半透膜灌系統(tǒng)的原理及應(yīng)用.doc

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1、半透膜灌溉系統(tǒng)的原理及應(yīng)用養(yǎng)過花的人都知道，總澆水會將花澆死，總不澆水會將花干死，這兩種“死”都是澆水(灌溉)不當(dāng)引起的。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，澆水的過程稱為灌溉，農(nóng)業(yè)灌溉方法的不當(dāng)，雖然不至于使農(nóng)作物澆死或干死，但是灌溉過程中使作物先嘗到淹的滋味，后受到干渴煎熬，從而影響作物的生長產(chǎn)量。這是現(xiàn)行的幾乎所有的灌溉方法的通病，現(xiàn)分析如下：現(xiàn)行灌溉方式的弊端灌溉的目的是使土壤潤濕土壤含水量過大，土壤孔隙大部分被水占據(jù)，致使土壤空氣含量不足，植物的根只能從適度潤濕的土壤中正常的吸收水分。所謂適度潤濕的土壤是指，土壤濕度太大或太小都

2、不行，太大將影響(或抑制)根部的呼吸代謝，抑制其吸收營養(yǎng)、吸收水分及生長發(fā)育等正常的生理活動，嚴(yán)重時可引起萎蔫甚至死亡。這種泡在水中而不能吸到水的現(xiàn)象稱之為“生理干旱”，在生理干旱狀況下，植物的表現(xiàn)與缺水干旱時的表現(xiàn)非常相似：首先是葉片萎蔫，然后整個枝株枯萎死亡。另一方面土壤中的水分太少當(dāng)然不行，將會發(fā)生缺水性干旱。那么什么樣的潤濕程度為適宜的潤濕度呢？大量的研究表明，適于植物生長的土壤含水量的上限為土壤田間持水量的80%，下限為植物的萎蔫系數(shù)，以重壤土為例，其田間持水量為26%，萎蔫含水量為11%，依此推斷這種土最

3、適于植物生長的含水量為21%至11%。也就是說，如果能始終保持土壤含水量在21%~11%之間，水分波動范圍不大于10%，是利于作物生長的最佳狀態(tài)。超過21%或低于11%都將對植物的生長產(chǎn)生抑制，影響作物的生長，從而影響到作物的產(chǎn)量。目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的灌溉方法是澆灌、噴灌和滴灌。這幾種灌溉方式在向植物供水的同時，均不同程度地對植物的生長產(chǎn)生一定的抑制作用，簡單分析如下：澆灌是目前我國使用最普遍的灌溉方法，澆灌時農(nóng)民最常用的量度指標(biāo)是“澆透”，所謂澆透就是土壤中的水分已經(jīng)完全飽和，土壤空氣已被完全排出，所有孔隙均

4、被水充滿，此時土壤含水量約50%。由于根系附近沒有空氣，根的呼吸活動受抑制，代謝活動在無氧狀態(tài)下進(jìn)行，生長發(fā)育受到影響。影響持續(xù)的時間隨土質(zhì)不同而有很大差異，以質(zhì)地優(yōu)良的壤土為例，一般要持續(xù)24~48小時左右，直至土壤含水量降至21%，這段時間稱為澆灌的第一無效期。當(dāng)含水量降至21%左右時，土壤孔隙或毛管中，既含足夠量的水分，又含有相當(dāng)量的空氣，植物正常生長發(fā)育，這一階段稱為澆灌的適宜灌溉期。隨著水分的蒸發(fā)和蒸騰，土壤含水量逐漸降低，毛管水?dāng)嗔眩了畡菹陆抵?5MPa以下，此時，土壤中雖然仍含有相當(dāng)數(shù)量的水分(如11

5、%)但植物已無法吸收，成為無效水。土壤在這種水分狀態(tài)下延續(xù)的時間，稱為此次灌溉的第二無效期。由此可見，每次澆入土地的大量水分，只有很少一部分(如10%)起到了滋潤作物的作用，其余的大部分被無效地浪費(fèi)了，水利部2007年的一份調(diào)查表明，農(nóng)業(yè)用水的利用系數(shù)為0.45。由些可見，每澆灌一次，作物將在兩個無效期中經(jīng)受一次生理干旱------適宜-------缺水干旱之間的折騰，示意圖如下：ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣⅠ澆灌期，土壤含水量迅速達(dá)飽合含水量Ⅱ第一無效期，有水無氣，呼吸協(xié)迫Ⅲ適宜期Ⅳ第二無效期，水少氣足，干旱協(xié)迫Ⅴ第二次澆灌，

6、上述過程再次重復(fù)。Ⅰ’、Ⅱ’、Ⅲ’例如灌溉制度定為每七天澆灌一次，那么頭一兩天，土壤中空氣不足，植物在缺氧協(xié)迫狀態(tài)下生長。接下來的3～4天，土壤中水、氣比例適宜植物正常生長。最后1～2天土壤含水量降的較低，植物開始受到干旱協(xié)迫，直至再次灌水，上述過程又重復(fù)一次。一棵作物的一生將在多次協(xié)迫-----適宜-----協(xié)迫的反復(fù)折騰中渡過，怎么會不影響它的生長和產(chǎn)量呢？植物反復(fù)受到旱澇協(xié)迫的主要原因是：①植物的吸水過程是連續(xù)的，在相等的時間間隔內(nèi)作物吸水量是近乎相同的(如圖1)。而現(xiàn)行的灌溉方式是間歇的，在不同的時間間隔內(nèi)土

7、壤的含水量是劇烈波動的，如圖1所示?？梢郧宄闯觯谀骋惶囟〞r間T內(nèi)，土壤含水量與植物吸水量偏離，偏離越多，協(xié)迫越烈，t1的正偏離和t2的負(fù)偏離其結(jié)果是同樣的，都將影響植物的生產(chǎn)發(fā)育。②植物根系的正常生長，即需要一定量的水分，又需要一定量的空氣，二者必須同時俱備，缺一不可。但傳統(tǒng)灌溉時，某一時間段內(nèi)水分多了空氣不足，使根系受到呼吸協(xié)迫；另一時間段，空氣多了水分不足，又造成水分協(xié)迫。一個灌溉周期中，只有很短的一段時間土壤的水、氣條件與植物的吸水呼吸相匹配，是作物適宜生長的條件(如圖1中的時間段3)。而很多時間植物都是在

8、協(xié)迫條件下生長的。我們將由灌溉的周期性引起的呼吸協(xié)迫和干旱協(xié)迫統(tǒng)稱為灌溉協(xié)迫。灌溉協(xié)迫影響作物生長的事實是早已被學(xué)術(shù)界認(rèn)識到了的，但是苦于找不到一種植物需要多少就供給多少的精準(zhǔn)灌溉方法，無法實施與植物連續(xù)吸收同步供水的連續(xù)灌溉過程。因此，只能以“打提前量”方式，一次性灌入遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)時植物需求量的水。以超量換時間，以求在水分慢慢的消耗散過程的時間