极端干旱区成龄葡萄深层坑渗灌试验研究与应用

摘要

新疆吐哈盆地地处特殊的戈壁砾石极端干旱区,水资源极其短缺,而传统的灌溉方式使大量水资源浪费。采用节水灌溉技术对该地区社会经济的可持续发展及社会经济与生态环境的和谐发展具有重要意义。然而,传统的节水灌溉技术在此特殊环境下的应用存在许多问题。为了研究新型的、适用于该环境的节水灌溉技术,在了解国内外各种节水灌溉技术的基础上,提出新型的、适合该地区的节水灌溉技术——深层坑渗灌。结合国家科技支撑计划课题及新疆自治区重大专项“极端干旱区成龄葡萄微灌关键技术研究与示范”,采用室内机理试验与田间应用试验相结合的研究方法,研究了深层坑渗灌的水分入渗特性及葡萄的耗水规律。主要研究成果如下：(1)通过不同容重的均质土入渗试验,建立了以容重为参数的philip入渗模型。此外,根据非饱和土壤水分运动基本方程,建立了有效的深层坑渗灌的数值模拟模型。(2)通过2年的田间实测资料,研究了不同灌溉定额对葡萄生理性状的影响,建立了灌溉定额对果实含糖量和果型指数的影响模型见式(5.8)、灌溉定额对冠层温度的影响模型见式(5.16)及果粒纵径的生长模型见式(5.23)。发现灌溉定额主要影响净光合速率第一峰的累积净光合量、对光强的强弱变化的适应性和峰现时间。(3)采用“性状边界分析法”对葡萄不同生育期的不同生长性状进行分析,确定了各生育期的合理灌溉定额范围,给出了深层坑渗灌条件下葡萄的合理灌溉制度。并用水分生产函数验证了合理灌溉制度的合理性。(4)计算了不同生育期耗水量、蒸发量和蒸腾量。三者均随灌溉定额的增加而增大。在不同生育期中,果实膨大期最大,花期最小。通过相关分析得知,耗水强度与平均湿度的相关性最好,蒸发强度与平均净辐射的相关性最好,葡萄蒸腾强度与湿度的相关性最好。(5)初步评价了深层坑渗灌灌水技术,结果表明：该灌水技术可以有效地减少作物的棵间蒸发量,节约水资源,并且可以提高葡萄的综合品质；虽然一次性投入较大,但是使用时间较长,平均在使用年限内,投入就比较小。综上所述,深层坑渗灌是一种非常适合极端干旱区成龄葡萄的新型微灌技术。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 立题的背景、目的及意义

1.2 研究概况

1.2.1 土壤水分入渗的模型介绍

1.2.2 节水灌溉技术研究现状

1.3 研究的内容

1.3.1 深层坑渗灌灌水技术方法介绍

1.3.2 深层坑灌试验内容

1.4 技术路线与研究方法

1.4.1 研究方法

1.4.2 技术路线

2 深层坑渗灌机理试验研究

2.1 不同容重对累积入渗量的影响

2.1.1 试验内容与方法

2.1.2 结果与分析

2.1.3 讨论

2.2 不同容重对湿润锋及含水量分布的影响

2.2.1 数学模型的建立

2.2.2 模型验证

2.2.3 试验结果与计算结果比较

2.2.4 讨论

2.3 结论

3 田间试验的基本情况

3.1 自然气候概况

3.2 土壤基本情况

3.2.1 土壤质地

3.2.2 土壤容重

3.2.3 土壤饱和含水量与田间持水量

3.2.4 土壤水分扩散率

3.2.5 水分特征曲线

3.3 葡萄植株生长状况

3.3.1 植株枝蔓概况

3.3.2 根系分布状况

3.4 小结

4 深层坑渗灌灌溉系统设计

4.1 试验设计

4.2 灌水器田间土壤水分入渗特性研究

4.2.1 试验设计与方法

4.2.2 结果与分析

4.2.3 单灌水器深层坑渗灌湿润峰分布特征模型

4.2.4 模型的验证与评价

4.2.5 不同灌溉定额条件下单灌水器垂直湿润深度

4.3 管网布置

4.3.1 设计要求

4.3.2 管网布置

4.4 管网水力计算

4.4.1 灌溉系统流量计算

4.4.2 灌溉系统水力计算

4.4.3 灌溉系统扬程计算

4.4.4 首部枢纽设计

4.5 本章小结

5 灌溉定额对作物生理性状的影响

5.1 灌溉定额对葡萄果实含糖量和果型指数的影响

5.1.1 材料与方法

5.1.2 结果与分析

5.2 灌溉定额对冠层温度的影响

5.2.1 材料与方法

5.2.2 结果与分析

5.3 不同灌溉定额对果粒生长的影响

5.3.1 材料与方法

5.3.2 结果与分析

5.3.3 讨论

5.4 灌溉定额对葡萄成熟叶净光合速率日变化规律的影响

5.4.1 材料方法

5.4.2 结果与分析

5.5 小结

6 葡萄合理灌溉制度试验研究

6.1 萌芽期合理灌溉定额研究

6.1.1 试验设计与测量方法

6.1.2 结果与分析

6.1.3 讨论

6.2 新梢生长期合理灌溉定额研究

6.2.1 试验设计与测量方法

6.2.2 结果与分析

6.2.3 分析

6.3 花期合理灌溉定额研究

6.3.1 试验设计与测量方法

6.3.2 结果与分析

6.3.3 分析

6.4 果实膨大期合理灌溉定额研究

6.4.1 试验设计与测量方法

6.4.2 结果与分析

6.4.3 分析

6.5 成熟期合理灌溉定额研究

6.5.1 试验设计与测量方法

6.5.2 结果与分析

6.5.3 讨论

6.6 枝蔓成熟期合理灌溉定额研究

6.6.1 试验设计与测量方法

6.6.2 结果与分析

6.6.3 讨论

6.7 合理灌溉定额范围

6.8 生产函数对合理灌溉定额范围的验证

6.9 小结

7 不同水分处理葡萄耗水规律的试验研究

7.1 试验方法与材料

7.1.1 试验设计

7.1.2 测量项目与方法

7.2 不同处理不同生育期的耗水量

7.2.1 耗水量计算方法

7.2.2 耗水量计算结果

7.3 不同处理不同生育期的土面蒸发量

7.3.1 土面蒸发量计算方法

7.3.2 土面蒸发量的计算结果

7.4 不同处理不同生育期的葡萄蒸腾发量

7.4.1 葡萄蒸腾计算方法

7.4.2 作物蒸腾量的计算结果

7.5 作物潜在蒸散量计算

7.5.1 参考作物潜在蒸散量的理论计算公式

7.5.2 潜在蒸散量的计算结果

7.6 作物系数的计算

7.6.1 作物需水量的确定

7.6.2 作物系数的计算

7.7 讨论

7.7.1 耗水强度、蒸发强度、蒸腾强度与各影响因素的相关分析

7.7.2 不同处理不同生育期葡萄耗水的原因

7.7.3 作物潜在蒸散量的计算

7.8 小结

8 深层坑渗灌灌溉效果评价

8.1 产量及综合品质

8.2 田间蒸发

8.3 深层坑渗灌灌后土壤水分分布的有效性

8.4 经济分析

8.4.1 评价依据

8.4.2 主要参数

8.4.3 费用与效益计算

8.5 小结

9 结论与建议

9.1 结论

9.2 建议

致谢

参考文献

附录