒花,滴灌葡萄,沙漠公路,在沙漠上采用滴灌技术种植的生态植被,滴灌红柳上引种的大芸,戈壁滩上采用滴灌技术 的防风林带,滴灌灌什么？如何灌溉？,1、为什么灌溉？,水、肥、气、热,光合作用,6 CO2+6 H2O,C6H12O6+6 O2,作物需要水分进行光合作用作物光合作用大小取决于水分蒸散ET的大小,我们灌溉灌什么？,水肥气热,二氧化碳,滴灌为农户提供了最有效的水肥控制手段,最难管理的是 空气和阳光,水够吗？,“采用滴灌我不能够灌溉足够的水”事实上滴灌是直接将水滴在作物根部土壤中,地面灌溉的有效水分不能被作物吸收,根深才能叶茂吗？,滴灌为作物提供最佳的水、肥、气、热，作物不发生水分胁迫，增加光合作用，为作物生长提供更多的糖分，促进作物冠层和果实的生长，而非根系生长。,上海避雨栽培加限根（2年生）,限根栽培,P,K,NO3,NO3,P,K,P,有效提高肥的利用率,可溶性肥料更有利于作物吸收,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,P,K,K,NO3减少渗漏损失,根据作物需水量适时适量灌溉,均匀,犹太人的经营理念,传统5吨土豆,0.5元/公斤,一车2500元.如果分级,一级(8厘米以上),单价1.5元/公斤,500公斤一级(只有10%)750元二级(6-8厘米)，单价1元/公斤,有1000公斤(20%),1000元三级(4-6厘米)，有2000公斤(40%)，0.75元/公斤,1500元四级以下，0.5元/公斤，1500公斤，750元总计4500元，1.8倍,提高品质比提高产量效益更高(一级品由10%提高到90%,一车收入达7000元),半月型拱棚农膜覆盖栽培葡萄,广西桂林,盖膜后滴灌解决了追肥问题,人民生活改善对品质要求更高,高产不是目标,调控后红地球葡萄色泽,工业化农产品加工 对产品品质的要求更高,2000美国加工番茄付款表 US$/T,2000年美国加工番茄付款表 US$/T,紫花苜蓿质量因素100%干紫花苜蓿,能均匀为您的作物提供养分和水分,沟灌与滴灌比较,传统的灌溉方法和管理技术已满足不了目前社会对农产品品质的需要,每次过多少？大田可三天灌一次，一次最多灌溉不超过15方/亩,气候因素草坪蒸散量ET,作物耗水量被称蒸散量或ETET 值是土壤蒸发（物理过程）和植物蒸腾（生物作用）之和,蒸发取决于,气温水温空气湿度风速辐射能量地表蒸发范围,蒸腾植物通过叶面蒸发产生聚合力,毛细管和基质势力传输水分蒸腾取决于:蒸发率植物叶面积指数植物活力有效水(根深和土壤类型),植物蒸散量ET,彭曼公式与植物系数Kc,计算数据彭曼公式（气象资料，或气象站资料）参考ETo”值是12厘米高的冷季草坪完全覆盖的蒸发量 ETc=Kc(植物系数)x ETo.,作物根系决定灌溉量,0,6,12,18,24,30,36,42,48,2,4,6,8,10,12,14,天,土壤含水量-cm/100 cm,深层深漏,田间持水量,作物耗水量,永久凋萎点,AW,PWP,作物田间持水量,田间持水量,永久凋萎点,各种土壤的有效持水量,对含有砾石的土壤，土壤有效含水量应当乘上土壤中砾石的含量(1 砾石%).,土壤水库,饱和,田间持水量,容许消耗水为%PAW,植物凋萎点,重力水水深层渗漏养分流失根系腐烂,植物可用水(PAW),浪费的水,植物胁迫,植物死亡,干透,控制范围,土壤水库,植物土壤水库含量,不同作物根系深度可满足作物腾发水量,橄榄1米深土壤在不同湿润比可满足作物腾发水量,橄榄灌溉制度,橄榄日最大需水量在ET=2-3mm/d,土壤分类简单的方法,土壤分类,滴头,Other Methods,Piston FlowSaturated flow,土壤中的入渗,滴灌灌溉多少比较,通过多年研究得到每耗一毫米水（或0.67方），可增产0.34公斤/亩皮棉(0.83公斤/亩籽棉）(也就是每蒸腾 1方水/亩，可产0.508公斤皮棉)Y=0.34ET+C,如果每次灌溉受淹减少2毫米蒸腾，棉花生长季地面灌溉受淹减少2*5=10毫米，产量减少8.3公斤/亩。,作物受淹和受旱对产量影响,如果12天灌一次，第5天开始受旱，那每天耗水量减少2-3毫米每满足棉花耗水量，那每次有20毫米耗水量的损失，即16.6公斤/亩，地面灌溉生长季节灌溉五次，损失83公斤/亩，83+8.3=91.3公斤/亩 滴灌12次，8天灌一次，产量减少2*3*12*0.83=60公斤/亩。,农业用水为什么不能说节水农业，而要说高效农业用水,不要以牺牲作物品质和产量为代价节约用水,陆地棉每蒸腾 1方水/亩，可产0.508公斤皮棉棉花产量达到150公斤/亩，蒸腾量要达到295方/亩水；如果考虑灌溉效率等，灌溉量要达到324方/亩。如果产量达到220公斤/亩（籽棉相当于550公斤/亩），蒸腾量达到433方/亩，灌溉量必须达到480-500方/亩。,中国的果树和经济作物滴灌为什么不成功,滴灌优点,密集毛根,滴头,活动根系,主干根系,提高农作物品质要改变过去灌溉施肥为施肥灌溉,固体肥料施于种植行内,液体肥料喷洒,航空喷洒,注射氨水,常用肥料施用方法,肥料施用方法,滴灌施肥,微喷施肥,其他方式,人工撒播；叶面喷施；沟灌冲施等。,作物营养元素,大量元素 N(Nitrogen),P(phosphorous),K(Potassium),NH4+NO3-,H2PO4-HPO4-PO4-,K+,作物营养元素,中量营养元素：Ca(Calcium),Mg(Magnesium),S(Sulfur),Ca+,Mg+,SO4-,大量元素:N(Nitrogen),P(phosphorous),K(Potassium),作物营养元素,大量元素:N(Nitrogen),P(phosphorous),K(Potassium),微量元素：Fe(Iron),Cu(Copper),Zn(Zinc),B(Boron),Mn(Manganese),Mo(Molybdenum),Cl(Chloride),Fe+,Cu+,Zn+,H2BO3-,Cl-,Mn+,MoO4-,中量营养元素：Ca(Calcium),Mg(Magnesium),S(Sulfur),作物营养元素,大量元素：N(Nitrogen),P(phosphorous),K(Potassium),中量元素：Ca(Calcium),Mg(Magnesium),S(Sulfur),微量元素：Fe(Iron),Cu(Copper),Zn(Zinc),B(Boron),Mn(Manganese),Mo(Molybdenum),Cl(Chloride),其他：CO2(Carbon bi Oxide),H2O(Water),O,C,H,氮肥N,氮素N是植物体中蛋白质的构建材料；是细胞液、氨基酸、生化酶等的主要成分；是促进植物茁壮生长的主要元素；平衡及精确施用氮素至关重要。,氮 肥,氮肥主要形式是氨NH4+和硝酸盐NO3-类；NH2 是尿素CO(NH2)2中的氮肥形式；氨水，作为一种高压液体，可被用作基肥；精细农业施肥是要基于氨和硝酸盐类的氮素。,植物常用形式的氮素,AMID(NH2)(尿素),AMMONIUM(NH4+)(如硫酸铵),Ammonification(水解),NH4+,NITRATE(NO3-)(如硝酸钾),Nitrification,(NH4+Nitrosomonas NO2-,Nitrobacter NO3-),NO3-,磷P对于植物生长必不可少，可发现于每一活体植物细胞中。参与以下的职责：a)能量转移；b)光合作用；c)糖和淀粉的转化；d)植物体内营养素的运移；e)遗传特性的转移。,磷素P,磷素难题,作物只吸收磷酸盐溶解于土壤溶液时施于土壤中的磷素；任何土壤，存在于土壤溶液中的磷酸盐最大值充其量都小于1kg/ha；磷素在土壤中活性差；许多作物对于土壤磷素都是低效利用者（例如土豆，只利用了土壤施用磷素的10%）。,由于以下原因，土壤中磷素的吸收还会进一步降低：,寒冷或者潮湿气候条件；根系发育不好的作物；酸性或者碱性高的土壤；有机质含量低的土壤；低磷酸盐贮备的土壤；高磷酸盐固化能力的土壤；富含铁的土壤。,土壤PH值影响磷素的有效性,100,50,0,%磷素的分布,4 5 6 7 8,土壤pH,可用磷素,fixed as calcium phosphate,reaction with mineral silicates,fixed as Fe,Al,and Mn oxides,fixed chemically tosoluble Fe,Al and Mn,对生长作物最有效的施用磷素的方法是通过滴灌或者叶面施用,钾素K,补偿植物体内的渗透压；钾素位于气孔拱卫细胞内，抵消电荷差异。,矿物 K,非可交换性K(全部的90-98%),可交换 K+(全部的1-10%),可溶 K+(全部的1-2%),土壤中钾素的有效性,土壤中N、P、K的相对运动,灌溉方式影响营养元素的吸收效率,(Source:Lahav et al.,1995),作物：鳄梨;土壤：砂性,N,K,N,N,N,N,N,N,N,N,K,K,K,K,K,P,P,P,P,P,P,P,+,+,+,+,+,滴灌营养施肥是指在作物生长期内按照作物生长要求为达到作物营养需求的剂量而向滴灌系统中注入一种或多种作物营养元素，精确、及时地供给作物根区的田间操作。,湿润球体,滴灌管线,N=氮肥,K=钾肥 P=磷肥,+=微量元素,N,N,+,K,什么是滴灌营养施肥？,Fertigation/Nutrigation/Chemigation,可以最大化产量和收入；a)持续一致的产量和高品质。可以最大化化肥使用效率；a)可以精确地、均匀地、灵活地施用营养元素；b)施用数量和浓度适应于作物需求和气候条件；c)提高营养元素的有效性和吸收；c)减少由于淋洗、挥发、固化等原因造成的营养元素损失。可以最小化生产费用；a)节省化肥、农药、交通、劳力以及能源费用。4.减少土壤板结，提高根系活性，最大化土地生产力；减少环境污染。（包括土壤和地下水）,为什么要进行营养施肥灌溉?,高营养元素含量，并以易于作物吸收的形式存在；田间温度条件下完全水溶；灌溉水中快速分解；高等级，易流动；不会堵塞过滤器及滴头：不溶物含量低；(0.02%)；最小含量的条件介质。与其他肥料相容；与灌溉水较少相互作用；不会显著地改变水的PH值；(3.5 Ph 9.0)；对灌溉首部及系统的低腐蚀性。,哪些肥料适用于营养施肥灌溉？,滴灌施肥提供的是一种全新的施肥理念,以喂养婴儿的方式喂养作物，“水分养分同时供应，少量多次，养分平衡”。(照片来自耐特菲姆）,你的营养施肥方式是什么？,定量营养施肥，还是 比例营养施肥？,定量施肥,比例施肥,灌溉历时,灌溉历时,随时间肥料溶液浓度变小,随时间肥料溶液浓度保持恒定,营养施肥概念,要 素,压力罐,文丘里及肥料泵,施肥过程,肥料形式,肥料注入,自动化,肥料浓度控制,水流通过肥料罐溶解肥料,驱动机械吸取营养元素溶液,固态或液态,液态肥或固态肥料的溶解液,定量施肥,比例施肥,不能,可以,营养施肥概念,压差式施肥罐,Pressure regulating valve,泵吸水侧施肥法,广东徐闻县大水桥农场,进肥方向,肥料池,水,这是目前华南地区大力推广的施肥方式,5月:开花6月:座果7月:果实生长8月:果实生长和成熟九月:收获10月:开始冬眠11月 冬眠3月:冬眠结束4月:发芽,整个季节作物需水量,4月,7月,4月:发芽5月:开花6月:座果7月:果实生长8月:果实生长和成熟9月:收获10月:开始冬眠11-3月:冬眠,整个生长季节作物需肥量,（公斤/公顷）,4月,7月,月,1,发芽,施肥灌溉 1/3 N+P,施肥灌溉K+2/3N,座果,果实收获,2,3,4,5,6,果树施肥灌溉,1,2,3,4,5,6,mm/天,生长阶段的划分:出苗生长期现蕾现花期 10天 盛花期 打顶、打杈期铃期 15%吐絮吐絮期 结束灌溉,标志,施肥控制(目标产量150公斤皮棉）,纯氮素5kg/亩（12.5kg尿素）,纯氮素4kg/亩（10kg尿素）,纯氮素4kg/亩,本地区使用量,60kg/亩,60 kg/亩,10kg/亩,推荐用量,播种,出苗,现蕾,开花,盛花期 吐絮,绿色旗,现蕾期-现花期,日需灌水量北疆2mm，（南疆3mm）（北疆1.34方/亩，南疆2.01方/亩）三天灌溉量 北疆4方/亩（南疆6方/亩）尿素10 Kg=4 Kg纯氮量2公斤/亩每次,蓝色旗,盛花期,日需灌水量北疆3mm，南疆4mm三天灌溉量6方/亩，南疆8方/亩尿素10 Kg=4 Kg纯 氮量每次2公斤/亩,橙色旗,铃 期,日需灌水量4mm，南疆5mm三天灌溉8方/亩，南疆10方/亩尿素12.5 Kg=5 Kg 纯氮量2.5-3公斤/亩,黄色旗,吐絮期,日需灌水量北疆3 mm，南疆4mm三天灌溉量6方/亩，南疆8方/亩灌溉水量逐渐递减,种植日期,品种,密度,施肥,病虫害控制,杂草控制,灌溉管理制度,施肥罐,大棚用,泵吸水侧施肥法,广东徐闻县大水桥农场,进肥方向,肥料池,水,这是目前华南地区大力推广的施肥方式,加工番茄施肥表（公斤/公顷）,玉米需肥规律（目标是20吨/公顷),出苗后天数 N*P2O5 K2O(Kg/天/公顷)(Kg/天/公顷)(Kg/天/公顷)18-38 出苗生长 9.3(23)0.55 6.038-45 苗期 12.0(30)1.10 9.645-52 花期 13.3(33)1.10 6.652-60 籽粒生长 10.6(26)0.55 4.860-68 籽粒饱满 4.0(10)0.55-69-85 收获-1.10-,5月:开花6月:座果7月:果实生长8月:果实生长和成熟九月:收获10月:开始冬眠11月 冬眠3月:冬眠结束4月:发芽,整个季节作物需水量,4月,7月,4月:发芽5月:开花6月:座果7月:果实生长8月:果实生长和成熟9月:收获10月:开始冬眠11-3月:冬眠,整个生长季节作物需肥量,（公斤/公顷）,4月,7月,月,1,发芽,施肥灌溉 1/3 N+P,施肥灌溉K+2/3N,座果,果实收获,2,3,4,5,6,果树施肥灌溉,1,2,3,4,5,6,mm/天,种植日期,品种,密度,施肥,病虫害控制,杂草控制,灌溉管理制度,自动控制是实现优质高产的关键,先进灌溉设备落后的管理技术不能发挥效益落后的灌溉设备先进的管理技术也能发挥效益只有先进的灌溉设备和现代管理技术才能发挥最大效益,科学合理的利用水资源,谢谢!,