灌溉过程中土壤水分进入将土壤空气驱逐开来,造成土壤至少出现短暂性和周期性的滞水,并进而通气性下降。土壤的空气含量过低会直接影响土壤酶活性,抑制作物对水分和养分的吸收。微咸水灌溉可有效缓解粮食产量和农业用水之间的矛盾,但会造成根际缺氧的状况。曝气灌溉可有效缓解植物根际缺氧状况,提高作物产量和水分利用效率。灌溉过程中水和氧沿程分布状况影响着作物均一协调的生长。因此,探究曝气灌溉过程中水氧耦合物于输水管道中的传输变化特性,对曝气灌溉的推广应用具有重要意义。
该文针对当前曝气灌溉传输过程中出气均匀性低、灌溉水中溶解氧含量有限及微咸水曝气灌溉缺氧的问题,采用变压分离制氧技术(AirSep)、氧气扩散系统(Seair)和空气注射技术(Mazzeiairinjector)相耦合的AirSep-Seair-Mazzei系统进行曝气。
该系统曝气产生的微氧气泡与水均匀混掺,实现了灌溉水氧超饱和,有利于长管道输水,并可根据作物氧气需求调控曝气水中溶解氧。同时,设备可实现现场制备纯氧,零氧气运输成本,有利于实际生产的应用,为曝气灌溉技术的大范围推广提供了支持。
该文探究了不同组合条件对曝气灌溉过程中氧总传质系数、溶氧饱和度、流量均匀系数和溶氧均匀系数的影响。试验设置了不添加和添加NaCl介质2种处理,设置了4种活性剂浓度,分别为0、1、2和4mg/L,共计8个试验组合。试验中选用的活性剂BS为非离子型活性剂,质量浓度为g/L,临界胶束质量浓度在1~5mg/L,可生物降解,不会对环境产生负面影响。滴灌带采用NETAFIM型号的非压力补偿式滴灌带,长度为m,从曝气装置出水口接入,于距地面10cm处水平铺设。储水罐与滴灌带中的溶解氧和水温采用便携式Fibox4光纤微氧传感器测定。
该文试验结果表明,活性剂BS的添加促进氧传质过程的发生,提高了曝气水中的溶氧饱和度;随着BS浓度的增加,氧总传质系数逐渐增加,而溶氧饱和度呈现下降的趋势;BS浓度在2mg/L及以上时,NaCl对氧总传质系数的增幅显著;NaCl对曝气水中的溶氧饱和度起到抑制作用。添加活性剂BS使氧总传质系数提高18.85%以上,缩短了曝气时间,提高了曝气效率。试验中无论NaCl介质添加与否,1mg/LBS的溶氧饱和度均最大。
采用AirSep-Seair-Mazzei系统进行循环曝气,提高了氧传质效率,能耗成本较低,且各活性剂浓度的均匀性较高。故该文认为不管采用微咸水灌溉与否,1mg/L的BS是适宜的活性剂添加浓度。该文研究结果为微咸水灌溉提供了新的思路,为长距离曝气灌溉提供了技术手段和理论支持。