曝气滴灌氧传质特性及其对辣椒生长和根区土壤环境的影响

发布时间：2020-04-27 19:29

【摘要】：在农业生产中,灌溉为作物提供水分的同时会驱排土壤孔隙中的空气,阻碍氧气在大气与土壤间的交换,使土壤氧气含量下降,作物根区长期处于厌氧环境中容易产生低氧胁迫,不利于作物的正常生长发育。曝气滴灌是利用曝气设备进行曝气增氧,向作物根区协调输送富氧水的一种高效、节水的灌溉技术。曝气滴灌通过调控土壤水气环境有效改善土壤通气状况。然而,曝气过程中灌溉水溶解氧受限和氧传质效率低下成为曝气灌溉技术推广的主要瓶颈。如何调控供水系统提高灌溉水中的溶解氧浓度和氧传质效率成为解决曝气灌溉技术推广的关键。本研究利用水肥气耦合自动灌溉设备进行曝气,研究不同压力和表面活性剂浓度对循环曝气过程中溶解氧浓度及氧传质效率的影响,明确循环曝气系统中适宜的曝气参数;通过盆栽试验,研究不同加氧浓度和不同土壤类型下作物对循环曝气滴灌的响应,获得循环曝气滴灌的高效灌溉制度,为曝气滴灌技术的科学应用提供理论指导。试验取得主要结论如下:(1)在循环曝气系统中,饱和溶解氧随着压力的升高显著提升36%以上(P0.05),与清水条件相比,活性剂的添加显著提高了饱和溶解氧值(P0.05)。压力的升高对氧传质系数的提高均在17%以上,活性剂浓度的升高对氧传质系数的提高均在52%以上。(2)三种土壤处理的株高、茎粗均呈上升趋势。与CK相比,除苗期外,三种土壤40 mg/L加氧浓度处理的株高、茎粗均显著提高(P0.05)。三种土壤中40 mg/L加氧浓度处理的株高与CK相比均显著提高20%以上(P0.05),茎粗提高26%以上(P0.05)。(3)三种土壤不同处理的土壤呼吸速率、光合速率、蒸腾速率均呈现先上升后下降的趋势,峰值均出现在果实膨大期。除苗期外,三种土壤40 mg/L加氧浓度处理的土壤呼吸速率始终最大,CK处理的土壤呼吸速率最小。在辣椒的整个生育期内,YC-40处理较YC-CK处理的土壤呼吸速率最大提升40.38%(P0.05);SCL-40处理的土壤呼吸速率较SCL-CK处理最大提升36.2%(P0.05);HL-40处理较HL-CK处理的土壤呼吸速率最高提升42.42%(P0.05)。YC-40处理较YC-CK处理的光合速率最大提升31.14%(P0.05);SCL-40处理的光合速率较SCL-CK处理最大提升31.47%(P0.05);HL-40处理较HL-CK处理的辣椒光合速率最高提升34.84%(P0.05)。YC-40处理较YC-CK处理的辣椒蒸腾速率最大提升55.28%(P0.05);SCL-40处理的蒸腾速率较SCL-CK处理最大提升61.3%(P0.05);HL-40处理较HL-CK处理的蒸腾速率最高提升47.65%(P0.05)。(4)三种土壤40 mg/L加氧浓度处理的产量始终最大。除SCL-40处理与SCL-15处理间产量不存在显著性差异,其余土壤不同处理间均存在显著性差异(P0.05)。YC-40处理的产量较YC-CK处理显著提升40.71%(P0.05),SCL-40处理的产量较SCL-CK处理显著提升21.06%(P0.05),HL-40处理的产量较CK显著提升37.11%(P0.05)。曝气滴灌处理后辣椒的品质也得到提升,尤其以40 mg/L加氧浓度处理效果更为明显。(5)曝气滴灌显著提高辣椒根区微生物数量及土壤酶活性。三种土壤40 mg/L加氧浓度处理的土壤酶活性均高于15 mg/L加氧浓度处理和对照处理;微生物数量也表现为40 mg/L加氧浓度15 mg/L加氧浓度CK。综合曝气过程中溶解氧及氧传质系数,推荐1.5 bar的压力和5 mg/L的活性剂浓度为适宜的曝气组合。盆栽试验中,综合比较辣椒的产量、品质、生长指标和生理指标等因素,YC-40处理对辣椒的改善效果最为显著。
【图文】：

鲁东大学硕士学位论文加气原理为：当水流通过文丘里空气射流器时，由于通道横截面积减小，导致水流速上升，根据伯努利原理，水流速度变大引起管道内压强减小而产生压力差，外界气在压力差的作用下被吸附到水中进行曝气，这样，水气混合流体就通过管道被输作物根区[30]。由于受到结构和能耗的影响，Mazzei 文丘里空气射流器单次曝气比 12 %左右，不利于不同土壤类型和作物条件下适宜曝气比率的实施，需要研发宽气比率的新型曝气设备。张振华等[31,32]攻克了上述技术的不足，，设计出循环曝气氧统和水肥气耦合自动灌溉系统，解决了常规地下滴灌造成的根区低氧胁迫和 Ma丘里射流器加氧浓度受限的问题，为曝气滴灌的应用提供了新的技术支持。本试验张振华等设计的水肥气耦合自动灌溉设备，曝气过程中能够产生巨量的微气泡，形匀的水气偶合物，能够有效地改善灌溉造成的土壤缺氧状况。

图 2.2 玻璃温室外观3.2 供试土壤本底值试验选用河南省 3 种典型土壤作为供试土壤，分别为郑州黄黏土（YC）、洛阳粉（SCL）、驻马店重壤土（HL）。种植前土壤基本理化性质见表 2.1。其中，黏粒粒于 0.002 mm，粉砂粒径为 0.002-0.02 mm，砂粒粒径为 0.02-2 mm。表 2.1 土壤基本理化性质壤型土壤养分（mg·kg-1） 颗粒组成（%）土壤容重（g·cm-3）pH有机质 速效磷 速效钾 碱解氮 黏粒含量 粉砂含量 砂粒含量C 11.84 6.71 85.92 43.11 55 32 13 1.41 7.83L 12.56 6.33 103.26 48.51 19 52 29 1.32 8.05L 13.27 8.15 94.43 62.37 11 35 54 1.43 6.3YC 代表郑州黄黏土，SCL 代表洛阳粉壤土，HL 代表驻马店重壤土。3.3 供试作物
【学位授予单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S275.6;S641.3

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本文编号：2642573