水肥滴灌滴头堵塞的诱发机制与风险评估,农田水利论文

'　　水肥滴灌滴头堵塞的诱发机制与风险评估,农田水利论文摘要：以2种内镶片式迷宫流道滴头为研究对象，采用数学分析方法、扫描电镜/能谱分析技术（SEM-EDS）和X射线衍射技术（XRD）对不同水溶性肥料滴灌后滴头流量、堵塞物表面微形貌及其化学组分进行多角度分析，研究肥料特性和流道结构对滴头堵塞过程的影响效应。结果表明：肥料特性是决定堵塞类型和诱发风险的重要因素（P<0.01）,流道结构对堵塞的影响需双重考虑结构尺寸及结构类型；当施肥质量分数小于等于0.5%时，施肥加速滴头堵塞的效果较小且与肥料类型关系不大，当施肥质量分数在0.5%~2.0%之间时，各肥料滴灌适用性由大到小依次为：磷肥、尿素、钾肥、复合肥，当施肥质量分数在2.0%~3.0%之间时，尿素滴灌滴头流量降幅为10.26%,显着高于施加磷肥（7.85%）、钾肥（4.07%）和复合肥（2.74%）;施加尿素滴灌诱发滴头堵塞主要物质的形成机理为分子态尿素析出物与水中悬浮颗粒物形成团聚体在较差流体的运动粘度下造成的物理堵塞，磷肥主要为吸附作用加速肥料杂质团聚沉淀的物理、化学堵塞，硫酸钾施肥滴灌主要为离子交换形成的钙、镁沉淀导致流道壁面糙度升高、过水断面减小的化学堵塞过程，复合肥诱发滴头堵塞风险最低。施肥滴灌存在诱发或者加速滴头堵塞的风险，但不同肥料诱发滴头堵塞主要物质的形成机理不同，加速堵塞的风险也不同，故对于不同的肥料类型宜采用不同的抗堵塞管理策略。　　　　关键词：滴灌施肥；滴头；堵塞；风险；机理。　　　　Abstract:Theinducingmechanismofemitterscloggingentanceofdripemitters.Theintermittentdripirrigationexperimentitters（arc-shapedsasuperphosphate,potassiumsulfateandathematicalanalysismethodsinbinationicroscope（FESM）,energydispersivespectrometer（EDS）andX-raydiffraction（XRD）technologyitter'saveragerelativefloaterialsinternalemitters.Resultsshoportantfactorindecidingtheemittercloggingtypeanddegree（P<0.01）,andtheinfluenceofthetittercloggingperformanceneededtoconsiderthepathstructuralsizeandstyle.Theacceleratingeffectoffertilizerapplicationonemitteradeitclogeasily,follo-fertigationandpound-fertigationer.g2+、HCO3-、SO2-4等无机离子组分以及相对较高的pH 值，是造成滴头流道淤积的重要因素[4].然而，施肥滴灌改变水源中营养物质的种类、浓度、水中悬浮颗粒数量、水温、pH值、电导率等参数，导致各类溶质在流道内水流紊动作用下相互碰撞、吸附、团聚、沉淀形成的堵塞淤积规律改变，由此诱发堵塞风险更高，堵塞机制更为复杂且与施肥浓度呈正相关[5-13],滴头有效率仅为50%~75%[14].其中，小流量滴头高浓度施肥条件滴头堵塞程度最高，且含有P、Ca、Mg、Fe、S的肥料类型可显着提高诱发滴头堵塞的风险[15-16].因此，研究施肥滴灌过程中，滴头堵塞过程及形成机理对于防治水肥一体化过程中滴头堵塞，提高滴灌系统运行效率具有重要意义。但以往研究仅针对单一流道结构，或者单一肥料类型，在不同肥料类型和浓度条件下对于不同结构形式流道加速滴头堵塞的风险是否一致，诱发堵塞的机理是否相同，这些问题都还有待于进一步研究和确认。　　　　本文选用2种结构形式流道滴头，在4种不同肥料类型及4种肥料浓度梯度条件下，在对施肥滴灌滴头流量变化过程测试基础上，讨论施肥滴灌滴头堵塞的发生规律，并借助装有能谱仪（EDS）的场发射扫描电镜（FESEM,S-4800型，日立）对堵塞物质表面形貌进行显微分析和元素分析，同时配合采用X射线衍射仪（XRD,D8Adance,Bruker）确定不同肥料类型滴灌诱发滴头堵塞主要物质的化学组分，揭示滴头堵塞的诱发机制，评估和预测滴头堵塞风险，旨在为水肥滴灌影响下合理防治滴头堵塞管理策略提供理论依据。　　　　1材料与方法。　　　　1.1试验材料制备。　　　　试验用水为陕西杨凌示范区居民自来水，通过环境保护局2015-2016年最新监测数据来看，符合我国农田灌溉用水水质标准[17]（表1）,细菌数小于1CFU/mL,短周期滴灌可忽略生物堵塞的影响，故该水质条件下研究水肥特性对滴头堵塞影响的试验结果具有一定的代表性。试验选用滴头参数如表2所示。　　　　　　　　　　　　试验选用4种可溶性肥料，分别为氮肥、磷肥、钾肥和复合肥。氮肥为尿素（云南三环化工股份有限公司）,分子式CO（NH2）2,粒径1~2mm的半透明粒子。尿素极易溶于水且无任何杂质，溶液呈透明状。试验用磷肥为过磷酸钙（河北省矾山磷矿有限公司）,含磷组分为磷酸二氢钙的水合物Ca（H2PO4）2H2O,杂质为硫酸钙、二氧化硅和少量游离的磷酸和硫酸，常温下是灰白色粉末。过磷酸钙含有效 P2O5质量分数14%~20%（其中80%~95%溶于水）,属于水溶性速效磷肥。制备磷肥水溶液时，搅拌后溶液浑浊，溶液底部存在大量灰色粉末状沉淀，待过磷酸钙颗粒在玻璃烧杯中充分溶解、静置后，取上清液透明液体，经浓度检测后作为试验材料。试验用钾肥为硫酸钾（山东鲁丰钾肥有限公司）,硫酸钾含K2O质量分数50%~54%,淡灰色微晶体粉末状。制备硫酸钾溶液过程中，经充分搅拌溶解后溶液底层沉积灰白色沉淀同时肥液表层悬浮白色包膜材料，待静置分层经过滤后取上清液，经浓度检测后作试验材料。复合肥采用临沂沃夫特复合肥有限公司生产的全水溶高钾型螯合态化肥，主要成分为尿素、磷酸二氢钾、硝酸钾，其中氮、磷和钾质量比为16∶6∶28.该肥料极易溶于水，溶液呈淡蓝色透明状。　　12345'