膜下滴灌棉花自动化灌溉控制指标研究

摘要

随着计算机技术和数据通讯技术的飞速发展，以及现代化农业中灌溉技术对作物生长以及水资源有效利用的影响日益显著，自动化控制技术应用于农田灌溉中已成为实现灌区信息化和灌溉自动化发展的必然趋势，因此探索和尝试自动化灌溉滴灌大田棉花代替传统滴灌，以期为新疆农业灌区信息化、灌溉自动化、灌区管理现代化发展提供理论依据和技术支撑。通过大田自动化滴灌试验，选取“新陆早48号”棉花为研究对象，在3个灌水阈值(高等阈值、中等阈值、低等阈值，以土壤含水率占田间持水率的百分数，含水率上下限±3％)与3种决策传感器埋深(20cm、40cm、60cm)中，依据正交试验设计，再经优化处理设计LLD1-LLD7共7个自动化灌溉试验小区，与1个CK常规灌溉对照，监测自动化灌溉条件下棉花生育期水分、盐分运动规律、光合指标、生理指标、干物质以及棉花产量，计算耗水量、棉花经济系数及边际产量；选取最优试验方案参数进行自动化灌溉设计，并与传统滴灌设计对比，主要取得以下研究成果：
　　1、自动化滴灌棉花全生育期内土壤水分变化趋势与土壤盐分变化趋势基本相反，能够充分体现了“盐随水来，盐随水去，水去盐留”的水盐运动特点。适宜的阈值与决策传感器埋深条件下自动化滴灌对棉花株高、叶面积、生育进程以及叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合生理特性指标均具有重要影响，其最终结果大大影响棉花的水分利用效率和产量。自动化灌溉通过合适的灌水阈值与决策传感器埋深确保棉花主要根系分布区有充足稳定的水分供给，调节合适的灌水量与增加一定的灌水频率从而促进棉花株高、叶面积、叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及产量增长，同时能够促进棉花尽早地进入下一生育期。
　　2、通过耗水量与产量、水分利用效率拟合方程yY=-0.31805ET2+305.57737ET-67621.63459(R2=0.94723)，WUE=-2.57079×10-5ET2+0.02385ET-5.03968(R2=0.93223)，以及求导计算边际产量dyY/dET=-0.31805×2ET+305.57737，dWUE/dET==-2.57079×10-5ET+0.02385，得出在耗水量在461.54mm～480.50mm范围内为水量分配最合理的阶段，该区间中出现最佳耗水量。LLD5处理(决策传感器埋深20cm，高等阈值)的棉花产量最高，较CK处理产量提高了31.67%，LLD6处理(决策传感器埋深40cm，中等阈值)的水分利用率最高，较CK处理水分利用效率提高了16.67%，并且LLD6处理经济系数(籽棉)最大为0.3337。
　　3、通过自动化灌溉与传统滴灌进行设计对比，自动化灌溉轮灌组为8个，较传统滴灌的轮灌组减少了22个，大大减少了轮灌组的数量，即减少了操作成本；毛管实际运行利用率高；轮灌组面积较大，系统总轮灌组较少，水流相对较为分散，可相对降低系统投资；自动化灌溉灌水周期短，“少吃多餐”的灌溉模式可以保证较高的灌水频率，有利于作物根层土壤持续保持在最优的含水状态，更有利于作物生长；本次对比自动化灌溉较传统滴灌设计，其额定流量与水泵扬程分别降低了87.77m3/h和6.07m；但自动化灌溉单位面积投资较高，较传统滴灌每公顷提高0.27万元。
　　4、自动化灌溉棉花较传统的人工管理膜下滴灌棉花具有较好的节水、增产效果，虽然单位面积投资成本相对传统滴灌较高，但综合考虑控制面积大、节省劳动力以及自动化程度高等特点将使该技术在西北干旱区乃至全国自动化、规模化种植都具有较大的应用潜力。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 研究内容

1.4 技术路线

第二章 试验材料与方法

2.1 试验区概况

2.2 设计与过程

2.3 试验设备

2.4 测试指标及计算方法

2.5 气象数据

2.6 数据分析与方法

第三章 自动化灌溉对滴灌棉花水盐环境、生长发育的研究

3.1 自动化灌溉对滴灌棉花不同生育期的土壤水分、盐分运动的影响

3.2 自动化灌溉对滴灌棉花发育进程的影响

3.3 自动化灌溉对滴灌棉花株高的影响

3.4 自动化灌溉对滴灌棉花叶面积的影响

3.5 本章小结

第四章 自动化灌溉对滴灌棉花光合生理特性的影响

4.1 自动化灌溉对滴灌棉花净光合速率的影响

4.2 自动化灌溉对滴灌棉花蒸腾速率的影响

4.3 自动化灌溉对滴灌棉花气孔导度的影响

4.4 本章小结

第五章 自动化灌溉指标优化研究

5.1 自动化灌溉对棉花干物质积累的影响

5.2 自动化灌溉对棉花水分利用率与产量的影响以及经济灌溉指标研究

5.3 本章小结

第六章 基于优化灌溉指标的自动化灌溉设计

6.1 基本资料

6.2 设计参数

6.3 灌水器选择

6.4 灌溉制度设计

6.5 灌水小区设计

6.6 首部枢纽设计

6.7 投资投资

6.8 工程技术设计图

6.9 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要研究结论

7.2 研究展望

参考文献

作 者 简 介

致谢

导师评阅表