滴灌葡萄水肥盐调控与高效管理模式
成果类型:: 实用新型专利
发布时间: 2023-09-25 14:12:02
基于当前新疆葡萄种植面临的灌溉水资源利用效率降低、土壤次生盐渍化加剧、土壤板结加剧及肥力流失等制约产业可持续发展的问题,石河子大学绿洲盐碱地综合治理团队围绕技术难题开展产学研技术攻关,从多维角度探索高效科学完整的葡萄种植管理新模式。本项目结合长期大田试验和软件模拟,优选制定出了开沟覆膜滴灌、组合式滴灌葡萄水肥高效管理新模式,为北疆重要经济作物葡萄种植业发展规模化、绿色化提供理论依据和实践参考,有利于进一步完善节水灌溉技术体系,对保障干旱区绿洲经济社会与环境和谐发展具有重要意义。通过相关研究和成果推广应用,具体取得成果有:
(1)盐碱地开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术
开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术将覆膜滴灌技术与垄沟栽植技术相结合,将葡萄种植在膜下的“中间低、两侧高”的垄沟种植带。当滴灌灌水进行时,滴灌湿润体随灌水时间增加向四周不断扩大,而滴灌湿润体内土壤盐分被溶解稀释;当滴灌灌水结束后,覆膜处理膜下部分土壤蒸发量小,膜间裸地强烈蒸发强烈,盐分随土壤水蒸发不断向裸地表层土埂聚集。开沟处理形成的土埂为盐碱创建一个存在空间,将盐碱更有效的调节到作物根系区以外,从而达到盐碱在土壤的局部分离,为作物正常生长提供适宜环境。
技术模式:土壤经过翻犁平整后进行开沟,开沟模式采用20 cm×80 cm(沟深×沟宽),呈倒梯形,即定植沟上口宽80 cm、底宽60 cm,沟面比行间地面低20 cm,开沟长度90 m,沟间距为3.5 m(沟心对沟心的距离)。葡萄栽培沟每行铺设2条滴灌带;滴灌带铺设完成后对开沟进行覆膜,用宽1.45 m薄膜将整沟覆盖,边缘和底沟用土压实。
(2)盐碱地组合式滴灌葡萄栽植技术
组合式滴灌系统将地面滴灌与地下滴灌相结合,将滴灌带按“地上-地上-地下”的组合模式铺设葡萄果园滴灌带。对于组合式滴灌系统,地面滴灌可以有效控制作物根区盐分积累,地下滴灌土壤中很难出现因水分增加而导致地下水位上升和土壤表层积累大量盐碱的现象。组合式滴灌技术能够改善土壤的理化性能,控制土壤盐碱化,为作物生长提供良好的条件。
技术模式:沿葡萄种植行布置三根滴灌带,其中葡萄架下布置两根滴灌带,葡萄架外布置一根滴灌带,即在常规滴灌的基础上加一条地下滴灌带,距葡萄根部水平距离50 cm,埋深20 cm;地面滴灌带布设在葡萄根基部两侧各25 cm处,滴头间距50 cm。
本团队选择新疆特色经济作物葡萄为研究对象,创新性的提出开沟与覆膜滴灌相结合、地面滴灌与地下滴灌相结合的盐碱地葡萄种植管理新模式,通过多年连续大田微区试验定量识别盐碱地的水分来源、分配及其耗散途径,借助环境同位素(18O标记水分)与养分同位素(15N标记尿素),示踪养分-水分的在土壤中的垂直运移及在植株中的转化运移过程,深入探索滴灌葡萄生理生长与水肥盐相互作用机制,基于多项指标建立完整高效科学的新疆盐碱地葡萄水肥盐调控一体化技术的配套模式,即盐碱地开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术和盐碱地组合式滴灌葡萄栽植技术。主要技术亮点有:
(1)发明了以灌溉结果为目标的土壤灌水均匀度评价指标(发明专利:一种滴灌灌溉均匀度评价方法,ZL201510128323.3),客观评价不同种植模式与灌水施肥组合对土壤环境的影响,为盐碱地葡萄水肥盐调控技术模式的集成优化提供参考。
(2)将灌溉水-土壤-植株样品中的18O、15N同位素丰度值与水分-氮素在土壤-植株体内的运移过程进行关联定量分析,明确水氮耦合对水氮运移及其分配利用的影响机理,以优化确定盐碱地葡萄水肥盐调控技术模式。
(3)利用微根管技术动态观测葡萄根系生长及空间分布特征,分析了种植模式和灌水量对根系发育规律的影响,阐明水肥耦合子下葡萄根系吸收转化水肥机理,为构建适宜的盐碱地葡萄水肥盐调控技术模式的提供理论参考。
(4)基于试验监测和模型模拟,构建了将地面滴灌与地下滴灌相结合的盐碱地组合式滴灌葡萄栽植技术模式(实用新型:滴灌葡萄的一种组合式滴灌系统,ZL201120366264.0)和开沟种植模式与膜下滴灌技术相结合的盐碱地开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术模式(团体标准,T/SHZSAQS 00183-2023),优化了水分运动路径,实现根系区与脱盐区相分离,有利于盐碱地综合利用。
依靠有限的水土资源保证我国农业绿色高效发展是当前亟待解决的问题。本项科技成果围绕新疆葡萄节水管理的发展现状和技术困境,共同凝练区域特色的科研方向,解决其关键技术难题,开展产学研技术攻关,能够直接为农业生产提质增效、改善生态环境提供科学依据,为相关部门制定发展战略和科学管理模式提供理论支持。本项科技成果提出经济性林果葡萄水肥盐调控一体化技术的科学配套模式,构建了盐碱地开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术模式和盐碱地组合式滴灌葡萄栽植技术模式,有利于促进农业提质增效,实现农业结构优化。
本项科技成果能够转化为农业生产实用技术,提高干旱区水土资源利用效率,开展科技调研、技术培训、科技宣传等活动提升丰富葡萄种植农户和集约化承包企业的科技知识水平,提升农业科学管理水平、增加农民生产收入,能够为北疆重要经济作物葡萄种植业发展规模化、绿色化提供理论依据和实践参考。本项科技成果对于农业水土资源研究局、农业林果管理局、林果科研研究单位及高校和新疆葡萄种植企业及技术工作者有一定的参考价值,具有广阔的应用前景。
石河子大学绿洲盐碱地综合治理团队长期从事节水灌溉理论与技术的研究,针对新疆干旱区特点持续开展绿洲农业高效用水理论研究。先后承担完成兵团科技支疆计划项目“特色瓜果高效节水综合技术集成与示范”、国家自然科学基金“滴灌农田暗管排水排盐条件下的水盐运移规律及暗管工程设计参数优化研究”、国家自然科学基金“长期膜下滴灌棉田盐碱土壤离子时空迁移机理研究”、国家自然科学基金“新疆无膜移栽地下滴灌棉花需水规律研究”等国家级和省部级的科研项目,在农田SPAC系统、旱作物非充分灌溉的灌溉制度模式化、农田水-肥-盐运移规律及综合调控技术、微灌技术理论体系、节水灌溉工程设计参数等方面开展了长期研究,并取得了很好的成果产出,为本项目的完成提供了良好的工作基础。团队目前有正高职称5人、副高职称4人,博士7人、在读博士5人、硕士1人,博士生导师4人、硕士生导师5人。国务院特贴专家1人,兵团突出贡献专家1人,农业部农业水土工程专家1人,“天山英才”1人、兵团青年五四奖章1人、宝钢优秀教师1人、中科院百人计划1人,陕西省青年突击手1人。项目成员坚持科技工作要为地方经济建设服务,促进兵团高校企业联合办学,坚持走产学研道路,企校共同搭建研发和人才培养平台实现共赢,培养出市场急需的综合素质高,具有创新能力的高级工程技术人才,更好更快的将科技成果转化为生产力,持续不断的助力企业、农户增收,促进农业和农村经济持续稳定发展。
本科技成果在国家自然科学基金-新疆联合基金重点项目“重盐碱地葡萄水盐养分运移机理与调控研究(U1403183)”、水利部公益性行业科研专项项目“新疆特色经济农林作物高效用水技术集成研究(201101050)”等项目的资助下,构建了经济性林果葡萄水肥盐调控一体化科学配套模式,即盐碱地开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术模式和盐碱地组合式滴灌葡萄栽植技术模式,在盐碱地滴灌葡萄土壤水盐养分运动机理与调控问题等方面表现良好。为了研发相关成果,本团队开展了连续多年的研究工作,各类经费投入共计100余万元。 本项科技成果在新疆北疆地区进行了技术推广示范并取得一定成效。具体地,开展技术讲座培训3次,培训专业技术人员30人次,培训职工100人次,建立试验示范区600亩,辐射推广面积超过2000亩;果园水利用率达75%左右,比地面灌节水30%以上,葡萄平均增产12.6%以上,作物水分利用效率提高36%以上,肥料利用率提高15%;实现农业增产、企业增效,累计新增销售额300余万元,成果转化收益500万元。项目取得的技术成果为新疆特色农业产业的发展起到示范、辐射和带动作用,也为我国干旱地区建立高效生态农业提供样板模式。 本项科技成果有明确的应用目标和广阔的应用前景,经济、生态效益显著。通过科技成果的应用示范,将使干旱区脆弱的生态环境得到改善,提高土地使用率,增加农业产出,提高就业率,降低农业生产投入,提高果农收入,减轻果农经济负担,加快科技致富步伐,促进农业的良性发展,在改变地区落后面貌,推动民族地区经济发展,维护社会稳定方面具有重要的社会意义。通过研究成果的社会化共享,凸显科研机构的科技辐射作用增强科技服务地方能力,实现产学研相结合的发展道路,以科研机构辐射带动周边农牧团场科技进步,营造良好的科技富农氛围,推动农业和农村经济持续、快速、健康发展。同时,项目的实施可以培养和锻炼一批水利行业中青年科技人员,为农业节水技术的进一步发展和提高奠定人才基础。
该项科技成果可以采取技术合作或技术服务的方式进行转化,具体内容有:
(1)技术合作
本项科技成果完成团队愿意与有意向的企业、单位或个人进行相关技术合作,基于优化的新疆盐碱地开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术和盐碱地葡萄组合式滴灌栽植技术,以共同研究开发优化盐碱地葡萄水肥高效管理模式。对技术合作方的要求是:具有良好的信誉和资质,有相同或相近的研究方向和目标,能够提供一定的技术支持和资源投入,能够遵守合作协议和分配原则,并能够与我们保持良好的沟通和协调。
(2)技术服务
本项科技成果完成团队愿意为有意向的企业、单位或个人提供相关技术服务,包括新疆盐碱地开沟覆膜滴灌葡萄栽植技术和盐碱地葡萄组合式滴灌栽植技术涉及的园区选择规划、葡萄栽植和水肥管理等相关内容,开展技术服务培训课程,发放相关技术培训手册。对技术服务方的要求是:具有合法的需求,能够按时支付技术服务费,并能够与我们保持良好的行人和评价。