一种沙地山药灌溉模式的构建方法

摘要

本发明涉及一种沙地山药灌溉模式的构建方法，包括山药栽培调查、山药沟灌断面模式函数设计以及山药沟灌断面优化。其中，山药栽培技术调查工作流程为栽培季节确定、选地施肥、肥水管理、搭架整枝与采收；山药沟灌断面模式函数设计根据几何规划法，构建目标函数模型增收的目标，构建适合沙地山药的沟灌几何规划的目标函数，并根据相应的约束条件并进行求解。实验证明，本发明功能性强，该技术简单、有效、成本低，并且增收、减灾效益飞非常显著，能够广泛在沙地山药种植区域应用。

说明书

技术领域

本发明涉及农业经济作物种植灌溉技术领域，具体是指一种沙地山药灌溉模式的构建方法。

背景技术

山药对生长环境的要求并不太苛刻，适应能力较强。山药喜温，并且能够耐寒。但是种植山药不能涝或干旱，不能够积水。山药的地上茎叶部分喜温怕霜，比较适宜的栽培温度为二十五至二十八摄氏度；适宜块茎发芽的温度为十五摄氏度左右，在二十至二十四摄氏度时，块茎生长最为迅速，但当温度低于二十摄氏度时，块茎的生长便会受到阻碍。块茎的生长需要充足的阳光，适宜于块茎积累养分。栽种山药适宜选用阳光充足、地势平坦、有机质含量丰富、土壤结构疏松，排水性能以及透气好的沙质土壤。在沙地种植铁棍山药，不仅挖沟省劲，而且容易收获。此外，沙地早春温度高，夏季昼夜温差大，适于山药的早熟栽培、夏季的生长和山药根茎的膨大及蛋白质的积累。

山药属于耐旱怕涝作物，抗蒸腾作用极强，但要获得高产、品质优良，需要满足其生长发育对土壤水分的要求，由于山药生长期与汛期大部分吻合，正常年份不需要灌溉，但是由于降雨时空分布不均，干旱时候需要及时补给土壤水分，发生涝灾后，应该尽快排除土壤中的水分，降低和控制地下水位。

根据大量的资料查阅和现场走访一些山药种植的农民得知，山药受到降水条件或者灌溉因素造成的损失极为普遍。一般山药在沙土地生长环境下产量较高，因为种植山药需要打深沟，且沙质土土壤结构松散，保水保肥性能较差，在汛期由于降水集中，土壤含水量饱并下渗，导致山药塌沟，山药产量会急剧下降；另外如果在山药成长期缺水季节，灌溉模式和灌水量得不到控制，也容易出现山药垄下陷，导致山药种植失败。长期以来，农民在种植山药的过程中，断面一般为沟、垄模式，但是沟、垄的最佳设计尺寸及模式需要根据山药生长的习性，实现最优化的断面设计；另外山药的传统灌溉是大水漫灌，或者在山药沟进行“跑马水”，这些极容易导致山药的塌沟、减产，且汛期降水不能及时排除，也会导致塌沟减产，尽管当前有一些高效节水灌溉模式，比如喷灌、管道灌溉等，但由于山药生长的特殊性，每年需要进行耕作打沟、扎架等，喷灌设施等无法在田地里进行铺设，高效节水灌溉田间设施与山药的栽培相互冲突。农村农民对于山药种植的最适合模式、灌溉模式缺少科学的依据，需要在科学的指导下优化和提升沙地的山药灌溉模式，达到增收减灾的目标。

根据广泛的调查，汛期的集中降水和灌溉方式的不妥当是导致山药塌沟、沉陷、减产的主要原因，特别是丰水年份，需要保证田间积水迅速排出，减少积水导致的土壤饱和；遇到干旱年份，需要灌溉，需要灌水量得到控制，并且水的停留时间足够短，既满足了山药生长的需水要求，又不至于塌陷造成减产，即消除汛期积涝及灌溉水对山药种植造成不必要的损失。

因此，一种沙地山药灌溉模式的构建方法有待提出。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明首先构建模型，结合沙土地生长环境等相关的参数，计算适合沙地山药灌溉模式的相关模式，其具备模式科学合理，能够适应山药的生长环境，节水效益显著、降低灌溉引起的塌沟可能、增温保墒、技术简单投资少、防止土壤的次生盐渍化等突出优势。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种沙地山药灌溉模式的构建方法，包括山药栽培调查、山药沟灌断面模式函数设计以及山药沟灌断面优化，其中，

所述山药栽培调查包括栽培季节确定、选地施肥、肥水管理、搭架整枝与采收；

所述山药沟灌断面模式函数设计包括沟灌目标函数的构建与求解；

所述山药沟灌断面优化包括覆膜沟缝灌模式拟定、覆膜沟缝灌断面拟定与田间管理。

进一步地，所述栽培季节确定包括：

露地栽培，春种秋收，生长期180天以上，并于4月上、中旬栽植；所述选地施肥选择地势向阳、平坦、土层深厚、质地疏松、土壤肥沃、透气性强、排水良好的冲积土或沙质土壤种植，冬季挖深沟，立春后施肥，然后起垄，并盖上黑色地膜等待定植；所述肥水管理包括根据土壤湿度和土壤质地适度浇水，雨季及时排涝，追肥2-3次；所述搭架整枝包括支架，支架后按山药茎左旋的特性，用手稍加扶引上架；所述采收为在10月下旬当地上茎叶枯黄时，先采收株芽，再拆除支架，割去茎蔓，挖出地下块根。

进一步地，所述沟灌目标函数的构建与求解引用沟灌目标函数和约束条件，在打沟筑垄后，建立沟灌几何规划的目标函数，并进行求解，其中，

1)目标函数的约束条件包括灌水效率约束P

式中：D

2)目标函数的约束条件包括沟的沿田块宽度条数约束P

式中：B

P

设新变数V为：

V＝T－P(KP L)h (4)；

或T＝V+P(KP L)h (5)；

3)建立沟灌几何规划的目标函数：

式中：n

4)将T代入并整理沟灌几何规划的数学模型为：

约束于P

解此几何规划，得沟灌最优尺寸。

进一步地，所述覆膜沟缝灌模式拟定包括利用覆膜保护山药垄，避免灌水造成塌沟，灌溉水在原状土表面进行，利用覆膜之间的缝隙入渗，达到灌溉的目的；所述覆膜沟缝灌断面拟定包括将地膜铺在垄背上，因垄下已进行了开沟处理，为避免塌沟，需进行覆膜保护，并将覆膜往垄下延伸，两垄之间的相邻两膜在沟底留5～10cm的膜缝，作为灌溉的渗水带，沟长100m，通过膜缝供给山药生长的水分；所述田间管理包括保证覆膜缝隙灌溉的均匀程度，提高灌水质量，土地要平整，沟垄应平直无弯，沟底和沟垄的土壤做到不要有小坑、小包，不能有大土块，土块中不能有杂草。

采用以上方法后，本发明具有如下优点：

(1)山药沟灌断面设计更科学合理。因为山药种植模式是沟垄的种植，在打沟筑垄后，预留排水沟，但是断面尺寸需要得到最优化，根据几何规划法，构建适合沙地山药沟灌的目标函数，并根据相应的约束条件进行求解。

(2)节水效益显著。山药覆膜沟缝灌溉是一种可控制的局部灌溉，在覆膜渗水带的渗灌中，施水面积只占整个种植面积5％-10％左右；灌溉水从渗水带向周围入渗，不直接接触打沟回填的松软土体，打沟的松软土体土壤含水量不会在短时间内饱和，既满足了作物正常需水量，又有效控制了单位面积灌水量，降低了灌水定额。

(3)提高了汛期的排水效率，缩短了排水周期。因为我国暖温带主汛期一般为6月-9月，这个时期正好是山药的生长期，汛期的强降水是造成山药塌沟、大幅度减产的直接因素，所以在山药垄上覆盖薄膜并预留缝，因为薄膜具有防渗作用，特别是打沟的松散土质区，缩短了山药排水周期，排水周期缩短了50％以上，而下渗水分减少了60％，但是预留膜缝的作用是留给山药足够的水分，又不至于造成垄塌陷。

(4)大大降低了灌溉引起的塌沟可能。灌水质量的好坏依据是灌水后水分在土壤空间的分布情况，覆膜沟缝灌溉使灌水量的入渗得到了有效控制，虽然其土壤的水量分布存在不均衡，但是满足灌溉要求的同时避免了塌沟损失，解决了长期以来灌溉塌沟的难题，山药覆膜沟缝灌溉后土壤的含水量可达田间持水量的70-80％左右。

(5)增温保墒。由于整个山药生长期内山药被薄膜覆盖，膜下土壤白天积蓄的热量晚上不易散失，土壤中的水分在膜内进行小循环，湿润表层土，发挥了地膜早期增温的热效应，保墒效果好。

(6)技术简单、投资小。覆膜沟缝灌溉是在地膜栽培技术的基础上发展起来的，只是在铺膜和灌水方式上进行了改变，栽培措施和管理方法与膜侧沟灌基本相同。因此，覆膜沟缝灌溉技术简单易行。

(7)防止土壤的次生盐渍化。虽然覆膜沟缝灌溉渗入水量小于沟灌，形成重力水淋盐不如膜侧沟灌，但由于覆膜沟缝灌溉垂直入渗强度大，作物吸水量较小，水量分布均匀，加之铺膜面积大、保墒好、蒸发减少，所以抑制返盐能力强，表层土壤脱盐率高于普通沟灌。

附图说明

图1是本发明的技术路线图；

图2是本发明的试验样地土壤粒度分布图；

图3是本发明山药覆膜缝隙灌溉断面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如附图1所示，该发明主要包含以下步骤：

(1)山药栽培技术调查，工作流程为栽培季节确定、选地施肥、肥水管理、搭架整枝与采收；

(2)山药沟灌断面模式函数设计，依次建立沟灌几何规划的目标函数、求解沟灌模型最优解、设计山药覆膜缝隙灌溉模型；

(3)山药沟灌断面技术优化，包括覆膜沟缝灌模式拟定、覆膜沟缝灌断面拟定与田间管理。

如附图2所示，该示范区土壤多为沙性土壤，土壤孔隙率较大，保肥、保水性能相对较差，0.4m土层平均土壤干容重1.36g/cm

如附图3所示，提供一种山药沟灌几何规划的目标函数。

山药种植模式是沟垄的种植，在打沟筑垄后，种植垄上沟灌较适合山药的沟垄种植模式，建立沟灌几何规划的目标函数：

式中：q

约束条件：

灌水效率约束P

式中：D

沟的沿田块宽度条数约束P

式中：B

P

设新变数V为：

V＝T－P(KP L)h (4)；

或T＝V+P(KP L)h (5)；

将T代入重新整理沟灌几何规划的数学模型为：

约束于P

解此几何规划，得沟灌最优尺寸。

实施例一

本实施例提供一种山药沟灌目标函数求解模式。

目标函数：

Min

约束于

本例考虑目标函数和P

W

n

n

V：W

解上述线性方程组求得W

由目标函数第三项得：

1306n

n

由目标函数第二项得：

10906n

n

将n

V

V＝75.73

已知田块长度为405m，故每条沟长

已知田块流量为158L/S，每条沟流量为2.2，故每组沟的条数n

已知入渗参数K

本发明膜缝灌是沟内膜上灌的改进形式，将地膜铺在垄背上，因为垄下已经进行了开沟处理，为避免塌沟，需要进行覆膜保护，并将覆膜往垄下延伸，两垄之间的邻两膜在沟底留有5～10cm的膜缝，作为灌溉的渗水带，沟长约100m，通过膜缝供给山药生长的水分，节水效果明显，避免了塌沟的问题，另外汛期降水的排除也缩短了周期。但是，这种灌溉方式降低了灌溉的效率，要经过较长的时间才可以将灌溉水渗入土体内，实践证明，该种模式的灌溉模式的优化最突出的塌沟现象得到了最大程度的避免。

需要强调的是：以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。