抗堵塞测试平台参照 GB/T 17187-2009《农业灌溉设备 滴头和滴灌管 技术规范和试验方法》、SL/T 67. 1-94《微灌灌水器---滴头》以及国际抗堵塞研究标准草案[18]关于室内滴灌滴头堵塞敏感性测试试验搭建而成,平台由水泵、过滤装置、搅拌装置、压力表、控制阀门、支管以及待测试滴灌带组成。滴灌管布设于测试系统架上( 长 6 m、宽0. 5 m、高 1. 2 m) ,共 4 台测试架,每个架子布设 4 条滴灌带,其间距为 12 cm,每条滴灌带有 20 个滴头,滴头间距为 30 cm,一台测试架共 80 个滴头( 图1) .首部采用 1 个 120 目筛网过滤器串联,利用分流原理控制系统的工作压力。
1. 2 室内试验设计。
试验选用 4 种肥料,质量分数分别为 0. 5%、1. 0% 、2. 0% 、3. 0% ( CF1、CF2、CF3、CF4) 进行滴灌抗堵塞测试,不加肥作为对照( CF0) ,进行完全随机试验,共 34 个处理。为加速试验进程,试验参照国际滴灌滴头抗堵塞性能测试标准草案,将灌水周期等比例缩短,测试时间为 1 h,每隔 2 h 灌水 1 次,1 d灌水 5 次,连续 4 d 作为一个测试周期,每个处理累计灌水 20 h,每组 4 个重复。每次灌水结束后均采用电导率仪监测滴灌水温、pH 值以及电导率动态变化情况。每组处理结束后,将换下毛管置于遮阴通风位置晾晒风干,称量灌水前后毛管质量的变化,定量分析毛管及滴头堵塞物质淤积量及成分。
1. 3 滴头堵塞测定及评价方法。
在每条滴灌带上等间距布置 10 个采样点,待系统运行 30 min 滴头保持稳定出流后,将量杯按 2 s间隔依次放置在滴头正下方,测量 10 min 后再依次按 2 s 间隔将量杯挪出,用电子天平( 精度 0. 1 g) 称量量杯和水的总质量,然后换算成滴头流量。为消除温度对滴头流量的影响,采用美国农业工程师协会关于微灌系统田间评价标准进行流量-温度修正,最后采用相对流量评价滴头堵塞及灌水质量情况,计算公式为:
其中
式中 Dra---相对流量,%. i---滴头序号。 n---滴头总数。 x---流态指数。 T---测试水温,℃。
---第 i 个滴头在温度 T 下的实测流量,L / h.
1. 4 堵塞物表面形貌及组分分析方法。
用高精度电子天平称量灌水前毛管质量,滴灌施肥测试结束后,再称量风干后毛管质量,两者质量之差即为所求灌水前后毛管内的淤积物质的量。解剖不同处理下采样点滴头,观察堵塞物在流道中的分布特征,并收集流道内的淤积物质,根据试验编号将各处理一分为二。对进行固定、脱水、干燥、喷金等处理的样品,采用装有能谱仪的场发射扫描电镜( FESEM,S-4800 型,日立) 分析堵塞物的表面形貌及元素组成。其余样品按照编号研磨过筛( 300 目)后制成表面平整试片,使用 X 射线衍射仪获取其多晶衍射图谱,再使用 MDI Jade 5. 0 软件对其化学组分进行定性分析,以进一步确认堵塞物质化学组分。
2 结果与分析。
2. 1 迷宫结构对滴头堵塞的影响。
迷宫结构包含结构尺寸和结构类型。首先采用周博等[19]提出的片式滴头抗堵塞能力快速评估方法,比较 2 种滴头结构尺寸参数与其抗堵塞性能,采用片式滴头抗堵塞性能评估指数 Ia,其计算式为:
式中 Q---滴头额定流量,m3/ s.
L---滴头流道长度,m.
W---滴头流道宽度,m.
D---滴头流道深度,m.