秸秆地下灌溉土壤水热分布规律试验研究

通过大田试验,研究了秸秆地下灌溉条件下土壤水热的分布规律。结果表明,在工作压力0.5 m、埋管长度为80 m条件下,供水1 h内水流可到达管尾,秸秆复合管可以作为田间毛管灌溉。秸秆地下灌溉过程中,土壤水分以秸秆复合管为中心向外运动形成上窄下宽椭圆形湿润锋;在埋深20 cm时,灌溉水主要影响范围在地表下50 cm和距管水平距离0.3 m内,该区域内土壤含水率与到秸秆复合管的距离负相关,不同距离含水率的差异达到显著水平;灌水量越大、灌水时间越长,土壤含水率达到稳定的时间越久。秸秆地下灌溉主要影响地表下10~30 cm的土壤温度,灌水量对土壤温度影响明显,灌溉水水温直接影响灌溉后土壤平均温度;距离秸秆复合管水平距离相同时,土壤温度的变化随深度的增加而减小。利用秸秆复合管进行地下灌溉时,冬灌灌水量为150~250 m^(3)/hm^(2),既可满足小麦需水,也不会造成土壤温度明显降低;春灌灌水量为250 m^(3)/hm^(2)左右,可为冬小麦生长创造较好的水热条件。

自由出流条件下秸秆复合管的透水性能研究

秸秆复合管是以秸秆和土壤为主要原料制成的透水管道,可替代田间毛管进行地下灌溉。为了给秸秆地下灌溉系统的设计及应用提供参考,以工作压力和晾晒时间为试验因素,研究了自由出流条件下工作压力、升压过程和降压过程及晾晒时间对秸秆复合管透水性能的影响。结果表明:自由出流条件下,秸秆复合管累计渗水量随工作压力的增加而增加,累计渗水量与渗水时间呈幂函数关系,秸秆复合管的渗水过程可用Philip入渗公式进行拟合;当工作压力水头为10~50 cm时,秸秆复合管的渗水量在0.6~3.6 L/(m·h);稳定渗水速率与工作压力呈线性关系,工作压力水头在20~50 cm时,秸秆复合管达到稳定渗水后的渗水均匀系数均在0.85以上;压力升降过程影响秸秆复合管自由出流的渗水流量,降压过程其渗水速率的变化幅度大于升压过程;晾晒时间和工作压力交互影响秸秆复合管的渗水量,增加晾晒时间可以增加秸秆复合管的渗水量,但其渗水稳定性有所降低。

秸秆复合管断裂方式对其水力性能的影响

探究断裂方式对秸秆复合管过水性能的影响对于推广秸秆复合管灌溉的机械化应用具有重要意义。2020年11月至2021年4月以秸秆复合管为试验材料,在室内进行了秸秆复合管自由出流试验,试验处理为完整秸秆复合管(D0)、间距1 cm的斜切(45°)断裂(D1)、间距1 cm的直切断裂(D2),初步研究水流能否通过断口;在田间进行了地埋秸秆复合管性能试验,以断裂方式(斜切(45°)、直切、自由(折断))、工作压力(30、50、70 cm水头)和供水量(30、40、50 L)设计了3因素3水平的正交试验,并以地埋完整秸秆复合管(CK1)为对照,探究秸秆复合管断裂方式对其水力性能的影响。结果表明:自由出流条件下,D1、D2处理较D0的压力水头47.9 cm分别降低了11.6、14.4 cm,两个处理大小关系为D2<D1。说明断裂方式上,直切比斜切(45°)影响大。地埋出流条件下,不同断裂方式的秸秆复合管内压力分布大小关系为直切<斜切(45°)<自由(折断);渗水速率大小关系为斜切(45°)>直切>自由(折断)。与直切和斜切(45°)相比,自由断裂对水流通过断口时的影响较小。秸秆复合管地埋后,管内压力随工作压力的增加呈倒U形分布,表明工作压力增大到一定程度(试验中大于50 cm水头)时,断口处水流增大,甚至出现管涌,管内压力不升反降,断口前后的水流连续性变差。综合分析,秸秆复合管的断口间距控制在1 cm以内,工作压力选用50 cm水头对秸秆复合管的水力性能影响不大,可实现其灌溉性能。

玉米秸秆复合渗灌管研制及渗水性能研究

秸秆地下灌溉是将作物秸秆与土壤混合挤压形成具有渗水能力的复合渗灌管进行田间灌水的一项技术,开发符合灌水要求的秸秆复合管材关系到秸秆地下灌溉的成败。利用自制的秸秆复合管成型机,以秸秆掺量、含水率、螺旋轴转速为参数,在室内进行了基于玉米秸秆的秸秆复合管性能3因素3水平正交试验,研究了秸秆复合管材的成型和渗水性能,分析了秸秆掺量、初始含水率、螺旋轴转速对秸秆复合管材的容重、渗水速率和渗水均匀系数等的影响。结果表明:1)秸秆复合管材的容重在1.278~1.355g/cm^3之间,影响其容重的主要因素是秸秆掺量,随着秸秆掺量的增加,复合管材的容重减小;秸秆掺量为5%,初始含水率为22%,螺旋轴转速为62r/min时,有利于秸秆复合管成型;2)在0.25m压力水头自由出流条件下,1h的秸秆复合管材渗水速率在0.76~1.40L/(m·h)之间,与常用的微灌灌水器流量相当。秸秆掺量为9%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50r/min时,秸秆复合管材渗水速率最大;3)低压自由出流条件下,秸秆复合管材透水均匀系数在0.13~0.35之间,秸秆掺量为5%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50r/min时,透水均匀系数最大,仍不能满足灌溉要求;4)综合考虑秸秆复合管材容重、渗水速率及渗水均匀度等因素,秸秆掺量为5%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50r/min时,秸秆复合管材综合性能指标最优。上述结论对秸秆复合管材的研究和开发具有一定的参考价值,有利于推动秸秆资源化利用和田间节水技术的发展。

秸秆复合管水力性能初探

简述了秸秆复合管的制作方法,进行了秸秆复合管地下灌溉田间测试,研究了秸秆复合管地埋后的灌水效果。试验以秸秆复合管的秸秆掺量和管长为主要因素,分析了出流量、入渗速率和灌水均匀度等灌水指标。结果表明:在秸秆掺量为5%、7%、9%水平下,管长为3.5 m的秸秆复合管单位长度累计出流量比管长为1.0 m的秸秆复合管分别高出71.66%、77.52%、8.14%,灌水均匀度分别减小3.60%、5.45%、13.72%。在管长为1.0 m和3.5 m水平下,秸秆掺量为7%和9%的秸秆复合管单位长度累计出流量分别比秸秆掺量为5%时减少了12.60%、15.80%和9.09%、18.70%。秸秆掺量为7%时,不同管长的秸秆复合管入渗速率的波动程度最小,出水性能相对稳定。秸秆掺量为7%时,管长为1.0 m秸秆复合管的灌水均匀度达到85.00%,秸秆掺量为5%时,管长为3.5 m秸秆复合管的灌水均匀度达到81.38%。综合考虑出流量、入渗速率、均匀度等试验指标,认为秸秆复合管具备作为灌水毛管用于田间灌溉的条件,秸秆掺量在5%~7%时,秸秆复合管的水力性能最优。

绿色秸秆复合管研制与开发

针对我国水资源和秸秆利用的现状,分析了秸秆还田技术的优势与不足,研发了一种新型绿色灌溉管材——秸秆复合管。秸秆复合管以秸秆和土壤为主要原料,经过复合管成型机挤压成型,代替地下灌溉的毛管用于田间灌溉,用后直接还田,是一种兼具秸秆还田与地下灌溉功效的绿色管材。前期的研究结果已证实了制作秸秆复合管的可行性,本文阐述了秸秆复合管的制作原理及其灌溉可行性,分析了秸秆复合管地下灌溉存在的管材耐久性、灌水均匀度、土壤肥力、作物病虫害以及管道使用寿命等潜在问题及其解决对策,并提出了对秸秆复合管基础性能方面的进一步研究内容,包括制作复合管时秸秆掺量、布置复合管时管道间距、管道埋设深度以及铺设长度与灌水压力水头之间的关系等问题。以期为提高秸秆复合管各项性能、促进以秸秆复合管为核心技术的秸秆地下灌溉技术的推广应用提供参考。