1研究背景及目的
磷是作物生长所必需的营养物质，在作物的各种生命活动中起着重要作用。由于磷易于被土壤吸附固定，导致磷肥的利用效率不高。滴灌系统由于可将磷肥随水直接输送到根区，使土壤中固定磷含量显著降低，大大减少了灌溉用水和肥料的投入，是提高磷肥利用效率的有效方法。然而，有研究表明，施用磷肥会显著加剧滴灌系统的堵塞程度，因此提出不建议在滴灌系统中使用传统磷肥。另外，大量研究也表明水质及灌溉方式也是影响滴管堵塞的重要因素。因此，作者通过研究磷酸二氢钾在不同的滴灌灌溉模式下对滴头堵塞到底扮演什么样的角色它是如何影响滴头堵塞物质的形成的明确磷肥滴灌阻塞物质的主要矿物成分，进一步揭示不同滴灌模式下磷肥滴灌体系中堵塞物质的形成机理，为滴灌灌溉系统的应用提供理论参考。
2材料与方法
试验中磷肥为磷酸二氢钾，浓度为0.15 g/L，灌溉水源为黄河水。试验根据灌溉频率设置三种磷肥滴灌灌溉模式：（1）OP1/1，每天一次（2）OP1/4，每四天一次（3）OP1/7，每七天一次，每种模式中最终用水量和磷肥用量保持一致。同时，设置每天一次灌溉不施磷肥水作为对照。系统选用典型的八种类型的滴头作为研究对象（每一条滴水边长15米，喷头间距33厘米），每种滴头都设置了8次重复，并采用指针式水表对水肥量进行监测和控制（系统布局如图1）。
试验采用重量法计算不同灌溉频率下不同类型滴头内堵塞物质的含量。用滴头相对流量(Dra)、均匀系数(CU)和堵塞度(CD)来评价滴灌系统滴头的堵塞性能。用X射线衍射仪结合Topas软件分析堵塞物质的矿物组成及其含量。
3结果
1. 堵塞物质中矿物成分的动态变化
试验表明三种模式下滴头堵塞物质的主要矿物成分为石英、白云母、碱性长石、绿泥石、白云石、 方解石、霰石、痕量氯化钠及磁铁矿。其中以石英、白云母、碱性长石、绿泥石、方解石和白云石为主。在灌溉系统运行结束时，三种模式下(OP1/1, OP1/4, OP1/7)滴头内部主要堵塞矿物成分含量: 20.3%–29.9%(石英), 14.8%–20.2% (白云母), 11.7%–15.9% (碱性长石), 13.8%–14.9% (绿泥石), 15.3%–16.7% (方解石)， 9.2%–11.8% (白云石)。随着试验的进行，各堵塞矿质成分的含量随滴灌频率的降低呈现增加的趋势（图2）。研究还发现滴头堵塞程度与堵塞矿质成分显著相关，矿质组分含量越高，堵塞程度越高。
2. 石英、硅酸盐、碳酸盐岩的含量
根据主要化学元素可将6种主要堵塞物质分为石英、硅酸盐类（白云母、碱性长石、绿泥石）和碳酸盐类（方解石、白云石）三类。滴头内石英、硅酸盐类和碳酸盐类三类矿物质含量随滴灌时间的持续呈现先缓慢增加后快速增加的趋势。在整个滴灌系统运行期间，OP1/4和OP1/7模式下石英类矿物质含量分别比OP1/1模式下高16%–76%, 61%–114%；硅酸盐类高23%–60%, 68%–106%；碳酸盐类高4%–49%, 67%–119%，表明滴头内石英、硅酸盐类和碳酸盐类三类矿物质含量随着灌溉频率的降低而增加。不同类型的滴头所表现的趋势一致。可见，石英、硅酸盐和碳酸盐与堵塞程度呈正相关关系。
3. 主要矿物成分之间的相关性
由于是在常温常压下进行的，石英的物理化学性质非常稳定难以形成，因此，滴头中积累的石英来自于水源中的细泥沙颗粒。通过研究三种滴灌频率模式下三类主要堵塞物之间的关系发现，石英、硅酸盐类、碳酸盐类含量均呈显著的线性关系（图6），说明随着石英含量的增加，硅酸盐和碳酸盐含量也呈显著的增加趋势。结果表明随着滴灌系统的运行，物理沉积是由细小颗粒的累积沉积而形成的。除此之外，化学堵塞是由钙离子和镁离子的沉淀造成的。物理堵塞和化学堵塞同时发生，相互促进。
4结论
1. 滴灌系统中滴头堵塞主要矿物成分为石英、硅酸盐(白云母、碱性长石、绿泥石)和碳酸盐(方解石、白云石)，总含量超过总堵塞物质的97%;
2. 滴头内主要矿物成分的含量随着滴灌频率的降低而增加。施用磷肥并没有直接在滴头内产生磷沉淀，而是通过磷肥的吸附作用加速了碳酸盐的沉淀。不同施磷肥施用时间，导致石英、硅酸盐和碳酸盐所占的比例不同：OP1/1<OP1/4<OP1/7。OP1/4和OP1/7中石英含量分别比OP1/1中高43%, 83%; 硅酸盐含量分别高43%， 90%，碳酸盐含量高23%，87%；
3. OP1/1、OP1/4、OP1/7模式中滴头的相对流量(Dra)分别68.55%–90.70%, 66.31%–89.00%, 62.67%–83.77%；均匀度系数(CU)分别为：70.27%–93.30%， 67.40%–91.67%，64.21%–85.54%；试验中8种类型滴头的Dra和CU均随滴灌频率的降低呈下降趋势。滴头内部矿物成分的增加导致滴头堵塞程度的增加。
Reference
Hongxu Zhou, Yunkai Li, Yang Xiao, Zeyuan Liu. Different operation patterns on mineral components of emitters clogging substances in drip phosphorus fertigation system[J]. Irrigation Science (2019) 37:691–707.
来源：绿水智慧农业
