灌溉水磁化處理對水肥一體化滴灌滴頭堵塞的影響

王照熙，趙 雪，張文倩，牛文全

灌溉水磁化處理對水肥一體化滴灌滴頭堵塞的影響

王照熙1,2，趙 雪1,2，張文倩1,2，牛文全1,3※

（1. 西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，楊凌 712100；2. 西北農林科技大學水利與建筑工程學院，楊凌 712100；3. 中國科學院水利部水土保持研究所，楊凌 712100）

為探究灌溉水磁化處理對引黃灌區水肥一體化滴灌滴頭堵塞的影響，該研究針對內鑲片式滴頭，設置磁化強度為0.2、0.4和0.6 T，對照組為未磁化處理，并配置質量份數為2 %的硫酸鉀肥、尿素和復合肥渾水（泥沙濃度為3.0 g/L），采用短周期間歇性灌水試驗。結果表明：磁化極顯著減緩滴頭流量與灌水均勻度的下降趨勢（<0.01），不同肥料適合的最佳磁化強度不同，磁化強度為0.4 T時，對硫酸鉀肥與復合肥混合液的灌水均勻度下降的減緩作用最大，磁化強度為0.2 T時，對尿素混合液的灌水均勻度下降的減緩作用最大；灌溉水磁化后，硫酸鉀肥和復合肥處理毛管前段堵塞滴頭的數量增加，尿素處理的減少；磁化處理顯著影響滴頭堵塞敏感粒徑的沉降和運動，顯著增加了硫酸鉀肥與復合肥混合液在毛管中淤積泥沙的敏感粒徑（<0.03 mm）占比，減少了滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比，尿素則相反。研究結果可為引黃灌區水肥一體化滴灌滴頭抗堵塞防治措施提供參考。

灌溉；泥沙；磁化；滴頭堵塞；水肥一體化

0 引 言

水肥一體化滴灌可提高作物根區水肥分布的均勻度[1]、改善旱地農業水肥資源利用現狀、促進小麥等作物生長，提高產量[2-3]。由于水中總是會含有一定的泥沙等懸浮雜質，與肥料相互作用，易在毛管和滴頭迷宮流道內形成沉淀，導致滴頭發生堵塞等問題。黃河水由于細小顆粒（粒徑小于0.075 mm）含量非常高，即使經過沉降、過濾后，仍然有許多細小顆粒進入灌溉管網和滴頭流道，在水肥一體化滴灌過程中，容易產生比較復雜的滴頭堵塞現象，嚴重制約黃河水滴灌技術的推廣應用。因此，研究解決引黃灌區水肥一體化滴灌滴頭堵塞問題，對該區農業發展具有重要意義。

通常解決滴頭堵塞的方式主要有配置沉淀、過濾設備、毛管沖洗、酸氯處理和優化流道結構等，但這些措施是以高昂的成本為代價，并降低了滴灌系統的工作效率，如經常需要更換清洗沉沙過濾設施等。亟待研究一種價格低廉、實用性強的滴頭控堵措施。據研究，當水以一定的速度流經磁場形成磁化水后，水分子間部分氫鍵約束力降低[4]，水分子從無序態轉為有序態[5]，其表面張力系數、黏度、密度、電導率、pH值等均發生變化[6]。20世紀40年代，Vermeiren首先發現磁化水能抑制水垢的形成[7]，磁化水中大量的微小水分子可以滲透、包圍、松散、溶解和去除老垢[8]。磁化水灌溉可促進植物生長發育，提高產量和水分利用效率，增強土壤保水能力，降低土壤鹽分含量，加快土壤鹽分淋洗等[9-10]。磁化處理能顯著提高全尾砂和高濁度黏土在水中的絮凝沉降速度[11-12]，灌溉水磁化后有望改變懸浮泥沙的運動規律，進而減緩滴頭堵塞。目前，關于磁化在農業生產方面的研究多集中于作物與土壤中，關于磁化對滴頭堵塞影響的研究較少。

為探究磁化水灌溉對水肥一體化滴灌滴頭堵塞的影響，本文設置3種肥料類型和4種磁化強度，探究磁化對水肥一體化滴灌過程中滴頭堵塞的影響，為改善滴頭堵塞情況，指導引黃灌區高含沙水流水肥一體化滴灌提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗采用內鑲片式迷宮流道滴灌帶（秦川節水灌溉設備工程有限公司），滴頭結構如下：流道寬度0.8 mm、齒高1.1 mm、齒間距1.5 mm、流道深為1.2 mm、流道單元數為14個、滴頭間距為15 cm。毛管為PE材料，壁厚0.16 mm、管徑為16 mm。工作壓力在60 kPa時，滴頭流量為1.8 L/h。滴頭水力性能曲線如圖1，流態指數為0.472。

試驗肥料選取3種常用品種：1）硫酸鉀肥（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司），K2O質量分數不小于51%。2）尿素（陜西渭河重化工有限責任公司）含氮量不小于46.6%，可完全溶解。3）可溶性復合肥（史丹利農業集團股份有限公司），N∶P2O5∶K2O為19∶19∶19，可完全溶解。將肥料加入水中，經充分攪拌溶解、靜置分層后，濾除溶液底層沉淀，取上清液配置試驗用肥液。當施肥質量分數在2.0%～3.0%之間時，不同肥料類型之間滴頭流量變幅差異較大[13]，故本試驗配制質量分數2%的3種肥液。試驗肥液一次性配置完成并混入水源。

試驗用含砂渾水配制：泥沙取自渭河陜西楊凌段河漫灘地河床泥沙。采用鐵鏟收集距河床地表深度10 cm左右的泥沙，將取得泥沙經自然烘干后，剔除樹枝、雜草等雜質后進行研磨，過140目（孔徑0.104 mm）篩網，用激光粒度儀（馬爾文2000，英國）測定試驗用泥沙，其級配（體積份數）如下：粒徑<0.002 mm為21.39%，0.002～0.005 mm為4.15%，>0.005～0.01 mm為9.00%，>0.01～0.02 mm為19.35%，>0.02～0.05 mm為28.28%，>0.05～0.1 mm為17.83%。黃河水泥沙含量高且細微粒含量比例大，黃河中游地區灌溉季節泥沙含量平均在4.5 g/L左右，內蒙古昭君墳水文站4—9月平均2.5 g/L[14]，寧夏段黃河水含沙量為0.61～1.1 g/L[15]，綜合考慮黃河水泥沙含量，也為了縮短試驗時間，突出磁化的作用效果，本試驗配置了較高的渾水含沙量，為3.0 g/L。將肥液與渾水混合，共同磁化后進行灌溉試驗。

試驗用水為陜西楊凌示范區自來水，水質情況如表1所示。

表1 楊凌示范區自來水水質表

磁化器由包頭鑫達磁性材料廠生產，永磁體采用燒結汝鐵硼制成，磁鐵呈對稱式布置，保證水流能夠垂直通過磁感線，經過數字特斯拉計（東莞泰仕電子HT20型）測量，強度為0.2、0.4和0.6 T。圖2為磁化裝置安裝方法及磁化過程示意圖。

1.2 試驗設計及過程

滴頭水力性能測試平臺參照SL/T 67.1—94《微灌灌水器滴頭》、GB/T 17187—2009《農業灌溉設備滴頭和滴灌管技術規范和試驗方法》[16]搭建而成，如圖3所示。平臺由磁化裝置、攪拌裝置、水泵、壓力變頻箱、燒杯和滴灌帶等組成。

通過預試驗與王心陽等[17]的研究結果對比，發現工作壓力在60～120 kPa時，滴頭堵塞情況基本相同，因此設置本次試驗的工作壓力為60 kPa，控制工作壓力變化幅度為2%以內。毛管鋪設長度越短，灌水均勻度越好[18]，為控制灌水均勻度，本試驗毛管長度為2.0 m[19]。試驗用渾水全程持續攪拌，輸水管道與滴灌帶較短，不同毛管內的肥沙混合液濃度基本保持一致。

最大灌水次數為20次，每次灌水1 h，間隔45 min，總灌水時間20 h。其中3種化肥分別記為：鉀肥（K）、尿素（N）、復合肥（F），設置4種不同磁化強度分別為：0（W0）、0.2 T（W1）、0.4 T（W2）、0.6 T（W3）。每組處理共計5條毛管，即5次重復。試驗采用完全隨機組合試驗，將未磁化組設置為對照組，共計12組處理。為了減少測試過程中過濾設備截沙量，測試平臺并未設置過濾裝置。

試驗過程：測試平臺開啟前，將磁化器固定在循環管路上，打開循環管路閥門，啟動水泵，使儲水桶中的肥沙混合液通過磁化器，循環時間設定為30 min。循環流量為1.2 L/s，循環結束后關閉水泵與循環管路閥門，立即取距表層10 cm的液體1 000 mL進行絮凝沉降試驗并測量水樣電導率（意大利哈納HI5522）及黏滯系數（烏氏粘度計法），每組試驗重復3次。將磁化后的肥沙混合液經攪拌器充分混合，打開進水口閥門與水泵，通過電腦控制運行測試平臺。滴頭下方放置2 000 mL燒杯以承接流出水。本試驗采用非循環水，每個試驗周期停止時，測量燒杯質量并重新配置水源。將所有滴頭流出渾水倒入21 L沉沙桶中，靜置12 h，形成水沙兩層結構，傾倒上層水，將剩余水沙混合液倒入錫紙碗中，二次沉降4 h后，倒掉上清液，將錫紙碗放入烘箱，經過105 ℃烘干。采用馬爾文2000激光粒度儀（馬爾文公司APA2000）測量烘干土樣的粒徑組成。試驗結束后將毛管剖開風干，并分為前、中、后3段，分別測量毛管前、中和后段淤積泥沙質量與其機械組成。

1.3 評價指標與方法

參考《微灌工程技術規范》[19]，滴頭流量小于額定流量75%時，認為滴頭堵塞。為消除溫度對滴頭流量的影響，通過Pei等[20]的校正方式對實測流量進行校正，最后用相對流量評價滴頭堵塞情況。

為擴大試驗對比規模，設定當平均相對流量小于 70%時，停止試驗。灌水次數達到20次后，若平均相對流量大于70%，也停止灌水，并記灌水次數為20次。

灌水均勻度采用克里斯琴森均勻系數（CU）計算。

為識別不同毛管位置滴頭堵塞程度，將滴灌帶分為前、中、后三部分，不同段堵塞滴頭數與整條毛管堵塞滴頭數之比稱為滴頭相對堵塞占比B，計算公式如下：

1.4 數據分析方法

將各數據進行正態分布檢驗，通過SPSS軟件進行多重比較分析（Least Significant Difference Test，LSD）、Origin繪圖軟件進行繪圖與圖像趨勢分析。

2 結果與分析

2.1 磁化對滴頭流量及灌水均勻度變化的影響

從圖4可以看出，磁化極顯著減緩了滴頭流量與灌水均勻度的下降趨勢（<0.01），且對不同肥料混合液的影響不同。硫酸鉀肥混合液W2處理的流量極顯著大于W1和W3處理（<0.01），W1與W3處理間無顯著差異（>0.05）；磁化強度對尿素混合液和復合肥混合液的流量變化無顯著性影響（>0.05）。

硫酸鉀肥、尿素和復合肥混合液未磁化處理的有效灌水次數（CU大于75%的灌水次數）分別為10、10、3次；磁化處理后，不同肥料混合液的有效灌水次數增加，磁化強度分別為0.4、0.2和0.4 T時，硫酸鉀肥、尿素和復合肥混合液的有效灌水次數增幅最大，分別為16、15、7次。W2及W3處理，硫酸鉀肥混合液的灌水均勻度顯著大于（<0.05）W1處理，前兩者并無顯著差異（>0.05）；W1處理尿素混合液的灌水均勻度顯著大于W2及W3處理（<0.05），后兩者并無顯著差別（>0.05）；磁化強度對復合肥混合液的灌水均勻度曲線變化無顯著影響（>0.05）。

2.2 磁化對不同毛管位置滴頭堵塞的影響

由圖5可知，滴頭相對堵塞占比（B）能夠間接反映毛管中泥沙沉降情況。肥料類型不同，磁化對不同毛管位置滴頭堵塞數量的影響不同，對堵塞滴頭數量影響最大的磁化強度也不同。當施加硫酸鉀肥或復合肥時，磁化能夠增加毛管前段堵塞滴頭的數量，當施加尿素時，減少了毛管前段堵塞滴頭的數量。W2處理的硫酸鉀肥與復合肥混合液毛管前段堵塞滴頭數量增幅最大，分別為68.77%和27.50%，W1處理對尿素混合液毛管前段堵塞滴頭數量的降幅最大，為55.36%。

2.3 磁化對毛管淤積及滴頭輸出泥沙的影響

統計各處理下每條毛管淤積泥沙和滴頭輸出泥沙質量，每種處理取5根滴灌帶平均數，不同磁化處理下毛管淤積泥沙量與滴頭輸出泥沙量的比值（）如表2所示。

表2 不同磁化強度及肥料類型下毛管淤積泥沙量與滴頭輸出泥沙量比值

比值反映了不同處理下毛管淤積與輸出泥沙量的相對大小，越大說明毛管淤積的泥沙相對于滴頭輸出的泥沙較多。施加硫酸鉀肥和復合肥時，磁化處理可以增大值，且二者均在0.4 T時增幅最大。磁化處理減小了施加尿素時的值，并在0.2 T時降幅最明顯。

通過對灌水結束后的毛管不同位置淤積泥沙進行粒徑觀察，得到各處理毛管淤積泥沙的機械組成表3。磁化對不同肥料混合液淤積泥沙機械組成的影響不同。硫酸鉀肥混合液與復合肥混合液磁化后，毛管淤積泥沙的粉粒和黏粒占比增多（<0.01）；尿素混合液磁化后，粉粒及黏粒占比減少（<0.01）。肥料類型不同，對于毛管內淤積泥沙機械組成影響最大的磁化強度也不同。硫酸鉀肥混合液和復合肥混合液在磁化強度為0.4 T時，毛管內淤積泥沙的黏粒與粉粒占比之和增幅最大，平均值分別為21.89%和11.09%，尿素混合液在磁化強度為0.2 T時，毛管內淤積泥沙的黏粒與粉粒占比之和降幅最大，平均為15.61%。

表3 磁化對不同毛管位置的淤積泥沙機械組成的影響

注：不同字母表示同一肥料類型各磁化強度處理間差異顯著（<0.05）。下同。

Note: Different letters indicate significant differences among magnetization strength treatmens for same fertilizer type(<0.05). The same below.

研究表明[21]，粒徑小于0.030 mm的泥沙微粒是造成滴頭堵塞的敏感粒徑，其最易粘附在迷宮流道內造成滴頭堵塞。圖6為灌水結束后毛管各部位淤積泥沙中敏感粒徑占比。

由圖6可知，磁化能夠極顯著增加毛管前、中部硫酸鉀肥混合液和復合肥混合液淤積泥沙中敏感粒徑占比（<0.01），當磁化強度為0.4 T時，毛管前、中部泥沙敏感粒徑增幅最大：分別為25.75%、11.17%和17.87%、10.36%。磁化顯著地減少了尿素混合液毛管前部淤積泥沙中敏感粒徑占比（<0.05）；當磁化強度為0.2 T時，降幅最大。

為探究磁化對滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比的影響，測量輸出泥沙中敏感粒徑占比隨灌水次數的變化，如圖7所示。

隨灌水次數增加，磁化前后的滴頭輸出泥沙圖像呈波動狀態。磁化極顯著降低硫酸鉀肥混合液和復合肥混合液滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比（<0.01），提高尿素混合液滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比（<0.01）。當磁化強度為0.4 T時，硫酸鉀肥混合液和復合肥混合液滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比降幅最大，分別為5.33%和4.61%，磁化強度為0.2 T時，尿素混合液滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比增幅最大，為5.26%。同時可以看出，毛管前部及中部淤積泥沙敏感粒徑占比和滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比的增減情況呈相反趨勢。在施加硫酸鉀肥和復合肥時，毛管前部及中部淤積泥沙敏感粒徑占比在0.4 T處理下增幅最大，但滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比在此時降幅最大；施加尿素時，毛管前部及中部淤積泥沙敏感粒徑占比在0.2 T處理下降幅最大，此時滴頭輸出泥沙中敏感粒徑占比增幅最大。

2.4 磁化對水的物理性質的影響

由表4可知，磁化極顯著地增加了硫酸鉀肥混合液和復合肥混合液的電導率（<0.01），且W2處理時增幅最大，分別為23.26%和7.86%。磁化對尿素混合液的電導率影響不顯著（>0.05）。磁化極顯著地增大了肥料混合液的黏滯系數（<0.01），且黏性系數在0.4和0.6 T時較大。

表4 磁化后水的物理性質

2.5 磁化對流道內淤積泥沙微觀形貌的影響

圖8為磁化后滴頭流道內泥沙微觀形態的掃描電鏡圖。未磁化處理時，硫酸鉀肥和復合肥使滴頭流道內的大顆粒堵塞物孔隙中儲存了少量小顆粒，但結構總體比較松散；磁化后，2種肥料混合液在滴頭流道內形成的堵塞物結構變得更加致密，大顆粒表面附著有細顆粒，大顆粒縫隙中的細小顆粒填充明顯增多，顆粒間的鏈接更加緊密。未磁化處理，尿素混合液在滴頭流道內形成的堵塞物結構較緊密，大顆粒間有明顯的絮團結構，且小顆粒粘結填充空隙，磁化后，堵塞物結構相對比較松散，大顆粒間的絮團填充物減少，大顆粒表面的細小顆粒附著物也減少。

3 討 論

當流道結構一定時，水質因素如懸浮物類型、懸浮物量、微生物數量、離子含量和類型、pH值和電導率等是影響滴頭堵塞的主要因素[22-23]。而灌溉水流經磁場后，水在磁場中以一定速度沿垂直磁力線方向流動并被磁化[6]，其氫鍵斷裂、鍵角變化，從而引起水分子結構變化，導致水的性質發生了變化，表面張力系數、黏度、電導率、pH值等均發生變化[6]。

肥料混合液中Ca2+、Mg2+、HCO3-等離子化學沉淀的析出，易形成穩定性更強的堵塞物質[13]。灌溉水磁化后，正負離子被單個水分子包圍，使水中的鈣、鎂離子締合物由正交晶系的針狀結晶改變為單斜晶系的粒狀結晶體，相互粘附與聚積的特性受到了破壞，從而難以生成沉淀，且磁化后水分子偶極距增大，使水分子與鹽類正負離子吸引力增大，致使滴灌帶管壁上原有的沉淀物開裂、疏松、脫落[24]。磁化可斷裂水分子中氫鍵，減弱分子間的相互作用力，導致擴散系數增大[25-27]，宏觀表現為滴頭流量增加，抗堵塞性能提高[21]。

本試驗發現磁化后，施加硫酸鉀與復合肥后的滴頭堵塞位置前移，施加尿素后滴頭堵塞位置移后。這是因為，硫酸鉀肥屬強電解質溶液[28]，試驗選用復合肥為氨基酸螯合態高鉀型，渾水中的K+和SO42-的存在會形成大的泥沙顆粒團聚體以及硫酸鹽等沉淀，加速了流道內堵塞淤積物的形成[29-33]，使硫酸鉀加速了泥沙顆粒絮凝沉降過程[34]；磁化后，絮凝作用增強，敏感粒徑范圍內的泥沙填補大顆粒間的空隙，使泥沙顆粒聚集體致密性增強，比密度增大，但黏滯系數增大，兩者出現交互作用，因硫酸鉀與復合肥懸液中離子含量較大，絮凝作用對沉降的影響大于粘滯系數對沉降的影響，故宏觀表選為加速泥沙沉降（圖9a、圖9c），致使敏感粒徑范圍內的泥沙更容易在毛管前部絮凝與淤積，中后部分淤積減少，堵塞情況有明顯改善。而尿素分子間易形成氫鍵，分子間作用力及有效接觸面積大，分子締合程度高，流動性差，與流道壁面間黏附性強，含沙水加入尿素后，pH值升高，水中更易生成化學沉淀。由于尿素是分子態，磁化作用破壞了尿素分子結構，使尿素對細小顆粒的黏結作用減弱，削弱了絮凝效果，且懸液黏滯系數增加，宏觀表現為沉降速度減慢（圖9b），磁化后水體攜沙能力提高[35]，使渾水中的泥沙較為均勻的分布在毛管當中，滴頭堵塞位置由前部移動至中部及后部，從而減少處于敏感粒徑范圍的泥沙局部大量淤積，降低滴頭堵塞風險。

施加硫酸鉀肥和復合肥時，由于磁化處理增強了其絮凝沉降作用，導致大部分泥沙更容易淤積在毛管前中部，形成泥沙臺，阻礙了后續泥沙的進一步移動，減弱了泥沙的隨水性，導致輸出的泥沙量減小，毛管淤積物質量與輸出泥沙質量的比值增大。而在施加尿素時，磁化作用減弱了泥沙的絮凝沉降作用，使泥沙隨水性增強，更容易隨水流排出，導致輸沙量增加，毛管淤積物質量與輸出泥沙質量的比值減小。

毛管內淤積泥沙和滴頭輸出泥沙均對滴頭堵塞產生影響，但毛管內淤積泥沙的增加并非一定會導致滴頭堵塞，敏感粒徑范圍內的泥沙顆粒不一定會流入滴頭流道造成堵塞，無法證明滴頭本身的抗堵塞性能較強。滴頭輸出泥沙后，輸出部分中敏感粒徑范圍內的泥沙一定已通過滴頭流道，并未造成堵塞，這與滴頭本身的抗堵塞能力較強有關。因此，滴頭輸出敏感粒徑泥沙情況與滴頭堵塞相關性更大。

本試驗發現并非磁化強度越大，滴頭抗堵塞性能越強，隨著磁化強度增加，溶液表面張力系數存在多個“谷”值[6]，且谷值所對應的磁化強度因灌溉水源不同而不同，本試驗發現施用鉀肥與復合肥時，W2（0.4 T）處理下滴頭堵塞減緩效果最大，這是因為鉀肥與復合肥渾水的電導率在磁化強度為0.4 T時達到最大，此時絮凝作用最強，且沉速最快（圖9），毛管中的泥沙沉積在前、中部最多且其敏感粒徑占比最大，輸出的泥沙量及其敏感粒徑占比最小。施加尿素時，W1（0.2 T）處理下滴頭堵塞減緩效果最大，這是因為尿素渾水在磁化強度為W1（0.2 T）時，沉降速率最慢，顆粒隨水性最強，毛管內泥沙沉積最少，排出滴頭泥沙最多，其中的敏感粒徑占比最大，滴頭堵塞減緩效果達到最大。

但本試驗未考慮到磁化對生物堵塞的影響，且磁化強度梯度設置較少，磁化時間及磁化次數對磁化效果的影響還有待研究。

4 結 論

1）磁化極顯著減緩滴頭流量與灌水均勻度的下降速度（<0.01），不同類型肥料作用效果最大的磁化強度不同。當磁化強度為0.4 T時，硫酸鉀肥混合液與復合肥混合液的滴頭流量和灌水均勻度減緩效果最明顯；磁化強度為0.2 T時，尿素混合液的減緩效果最明顯。磁化顯著提高了不同肥料混合液滴頭的有效灌水次數，硫酸鉀肥、尿素和復合肥混合液的有效灌水次數分別從未磁化的10、10和3次，提高到16、15和7次。

2）硫酸鉀肥混合液或復合肥混合液滴灌時，磁化加快了毛管前段滴頭的堵塞數量，尿素混合液滴灌時，磁化減少了毛管前段滴頭的堵塞數量。

3）磁化顯著改變滴頭堵塞敏感粒徑的沉降量。磁化后，硫酸鉀肥混合液和復合肥混合液在毛管內淤積泥沙的敏感粒徑占比增加，滴頭輸出泥沙的敏感粒徑占比減小，磁化強度為0.4 T時效果最大。磁化后，尿素混合液在毛管內淤積泥沙的敏感粒徑占比減小，滴頭輸出泥沙的敏感粒徑占比增加，且磁化強度為0.2 T時效果最大。

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Effect of magnetization of irrigation water on the clogging of drip irrigation emitters with integrated water and fertilizer

Wang Zhaoxi1,2, Zhao Xue1,2, Zhang Wenqian1,2, Niu Wenquan1,3※

(1.,,712100,;2.,,712100,;3.,,712100,)

This study aims to explore the effect of magnetization treatment on the clogging of drippers for the integrated drip irrigation of water and fertilizer in the area of the Yellow River. Taking the inner-embedded drip emitter as the research object, the intensity of magnetization was set to 0.2, 0.4, and 0.6 T, where the control group was unmagnetized. A short-term intermittent irrigation test was also carried out for 2% of the mass of potassium sulfate fertilizer, urea, and compound fertilizer muddy water (sediment content of 3.0 g/L). The results showed that the magnetization significantly slowed down the downward trend of dripper flow and irrigation uniformity (<0.01). The optimal magnetization intensity greatly varied in the different fertilizers. Specifically, there was the greatest mitigation effect of dripper flow for the mixture of potassium sulfate fertilizer and compound fertilizer, when the magnetization intensity was 0.4T. The greatest mitigation effect was found during the decrease in the flow rate of the dripper in the urea mixture at the magnetization intensity of 0.2 T. The effective irrigation times for the mixture of potassium sulfate fertilizer, urea, and compound fertilizer without magnetization treatment (irrigation times with a relative flow rate greater than 75%) were 10, 10, and 3 times, respectively. Furthermore, the effective irrigation times of different fertilizer mixtures increased after the magnetization treatment. When the magnetization intensity was 0.4, 0.2, and 0.4 T, the effective irrigation times of potassium sulfate fertilizer, urea, and compound fertilizer mixture increased the most, which were 16, 15, and 7 times, respectively. The number of clogged emitters increased significantly in the front section of the capillary tube for the potassium sulfate fertilizer and compound fertilizer treatment, whereas, the urea decreased after magnetizing the irrigation water. In the 0.4 T treatment, the most increased number of blocked drippers was found in the front section of the capillary for the potassium sulfate fertilizer and compound fertilizer mixture, which were 68.77% and 27.50%, respectively. In the 0.2 T treatment, there was the largest decrease (55.36%) in the number of blocked drippers in the front section of the urea mixed liquid capillary tube. The ratio for the amount of sediment in the capillary tube to the amount of sediment output from the dripper was represented byunder different magnetization treatments. When applying potassium sulfate fertilizer and compound fertilizer, the magnetization treatment increased the value of, indicating the largest increase at 0.4 T. By contrast, the magnetization treatment reduced the value ofwhen the urea was applied, indicating the most obvious decrease at 0.2 T. As such, the magnetization significantly dominated the sedimentation and movement for the sensitive particle size of emitter blockages. Specifically, the magnetization significantly increased the proportion of sensitive particle size (smaller than 0.03 mm) in the siltation sediment for the capillary of the potassium sulfate and the compound fertilizer mixture, reducing the proportion of sensitive particle size in the sediment output from the emitter, where that of urea was the opposite. When the magnetization intensity was 0.4 T, after applying potassium sulfate fertilizer and compound fertilizer, the sediment-sensitive particle size in the front and middle of the capillary increased the most: 25.75%, 11.17%, and 17.87%, 10.36%, respectively. After applying urea, the magnetization presented the largest decrease, when the magnetization was 0.2 T. When the magnetization intensity was 0.4 T, the proportion of sensitive particle size in the output sediment of the potassium sulfate and the compound fertilizer mixture dripper presented the largest decrease, which was 5.33% and 4.61%, respectively. When the magnetization intensity was 0.2 T, the urea mixed liquid dripper presented the largest increase in the proportion of sensitive particle size in the sediment output, which was 5.26%. The finding can provide a strong reference for the anti-clogging prevention measures in the drip irrigation drippers with integrated water and fertilizer in the Yellow River irrigation areas.

irrigation; sediments; magnetization; dripper clogging; integration of water and fertilizer

王照熙，趙雪，張文倩，等. 灌溉水磁化處理對水肥一體化滴灌滴頭堵塞的影響[J]. 農業工程學報，2021，37(20)：127-135.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.014 http://www.tcsae.org

Wang Zhaoxi, Zhao Xue, Zhang Wenqian, et al. Effect of magnetization of irrigation water on the clogging of drip irrigation emitters with integrated water and fertilizer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(20): 127-135. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.014 http://www.tcsae.org

2021-05-06

2021-07-20

國家自然科學基金資助項目（No.52079112、51679205）

王照熙，研究方向為節水灌溉新技術。Email：WangZhaoxi2021@163.com

牛文全，博士，研究員，博士生導師，研究方向為水土資源高效利用與節水灌溉新技術。Email：nwq@nwafu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.014

S275.6

A

1002-6819(2021)-20-0127-09