灌水技术试验设计方案.docx

涌泉根灌灌水技术试验以灌水器埋深、灌水流量及灌水历时三个因素为变量，探究不同因素对涌泉根灌灌水质量的影响，目前常选用灌水效率Ea、储水效率Es和灌水均匀度Ed三个参数作为灌水质量评价指标，其中Ea是指储存于计划湿润作物根系土壤区内的水量与实际灌入田间总水量的比值，Ed是指田间灌溉水入渗的均匀程度，Es是指灌后储存在计划湿润层中的水量与灌前需水量的比值，通常采用的计算为
Ea = (Ws/Wf)× 100%
Ed = (Zlq/Zav)× 100%
Es = (Ws/Wn)× 100% = （Wf － Dp － RO）/Wn× 100%
式中Ws—灌后储存于土壤计划湿润层中的水量，mm；Wf—灌入田间的总水量，mm；Zlq—沿田块长度方向上土壤受水最少的l /4 段内平均入渗水深，mm；Zav—田块上的平均入渗水深，mm；Wn—计划湿润层理论需水量，mm；Dp—深层渗漏量，mm；RO—畦尾弃水量( 若畦尾闭合，则RO =0) ，mm；待求灌水技术要素的约束条件为
qmin≤q≤qmax
考虑研究区域及5年生枣树灌溉的实际情况，对灌溉流量取值范围为
4L/h ≤q≤10L/h
（a）只考虑灌水器埋深这一因素。在试验地同种处理的枣树中选取试验对象，设置肥液入渗和清水对照试验，初步设定在枣树的萌芽展叶期进行加氮素（选取尿素）的肥液入渗试验，在枣树的果实膨大期进行清水灌溉的对照试验。灌水量参照当地枣树80L/棵，根据非充分灌溉设想，适当减少灌水量，设置为50L/棵，灌水流量按照涌泉根灌特性设定为10L/h，灌水总历时5小时，根据施加尿素量 0.6～0.8kg/棵，设定肥液浓度为10g/L，根据试验设计埋深，选取同种处理下的枣树，设定四个水平，分别为埋深15cm、25cm、35cm、45cm，具体试验方案详见表2。
表2：灌水器埋深对灌水质量的影响
影响因素
灌水器埋深（cm）
CK
水平
15 25 35 45
灌水定额（L）
50
50
灌水时间（h）
5
5
灌水流量（L/h）
10
10
肥液浓度（g/h）
10
0

观测方法：用试验用大桶装水，根据拟定肥液浓度倒入一定质量尿素，搅拌均匀，通过大桶底部的出水口连接管道伸入枣树根区的涌泉根灌灌水器进行灌水，灌水过程中每一刻钟测一次流量，通过调节管道开关维持流量恒定，并列表记录即刻流量、开始灌水和结束灌水的时间。在灌水结束后，采用打土钻的方法在灌水器位置一侧，和表面湿润面边缘以及边缘到灌水器位置中心取土，测定含水率、铵态氮和硝态氮的含量，从而探究其分布规律，试验结束24h、72h后以同样方法取土样，测定含水率、铵态氮和硝态氮含量；清水对照试验具体方法参考上述步骤。采用软件模拟各灌水技术要素组合条件下的灌水质量。
（b）在保证灌水器埋深相同的情况下（不做埋深这一因素考虑），探究灌水流量和灌水时间两个因素的灌水质量评价，提前设置灌水器埋深25cm，根据涌泉根灌流量范围设置灌水流量7水平，分别为4 L/h、5 L/h、6 L/h、7 L/h、8 L/h、9 L/h、10L/h；根据5年生枣树所需灌水总量，设置灌水时间3个水平，分别为4h、6h、8h，试验因素水平表见表3，试验在2因素各水平下全面实施共21个处理，进行3个重复。试验设计表如表4。
表3：试验因素水平表
水平
因素
流量（L/h) 灌水时间（h）
水平1
4 4
水平2
5 6
水平3
6 8
水平4
7
水平5
8
水平6
9
水平7
10
表4：试验设计表
处理号
灌水流量（L/h）
灌水时间（h）
1
4
4
2
4
6
3
4
8
4
5
4
5
5
6
6
5
8
7
6
4
8
6
6
9
6
8
10
7
4
11
7
6
12
7
8
13
8
4
14
8
6
15
8
8
16
9
4
17
9
6
18
9
8
19
10
4
20
10
6
21
10
8

试验结束后采用软件模拟方法进行灌水技术试验质量评价，分析灌水器埋深、灌水流量及灌水总历时3因素对灌水质量评价的影响，进一步做不同技术要素的优化组合研究。采用WinSRFR 软件模拟与均匀试验设计、多元回归分析相结合的方法，构建包含灌水效率Ea、灌水均匀度Ed和储水效率Es在内的单目标优化模型，应用遗传算法对模型进行求解，寻求研究区域内畦灌灌水技术要素的优化组合，其优化模型为
maxY( q，t) = aEa( q，t) + bEd( q，t ) + cEs( q，t)
式中Y( q，t) ———目标函数，其值在0 ～ 100%之间
a、b、c———权重系数，且a + b + c = 1，本文取a = b = c = 1 /3
式( 1) 可变为maxY( q，t ) = （Ea( q，t ) + Ed( q，t) + Es( q，t) ) /3
待求灌水技术要素的约束条件为
qmin≤q≤qmax
tmin≤t≤t max
考虑研究区域畦灌的实际情况，对入畦单宽流
量和灌水时间取值范围为
4 L/h ≤q≤10 L/h
4h≤t≤ 8h
根据以上试验方案的设计以及对该试验的整体构思，给出如下试验技术路线框架图：