地下滴灌抗负压堵塞和抗根系入侵试验

分类号：单位代码：密级：学号：学位论文地下滴灌抗负压堵塞和抗根系入侵试验研究StudyonAnti-cloggingofNegativePressureandAnti-rootintrusionforSubsurfaceDripIrrigation研究生：指导教师：裳申驳请蜻学锯位拘类请别户：奔专男业充领苏域城名乓称沸：玻研脖究等方追向穴：典所昨在狭学容院部：僚苦磨它假敢肆省2绪年蛾月刑独厕节创下只性坡仁声误构明邮本糊人变声镜明忘所虫呈瞎交为的婆论图文够是州我秤个窑人染在闲导性师挨指米导宏下慈进欧行京的旺研魔究鸡工辩作市及付取咳得挥的打研怖究驳成夏果糖。化尽效我榨所童知病，就除刺了事文滤中肢特浸别遵加颂以头标惠注座和坟致厨谢朋的惰地增方春外笑，如论餐文烈中锣不付包啄含脆其捏他含人偏已仿经朋发奸表走或浅撰且写灿过关的卖研裂究秘成胆果瞒，梦也燕不捆包竹含械为擦获恭得纺x当x驾x愉或压其极它第教奴育送机掀构勒的于学自位嗽或拆证灭书固而悲使慕用援过颜的回材他料赖。南与苗我麦一驳同攀工透作狐的拣同捉志终对旁本贱研砖究垒所口做抽的瑞任吼何林贡奏献浴均世已割在价论与文艘中兴作祖了广明怠确丸的瞎说胸明腾并剂表轨示娃了捞谢凯意蓄。熊研侵究铅生圾签惯名话：闯景伴堪川谷民服车榜惩冬降稻夫木渴虫冈章电松芹票慌时垫间隐：劫枕旁垄鲜爆趟祖股轮年螺类弓张月守舌侧业日舍关辨于班论礼文集使吊用往授泻权施的浆说悼明钻本朵人塘完喊全且了枯解网x往x钞x朵有茧关域保训留售、某使蜂用冻学赛位打论势文钩的疤规奋定益，闲即松：述学票校雅有棵权孝保德留溉送诵交凤论贷文肯的傍复决印脊件付和挡磁畅盘慈，权允绸许架论嚼文复被柿查短阅买和振借冤阅闹，害可冤以形采笑用作影瓜印盯、艇缩谢印甘或晋扫挑描朗等做复骡制构手叫段当保浆存镰、微汇次编义学携位漠论虑文驶。漏同租意颂x沟x袄x辛可扰以揭用挠不基同塞方拉式犹在电不苗同浑媒嘉体戴上容发先表驾、贯传丙播珍学怎位孕论横文积的驾全永部塑或疤部格分购内拘容朱。盼（宫保步密捏的替学霉位溉论除文响在虽解孝密悄后遇应谁遵艺守戴此罢协焰议摄）萄研蹲究黎生欺签吼名利：脸熄仔难泼冻圾念乱愉稠朋承烟俱懂她躲书酒扶别时踏间要：选席誓旨雄贱估键袄年泽诊乏贸月迁城茂仓日脸导老师膛签娇名搁：边让欲步状寿鼻汽闸瞒养乡物筋声高 勿 法 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ERLINK\l"_Toc134797250"2.3结果分析与讨论16HYPERLINK\l"_Toc134797251"2.4本章小结18HYPERLINK\l"_Toc134797252"第三章地下滴灌抗根系入侵的试验研究13HYPERLINK\l"_Toc134797253"3.1引言13HYPERLINK\l"_Toc134797254"3.2试验材料与方法13HYPERLINK\l"_Toc134797256"3.3结果分析与讨论23HYPERLINK\l"_Toc134797259"3.4本章小结40HYPERLINK\l"_Toc134797260"第四章结论及建议41HYPERLINK\l"_Toc134797261"4.1研究的主要结论41HYPERLINK\l"_Toc134797262"4.2建议42HYPERLINK\l"_Toc134797263"参考文献43HYPERLINK\l"_Toc134797264"致谢47HYPERLINK\l"_Toc134797265"作者简历48第一章绪论1.1研究的背景和意义我国是一个水资源短缺的国家。据统计，我国人均水资源拥有量只有2098ｍ3[1]，仅为世界平均水平的1/4，其中北方地区人均水资源拥有量只有990ｍ3，不到世界平均值的1/8。我国是世界上13个主要缺水国家之一[2]，是公认的“贫水国”。近年来我国用水紧张的状况日益加剧，目前已有18个省区市接近严重缺水的边缘，其中10个省市在起码需求线以下[3]。据预测，到21世纪中叶，我国人口数量达到16亿峰值时，人均水资源拥有量将减少到1750ｍ3[4]。预计，到2010年，全国总供水量为6200～6500亿m3，相应的总需水量将达7300亿m3，供需缺口近1000亿m3；到2030年，全国总需水量将达10000亿m3，全国将缺水4000～4500亿m3[5]。由此可见，我国水资源供需将面临非常严峻的形势，届时全国的大部分地区将出现水资源严重短缺的局面。此外，我国水资源还存在时空分布不均匀、水土资源在地区上组合不相匹配的特点。我国北方人口占全国总人口的2/5，但水资源占有量不足全国水资源总量的1/5。另外，北方耕地面积占全国耕地面积的3/5，而水资源量仅占全国的1/5[6]。南方每公顷耕地用水量28695m3，而北方只有9645m3，前者是后者的三倍[7]。不仅如此，在当前我国面临水量危机的同时，还面临着因污染导致的水质恶化的危机。虽然我国非常重视水资源的保护工作，但随着经济建设的发展，人口的增加，工业的发展，不仅用水量大幅度增加，而且废水排放量也相应增加，全国水环境总体上呈现恶化趋势[6]。水是农业的命脉，也是整个国民经济和人类生活的命脉。水资源状况和利用水平已成为评价一个国家一个地区经济能否持续发展的重要指标[8]。农业是我国的用水大户，约占全国总用水量的73%[2]，但用水有效性很差，水资源浪费十分严重，全国农业灌溉水的平均利用系数仅为0.45左右，因此从传统的粗放型灌溉农业转变为节水高效的现代灌溉农业已成为我国农业用水的基本战略和必经之路[9，10]。目前，世界各国都十分重视发展节水农业，以提高水的有效利用率为重点，节水增产为目标，采用先进的灌溉技术和农业综合技术相结合，在提高水的利用率的同时，获得最大的经济效益和生态效益[11]。我国节水农业的形成和发展必须以农业灌水技术为前提。从50年代起，我国就相继开展了很多节水灌溉技术的研究，较成熟地应用了喷、微灌等先进灌水技术[12]。微灌（包括滴灌和微喷灌等）作为一项现代灌溉技术，以其省水、增产、省工、省地，对地形和土壤适应性强，灌水均匀度高，并能结合施肥且肥料利用率高，减少平地除草田间管理工作量，易于实现自动化等多方面的优点，而受到各国的普遍关注和重视，得到了飞速的发展[3]。滴灌是微灌的一种形式，是使用滴头和滴灌软管以节约用水的灌溉方式[13]。我国自1974年从墨西哥引入滴灌设备至今，地面滴灌技术应用和设备开发已取得长足的进展[14]。地面滴灌的突出优点是省水，其中比地面灌溉省水70％~80％，比喷灌省水40％。此外，它还具有节能、提高灌水质量以及作物品质等[13]。其不足之处是滴灌带易老化，且回收、重新铺设工作量大，造价高。为了克服地面滴灌的上述不足，地下滴灌运用而生。它是将毛管埋于地下，通过出水口将水或水肥的混合液送到作物根区土壤，供作物吸收利用，是在地面滴灌日益完善的基础上发展而成的一种更加先进的灌水方式[15]。与地面滴灌相比，地下滴灌有更多的优点，能进一步提高水肥的利用率，提高作物的产量和品质，提高毛管的使用寿命，可使用再生水进行灌溉等[15－17]。2000年10月，在南非召开的第六次国际微灌大会上，地下滴灌技术被列为今后微灌发展的方向之一[15]，美国加利福尼亚州大学灌溉技术中心主任DvidF.Zo1doske还在本次大会上预言：“灌溉的未来将是地下滴灌”[15]。地下滴灌的发展前景乐观。1.2地下滴灌的发展概况地下滴灌的最初研究是在1913年的美国进行的[18]，由于当时的技术水平有限，研究结果显示，地下滴灌技术不但没有增加根区土壤含水量，还提高了应用成本，因此最终放弃了这项研究[19]。随后，许多国家的学者又相继进行了一些研究。1920年，加里福利亚的CharlesLee用瓦管作为地下滴灌的灌水设备，来湿润周围的土壤，并获得美国专利，这是地下滴灌的雏形。二次世界大战后，塑料工业的迅速发展加快了滴灌技术在美国、以色列和英国等发达国家的发展。20世纪40年代后期，德国用塑料管进行地下灌溉研究。1959年，地下滴灌在美国的加州和夏威夷开始研究和应用，并逐渐成为美国滴灌的重要组成部分。60年代，直接带有灌水器（如孔、缝式滴头）的PVC管和聚乙稀管开始用于地下滴灌系统。Whitney等[20]（1969）对不同类型滴头（包括直接在毛管上打孔的滴头）的堵塞和运行情况进行了评价。70年代，由于世界各地进行了大规模的田间试验，发现地下滴灌灌水均匀性较差、堵塞严重等问题，制约了其发展速度。进入80年代以后，地下滴灌的诸多优点再次吸引了人们的注意，科研人员对它的设计安装及其它许多技术问题做了大量研究，并且在推广应用中取得了一定成效[9，21]。地下滴灌系统的应用最初是在价值较高的蔬菜和果树，如今已发展到农作物和草业上来，可在条播的多种作物上使用，例如棉花、玉米、土豆和苜蓿等，均可取得较好的节水、增产效果[22]，且在正确的管理和维护下，系统运行较好。如以色列Naan公司的棉花和果树地下滴灌系统己正常运行3年多，没有发生大的问题；美国Lamm等人宣布，他们地下滴灌系统已成功使用了10年[23]。美国堪萨斯州立大学从1989年开始，连续进行了10年的大田作物地下滴灌研究，对地下滴灌的设计、维护和经济性及长期效应做了广泛的研究，推出了正确使用地下滴灌的多种技术指导材料[24]。另外地下滴灌可利用污水进行灌溉，美国堪萨斯州己将地下滴灌作为利用污水进行大田作物灌溉的一种主要灌水技术[26]。据估计，美国地下滴灌面积已达156070hm2，分别占微灌面积和灌溉总面积的5%和0.6%[27]，已应用在玉米、棉花、蔬菜、果树等30多种作物的灌溉中[21]。我国对地下滴灌的初步应用则始于20世纪80年代初，主要用于果树作物，但多数是将简易的人工打孔的塑料管埋入地下作为灌水设备，也叫渗灌。渗灌起源于地下水浸润灌溉[28]，几百年前的河南省济源的合瓦地，采用的就是迄今所知的我国最早的渗灌，其渗灌管系统由透水瓦片扣合而成，具有灌溉和排涝两种功能。1978年山西晋东南地区水科所在阳城进行了4年大田作物渗灌试验[29]，试验结果表明，渗灌系统的效益逐年递减，第1年效益十分显著，第2年降低，至第4年堵塞严重而失败。山西省水科所于1983年在祁县进行了12hm2的果树渗灌研究。原水电部水利水电科学研究院于1983年在河北迁安县建成了上百公顷的板栗渗灌[30]。山西省万荣县农民王高升于1990年安装了0.67hm2的果园渗灌系统，节水增产效果良好。掀起了运城地区渗灌建设高潮，但由于采用的塑料管打孔成孔工艺存在缺陷，加上运行管理措施不当，堵塞问题日益严重，最终导致大部分工程失败[30]。由于渗灌在应用中常出现供水均匀性差、出水孔易堵塞等问题，影响了系统的正常使用。近年来，我们效仿国外将地面滴灌的灌水器直接埋于地下作为地下滴灌设备，开始了真正意义上的地下滴灌，在陕西、山西、甘肃和新疆等省的果树和棉花中增加了使用面积，取得了一定成果。但由于对此技术本身了解和研究不够，对很多问题没有得到很好解决。“九五”期间，中国水利水电科学研究院对自行研制开发的地下滴灌专用灌水器进行了田间试验研究，发现运行效果良好。2001年，新疆对棉花进行地下滴灌试验研究，取得了较好效益[31，32]。总上所述，我国的地下滴灌技术只是刚起步，与国外的差距还很大，有很多工作需要做。1.3地下滴灌的优点及存在的问题1.3.1地下滴灌的优点与其它灌水方法相比，地下滴灌具有许多显著优点，现总结如下[21-29]：（1）节水效果明显，极大地提高了水分利用率。地下滴灌的节水主要包括：采用管道输水减少输水损失。灌水器埋在地表以下，不会产生地表径流，进一步减少了地表的无效蒸发。在正确的安装和适宜的运行管理情况下，深层渗漏得到有效控制。（2）改善作物根区的生长条件，肥料利用率提高。地下滴灌可将水、肥适时适量输送到作物根区，满足作物对水肥的需求，且有利于形成适合作物健康生长需要的水、肥、气等作物生长微环境，同时，施肥采用频繁、少量的方法，使肥料的利用率大大提高。（3）提高了作物的产量和品质。由于地下滴灌根区的生长环境得到了改善，在正确的运行管理下，可极大地提高作物的产量和品质。（4）防止毛管丢失、老化，延长毛管的使用寿命。埋在地下的毛管可以防止紫外线、温度变化、耕作及其他小动物的危害，延缓老化，提高了系统的使用寿命。（5）有效控制杂草和病虫害。地下滴灌可保持地表相对干燥，抑制了杂草的发芽和生长。同时，地下滴灌的土壤环境不利于病虫类的生长，有效遏止果树、蔬菜等由于过量灌溉而导致的病虫害。（6）灌溉时不影响田间作业，方便管理。地下滴灌条件下干燥的土壤表面不影响田间的劳动作业和机械化机具的操作，当用于草坪灌溉时，不会因为灌水而停止草坪的正常使用。（7）易于实现自动化，节省劳力。地下滴灌系统固定埋设在耕作层以下，不需要经常搬动和铺设，减少了人工投入。肥料的直接输送，较少的杂草、有效控制了病虫害和较少的维护，节约劳动力。（8）不破坏土壤结构。没有地面灌溉对土壤的冲刷和对土体结构的破坏，降低了由于灌溉而造成的土壤紧实度，提高了根系活力。（9）可使用再生水进行灌溉，按照农作物所需的营养成分，将污水处理系统处理过的再生水用于地下滴灌系统，可降低肥料通过挥发造成的损失，而且由于再生水中所含的营养物质比较丰富，且直接灌溉到作物根区，因此可获得更高的作物产量。此外，由于地下滴灌是在地表以下进行灌溉，可以避免污水喷溅和漂流现象，降低了异味和氨气的发散。（10）降低能耗。地下滴灌所需的工作压力一般都小于喷灌，可充分利用小流量、低水头工作，节约了运行费用和能源。地下滴灌有如此多的优点，因而在温室、果树及免耕的大田作物和水源奇缺地区有着广阔的应用前景。1.3.2存在的问题尽管地下滴灌有以上诸多优点，但其发展速度还是远远落后于地面滴灌，主要是由于它有一些很难克服的缺点和不足，例如：（1）堵塞问题。地下滴灌条件下，灌水器不仅存在和地表滴灌相同原因的微小通道被堵塞的危险，而且还存在另外两个造成堵塞的诱因：一是灌溉管道停水后，毛管中产生的负压能够将土壤中微小颗粒吸入灌水器的微孔造成堵塞[33]，负压堵塞与土壤类型、滴灌带长度和坡度等有关[42]。另一个是由于植物根系的向水性生长，可能使作物根系侵入滴水孔引起堵塞[43，44]，Ruskin[45]经过多年的研究观察后得出，根系入侵问题严重，若不采取防治措施，系统运行三年就可由根系入侵堵塞10％，运行四年可堵塞60％，六年后就达到95％。堵塞对于地下滴灌技术来说，是一个致命的弱点，多数地下滴灌系统的失败都归结于灌水器出口的堵塞。（2）灌水均匀度不易控制。地下滴灌系统埋于地下，不能直接观测每个灌水器出流状况，且一般表层土壤干燥，很难判断滴头出流情况，极易造成作物减产或深层渗漏现象。此外，地下滴灌系统的均匀性除了与地面滴灌相同的特性外，还受土壤性质（质地、密实度、导水性能等）的影响。因此，对系统运行的评价、控制以及对均匀度的测定非常困难[13]。（3）不利于种子发芽和苗期生长。地下滴灌应用于大田作物的灌溉，为了满足田间耕作的要求，滴灌毛管一般埋在犁底层以下，表层土壤的干燥或供水不充分将严重影响种子的萌发和出苗，因此，在作物播种以后，若没有充足的降雨，需要采用另外一种灌溉方式以保证作物整齐出苗，故增加了投资[46]。（4）系统的初始投资比较高。与地面滴灌相比，增加了一些设备，如真空阀和冲洗管等，此外，由于系统的设计使用期比较长，对系统设备的质量及安装要求都比较高[17]。（5）运行管理要求高。由于地下滴灌系统埋于地下，系统发生故障后，检查、维修比较困难，因此对系统的日常管理要求严格，如对过滤系统的质量及操作有较高要求。此外，还要定期冲洗支管和毛管，以去除管道中积累的沉积物[17]。（6）毛管容易被鼠类动物咬坏。毛管在地下埋设时间较长，很容易被老鼠等一些动物咬坏，影响系统的正常使用。（7）废旧毛管的回收较复杂。当系统报废后，由于毛管埋在地下，很难回收，若不回收又会造成较大的污染[17]。总上可知，影响地下滴灌系统使用寿命和发展速度的首要制约因素就是系统的堵塞问题，它是系统成败的关键，如能很好解决，便可大大提高使用寿命，降低成本，提高灌水均匀度，加快推广和应用步伐[47]。对于与地面滴灌相同的堵塞，处理方法也相同，但对于负压堵塞和根系入侵造成的堵塞，处理技术在我国还不很成熟，研究成果也比较少，因此有必要投入大量的人力、物力和财力去研究解决。1.4国内外研究现状分析抗负压堵塞研究现状分析目前国内外解决负压堵塞主要是从系统的设计、安装和日常维护方面入手，也有从滴头的结构和防护措施及其它方面考虑的，具体如下：（1）安装真空阀在系统的每个局部高点，包括首部、干管、支管和滴灌管上垂直安装真空阀来消除管网内产生的负压[48—50]，效果良好，但当地形起伏较大时，真空阀数量太多且有时不能完全消除负压。真空阀外形图见图1－1所示。Pyle[51]经过实验后发现，安装真空阀后，仍有10％的负压堵塞发生。基于此原因，Weatherhead[51]又提出在滴灌管上每隔一个或两个滴头安装一个小放气活塞，伸出地面，当管中产生负压时，可立即进气抵消，保护率大大提高，只是施工、维护很不方便，且增加了造价。图1－1真空阀外形图（2）对滴灌带进行定时冲洗滴灌带冲洗有两种方式[52]，一种是把滴灌管末端露出地面，进行人工冲洗，每次冲洗一根，劳动强度较大，操作不便，且影响耕作；另一种是在毛管末端或系统的最低点安装集中冲洗管和冲洗阀（冲洗管如图1－2所示），埋入地下，在每次灌溉前或灌溉停止时进行自动或人工冲洗，可将吸入滴灌管的泥沙冲出去，防止泥沙沉积在滴头引起堵塞。这样虽然增加了投资，但操作方便，当滴灌管部分堵塞时，可通过冲洗管将水输送到堵塞的下游，若滴灌管某处出现破损，还可通过其两侧的正压来防止吸入泥沙[50，53]。在灌溉停止时进行冲洗，冲洗阀可同时起到真空阀的作用[49，54]。冲洗所需的最小流速为0.3m/s，集中冲洗管的压力损失为3.5kPa[55]，每次冲洗20分钟左右[48]。此外，为了更好地防止沉积在滴灌管内的泥沙堵塞滴头，在滴灌管铺设时，应将滴头向上[56]。图1－2集中冲洗管（3）从滴头出口形式、流道大小和出口孔径方面采取措施90年代末，T-Tape公司生产了一种“TSX”滴头[51]，采用窄缝出水口形式，如图1－3所示，通过在20000英亩甘蔗田中的使用，发现防负压堵塞效果良好。其原因可能是由于窄缝出水口在灌水时可将水慢慢渗出，不会在水压作用下扩大孔径或变形，因此在灌溉停止时可有效防止泥沙吸入，此特性对厚壁管来说尤为重要。与此类似，我国的梁晓锋（2003）[52]提出，滴头的抗负压堵塞能力与流道和出水口形式有关，紊流、大流道滴头和出水口形式为舌片的滴头抗负压堵塞性能较好，原因是舌片在负压作用下有闭合的趋势，可起到防止泥沙被吸入的作用，但是舌片式滴头必须要有较好的质量，要有足够的弹性。图1－4所示为Netafim公司生产的舌片出水口形式的滴头，由舌片和舌台组成，并且滴头处有23~25个小于流道宽度的小滤网，有效防止滴头发生负压堵塞。将此滴灌管埋设使用后，未发现有沙土进入滴头，如图1－5所示。对比而言，就我们人工打孔成形的简易的窄缝出水口和舌片出水口形式的滴头，在抗负压堵塞方面究竟哪种效果更好，流道采用多大更适宜等问题，目前还没有定论，需要做进一步研究。图1－3窄缝出口形式滴头图1－4Netafim公司生产的舌片出口形式滴头外形图以及与舌片吻合的舌台图1－5铺设后没有沙土进入滴头此外，2000年杨宝中等人[56]对多孔渗灌管的防堵性能进行研究，其结果也有一定的借鉴作用。他得出渗灌管孔径大小和质量是影响堵塞的因素之一，孔径在0.7～1.2mm时一般不易堵塞，孔径小于0.7mm时，灌溉水中的泥沙颗粒极易堵塞孔眼，但孔径大于1.2mm时，极易形成负压堵塞。因此，为防止负压堵塞，采用的孔径应尽量小，一般取孔径为1.0mm较适宜。（4）在灌水器上加防护套国内多个学者[44，57，58]提出通过在灌水器上加防护套（例如无纺布）、毛管外包纱布等措施来对灌水器口进行防护，可起到较理想的抗负压堵塞效果。例如河南水科所[58]采用150目左右的无纺布将滴头外包处理后，发现防堵效果良好。另外杨宝中等人[56]提出在孔口处用反滤料作防护效果较好，所采用的滤料有两种，一种是100g针刺无纺布，把无纺布剪裁成3cm×3cm小片，用尼龙草绑扎在孔口上；另一种是粗砂，将选用的粗砂过筛，除去粉粒、细砂粒，洗去粘粒，将其装入用1mm×1mm尼龙网做成的5cm×5cm袋中，再将砂袋放在渗灌管孔口上作防护。经对比发现，粗砂护孔的效果最好，采用无纺布，若运行时间长，可能产生出流不畅现象。上面这些措施虽有效，但费时费力，可行性较小。（5）研制专用滴头以色列Plastro公司发明了一种内镶式压力补偿滴头，在灌水停止时滴头出水口可自动关闭，能有效防止负压吸泥[59]。根据此原理，“九五”末，我国也成功研制了类似的地下滴灌灌水器[60，61]，其结构如图1－6所示。1.外壳；2.内芯；3.压力补偿片图1－6地下滴灌灌水器结构其原理是当滴头入口处的压力大于某个固定值时，可将压力补偿片自动打开，使水顺利通过；当系统工作压力变化或因地形变化引起进口处的压力波动时，压力补偿片能根据压力变化的程度自动调节过流断面的大小，确保出流的均匀性；当滴头入口处的压力小于零时，压力补偿片紧压在外壳流道末端的凸缘上，完全关闭流道，防止负压吸泥。此滴头既起到了调压的作用，又防止了负压堵塞，不足之处是造价高，不易推广应用。（6）从系统的运行方式考虑2001年高胜国等人[57]根据70年代后期意大利菲亚特公司研制的脉冲微灌设备和90年代初美国国际技术公司研制的脉冲微喷系统，提出了一种全新的将脉冲清洗方法用于地下灌溉的技术方案，将整个灌溉过程分为启动、灌前清污、脉冲清洗、正常灌溉、灌后排污和关机6个过程。其中，脉冲清洗又分为增压、持续、减压3个时段。脉冲清洗、正常灌溉在灌前清污和灌后排污之间重复进行。虽然此方案投资较高，目前还很难推广，但它却为研制开发抗堵塞高度自动化的地下灌溉系统开辟了新思路。总上所述，目前采取的抗负压堵塞的措施虽有一定效果，但是施工和运行维护复杂，投资较高，有的技术尚不成熟。若能在现有成果的基础上进一步找出滴头流量（流道大小）及出水口形式与负压堵塞的内在关系，便可为进一步研制具有良好抗负压堵塞性能的滴头做好理论基础。如果生产出了这种滴头，不仅可省去繁琐的外部设备和复杂的日常维护工作，而且可大大降低造价，加快推广速度。本课题将从滴头流量（流道大小）及出水口形式与负压堵塞的内在关系方面做一些研究。防根入侵研究现状分析对于根系入侵的防治，目前常采取的措施有控制土壤水分，避免出现水分胁迫以及工作压力不能低于8psi（55.2kPa）等[53，62]，另外还有生产特殊滴头或向系统注入化学溶液等，具体如下：（1）生产机械保护性滴头对于防根入侵专用设备的生产，国外有较大的突破，美国和以色列等发达国家走在世界前列，出现了一些大公司专门从事这方面的研究和生产[47]。如以色列Netafim公司在1994年生产的“Techline”滴头[63]，是机械保护设备。它是在灌水器的出水孔末端设一凸缘，当根系靠近出水孔时，先绕着凸缘生长，凸缘的高度能保证缠绕大约3″长的根，这些根的生长一般需要100天左右时间，此后作物就进入了生长末期，新生的根可通过加酸性溶液来杀死。据Netafim在1994年3月进行的试验表明，被试验的9个滴头中只有2个有根系入侵现象，保护率为78％。但也有报道提出，此滴头的保护性较差，需进一步改进[64]。（2）生产化学保护性滴头此类滴头是将Treflan或Trifluralin（除草剂氟乐灵）作为化学保护试剂，添加到滴头的塑料材料中，可起到抑制根系向滴头附近生长的作用。要了解氟乐灵的作用机理，先来看一下它的特性。氟乐灵作为除草剂使用时，是一种芽前土壤处理剂[65]，一般在作物播种前或出苗前施用，对禾本科和部分小粒种子的阔叶杂草有杀伤作用，当杂草刚萌发时使其停止生长，直至枯死，但对已出土杂草效果不佳。基于此特性，当它用于地下滴灌防根入侵时，作物已出苗，故一般不会对作物造成伤害，药物只起抑制根系向施药部位生长的作用。据有关报道可知，氟乐灵对人畜和鸟类低毒，对鱼类高毒，它不会通过根系转移到干物质中，也不会通过食物链伤害动物和人[66]。此外，氟乐灵还具备一些独特的物理化学性质[66]，使它更有利于作化学保护试剂，包括：易挥发和光解；易被吸附到土壤和有机质中，不易被水淋洗，在土壤中的半衰期为90到180天[64]；在水中的溶解度很小，小于0.03g/l，且不易水解；在溶液中不易电解，呈中性；易被微生物降解，一般不会影响下茬作物等[45，66]。这些特性说明氟乐灵是较为理想的防根入侵药剂。了解氟乐灵的这些性质后，早在1978年，北太平洋的Battelle实验室就开始研究用它来防止植物根系穿破地下煤气管或其它危险性管道[45]。此外，还有人用它来保护储藏原子核的地下室，以免遭受根系穿透的危险[64]。据此原理后来美国Geoflow公司生产了ROOTGUARD[67]滴头（如图1－7所示），Agrifim公司生产了BattelleProcess[68]（如图1－8所示）滴头，这些滴头成为防根入侵的专用滴头。其原理是将氟乐灵混合到压力补偿式或紊流流道滴头的塑料材料中，系统安装好后，由于氟乐灵易挥发，将按一定速率以蒸汽形式释放出来，与滴头周围土壤混合，可抑制根系向滴头附近生长。当土壤中氟乐灵蒸汽压高于滴头中的蒸汽压时，就停止释放，这样既控制了土壤中药物的含量又延长了滴头的使用寿命。据报道，在正确维护情况下，ROOTGUARD滴头可至少使用20年，防根入侵效果较好。据加利福尼亚灌溉技术中心5年的试验结果显示，被试验的所用滴头均无根系入侵现象[45]，通过挖掘土壤发现，ROOTGUARD滴头周围大约有直径为1″的球体范围没有根系生长[47]。此类产品的生产工艺非常复杂，主要过程是将除草剂氟乐灵混合到滴头的塑料聚合体中，保护氟乐灵免遭化学和生物降解。其中聚合体中又添加适量粒径非常细小的无机粒子，例如粘土粒子，可减小聚合体的孔隙，增加氟乐灵通过聚合体扩散的路径，因此可保证氟乐灵以一种可控的、持续的释放速率，释放到滴头附近的土壤。经研究表明，向聚合体中混合细小的粘粒可将除草剂的使用时间延长90％[69]。图1－7Geoflow公司生产的ROOTGUARD滴头图1－8Agrifim公司生产的内镶紊流流道滴头（3）生产化学保护性过滤器Netafim公司在1996年生产的3/4″和1″叠片过滤器Techfilter[70]，是防根入侵的专用过滤器。其原理是在叠片过滤器中安装一个可更换的药桶，里面装有氟乐灵[58]，另外还安装防止药物逆流或渗漏的装置，在系统灌溉时由水将药物携带到滴头周围土壤，来防止根系入侵滴头。与滴头中加氟乐灵的不同之处有：①药物释放的时间不同。过滤器中加药只在系统灌溉时释放药物，而滴头中加药在任何时候都释放。②使用期不同。过滤器运行2400小时后或安装两年后使用期结束，需重新更换药桶，而滴头一般可一次性使用20年左右。③土壤中残留的药物量不同。使用过滤器土壤中残留的药物远远大于使用滴头，对环境以及作物不利。④释放药物速率的稳定性不同。过滤器中加药要比滴头中加药更易受温度的影响，因此释放速率的稳定性也比滴头差。这是因为氟乐灵的释放速率与温度有关，据报道，温度从12℃增加到37℃，释放率将增加100倍。由于过滤器安装在地表，而滴头安装在地下，故过滤器释放药物的速率极不稳定[71]。⑤对环境污染的程度不同。由于过滤器释放的药物在土壤中残留的较多，因此对环境污染的程度也较大。此外，由于此过滤器需人工冲洗，当过滤器堵塞时，沉淀物中附着大量氟乐灵，因此在反冲洗时极易随沉淀物到了地表污染环境[71]。⑥对使用者的危害程度不同。过滤器对使用者危害较大，因为过滤器在出售前一直封闭保存，里面封存较多的氟乐灵蒸汽，当顾客购买后打开包装时，在短时间内会释放出很多药物，浓度较高，对操作者的健康有较大危害。总之，过滤器中加药的方法危险性较高，人们对此的争议也比较多。图1－9Netafim公司生产的Techfilter过滤器（4）向系统注入化学物质Ⅰ、注入氟乐灵。1993年美国Gowan公司注册的氟乐灵溶液“GowanTrifluralin5”[70，72]（含氟乐灵浓度为2.9kg/l。）被直接注入到树木和一些藤状作物的地下滴灌系统中，后来也用到其它作物上。施药步骤如下：①在施肥器中加水，水量相当于开泵10~15min的出水量，将计算好的药物混入施肥器并进行搅拌。②启动系统进行加注，时间尽量短，最长不超过15min，以免药物渗到地表伤害作物或深层渗漏污染地下水。③加注完毕后，用少量干净水冲洗施肥器，并将冲洗水直接注入系统。④冲洗后，立即关闭系统，与下次灌水间隔至少24小时，以免药物随水流失失去保护作用且污染环境。施药的具体方案如施药时间、施药次数以及每次施药量等随作物、土壤质地、土壤含水量和气候条件等的不同而异，对第一次施药时间的确定，主要以不损坏作物为原则，尽量避免在作物发芽期间施药。具体而言，以色列Netafim公司提出，对多年生作物在灌水期开始后第三个星期开始施药；对季节性作物在正常灌水（不包括出苗期的灌水）后的三个星期开始施药；对草坪在种植后的第四个星期开始施药。我国的冯国民（1996）[73]提出小麦田使用氟乐灵在四叶期至拔节期较安全，不会损坏作物。一年内施药次数与药物在土壤中的稳定性有关。由于氟乐灵易挥发和光解，在土壤中的光解速度与土壤质地、土壤含水量和温度等气候条件有关。岳永德[74]等人通过实验得出，土壤中粘粒含量越低，氟乐灵光解越快，施药时间间隔应越短，反之亦然；土壤的含水量越低，氟乐灵光解越慢，一年中施药次数可适当减少；温度越高，氟乐灵光解越快，施药次数就需适当增加。冯国民[73]提出施药时的适宜气温是20~300C。施药量要适中，太小起不到作用，太大可能导致药害或造成污染，一般土壤中药物的最小浓度为0.005g/l较适中[68]。施药量与土壤质地和土壤含水量有关，对有机质含量高，粘粒比重大的土壤，药剂易被土壤吸附，对根系的作用减弱，施药量应适当增加，反之，对砂性土壤施药量可适当减少。土壤含水量越高，药在土壤中的运移速度越快，扩散在滴头周围的半径越大，可能会因药物浓度过低而起不到应有功效，反之，含水量过低，药物极易吸附在土壤颗粒上，作用效果亦不佳。因此，施药时应有一适中的含水量，胡红青（1996）[75]提出含水量为30％左右较佳。目前已报道的施药量及施药次数有以下几种：①Netafim公司认为每个滴头每次需施加氟乐灵1/8g，一年所需的施药次数与持续灌水时间和土壤类型有关，对持续灌水时间（第一次灌水到最后一次灌水持续的时间）小于4个月的最多施加2次药，一般只加一次即可；对持续灌水时间大于4个月小于8个月的施加2到3次药；对持续灌水时间大于1年的可施加3到4次；其它情况相同时，粘土比轻壤土的施药次数相对较少。②加利福尼亚州的施用经验表明，每英亩（0.405hm2）施加1Pint(568ml)“Trifluralin5”（含氟乐灵1.65g）较为适宜[76]。③Ruskin等人[67]提出每公顷每次需加1汤匙“Trifluralin5”，一年施药至少4次。④Geoflow[77]提出每15000个滴头每次施药1汤匙，每年施加三次。⑤Ruskin[78]还经过计算得出，每1333333个滴头每次施加1.36~2.72Pints(774~1544ml）“GowanTrifluralin5”，可使每个滴头周围湿润2~4平方英寸。⑥VanVorisP[68]计算出若每滴头周围湿润12.9cm2，则要湿润1hm2需加“GowanTrifluralin5”2.2l。对于施药效果目前还没有报道，但有人对此方法持怀疑态度，一方面是药量不易控制极易残留在土壤中，对其短期和长期效应研究不够；另一方面，目前只对已注册的“GowanTrifluralin5”进行使用，对其它未注册的氟乐灵能否使用还是未知数[72]。Ⅱ、加其它化学物质。目前使用最多的是酸，可加的酸种类很多，如加入0.015g/l磷或磷酸可有效防止根系入侵[78]；另外，在作物生长末期可加入硫酸；不论水质如何，经常向系统加入0.2g/l氯或氯酸可防止各种类型的堵塞[62]。此外，还有人提出加杀线虫剂[79]或0.015g/l硫化铜也可起到类似效果[62]。虽然这些方法都能起到一定作用，但使用不当可能会伤害作物，而且这些化学物质在土壤中持续的时间较短，因此，施药次数也比较多，这样长期使用会对土壤产生负面影响。总上所述，对于地下滴灌防根系入侵的研究，在国外做得比较好，而在我国还没有一种长期有效的措施，也缺乏很多成功的经验，对于加酸等其它化学物质，作用效果很短暂，需不停的加药，对土壤不利，而加氟乐灵的方法是否适合我国，我们本国生产的氟乐灵是否适用，以及如何施药等都是未知的，若能验证氟乐灵排根效果良好，而且对作物生长影响较轻，就可通过加极少量药物起到较长期的防根入侵效果，是件很有意义的事情，不过是否可行可能需要长期的观察研究。本课题主要是因地制宜探索一种适宜的施药方案。1.5研究的目标和内容1.5.1研究目标（1）揭示地下滴灌抗负压堵塞性能与滴头流量（流道的大小）和滴头出水口形式间的内在关系，进而为改进和研制具有良好抗负压堵塞性能的滴头提供理论依据。（2）研究一种适宜春小麦的氟乐灵施用技术，检验其防根入侵的效果，并确定最优的施药方案。1.5.2研究内容（1）地下滴灌不同的滴头流道和出水口形式对防止负压吸泥的效果。（2）向地下滴灌系统中注入氟乐灵，研究其根系生长的变化，检验防根入侵效果。（3）氟乐灵不同的施药时间、施药量和施药浓度对防止根系入侵的影响，确定一种适宜的施药方案，确定各种处理的排根范围。第二章地下滴灌抗负压堵塞的性能研究2.1引言地下滴灌具有节水、增产、提高品质、易于实现自动化等诸多优点，推广应用空间较大。但从地下滴灌近几十年的推广运行状况来看，灌水器的堵塞问题已成为影响地下滴灌系统运行好坏的关键因素之一，其中在灌溉停止时由管网中的负压吸泥所造成的滴头堵塞为地下滴灌的正常使用带来了极大障碍。要分析负压堵塞的形成机理，先来分析地下滴灌的灌水特点。地下滴灌的设计虽然与地面滴灌有一定程度的类似，但地面滴灌中灌水器暴露在空气中，灌水器出口属于自由出流，出水口内部始终保持正压状态，因此在灌溉停止时也不会形成负压堵塞问题；而地下滴灌则不同，由于毛管埋于地下，毛管及出水口均被土壤包围，土壤类型和土壤水分状况等影响着出水口的出流环境。一般来说，地下滴灌在灌水初期，由于土壤含水量较低，周围土壤中的空气较多，因此出水口外部的正压较小，出水口的出流量较大；随着灌水时间的延长，出水口周围土壤的含水量增加，由于受土壤水分扩散能力和土壤中排气过程的影响，灌入的水量来不及扩散到土壤中，在出水口周围形成饱和区，进而使得出水口外部的正压增大，在此正压作用下可能会使灌水器出流量降低；当灌溉停止时，出水口周围较大范围内已形成饱和区，空气已基本都被排出去，这时如果突然关闭水源，则空气不能马上进入滴灌管，使得滴灌管内部在瞬间形成负压，滴头出水口外部压力大于内部压力，因此滴头出水口周围的泥沙在此压力差作用下，很容易进入滴头，从而造成滴灌管堵塞[80]。综上所述，地下滴灌与地面滴灌的根本差异就在于地下滴灌条件下出水口的压力及流量是一个变值，而地面滴灌下是恒定值[81]。通过上面的论述还可分析出，在地下滴灌中，灌水停止时灌水器产生的负压大小，与灌水器出水口外部的正压有直接关系。仵峰[80]等人通过试验得出，影响地下滴灌灌水器出水口外部正压的主要因素有：灌水器的额定流量和土壤初始含水量，总体趋势是在一定的流量范围内，随着灌水器额定流量的增大，出水口外部的稳定正压增加；超过该范围后，结论与之相反。土壤初始含水量直接影响地下滴灌灌水器出水口外部正压的形成，土壤初始含水量越高，越易在土壤中形成水、气通道，灌水器出水口外部正压越低。同时，他们还得出，在灌水初期，灌水器出水口外部的正压以较为稳定的速度随着灌水历时的延长而增大，直至达到最大值。仵峰[80]的试验还得出，在已有试验仪器精度的条件下，灌水器出口正压对灌水器流量的影响规律并不明显。地下滴灌滴头的抗负压堵塞能力与滴头出水口形式、流量、流道（结构形式）大小等方面存在着怎样的关系，目前还没有形成定性的结论。基于此原因，本试验将在这方面做一些探讨，为进一步研制具有良好抗负压堵塞性能的滴头提供依据。2.2材料与方法2.2.1试验材料试验采用目前国内外常用的三种流量规格的锯齿状滴头，额定压力均为100kPa，额定流量分别为1.28l/h、1.83l/h和2.78l/h，三种流量规格滴头的内部流道结构如图2－1所示。每种流量的滴头设置三种不同的出水口形式即圆孔、窄缝和舌片（见图2－2），因此供试样品共为9种，每种样品选用5个滴头。出水口形式都采用人工打孔方式成形，其中舌片出水口形式的滴灌管与Netafim公司生产的产品有较大的不同，除打孔方式不同外，还有滴头内部没有与舌片相吻合的舌台，出水口内部也没有安装小滤网，是一种较简易的出水口方式。流量2.78l/h的滴头流道结构流量1.83l/h的滴头流道结构流量1.28l/h的滴头流道结构图2－1试验用三种滴头流道结构形式圆孔出水口窄缝出水口舌片出水口图2－2三种不同的出水口形式2.2.2试验装置试验装置示意图如图2－3所示，由置于高处的水源、真空泵、电接点真空表、土槽、精密压力表及管路、控制闸阀等组成。电接点真空表用于控制真空泵的启停及设置系统试验的真空度。试验采用三个尺寸为1.65×0.60×0.50m的土槽，每个土槽内用两个不透水的挡板隔离出三个独立的试验小槽，每个小槽内填装取自内蒙古农业大学职业技术学院的轻壤土（粒径组成见表2－1），事先经过过筛。本试验是通过测定滴灌管实测流量的降低程度来分析其堵塞情况，由于流量较小，故采用置于高处的恒水位水箱供水，可提供恒定的100kPa压力，通过计算一定时段内的补水量来确定流量值。（试验装置见图2－4）1土槽2φ16滴灌管3闸阀1土槽2φ16滴灌管3闸阀4φ25PE管5闸阀6压力表7泄水阀8闸阀9水源10闸阀11真空泵12电源图2－3地下滴灌抗负压堵塞性能试验示意图图2－4地下滴灌抗负压堵塞试验装置图表2一1试验土壤的粒径组成粒径/mm1~0.250.25~0.050.05~0.010.01~0.0050.005~0.001〈0.001百分含量/％25.5621.8324.106.038.0314.452.2.3试验方法将9种不同的滴灌管（每条滴灌管5个滴头）在空气介质中测自由流量，确保出流良好后分别埋入土槽，埋深30cm。为保证与实际运行情况的一致性，待其它设备都安装好后，让每条滴灌管稳定运行一段时间后，进行负压堵塞试验。为保证负压堵塞试验时每条滴灌管周围的土壤含水量基本相同，在每次做抗负压堵塞试验开始之前，将每条滴灌管所在的小土槽内灌溉相同的水量。试验时，只打开一条滴灌管，调节闸阀开度，使压力表读数恒定在100kPa压力，在规定时间内灌水，并通过水箱记录流量值；关闭水源，打开真空泵，事先将电接点真空表读数设置在－30kPa，当真空泵抽吸一段时间后，使滴头处形成负压，当真空表读数指到－30kPa时，真空泵自动关闭，系统停止运行，稳定一段时间后，再测定该滴灌管的流量值。用同样的方法依此测试每条滴灌管并进行循环，当几条滴灌管的流量降低比较明显时停止试验。2.3结果分析与讨论每条滴灌管共进行了80次灌水、抽真空的循环，共历时75天，此时几条滴灌管的流量已有明显降低。以循环测试的次数为横坐标，对应的流量为纵坐标，绘制曲线，如图2－5、图2－6所示。结果显示滴头流量并非持续降低，而是呈现不稳定状态，这与每次试验时土壤含水量初始值、吸入滴头内部的泥沙在水流作用下的稳定性等存在关系，但总体趋势是随着循环次数的增加滴头流量下降。滴头出水口形式与负压堵塞的关系由图2－5可看出流量为1.28l/h的三种出水口形式中，舌片式的流量有轻微下降，圆孔式和窄缝式的流量几乎没有下降；流量为1.83l/h的三种出水口形式中，圆孔式的流量下降最明显，其它两种流量下降不显著；流量为2.78l/h的三种出水口形式中，舌片出水口形式的流量下降最明显，其它两种流量下降不明显。通过进一步对比发现，三种流量下唯有窄缝出水口形式的流量几乎没有下降。将滴灌管挖出，在保证额定压力下进行通水检验，发现窄缝出口形式的滴灌管流量和额定情况下的自由流量非常接近，而流量为1.28l/h、出水口形式为舌片和流量为1.83l/h、出水口形式为圆孔以及流量为2.78l/h、出水口形式为舌片的三条滴灌管流量有所下降，与从曲线分析出的结果相吻合。流量下降较明显的，说明滴灌管已发生负压堵塞现象（试验的水源是自来水，水质良好，并且由于试验的周期不是很长，可以认为不会发生其它类型堵塞）。窄缝出水口形式的滴灌管没有发生负压堵塞现象，说明窄缝式有较理想的抗负压堵塞效果。图2－5滴头出水口形式与滴头抗负压堵塞性能的关系将挖出的滴灌管剖开滴头进行仔细观察（见图2－7），发现：出水口形式为圆孔和舌片的部分滴灌管滴头中有泥沙，且带舌片的滴头在舌片处粘有较多泥沙，舌片已不能完全闭合；窄缝出水口形式的滴头，在缝外部有泥沙，但滴头内部几乎没有任何堵塞物，这说明窄缝闭合得较好，泥沙颗粒很难进入滴头引起堵塞。滴头流量与负压堵塞的关系如图2－6所示，通过对比发现，对于舌片出水口形式，流量为2.78l/h的滴灌管，流量下降最明显，流量为1.28l/h的滴灌管，流量有轻微下降，而流量为1.83l/h的滴灌管流量没有下降；对于圆孔出水口形式，流量为1.83l/h的滴灌管，流量下降最明显，而其它两种滴灌管，流量曲线几乎是水平的，流量没有降低；对于窄缝出水口形式，三种流量的滴灌管流量都没有明显下降。综合比较而言，三种出水口形式下小流量1.28l/h的滴头流量下降不明显，说明供试的小流量（小流道）滴灌管有抗负压堵塞的优势。将滴灌管挖出，剖开滴头进行仔细观察（见图2－6），发现：流量为1.83l/h及2.78l/h两种流道尺寸较大的滴头，吸入的泥沙在整个流道中均有沉积，但对流道尺寸较小的1.28l/h流量的滴头，滴头内部泥沙较少，吸入的泥沙主要沉积在流道的出口部分。图2－6滴头流量与滴头抗负压堵塞性能的关系流量1.28l/h，缝窄出水口形式滴头流量1.28l/h，圆孔出水口形式滴头流量1.28l/h，舌片出水口形式滴头流量1.83l/h，窄缝出水口形式滴头流量1.83l/h，舌片出水口形式滴头流量1.83l/h，圆孔出水口形式滴头流量2.78l/h，窄缝出水口形式滴头流量2.78l/h，舌片出水口形式滴头流量2.78l/h，圆孔出水口形式滴头窄缝出水口圆孔出水口舌片出水口图2－7滴头抗负压堵塞性能试验观察结果2.4本章小结在现有的试验仪器精度的基础上，通过以上分析可以得出如下结论：（1）出水口形式与负压堵塞的关系受到滴头流量的影响，其中舌片出水口形式在流量为2.78l/h的滴头中抗负压堵塞性能较差；圆孔出水口形式在流量为1.83l/h的滴头中抗负压堵塞性能较差；综合比较而言，窄缝出水口形式在供试的3种流量下抗负压堵塞性能都比较好，其原因可能是由于窄缝在出水压力下不易变形，因此在停水时也不易将土壤颗粒吸入。圆孔和舌片出水口形式的滴灌管抗负压堵塞性能相对较差，其中舌片在水压作用下很容易向外张开，停止灌水时，有部分泥沙已堵到舌片处，使其在负压作用下不能完全关闭，说明这种简易的舌片出水口形式的滴灌管与Netafim公司的产品相比，抗负压堵塞性能较差，需进一步改进。（2）流量与负压堵塞的关系同样受到出水口形式的影响，具体而言，流量为2.78l/h的滴头，当出水口形式设置为舌片时，其抗负压堵塞性能较差；流量为1.83l/h的滴头，当出水口形式设置为圆孔时，其抗负压堵塞性能较差；小流量1.28l/h的滴头，出水口形式设置为圆孔、窄缝以及舌片式的任何一种，其抗负压堵塞性能都比较好，说明供试的小流量滴灌管比大流量滴灌管具有抗负压堵塞的优势，其原因是小流量（小流道）滴灌管吸入的泥沙主要沉积在流道的出水口部分，待下一个灌水过程，沉积的泥沙比较容易被冲出去。而大流量（大流道）滴灌管吸入的泥沙有向滴头内部分布的趋势，因而在下一次灌水时不容易被冲出去。第三章地下滴灌抗根系入侵的试验研究3.1引言由于地下滴灌是将滴灌管埋于地下进行灌溉，由水分在土壤中的扩散特点决定，滴头周围的水量分布一般比其它地方多[82]，而作物的根系生长又具有向水性特点，所以根系很容易靠近滴头生长甚至进入滴头造成滴灌管堵塞[83]。此问题严重影响地下滴灌系统的使用寿命和发展速度，多年以来一直困扰着人们。倘若此问题能很好解决，便可大大提高地下滴灌的使用寿命，降低成本，提高灌水均匀度，加快推广和应用步伐。对于根系入侵的防治，在国外采用较多且效果较好的措施是以除草剂氟乐灵作为保护试剂，具体方法有：向滴头的材料中添加氟乐灵、在过滤器中安装内置氟乐灵的密封装置以及向地下滴灌系统中直接注入氟乐灵等。在我国，这些技术目前还几乎是空白，缺乏相应的理论研究和实验操作。本文针对氟乐灵直接注入到地下滴灌系统中来防止根系入侵的相关问题做一些试验研究。3.2试验材料与方法3.2.1试验材料试验采用温室内小麦盆栽的方法，盆栽容器为圆柱形塑料桶，其上口径和高均为30cm。每桶采用内径为1mm的发丝管作为地下滴灌的滴头，发丝管的一端经外包无纺布处理后埋设在桶中央，埋深为15cm，事先标记滴头位置。发丝管的另一端连接输液器及置于高处的注水容器，用来灌溉、施肥和施药。试验土壤为轻壤土，粒径组成见表3－1。施加的除草剂氟乐灵采用国内生产的40％乳油，其浓度与国外生产和使用的“GowanTrifluralin5”有所不同。试验装置见图3－1所示。表3一1土壤粒径组成粒径/mm1~0.250.25~0.050.05~0.010.01~0.0050.005~0.001〈0.001百分含量/％24.4630.9216.086.038.0414.47图3－1试验装置图3.2.2试验方法试验通过对比施加氟乐灵与不施加时的小麦根系生长情况，来分析氟乐灵对小麦根系生长的影响，并检验其防根入侵的效果，同时选择合理的施药方案。不施药采用3次重复试验。施药处理采用3因素3水平、3次重复的正交试验，选用的正交试验表为，试验安排见表3－2和表3－3所示。小麦在2004年11月3日播种，2005年2月15日收获，生长期共102天。在小麦出苗后不久，将每桶内定株40株，株间距为4cm。所有试验采用相同的灌溉制度和施肥制度，灌水频率为3d，每次灌水量1000ml/桶，整个作物生长期内由负压计来检测土壤的水分状况。试验施用的肥料为尿素和复合肥（N16％，P18%，K14%），每6d施肥1次，每次10g/桶，均通过滴头以水溶液的形式施入土壤。表3－2因素水平表因素一水平二水平三水平A:施药时间（A1）出苗后25天（A2）出苗后40天（A3）出苗后50天B:施药浓度/gl-1（B1）1.5（B2）1.2（B3）0.9C:施药量/g/滴头（C1）0.023（C2）0.046（C3）0.069表3－3试验安排表试验编号试验因素试验结果：对应位置的根密度/10－3mgcm-3A：施药时间B：施药浓度/gl-1C：施药量/g/滴头1不施药2(A1)苗后25天(B1)1.5(C1)0.023(加水15ml)3(A1)苗后25天(B2)1.2(C2)0.046(加水40ml)4(A1)苗后25天(B3)0.9(C3)0.069(加水75ml)5(A2)苗后40天(B1)1.5(C2)0.046(加水30ml)6(A2)苗后40天(B2)1.2(C3)0.069(加水60ml)7(A2)苗后40天(B3)0.9(C1)0.023(加水25ml)8(A3)苗后50天(B1)1.5(C3)0.069(加水45ml)9(A3)苗后50天(B2)1.2(C1)0.023(加水20ml)10(A3)苗后50天(B3)0.9(C2)0.046(加水50ml)小麦的整个生长期内只施加一次氟乐灵，且施药时间与灌溉时间最小间隔24小时。施药方法为：先检查地下滴灌系统，确保无渗漏，并且要保证系统在短时间内灌水时（15分钟左右），水分没有扩散到地表，以免施药时药物扩散到地表污染环境，毁坏作物。施药时按照计算好的药量和水量在灌水容器中进行混合，然后快速注入系统中，以免药物扩散范围增大造成不良后果。另外，需注意的是，施药时间不宜太早以免伤害作物。作物整个生长期内，仔细观察施药与不施药时的小麦生长状况，发现并无任何差异（见图3－2），说明在施加极少量氟乐灵时，对小麦的生长和产量不会造成明显影响。图3－2小麦生长情况检验氟乐灵在地下滴灌防根入侵中的效果和特点，是通过对比不同方案、不同位置根系的生长情况，尤其是滴头附近根系的生长情况来分析确定的。而检测根系的生长情况，要通过测定不同范围内的根密度来实现，因此需将土体分层分块取出，再进行根系与土体的分离。此操作是在小麦生长末期进行的，方法是先将土层上部的麦杆割掉，只将根系留到土体中，然后从土体表面均匀洒水，待土体全部被浸湿并且土粒之间粘结较好后，将桶和土体一起倒置，再轻轻将桶取出，尽量保证土体不受损、不变形。再以滴头为中心，分别将事先做好的半径为2cm、4cm、6cm、8cm和10cm，高度均为2cm的5个圆形薄铁圈依次压入土体，然后用削土刀沿着铁圈的下边缘横向削土，将每两层铁圈之间的土体分别回收，做好标记，参见图3－3。用同样的方法共削土6层。待所有试验土样全部削好后，将每份土体用水冲法进行根土分离。将冲洗干净的根系置于空气中，待自然风干后装入塑料袋，最后用精度为1/10000的电子天平进行称重。图3－3削土过程3.3结果分析与讨论3.3.1不施药与施药时根系的分布规律以土体表面中心位置为坐标原点，横向距离为横坐标，土体深度为纵坐标，根据各点的空间坐标及相应的根密度（10－3mg/cm3），绘出根密度分布等值线图，将所有处理3次重复试验所得的等值线图全部绘出，如图3－4、图3－5所示。滴头滴头滴头滴头1号(不施药)1号重复21号重复11号(不施药)1号重复21号重复1图3－4不施药时根密度等值线图2号(A1B1C1)2号(A1B1C1)滴头2号重复2滴头2号重复1滴头3号(A1B2C2)3号(A1B2C2)滴头3号重复1滴头3号重复2滴头4号重复1滴头4号重复24号重复1滴头4号重复2滴头4号(A1B3C3)滴头5号重复15号重复1滴头5号(A2B1C2)滴头5号重复2滴头6号(A2B2C3)6号(A2B2C3)滴头6号重复1滴头6