一种高效节水和禾谷类农作物丰产的磁水灌溉技术方法与流程

本发明涉及一种高效节水和禾谷类农作物丰产的磁水灌溉技术方法，属于农业技术领域。

背景技术：

农业磁化水灌溉技术是一项科技含量较高的促进农作物生长和增产的灌溉技术，原理是灌溉水通过磁化后，“水分子团”断键变成单个而有活力小分子团。这种变小的分子团在细胞代谢过程中具更强的渗透性，使其水表面张力减少，溶解性增强，在灌溉中推进了矿物质溶解和植物根系吸收以及植物的生长(图1)。利用这一原理，上世纪中期以来国内外科技人员便开展了磁化水技术在农业灌溉上的试验与应用研究，特别是在干旱地区已做了大量的工作，诸如在小麦、大麦、棉花以及具有经济效益的盐生植物，己取得一定的成效，其产量品质都有一定的提高。其技术归纳起来主要包括：农作物滴灌、农作物磁化水灌溉、农作物磁化水+滴灌等；但针对干旱水源供给紧张的绿洲环境，以及水资源的高效利用和农作物增产与品质提升，原有单一的磁化水灌溉和滴灌存在诸多优势与不足。最主要表现为：①.单一的农作物磁水灌溉节水效果相对较高，对水的利用率也相对较好，易于作物对养分和水分的吸收；但该技术所处的环境是开放系统，受微地形、土壤质地和物质成分、地下水、土壤盐分的干扰，磁水控制的范围相对较小分布和强度不均一，造成了作物对养分和水分吸收程度也相对不均一；整体会影响到农作物的生长。②.单一的农作物滴灌技术，特别适合于干旱区农业灌溉，节水效果很好，水资源利用率高，但缺点是不能更有效促进水分对土壤养分和矿物质的溶解以及农作物对养分、水分的吸收，影响了农作物的产量和质量进一步提升。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种高效节水和禾谷类农作物丰产的磁水灌溉技术方法。为在干旱区绿洲水源供给紧张状态下的禾谷类作物高效节水和增产、增质的灌溉技术方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种高效节水和禾谷类农作物丰产的磁水灌溉技术方法，其特征在于：包括以下各步骤：

(1)将禾谷类农作物田划分为7～12亩相等的地块；

(2)待禾谷类农作物种植后，立刻按划分的地块形状，设置农田滴灌系统，互相布置支管和滴灌的毛管；

(3)选取磁化器，在所述滴灌系统设计安装磁化器(磁化水设备)，所述磁化器无缝连接在所述支管与所述主管三通的出水口处构成磁化水滴灌系统，所述磁化器的磁化强度控制在1200至3600；

(4)所述磁化水滴灌系统安装完毕后，禾谷类农作物种至成熟期共计灌溉5-8次，总灌溉量为每亩350～400立方米。

在上述方案中优选的是，步骤(1)中长与宽分别为100～102m和74～75m，或为103～105m和44～50m。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中农田滴灌系统包括依次连接的滴管首部、主管、支管和毛管，毛管分布于所述支管的两侧。

在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中选取的所述磁化器的管口外径105mm，内径85mm。

在上述任一方案中优选的是，所述禾谷类农作物为谷子或玉米。

本发明的有益效果：本发明针对以上的问题与不足，基于前人的研究与试验基础，利用上述的磁水灌溉的技术核心，在新疆干旱、水资源供应紧张的绿洲环境内，开展一种高效节水的禾谷类磁化水滴灌丰产技术试验；试验以北疆主要的禾谷类农作物(谷子和玉米)为对象，以该类作物出苗至成熟收获的最有效生长时期为试验阶段，严格的控制和管理水量，通过磁化器与滴灌系统无缝结合，构成封闭的最佳组合设计以及不同时段灌溉试验，优化选择出适宜于干旱绿洲环境的农作物磁化水滴灌3+1组合技术方法—磁化水+滴灌+水量定控等组构技术方法(3表示为：磁化水{磁化器装置为1200～3600磁化强度}+滴灌+水量控制，1表示为：一种农作物)。试验表明，该发明是在严格水量控制下的谷子、玉米滴灌+磁化水灌溉技术，它不仅使其磁化水通过滴灌直接的接触到农作物根部附近，而且还有效的促进了作物对水分与养分的吸收程度，进一步提升了农田节水程度以及农作物产量品质的空间。

本文提供一种在干旱区绿洲水源供给紧张状态下的禾谷类作物高效节水和增产、增质的灌溉技术方法，即：节控水量+磁化水滴灌组合技术方法，为促进该类作物种植的丰产和品质提升以及高效节水服务。它对于提高当地与新疆灌区农业灌溉技术水平，以及农业新技术的应用有直接的促进作用，并为干旱区及新疆的农业可持续发展提供科学依据。

本发明是一种高效节水的干旱绿洲环境下的禾谷类农作物(谷子、玉米)磁化水+滴灌丰产技术；其原理是灌溉水通过磁化后，断键形成由单分子或个体小分子团组成的磁化水体，增强了水体在灌溉过程中对土壤的渗透性，以及对土壤矿物质和养分溶解性；更利于禾谷类农作物(谷子、玉米)对水分与养分的吸收；其技术方法简单、环保，便于操作设置，在新疆干旱区绿洲环境内试验效果极佳，是农民朋友增产、增质的最佳技术选择；.本发明是针对干旱区水资源供应紧张的绿洲环境下设计的一种禾谷类农作物灌溉新技术方法，要求该灌溉技术方法节水、灌溉均匀无死角，具完整的滴灌配置体系；.本发明是以增加禾谷类农作物(谷子、玉米)产量为目标，要求该技术配置的磁化器与滴灌系统无缝结合，构建成相对封闭的灌溉组合体系—即磁化水+滴灌+水量定控等组构体系，以增强该灌溉技术在禾谷类农作物(谷子、玉米)整个生长期对水的有效利用率，促进干旱绿洲环境下的禾谷类农作物(谷子、玉米)产量的提升；通过调查、监测分析表明，本发明中，谷子和玉米分别使用磁化强度为3600和2400强度的磁化器效果最佳。

附图说明

图1农田磁化水灌溉作用示意图；

图2是实施例1中所示谷子、玉米田划分地块布局图；

图3是实施例1中所示磁化水滴灌系统布局示意图；

图4是实施例1中所示谷子、玉米磁水滴灌试验与磁化器布置图；

图5是实施例2中所示谷子试验设计与布局图；

图6是实施例2中所示不同处理对土壤含水量的影响；

图7是实施例2中所示不同处理谷子株高动态变化；

图8是实施例2中所示不同处理谷子叶片数动态变化；

图9是实施例2中所示不同处理谷子生物量变化(数据于2016年9月18日测定)；

图10是实施例3中所示上庄子村玉米试田试验设计与布局图；

图11是实施例3中所示不同处理对土壤含水量的影响；

图12是实施例3中所示不同处理玉米地上部生物量变化(数据于2016年9月17日测定)。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种高效节水和禾谷类农作物丰产的磁水灌溉技术方法，包括以下各步骤：

①.根据农田特点(如农田大小、走向、坡度)、谷子和玉米作物的种植模式、磁化水灌溉技术要求，将谷子和玉米田划分为介于7～12亩之间相等的地块，如长与宽分别介于100～102m和74～75m，44～50m和103～105m左右(图2)；

②.待谷子、玉米种植后，立刻按划分的地块形状，设置农田滴灌系统，互相布置支管和滴灌的毛管(图3)；其中，1是滴灌首部、2是主管、3是支管、4是毛管、5是农田；

③.选取外径105mm，内径85mm管口的磁化器，将已布置的滴灌系统设计安装磁化水设备，无缝连接在支管与主管三通的出水口处(图4)，磁化器的磁化强度控制在1200至3600；其中，6是磁化器、7是无磁化区、8是磁化区；

④.磁化水滴灌系统安装完毕后，严格的控制灌溉水量，按谷子和玉米播种至成熟期共计5次和8次灌溉量算，将总灌溉量限制在每亩350～400方左右，进而根据谷子和玉米生长阶段进行分期试验、监测和数据提取，开展禾谷类农作物的磁化水滴灌丰产技术的研究。

下面为本发明的试验部分

该试验选择的是新疆玛纳斯县乐土驿镇的上、下庄子村农田，为典型的半干旱区绿洲灌区，土壤类型主要由潮土、灌耕灰漠土和灌耕棕漠土组成，经长期耕作和改良，土壤肥沃而平整。试验田由谷子和玉米田组成。

实施例2

选择玛纳斯县乐土驿镇下庄子村288亩农田为试验田，种植谷子作物(图5)。

按图5设计有磁化的田块和无磁化田块；按上述的发明步骤，有磁化田块通过主管与支管结合部处将磁化强度1200、2400、3600的磁化器分别与滴灌系统无缝链接，形成磁化水+滴灌+水量定控灌溉技术体系；而无磁化田块则仅将滴灌布置于此，形成单独滴灌+水量定控灌溉体系；整个试验设置成3个磁化强度处理(1200、2400、3600)和2个重复，每个处理小区面积为11.5亩(长102m，宽75m)。

据此将水量控制在统一的标准375m³，进行磁化水滴灌和常规滴灌对比试验，包括土壤含水量的测定与分析，谷子播种至成熟期的生长发育形态、生物量及产量的测定与对比分析；

A.不同灌溉处理方式下土壤含水量的分析比较

依据灌溉制度和谷子生长发育阶段特性，试验对磁化水和无磁化水灌溉的土壤含水量进行了调查，分别于苗期(6月7日)、拔节期(6月29日)、拔节抽穗期(7月27日)、成熟期(8月25日)调查测定每处理小区距磁化器30m处的土壤含水量。

通过分析土壤含水量(图6)的数据得知，磁化处理的土壤含水量较无磁化处理的低。在拔节期后，磁化处理的土壤含水量明显低于无磁化，以磁化处理3600的土壤含水量较低。分析可知，CK(无磁化)处理的土壤含水量由于是未经磁场作用，无法使大分子水变成作物快速吸收利用的小分子水，导致土壤中的含水量无法被谷子快速吸收利用，不仅造成水资源的浪费，还对谷子产量的形成不利；而磁化处理，尤其是3600磁化强度下，能使大分子水迅速变成被谷子植株吸收利用的小分子水，渗透性增强，不仅有利于矿物质和养分溶解，还能将土壤耕作层的盐分下移，对加快土壤改良进程有利。

B.不同灌溉处理方式的谷子生长发育状况分析比较

试验对磁化水和无磁化水灌溉的谷子全生育期生长状况进行了调查，调查测定每处理小区距磁化器30m处定点定株的12株谷子的株高、叶片数等，生物量于9月18日(成熟期)测定。

通过调查数据的对比分析(图7、图8、图9)发现，磁化与无磁化的生长状况差异较为明显。磁化处理的谷子株高、叶片数、生物量随着生育进程的推移逐渐升高。与CK(无磁化处理)相比，磁化处理的谷子株高较高、叶片数较多、生物量较大，其中，以3600磁化处理的株高、叶片数，生物量最高。抽穗期(7月27日)时，磁化处理的株高较CK高6.9～12.2cm，叶片数多0.3～0.7片/株，地上部生物量增加0.1～6.0g/株；由此得出，磁化水滴灌谷子要比普通水滴灌的谷子植株高，叶片数多，生物量大，这为后期产量的形成奠定物质基础。

C.不同灌溉处理方式的谷子形态测定与分析比较

每个处理随机取3个样点。对长势不均匀的试验田视情况适当增加样点数。每个样点取0.01亩(6.67m²)，进行取样调查每个处理的穗长、单穗重、单穗粒重，计算出各处理的平均值，并分析比较磁化区和无磁化区谷穗形状与谷粒之差异。

从调查的结果来看(表1)，磁化处理的谷子的穗长、单穗重、单穗粒重均较CK(无磁化处理)高。磁化处理的谷子的穗长较CK高1.2～1.5cm，单穗重较CK重0.4～2.1g，单穗粒重较CK增加0.9～1.0g；这说明经过磁化的谷子有利于穗长穗长、单穗重、单穗粒重的增加，为产量的提高提供有利条件。

表1不同处理谷子形态分析

D.不同灌溉处理方式的产量分析比较

于谷子成熟期测定各处理产量。每个处理随机取3个样点，对长势不均匀的试验田视情况适当增加样点数。每个样点取0.01亩(6.67m²)，实际取样时以一个播幅为准，在样点之中选取有代表性的双行，实数收获穗数，计算亩收获穗数。在每个样点内连续数取10个穗，计数穗粒数。理论产量(kg/亩)＝亩穗数×穗粒数×千粒重(克)×0.85×10^-6。

由表2看出，与CK相比，磁化处理的亩穗数较多、千粒重较重、产量较高；其中，3600磁化处理的亩穗数、千粒重、产量均较高，其产量高达555.0kg/亩，比CK、1200、2400分别高22.5％、19.7％、6.9％。分析得出：磁化水对谷子产量的提高效果显著，其中，以2400～3600磁化强度效果最佳。

表2不同处理产量及产量构成因素

E：不同灌溉处理方式的水资源有效利用率分析

通过上述的几组试验分析发现，在相同灌溉水量(375m³/亩)严格控制及管理下，有磁化水灌溉的谷子田比无磁化水灌溉的谷子田，每亩增产10.3～101.8公斤，并明显提高了水资源的有效率，按公式套入：(△V：谷子磁化水滴灌比谷子普通水滴灌每亩所节约的用水量；V₁：统一额度每亩灌溉量；S₁：磁化水灌溉的谷子田每亩产量；S₂：无磁化水灌溉的谷子田每亩产量)。

由此可推算出磁化处理节水8.5～84.2方，1200、2400、3600磁化处理水分效率分别提高2.2％、12.7％、18.3％。

实施例3

选择了玛纳斯县乐土驿镇上庄子村280亩为另一个试验样田，距谷子试验田仅不到100m，种植玉米作物，进行布局试验(图10)。

试验设计3个磁化强度处理1200、2400、3600及对照(CK)方式，每个处理3次重复。田间管理措施同大田。按上述的发明步骤，将有磁化田块通过主管与支管结合部处将磁化器与滴灌系统无缝链接，形成磁化水+滴灌+水量定控灌溉技术体系；而无磁化田块则仅将滴灌布置于此，形成单独滴灌+水量定控灌溉体系；整个试验设置成3个磁化强度处理和3个重复，每个处理小区面积为7亩(长105m，宽44m)。

据此将水量控制在统一的标准385m3，进行磁化水和无磁化水滴灌对比试验，包括玉米出苗至成熟等不同生长阶段的生长发育情况、生物量以及产量的测定与对比分析；

A.不同灌溉处理方式下土壤含水量的分析比较

依据灌溉制度和谷子生长发育阶段特性，试验对磁化水和无磁化水灌溉的土壤含水量进行了调查，分别于出苗期(6月7日)、拔节期(6月16日)、抽穗期(7月26日)调查测定每处理小区距磁化器30m处的土壤含水量。

通过分析土壤含水量(图11)的数据可知：拔节期以后，磁化处理的土壤含水量均较无磁化处理的低。说明普通水在经过磁化处理下，能使大分子水变成玉米植株快速吸收利用的小分子水，不仅有利于矿物质和养分溶解，还能将土壤耕作层的盐分下移，生态效益显著。

B.不同灌溉处理方式的玉米生长状况分析比较

于出苗期(6月7日)、拔节期(6月29日)、抽穗期(7月13日)对各处理的玉米生长状况进行了定点定株(3株)调查，每处理3重复。

通过调查数据的对比分析(表3，表4，图12)发现，磁化区和无磁化区玉米植株生长状况差异明显，磁化处理的株高、叶片数在各生育时期均较CK处理高。生物量表现为2400>1200>3600>CK；综合分析表明：磁化水滴灌促进了玉米生长发育及生物量的累积，为产量奠定物质基础；而CK(无磁化)处理下玉米植株矮小，生物量累积低，不利于最终产量的形成。

表3不同处理对玉米生长发育的影响

C.不同灌溉处理方式的玉米形态测定与分析比较

每个处理随机取3个样点，每个处理共计选取30穗，进行玉米穗长、穗粗及秃尖长的测定，分析比较各处理的玉米形状与个体之差异。

从表4看出，磁化处理的穗长、穗粗、穗重、穗粒重、穗行数、行粒数及穗粒数均显著大于CK(无磁化处理)，其中，以2400磁化强度的玉米形态较好，穗粒数较CK高25.9％，而秃尖长表现为CK>1200>2400>3600，充分说明磁化处理有利于玉米穗部的生长、穗粒数的形成，为丰产提供有利条件。

表4玉米室内考察测定

D.不同灌溉处理方式的产量分析比较

采取随机取样方法，每个处理随机取3个样点(3个重复分别为3个样点)。每个样点取0.01亩(6.67m²)，在样点之中选取有代表性的双行，实数收获穗数，计算亩收获穗数。在每个样点内随机抓取10个穗，计数穗粒数，后将10穗玉米脱粒，查数1000粒玉米称重，测出每个处理的千粒重。从而计算出亩产量。公式为：

按上述公式：∑S＝A×N×V×0.85×10^-6套入计算玉米产量。从测产结果来看(表5)，经磁化水滴灌的玉米产量均高于对照组，具体表现为2400>1200>3600>CK，磁化处理2400产量最高，为727.6kg/亩，较CK提高16.3％；1200、3600较CK分别提高了14.0％、4.0％。综合说明：磁化处理对玉米产量的提高有利。

表5不同处理玉米测产结果表

E：不同灌溉处理方式的水资源有效利用率分析

通过上述的几组试验分析发现，在相同灌溉水量(385方/亩)严格控制及管理下，有磁化水灌溉的玉米田比无磁化水灌溉的玉米田，平均每亩增产71.6公斤，并明显提高了水资源的有效率，按公式套入：(△V：玉米磁化水滴灌比玉米普通水滴灌每亩所节约的用水量；V₁：统一额度每亩灌溉量；S₁：磁化水灌溉的玉米田每亩产量；S₂：无磁化水灌溉的玉米田每亩产量)。

由此可推算出磁化水滴灌节水15.5～62.7方，1200、2400、3600磁化处理水分效率分别提高12.3％、14.0％、3.9％。

总之，在相同的种植、水肥配置和管理措施之下，经上述谷子和玉米播种至成熟整个时期的监测实例表明：

①.干旱环境下的禾谷类农作物磁化水+滴灌+水量定控技术比常规水滴灌技术的土壤在灌溉中更易于矿物质和养分溶解；

②.禾谷类农作物磁化水+滴灌+水量定控技术比常规水滴灌技术更利于禾谷类农作物对水分与养分的吸收；

③.禾谷类农作物磁化水+滴灌+水量定控技术比常规水滴灌技术明显的提高了作物的生物量、产量以及整个生长期对水的有效利用率；其中对水的利用率提高了11.5％～22.5％，产量提升了16.3％～22.5％。

综上所述，磁化水+滴灌+水量定控技术方法简单、环保，便于操作设置，在新疆干旱、水资源供应紧张的绿洲环境内试验效果极佳，是农民朋友增产的最佳技术选择。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。