施肥滴灌加速滴头堵塞风险与诱发机制研究

刘 璐 牛文全， 武志广 官雅辉 李 元

(1.西北农林科技大学水土保持研究所， 陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院， 陕西杨凌 712100；3.中科院水利部水土保持研究所， 陕西杨凌 712100)

施肥滴灌加速滴头堵塞风险与诱发机制研究

刘 璐1牛文全1，2武志广2官雅辉3李 元1

(1.西北农林科技大学水土保持研究所， 陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院， 陕西杨凌 712100；3.中科院水利部水土保持研究所， 陕西杨凌 712100)

以2种内镶片式迷宫流道滴头为研究对象，采用数学分析方法、扫描电镜/能谱分析技术(SEM-EDS)和X射线衍射技术(XRD)对不同水溶性肥料滴灌后滴头流量、堵塞物表面微形貌及其化学组分进行多角度分析，研究肥料特性和流道结构对滴头堵塞过程的影响效应。结果表明：肥料特性是决定堵塞类型和诱发风险的重要因素(P<0.01)，流道结构对堵塞的影响需双重考虑结构尺寸及结构类型；当施肥质量分数小于等于0.5%时，施肥加速滴头堵塞的效果较小且与肥料类型关系不大，当施肥质量分数在0.5%～2.0%之间时，各肥料滴灌适用性由大到小依次为：磷肥、尿素、钾肥、复合肥，当施肥质量分数在2.0%～3.0%之间时，尿素滴灌滴头流量降幅为10.26%，显著高于施加磷肥(7.85%)、钾肥(4.07%)和复合肥(2.74%)；施加尿素滴灌诱发滴头堵塞主要物质的形成机理为分子态尿素析出物与水中悬浮颗粒物形成团聚体在较差流体的运动粘度下造成的物理堵塞，磷肥主要为吸附作用加速肥料杂质团聚沉淀的物理、化学堵塞，硫酸钾施肥滴灌主要为离子交换形成的钙、镁沉淀导致流道壁面糙度升高、过水断面减小的化学堵塞过程，复合肥诱发滴头堵塞风险最低。施肥滴灌存在诱发或者加速滴头堵塞的风险，但不同肥料诱发滴头堵塞主要物质的形成机理不同，加速堵塞的风险也不同，故对于不同的肥料类型宜采用不同的抗堵塞管理策略。

滴灌施肥； 滴头； 堵塞； 风险； 机理

引言

本文选用2种结构形式流道滴头，在4种不同肥料类型及4种肥料浓度梯度条件下，在对施肥滴灌滴头流量变化过程测试基础上，讨论施肥滴灌滴头堵塞的发生规律，并借助装有能谱仪(EDS)的场发射扫描电镜(FESEM，S-4800型，日立)对堵塞物质表面形貌进行显微分析和元素分析，同时配合采用X射线衍射仪(XRD，D8 Adance，Bruker)确定不同肥料类型滴灌诱发滴头堵塞主要物质的化学组分，揭示滴头堵塞的诱发机制，评估和预测滴头堵塞风险，旨在为水肥滴灌影响下合理防治滴头堵塞管理策略提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料制备

试验用水为陕西杨凌示范区居民自来水，通过环境保护局2015—2016年最新监测数据来看，符合我国农田灌溉用水水质标准[17](表1)，细菌数小于1 CFU/mL，短周期滴灌可忽略生物堵塞的影响，故该水质条件下研究水肥特性对滴头堵塞影响的试验结果具有一定的代表性。试验选用滴头参数如表2所示。

表1 试验期间自来水水质参数特征
Tab.1 Quality characteristics of irrigation water during experiment

参数COD/(mg·L-1)pH值TDS/(mg·L-1)TSS/(mg·L-1)EC/(μS·cm-1)Fe/(mg·L-1)Mn/(mg·L-1)硫酸盐/(mg·L-1)总硬度/(mg·L-1)细菌数/(CFU·mL-1)测试值1.2～2.37.86～8.01106～1520.95～1.30217.1～372.5<0.05<0.0510～2170～81<1

注：COD为化学需氧量；TDS为可溶性总悬浮物；TSS为总悬浮颗粒；EC为电导率。

表2 试验用滴头特征参数
Tab.2 Parameters of emitters used in experiment

滴头编号流道类型流道尺寸(长×宽×深)/(mm×mm×mm)额定流量/(L·h-1)流量系数流态指数滴头结构E1圆弧齿形56.8×1.1×0.882.30.7470.492E2尖角齿形54.3×1.08×0.822.50.9830.472

试验选用4种可溶性肥料，分别为氮肥、磷肥、钾肥和复合肥。氮肥为尿素(云南三环化工股份有限公司)，分子式CO(NH2)2，粒径1～2 mm的半透明粒子。尿素极易溶于水且无任何杂质，溶液呈透明状。试验用磷肥为过磷酸钙(河北省矾山磷矿有限公司)，含磷组分为磷酸二氢钙的水合物Ca(H2PO4)2·H2O，杂质为硫酸钙、二氧化硅和少量游离的磷酸和硫酸，常温下是灰白色粉末。过磷酸钙含有效P2O5质量分数14%～20%(其中80%～95%溶于水)，属于水溶性速效磷肥。制备磷肥水溶液时，搅拌后溶液浑浊，溶液底部存在大量灰色粉末状沉淀，待过磷酸钙颗粒在玻璃烧杯中充分溶解、静置后，取上清液透明液体，经浓度检测后作为试验材料。试验用钾肥为硫酸钾(山东鲁丰钾肥有限公司)，硫酸钾含K2O质量分数50%～54%，淡灰色微晶体粉末状。制备硫酸钾溶液过程中，经充分搅拌溶解后溶液底层沉积灰白色沉淀同时肥液表层悬浮白色包膜材料，待静置分层经过滤后取上清液，经浓度检测后作试验材料。复合肥采用临沂沃夫特复合肥有限公司生产的全水溶高钾型螯合态化肥，主要成分为尿素、磷酸二氢钾、硝酸钾，其中氮、磷和钾质量比为16∶6∶28。该肥料极易溶于水，溶液呈淡蓝色透明状。

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。

图1 滴头抗堵塞测试平台Fig.1 Experimental setup1.毛管 2.滴头 3.回水槽 4.冲洗阀 5.水箱 6.水泵7.回水阀 8.进水阀 9.筛网过滤器 10.压力表

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

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/sL——滴头流道长度，mW——滴头流道宽度，mD——滴头流道深度，m

由表2提供的参数计算可知，E1、E2滴头Ia分别为8.17和3.69，由此确定E1流道结构尺寸的滴头自身抗堵塞性能相对结构尺寸E2滴头而言较优。除自身尺寸条件外，进一步考虑流道结构形式及滴灌施肥水质参数。经试验测定，采用SPSS 22.0软件对34个处理末次灌水结束滴头相对流量数据进行方差分析，检验结果如表3所示，2种迷宫结构滴头对施肥滴灌堵塞的发生并无显著性影响(P>0.05)，说明在一定施肥浓度范围内，施肥加速滴头堵塞的风险受所选滴头流道结构尺寸影响，另外，流道结构形式的影响也不容忽视，两者存在交互作用，综合考虑不同肥料特性滴灌条件，尖角齿形结构比圆弧齿形结构抗堵塞性能更优。

表3 试验结果方差分析
Tab.3 Analysis of variance for total test data

方差来源平方和自由度均方差F值肥料类型0.00730.00211.400**施肥浓度0.05040.01261.127**滴头类型0.00110.0012.543ns肥料类型×肥料浓度0.023120.0029.223**肥料类型×滴头类型0.00130.0011.615ns施肥浓度×滴头类型0.00140.0010.834ns施肥类型×施肥浓度×滴头类型0.002120.0010.998ns误差0.0301490.001

注：** 表示在P<0.01水平差异显著，ns表示差异不显著(P>0.05)。

2.2 施肥特性对滴头堵塞的影响

施肥特性包括肥料类型和施肥浓度，方差分析结果表明两者对滴头堵塞的影响极显著(表3)，是加速滴头堵塞发生的关键性因子。以E1滴头为例，4种肥料类型在不同施肥浓度条件下对滴头相对流量变化的影响如图2所示，各处理组选用Duncan多重比较模型对滴头相对流量进行单因素多变量方差分析显著性检验，结果如表4所示。

由图2可知，施肥滴灌与清水滴灌(CF0)比较，未施肥处理组的滴头流量曲线整体表现平直，没有出现随灌水次数增加而下降的趋势，两者存在极显著差异(表4，P<0.01)，且施肥滴灌滴头相对流量在整个灌水期间均随着灌水次数的增加而逐渐降低，呈波动变化。各处理滴头平均相对流量都在87.61%以上，总体处于轻微堵塞水平，但不同肥料类型影响滴头相对流量下降幅度仍存在一定差异，灌水20次后，尿素滴灌降为12.39%，显著高于磷肥、钾肥及复合肥，其中钾肥与复合肥滴灌相对流量差异较小(幅度在3.13%以内)。说明施肥滴灌存在加速滴头堵塞的风险，不同肥料类型之间存在一定差异。

另外，不同施肥处理组滴头相对流量差异受施肥浓度的影响较大，当施肥质量分数在0～0.5%之间时，浓度对滴头堵塞性能的影响均较微弱，并无显著差异(P>0.05)，滴头均保持较高的相对流量(变幅在2.76%以内)。当施肥质量分数在0.5%～2.0%之间时，滴头相对流量随浓度变化明显，高低波动现象突出，说明该浓度范围段流道内堵塞物质“碰撞-团聚-沉淀-破碎-再团聚-再沉淀”的动态过程较为频繁，磷肥在该浓度范围滴灌对堵塞较为敏感，显著高于其他3种肥料(P<0.05)。当施肥质量分数在2.0%～3.0%之间时，不同肥料类型之间滴头流量变幅差异较大，尿素滴灌相对流量降幅显著增高，磷肥有所回升，钾肥平缓降低，复合肥变化不大，堵塞由大到小表现为：尿素、磷肥、钾肥、复合肥。整体来看，复合肥和钾肥表现出较好的滴灌适用性，而尿素和磷肥滴灌易诱发或加速滴头堵塞。

图2 肥料类型对滴头堵塞程度的影响Fig.2 Effect of fertilizer types on dynamic emitter clogging characteristics with irrigation intervals

肥料类型E1E2CF0CF1CF2CF3CF4CF0CF1CF2CF3CF4尿素99.9a98.4bcd97.0fgh96.7ghi87.6m99.9a97.2ghi96.5hij96.9ij89.7l磷肥99.9a97.9bcd97.4cde92.8k93.1k99.9a98.5bcd92.9k92.2k92.2k钾肥99.9a98.7b97.2efg97.8bcd97.3cde99.9a98.2bcd98.5bcd96.3ij95.9j复合肥99.9a97.5bcd98.4cd97.7bcd96.9ghi99.9a97.8bc97.2fg97.8bcd97.3def

注:不同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.3 堵塞物质化学组分分析

借助场发射扫描电镜及X射线衍射仪对采样点滴头内淤积物质进行观察和分析，同种肥料不同浓度梯度施肥滴灌后，诱发滴头堵塞的主要化学物质元素组成并无明显变化，故以施肥质量分数3.0%滴灌后流道内淤积物质的电镜扫描微结构(图3)、表面能谱分析(表5)和XRD检测图谱(图4)为例来看：堵塞物质表面形貌较原状肥料而言，形貌更复杂且颗粒间连接更为紧密，由排列不均一的晶体颗粒相互咬合镶嵌形成。

进一步分析表面能谱和XRD检测结果，可看到：尿素灌水后流道淤积物C、N元素含量与滴灌前尿素无明显差异(表5)，O元素有7.01%的消耗，新增元素Mg、S比例为1∶1，可能为硫酸镁盐沉淀。由XRD物相分析图谱可知(图4)，灌水后堵塞物质除尿素外，分别在角度20.157°、22.926°、30.857°出现新峰值，物质为六水合亚硫酸镁(MgSO3·6H2O)，与能谱分析结果一致。说明尿素滴灌滴头堵塞的淤积物主要成分是尿素分子，含极少量亚硫酸盐沉淀。

磷肥滴灌后淤积物表面形貌为薄片状晶体结构(图3b)，从XRD结果看，磷肥中CaSO4为主项，磷酸二氢钙水合物为次项，含磷量不高。灌水后从XRD峰值看来(图4)，CaSO4和少量SiO2依然存在且含量并无明显变化，磷酸二氢钙水合物几乎完全消失，有新峰值出现，为微溶无水磷酸氢钙(CaHPO4)。EDS结果显示，堵塞物P元素含量是磷肥的2.05倍，S元素含量降低了6.15%，其余元素含量变化不大(表4)。说明流道内淤积物为CaSO4、CaHPO4和SiO2，硅铝酸盐杂质与磷产生吸附作用，P元素含量明显升高。

钾肥滴灌后流道内淤积物在电镜下清晰可见许多细小晶粒以面面接触的方式附着于较大斜方结晶物表面(图3c)，C、O、Ca、Mg元素含量增加，K、S元素含量相对减少(表4)，其原子数比例为2∶1(24.79%∶12.57%)，说明淤积物仍以硫酸钾斜方结晶析出物为主，附着的细小晶粒可能是由于离子置换产生的沉淀物。结合XRD衍射图谱(图4)，再次证明钾肥滴灌流道内淤积物除硫酸钾结晶物外，含有少量硫酸钙和芒硝石((K,Na)3Na(SO4)2)。

图3 不同肥料类型在施肥质量分数为3.0%下滴灌后流道内淤积物电镜扫描结构图Fig.3 FESEM micrographs of sediment with different fertilizer types of 3.0% fertilization concentration

检测对象CNOPKCaSMgFeSiAl尿素18.5739.7241.04000000.6700尿素滴灌残留物21.8440.5934.030000.420.420.9500磷肥6.766.2651.4610.97014.409.52000.430.22磷肥滴灌残留物9.340.1650.2122.51011.863.7300.470.730.99钾肥7.801.6440.69032.88016.060.12000钾肥滴灌残留物8.57053.14024.790.2212.570.35000复合肥14.5912.1037.4625.449.070.8800.520.4800复合肥滴灌残留物3.8718.1755.643.2619.0600000.540

图4 流道内淤积物化学组分XRD检测图谱Fig.4 Surface XRD patterns of sediment in emitter-channel

复合肥滴灌后流道内淤积物表面形貌为斜方晶型结构的团聚结构(图3d)，其Ca、Mg、Fe元素相对含量较灌水前降至0，N、O、K原子数百分比分别为18.17%、55.64%、19.06%(1∶3∶1)(表4)，XRD结果显示，灌水前磷肥含有硝酸钾、尿素、磷酸二氢铵，灌水后尿素几近消失，其余峰值出现角度无明显变化(图4)。说明复合肥滴灌流道淤积物为硝酸钾和少量磷酸二氢铵的结晶析出物。

3 讨论

迷宫流道结构是影响滴头堵塞发生规律及抗堵塞能力的主要因素，可以通过改变流道几何参数、流道类型、流道结构等提高滴头的抗堵塞能力[20-21]。本试验发现选用的2种流道结构对加肥滴灌诱发或者加速滴头堵塞的影响并不显著，即施肥诱发或加速滴头堵塞受该流道结构尺寸和形式交互作用的影响较小。以滴头关键影响因素为核心，通过量纲分析法建立的堵塞评价指标Ia是目前较为有效地快速判定滴头堵塞性能的指标，从该评估指数计算结果来看，E1、E2滴头Ia分别为8.17和3.69，说明该尺寸条件下E2滴头自身抗堵塞能力相对较强。而试验结果显示，滴头结构对堵塞影响并不显著，是因为尖角齿形结构比圆弧齿形结构抗堵塞性能更优。有研究表明，对于齿形流道滴头抗堵塞性能是随其转角的增加呈下降趋势，转角增大导致流道流场运动紊乱度增加，流体内固体颗粒越容易进入漩涡区，其相应的停留时间也越久，最终导致流道堵塞的可能性增加[22]。故转角相对较大的圆弧齿形流道比转角较小的尖角齿形流道发生堵塞的可能性更高。

当滴灌肥料特性不同时，灌溉水中的悬浮颗粒物、盐分含量、pH值和细菌数等则不同，诱发滴头堵塞的过程和滴头堵塞程度也将不同。本试验发现不同肥料类型和浓度滴灌时，毛管内淤积物质量不同，流道内淤积物形貌特征及其主要元素组成相对含量也不同。

试验选用的磷肥含大量硫酸钙和少量硅石杂质，经沉淀过滤后，这些杂质的悬浮颗粒仍会进入系统，经长期灌水，除杂质外，磷酸二氢钙水合物转化成微溶的无水磷酸氢钙最终诱发滴头堵塞，该过程发生了化学反应且生成沉淀。一方面，当施肥浓度增大时，水中阳离子数量在增大，细小的不溶或者难溶物质颗粒也在增多，当阳离子增加到一定值时，双电层受静电引力压缩而变薄，Zeta 电位降低，悬浮物絮凝强度及沉降强度显著增大[27]，易在流道进口处和拐角处淤积下来；另一方面，含磷的阴离子与悬浮杂质发生的吸附作用，增强了颗粒间絮凝团聚的可能，故磷肥诱发滴头流道堵塞风险较高[28-29]。当施肥浓度继续增加，灌溉水pH值进一步降低至3.21时(图5b)，有效抑制了碳酸钙等盐类沉淀及微生物生长引起的化学堵塞和生物堵塞，滴头流道将恢复通畅[30-31]，较低浓度滴灌反而降低了堵塞风险。因此，可溶性磷肥滴灌诱发的滴头堵塞机制主要为磷肥的吸附作用加速杂质、离子置换形成的沉淀颗粒絮凝物的形成，其堵塞为物理、化学耦合堵塞。

图5 不同肥料类型和浓度滴灌的电导率和pH值Fig.5 Electric conductivity and pH value of irrigation water with different fertilizers and fertilization concentrations

硫酸钾是一种较强的电解质[32]，故不同浓度肥液的电导率均显著高于氮肥、磷肥和复合肥，为11 910～27 860 μS/cm(图5a)，水体运动粘度系数小，进入流道内的悬浮颗粒及可溶性盐离子跟随流动性好，悬浮物易随水流流出滴头流道[21]。钾肥滴灌pH值在7.23～7.33之间(图5b)，属于中度堵塞范围，易加速水中钙、镁离子形成沉淀，经检测生成硫酸钙和芒硝石。在长期滴灌的干湿交替中，流道内壁化学沉淀附着层将逐渐加厚，壁面粘附力增大，进而悬浮颗粒更易被吸附粘结在壁面，导致流道过流能力逐渐下降。钾肥浓度越大，硫酸钾结晶物、化学沉淀物越多，滴头堵塞的风险越大，但总体小于尿素与磷肥，其堵塞主要为化学堵塞。

但本试验未考虑长期滴灌过程中微生物滋生、营养物质输送及水流剪切力变化引起的滴头堵塞物质形成和生长动态变化过程，今后将综合考虑物理、化学、生物等多因素影响，确定不同施肥滴灌条件下，滴头的堵塞机理与过程，提出相应的预防和治理管理办法。

4 结论

(1)在没有或者仅有少量固体悬浮物参与的情况下，施肥滴灌具有诱发或加速滴头堵塞的风险。

(2)不同肥料特性诱发滴头堵塞的风险不同。肥料质量分数小于2.0%时，滴头堵塞风险由大到小表现为：磷肥、尿素、钾肥、复合肥，当肥料质量分数大于等于3.0%时，尿素诱发滴头堵塞的风险最高，磷肥次之，钾肥和复合肥较小。

(3)不同肥料类型诱发滴头堵塞的主要物质形成机制不同。尿素滴灌主要考虑肥料分子改变水体流动性诱发的颗粒物质与壁面粘附的沉积堵塞；可溶磷肥滴灌主要考虑磷吸附行为下肥料杂质的团聚沉淀堵塞；硫酸钾滴灌主要考虑钙、镁沉淀诱发流道壁面糙度升高使过流断面减小造成的堵塞；可溶性复合肥诱发机理有待进一步研究。

(4)滴头结构对施肥诱发堵塞的影响存在流道结构尺寸和流道结构类型的交互作用。

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Risk and Inducing Mechanism of Acceleration Emitter Clogging with Fertigation through Drip Irrigation Systems

LIU Lu1NIU Wenquan1,2WU Zhiguang2GUAN Yahui3LI Yuan1

(1.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China
3.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China)

The inducing mechanism of emitters clogging with fertigation was explored. A laboratory experiment was conducted to investigate the influence of three factors (fertilizer types, fertilizer concentration and flow path structure) on anti-clogging performance of drip emitters. The intermittent drip irrigation experiment was studied by using two flow path types of non-pressure compensating emitters (arc-shaped saw-tooth and cup-shaped saw-tooth), four levels of fertilization concentration (0.5%, 1.0%, 2.0% and 3.0%) and four types of fertilizer (urea, calcium superphosphate, potassium sulfate and water soluble compound fertilizer) and the system was allowed to run for 20 h. The mathematical analysis methods in combination with field scanning electron microscope (FESM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray diffraction (XRD) technology were then used to quantitatively and qualitatively analyze the variations of the emitter’s average relative flow rate, surface topographical characteristics and components of the clogging materials internal emitters. Results showed that fertilizer characteristic was an important factor in deciding the emitter clogging type and degree (P<0.01), and the influence of the two flow path structures on the accelerating effect of emitter clogging performance needed to consider the path structural size and style. The accelerating effect of fertilizer application on emitter was not obvious when the concentration of fertilizer solution was less than 0.5%. When the concentration was increased to 0.5%～2.0%, there were obvious changes in the quantities of outflow discharge occurred in phosphate-fertigation, which made it clog easily, followed with urea-fertigation, the applicability of potassium-fertigation and compound-fertigation was better than that of the former. When the concentration was risen to 2.0%～3.0% or higher, the clogging degree was so serious with urea-fertigation, the flow rate was decreased by 10.26%, which was significantly higher than those of phosphate-fertigation (7.85%), potassium-fertigation (4.07%) and compound-fertigation (2.74%). Fertilization can promote the clogging of the emitters. These fertilizer types had different water quality, hence resulting into different emitter clogging risk and inducing mechanism. Emitters clogging with urea fertigation were caused by the role of aggregation and adhesion with both crystallization of the molecular urea state and suspended particles in the water. The adsorption function that particulate impurities to phosphorus promoted flocculation while precipitation among solid particles was as a result of inducing mechanism of emitter clogging with phosphate fertigation. The main inducing mechanism for emitter clogging with potassium-fertigation was chemical precipitation because of the ion-exchange action, while emitter clogging with compound-fertigation had the lowest risk. Therefore, fertigation with different fertilizer types should adopt different emitter clogging controlling management strategy.

fertigation; emitter; clogging; risk; mechanism

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.030

2016-09-04

2016-11-04

国家重点研发计划项目(2016YFC0400202)和国家自然科学基金项目(51679205)

刘璐(1986—)，女，博士生，主要从事灌溉理论与节水技术研究，E-mail: wzx130807@163.com

牛文全(1971—)，男，研究员，博士生导师，主要从事水土资源高效利用与节水灌溉技术研究，E-mail: nwq@nwafu.edu.cn

S275.6

A

1000-1298(2017)01-0228-09