土壤水分测定仪、土壤水分速测仪、便携式土壤水分测定仪
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土壤水分测定仪、土壤水分速测仪、便携式土壤水分测定仪
公司主营产品: 辽宁省西部属暖温带干旱半干旱低山丘陵区，多年平均降水量仅为448 mm,年可能蒸散量达600 mm,水分亏缺严重，加之当地水资源匮乏日益严重，干旱已成为该地区农业生产发展的重要限制因素。马铃薯由于具有耐热、耐寒、耐干旱、耐瘠薄、适应性广等特点，马铃薯种植面积仅次于玉米的种植面积，是该地区主要种植经济作物之一。与其他作物相比，马铃薯对水分非常敏感，为减少马铃薯因水分亏缺而引起的产量损失，马铃薯的灌溉次数要比西红柿、玉米、甜菜多。在马铃薯生长过程中，必须有足够的水分才能获得较高的产量。目前，我国对马铃薯耗水规律研究甚少，特别是对不同土壤水分处理条件下马铃薯产量、耗水量和耗水过程的变化等更缺乏深入研究。所以，探讨马铃薯各生育阶段耗水量和耗水规律，在农田灌溉中科学合理用水，对缓解水资源紧缺具有十分重要的意义。本文借助田间试验，通过研究不同土壤水分处理下马铃薯形态指标、耗水量、产量及水分利用效率WUE的差异，旨在确立辽宁西部干旱半干旱地区马铃薯的合理灌水技术，为制定适合于北方干旱区马铃薯灌溉制度提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验地位于建平县中西部，老哈河东岸（E:119b18c,N:41b17c,海拔高度512 m），处于海洋性季风气候向大陆性气候过渡区境内，属于半湿润半干旱季风型大陆性气候，多年平均降水量410 mm,多年平均气温7.1℃,年可能蒸散量达600 mm,有效积温3 200℃,土壤质地砂壤土，土壤容重1.4 g/cm³,田间最大持水量21.0%,地下水位埋深3.0 m左右，pH值7.0。多年初霜日9月22日，终霜日5月9日，无霜期125~133 d。
1.2 试验设计与方法
试验共设置高、中、低3个土壤水分处理（具体方案见表1），试验采用单因素随机区组试验设计，3次重复，小区面积2.0×18.5=37 m²,株距20 cm,行距85 cm,播种深度为10 cm。
表1 马铃薯试验各处理土壤水分控制下限
小区之间设有保护行。马铃薯于2009年3月10日播种，4月11日全部出苗，6月19日收获。生育期包括幼苗阶段、块茎形成阶段、块茎增大阶段，淀粉积累阶段。灌溉水源为地下井水，灌水方式采用地面灌溉，各处理计划湿润层土壤水分达到控制下限，即予以灌水，灌水量以水表计量。
不同处理除土壤水分控制标准不同外，其余农业栽培管理措施相同。在肥料的管理上，在播种前每个小区施用相同数量草木灰和N、P、K（分别为150、105、180和130 kg/h㎡）作基肥一次施下，中间不追肥。中耕除草：播后苗前在土壤表面用50%乙草胺乳油1~1.2 L兑水380 kg喷于地表，以防杂草滋生。
1.3 测定项目和方法
（1）土壤含水量：采用土壤水分速测仪测定，土壤水分测定深度0~120 cm,每隔20 cm为一层。观测时间在每旬开始的第一天观测，灌水前、灌水后、生育阶段和降雨后加测。重复取样3个。
（2）作物生长发育状况调查：定期用直尺测定每株的株高和叶面积，按长×宽×系数法调查叶面积，折算系数采用叶形纸称重法，即将叶形描画在厚度一致的优质纸上，先剪相应长方形的纸并称重，再剪并称得叶形纸的重量，就可以求出系数k=0.75;每次测定均在小区内随机取10株样本，取其平均数。
（3）气象资料观测：自动观测气象站（常规气象数据：风速、降水、水汽压、气压、日照时数、温度）。
（4）产量：成熟时按各小区单独收获，分别计各小区地上部分产量和薯块产量，并用干质量法测生物产量。
（5）作物耗水量：采用土壤水量平衡法，其公式为：
ETc= Pe+I+G-D±▷W
式中：ETc为作物生育期内某时段的耗水量，mm;Pe为时段内有效降水量（采用测量降水前后作物根系层土壤含水量变化的方法来确定），mm;I为时段内灌水量（采用水表计量），mm;G为时段内地下水利用量（本文忽略不计），mm;D为时段内深层渗漏量（通过定位通量法确定），mm;▷W为时段内土壤储水量的变化量（减少取正，增加取负），mm。
2 结果与分析
2.1 不同土壤水分处理对马铃薯植株形态指标的影响
图1和图2是不同土壤水分处理条件下马铃薯各生育阶段植株株高和叶面积指数动态变化过程，由图1和图2可以看出，马铃薯同一生长时期内不同程度的土壤水分处理，株高以WH处理最高；不同土壤水分处理生育阶段LAI变化都呈单峰曲线，LAI高峰值均出现在块茎增大期，之后叶片开始衰退、叶面积指数开始下降，处理间叶面积指数差异加大，以淀粉积累期处理间差异最大。生育期土壤水分最高的WH处理在苗期和块茎形成期都有最大的株高和叶面积指数，进入块茎增长期后，土壤水分适中的WM处理各项形态指标均超过了WH处理，这是由于块茎增长期是马铃薯需水敏感期，土壤水分过高或不足都会对马铃薯营养生长产生一定的负面效应。土壤水分较小的WL处理株高和叶面积指数一直最小，这表明干旱或水分亏缺会明显抑制茎杆的伸长和茎叶的形成。
图1 不同土壤水分处理下马铃薯株高动态变化
图2 不同土壤水分处理下马铃薯叶面积指数动态变化
图3 不同土壤水分处理马铃薯日耗水强度变化过程
2.4 不同土壤水分处理下马铃薯全生育期水分利用效率
水分利用效率WUE反映了作物物质生产与水分消耗之间的关系，是衡量节水与否的重要指标。在群体水平上，考虑马铃薯全生育期，WUE可用下式表示：
WUE = Y/ETc式中：Y为经济产量，kg/hm²;ETc为全生育期耗水量，mm。
表2 不同土壤水分处理下马铃薯产量、阶段耗水量和模系数
表3 不同土壤水分处理条件下马铃薯水分利用效率(WUE)
从表3看出，WUE随土壤水分的增加，有一个由增大到减小的变化过程。供水过少，某个（或几个）生育阶段植株遭受严重水分胁迫而不能正常发育，必然导致产量的降低；供水过量易致茎叶徒长，甚至倒伏，影响块茎产量，也不能获得高产。
马铃薯全生育期高水分WH处理的WUE最低，为4.42 kg/mm,而中水分WM处理不仅可获得较高的产量，同时也达到了最高的WUE（6.05 kg/mm），实现了高产与高效的统一。这表明适量减少灌水量可以提高WUE。
表3 模拟性能参数与试验性能参数对比
3 结 论
（1）马铃薯最佳土壤水分下限指标为苗期65%、块茎形成期75%、块茎增长期80%、淀粉积累期60%~65%,产量最高，效益显着。
（2）马铃薯是耗水较多的作物，但不同阶段耗水量存在明显差异。苗期约占全生育期的10%~15%;块茎的增大。在Q=30 m³/h的设计工况时，模拟与试验的效率同时达到最大值，说明了CFD数值模拟在一定程度上能够准确的预测出最佳工况点的位置，可以较好的反映自吸喷灌泵内部流场的流动情况。
4 结 论
（1）本研究对多工况下喷灌自吸泵的三维湍流数值模拟并对计算结果进行了详细分析，得出了泵内部流场的压力分布和速度分布，基本揭示了喷灌泵内部的流动规律，解释了回流及漩涡产生的原因，同时提出了预防的措施。
（2）在计算结果的基础上，对自吸泵进行了多工况的性能试验，将试验与计算的结果进行了对比并分析了吻合度，发现预测结果基本一致。
（3）通过对速度场及流线图的模拟，更加直观地认识了外混式喷灌自吸泵内部的流动情况，特别是对回流区域的模拟，加深了对喷灌泵内部流场规律的认识。这为以后分析自吸泵的性能，优化设计方案体，提供了一些有益的参考。