本發明涉及一種高效節水和禾谷類農作物豐產的磁水灌溉技術方法，屬于農業技術領域。

背景技術：

農業磁化水灌溉技術是一項科技含量較高的促進農作物生長和增產的灌溉技術，原理是灌溉水通過磁化后，“水分子團”斷鍵變成單個而有活力小分子團。這種變小的分子團在細胞代謝過程中具更強的滲透性，使其水表面張力減少，溶解性增強，在灌溉中推進了礦物質溶解和植物根系吸收以及植物的生長(圖1)。利用這一原理，上世紀中期以來國內外科技人員便開展了磁化水技術在農業灌溉上的試驗與應用研究，特別是在干旱地區已做了大量的工作，諸如在小麥、大麥、棉花以及具有經濟效益的鹽生植物，己取得一定的成效，其產量品質都有一定的提高。其技術歸納起來主要包括：農作物滴灌、農作物磁化水灌溉、農作物磁化水+滴灌等；但針對干旱水源供給緊張的綠洲環境，以及水資源的高效利用和農作物增產與品質提升，原有單一的磁化水灌溉和滴灌存在諸多優勢與不足。最主要表現為：①.單一的農作物磁水灌溉節水效果相對較高，對水的利用率也相對較好，易于作物對養分和水分的吸收；但該技術所處的環境是開放系統，受微地形、土壤質地和物質成分、地下水、土壤鹽分的干擾，磁水控制的范圍相對較小分布和強度不均一，造成了作物對養分和水分吸收程度也相對不均一；整體會影響到農作物的生長。②.單一的農作物滴灌技術，特別適合于干旱區農業灌溉，節水效果很好，水資源利用率高，但缺點是不能更有效促進水分對土壤養分和礦物質的溶解以及農作物對養分、水分的吸收，影響了農作物的產量和質量進一步提升。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供了一種高效節水和禾谷類農作物豐產的磁水灌溉技術方法。為在干旱區綠洲水源供給緊張狀態下的禾谷類作物高效節水和增產、增質的灌溉技術方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

一種高效節水和禾谷類農作物豐產的磁水灌溉技術方法，其特征在于：包括以下各步驟：

(1)將禾谷類農作物田劃分為7～12畝相等的地塊；

(2)待禾谷類農作物種植后，立刻按劃分的地塊形狀，設置農田滴灌系統，互相布置支管和滴灌的毛管；

(3)選取磁化器，在所述滴灌系統設計安裝磁化器(磁化水設備)，所述磁化器無縫連接在所述支管與所述主管三通的出水口處構成磁化水滴灌系統，所述磁化器的磁化強度控制在1200至3600；

(4)所述磁化水滴灌系統安裝完畢后，禾谷類農作物種至成熟期共計灌溉5-8次，總灌溉量為每畝350～400立方米。

在上述方案中優選的是，步驟(1)中長與寬分別為100～102m和74～75m，或為103～105m和44～50m。

在上述任一方案中優選的是，步驟(2)中農田滴灌系統包括依次連接的滴管首部、主管、支管和毛管，毛管分布于所述支管的兩側。

在上述任一方案中優選的是，步驟(3)中選取的所述磁化器的管口外徑105mm，內徑85mm。

在上述任一方案中優選的是，所述禾谷類農作物為谷子或玉米。

本發明的有益效果：本發明針對以上的問題與不足，基于前人的研究與試驗基礎，利用上述的磁水灌溉的技術核心，在新疆干旱、水資源供應緊張的綠洲環境內，開展一種高效節水的禾谷類磁化水滴灌豐產技術試驗；試驗以北疆主要的禾谷類農作物(谷子和玉米)為對象，以該類作物出苗至成熟收獲的最有效生長時期為試驗階段，嚴格的控制和管理水量，通過磁化器與滴灌系統無縫結合，構成封閉的最佳組合設計以及不同時段灌溉試驗，優化選擇出適宜于干旱綠洲環境的農作物磁化水滴灌3+1組合技術方法—磁化水+滴灌+水量定控等組構技術方法(3表示為：磁化水{磁化器裝置為1200～3600磁化強度}+滴灌+水量控制，1表示為：一種農作物)。試驗表明，該發明是在嚴格水量控制下的谷子、玉米滴灌+磁化水灌溉技術，它不僅使其磁化水通過滴灌直接的接觸到農作物根部附近，而且還有效的促進了作物對水分與養分的吸收程度，進一步提升了農田節水程度以及農作物產量品質的空間。

本文提供一種在干旱區綠洲水源供給緊張狀態下的禾谷類作物高效節水和增產、增質的灌溉技術方法，即：節控水量+磁化水滴灌組合技術方法，為促進該類作物種植的豐產和品質提升以及高效節水服務。它對于提高當地與新疆灌區農業灌溉技術水平，以及農業新技術的應用有直接的促進作用，并為干旱區及新疆的農業可持續發展提供科學依據。

本發明是一種高效節水的干旱綠洲環境下的禾谷類農作物(谷子、玉米)磁化水+滴灌豐產技術；其原理是灌溉水通過磁化后，斷鍵形成由單分子或個體小分子團組成的磁化水體，增強了水體在灌溉過程中對土壤的滲透性，以及對土壤礦物質和養分溶解性；更利于禾谷類農作物(谷子、玉米)對水分與養分的吸收；其技術方法簡單、環保，便于操作設置，在新疆干旱區綠洲環境內試驗效果極佳，是農民朋友增產、增質的最佳技術選擇；.本發明是針對干旱區水資源供應緊張的綠洲環境下設計的一種禾谷類農作物灌溉新技術方法，要求該灌溉技術方法節水、灌溉均勻無死角，具完整的滴灌配置體系；.本發明是以增加禾谷類農作物(谷子、玉米)產量為目標，要求該技術配置的磁化器與滴灌系統無縫結合，構建成相對封閉的灌溉組合體系—即磁化水+滴灌+水量定控等組構體系，以增強該灌溉技術在禾谷類農作物(谷子、玉米)整個生長期對水的有效利用率，促進干旱綠洲環境下的禾谷類農作物(谷子、玉米)產量的提升；通過調查、監測分析表明，本發明中，谷子和玉米分別使用磁化強度為3600和2400強度的磁化器效果最佳。

附圖說明

圖1農田磁化水灌溉作用示意圖；

圖2是實施例1中所示谷子、玉米田劃分地塊布局圖；

圖3是實施例1中所示磁化水滴灌系統布局示意圖；

圖4是實施例1中所示谷子、玉米磁水滴灌試驗與磁化器布置圖；

圖5是實施例2中所示谷子試驗設計與布局圖；

圖6是實施例2中所示不同處理對土壤含水量的影響；

圖7是實施例2中所示不同處理谷子株高動態變化；

圖8是實施例2中所示不同處理谷子葉片數動態變化；

圖9是實施例2中所示不同處理谷子生物量變化(數據于2016年9月18日測定)；

圖10是實施例3中所示上莊子村玉米試田試驗設計與布局圖；

圖11是實施例3中所示不同處理對土壤含水量的影響；

圖12是實施例3中所示不同處理玉米地上部生物量變化(數據于2016年9月17日測定)。

具體實施方式

以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例1

一種高效節水和禾谷類農作物豐產的磁水灌溉技術方法，包括以下各步驟：

①.根據農田特點(如農田大小、走向、坡度)、谷子和玉米作物的種植模式、磁化水灌溉技術要求，將谷子和玉米田劃分為介于7～12畝之間相等的地塊，如長與寬分別介于100～102m和74～75m，44～50m和103～105m左右(圖2)；

②.待谷子、玉米種植后，立刻按劃分的地塊形狀，設置農田滴灌系統，互相布置支管和滴灌的毛管(圖3)；其中，1是滴灌首部、2是主管、3是支管、4是毛管、5是農田；

③.選取外徑105mm，內徑85mm管口的磁化器，將已布置的滴灌系統設計安裝磁化水設備，無縫連接在支管與主管三通的出水口處(圖4)，磁化器的磁化強度控制在1200至3600；其中，6是磁化器、7是無磁化區、8是磁化區；

④.磁化水滴灌系統安裝完畢后，嚴格的控制灌溉水量，按谷子和玉米播種至成熟期共計5次和8次灌溉量算，將總灌溉量限制在每畝350～400方左右，進而根據谷子和玉米生長階段進行分期試驗、監測和數據提取，開展禾谷類農作物的磁化水滴灌豐產技術的研究。

下面為本發明的試驗部分

該試驗選擇的是新疆瑪納斯縣樂土驛鎮的上、下莊子村農田，為典型的半干旱區綠洲灌區，土壤類型主要由潮土、灌耕灰漠土和灌耕棕漠土組成，經長期耕作和改良，土壤肥沃而平整。試驗田由谷子和玉米田組成。

實施例2

選擇瑪納斯縣樂土驛鎮下莊子村288畝農田為試驗田，種植谷子作物(圖5)。

按圖5設計有磁化的田塊和無磁化田塊；按上述的發明步驟，有磁化田塊通過主管與支管結合部處將磁化強度1200、2400、3600的磁化器分別與滴灌系統無縫鏈接，形成磁化水+滴灌+水量定控灌溉技術體系；而無磁化田塊則僅將滴灌布置于此，形成單獨滴灌+水量定控灌溉體系；整個試驗設置成3個磁化強度處理(1200、2400、3600)和2個重復，每個處理小區面積為11.5畝(長102m，寬75m)。

據此將水量控制在統一的標準375m³，進行磁化水滴灌和常規滴灌對比試驗，包括土壤含水量的測定與分析，谷子播種至成熟期的生長發育形態、生物量及產量的測定與對比分析；

A.不同灌溉處理方式下土壤含水量的分析比較

依據灌溉制度和谷子生長發育階段特性，試驗對磁化水和無磁化水灌溉的土壤含水量進行了調查，分別于苗期(6月7日)、拔節期(6月29日)、拔節抽穗期(7月27日)、成熟期(8月25日)調查測定每處理小區距磁化器30m處的土壤含水量。

通過分析土壤含水量(圖6)的數據得知，磁化處理的土壤含水量較無磁化處理的低。在拔節期后，磁化處理的土壤含水量明顯低于無磁化，以磁化處理3600的土壤含水量較低。分析可知，CK(無磁化)處理的土壤含水量由于是未經磁場作用，無法使大分子水變成作物快速吸收利用的小分子水，導致土壤中的含水量無法被谷子快速吸收利用，不僅造成水資源的浪費，還對谷子產量的形成不利；而磁化處理，尤其是3600磁化強度下，能使大分子水迅速變成被谷子植株吸收利用的小分子水，滲透性增強，不僅有利于礦物質和養分溶解，還能將土壤耕作層的鹽分下移，對加快土壤改良進程有利。

B.不同灌溉處理方式的谷子生長發育狀況分析比較

試驗對磁化水和無磁化水灌溉的谷子全生育期生長狀況進行了調查，調查測定每處理小區距磁化器30m處定點定株的12株谷子的株高、葉片數等，生物量于9月18日(成熟期)測定。

通過調查數據的對比分析(圖7、圖8、圖9)發現，磁化與無磁化的生長狀況差異較為明顯。磁化處理的谷子株高、葉片數、生物量隨著生育進程的推移逐漸升高。與CK(無磁化處理)相比，磁化處理的谷子株高較高、葉片數較多、生物量較大，其中，以3600磁化處理的株高、葉片數，生物量最高。抽穗期(7月27日)時，磁化處理的株高較CK高6.9～12.2cm，葉片數多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，葉片數多，生物量大，這為后期產量的形成奠定物質基礎。

C.不同灌溉處理方式的谷子形態測定與分析比較

每個處理隨機取3個樣點。對長勢不均勻的試驗田視情況適當增加樣點數。每個樣點取0.01畝(6.67m²)，進行取樣調查每個處理的穗長、單穗重、單穗粒重，計算出各處理的平均值，并分析比較磁化區和無磁化區谷穗形狀與谷粒之差異。

從調查的結果來看(表1)，磁化處理的谷子的穗長、單穗重、單穗粒重均較CK(無磁化處理)高。磁化處理的谷子的穗長較CK高1.2～1.5cm，單穗重較CK重0.4～2.1g，單穗粒重較CK增加0.9～1.0g；這說明經過磁化的谷子有利于穗長穗長、單穗重、單穗粒重的增加，為產量的提高提供有利條件。

表1不同處理谷子形態分析

D.不同灌溉處理方式的產量分析比較

于谷子成熟期測定各處理產量。每個處理隨機取3個樣點，對長勢不均勻的試驗田視情況適當增加樣點數。每個樣點取0.01畝(6.67m²)，實際取樣時以一個播幅為準，在樣點之中選取有代表性的雙行，實數收獲穗數，計算畝收獲穗數。在每個樣點內連續數取10個穗，計數穗粒數。理論產量(kg/畝)＝畝穗數×穗粒數×千粒重(克)×0.85×10^-6。

由表2看出，與CK相比，磁化處理的畝穗數較多、千粒重較重、產量較高；其中，3600磁化處理的畝穗數、千粒重、產量均較高，其產量高達555.0kg/畝，比CK、1200、2400分別高22.5％、19.7％、6.9％。分析得出：磁化水對谷子產量的提高效果顯著，其中，以2400～3600磁化強度效果最佳。

表2不同處理產量及產量構成因素

E：不同灌溉處理方式的水資源有效利用率分析

通過上述的幾組試驗分析發現，在相同灌溉水量(375m³/畝)嚴格控制及管理下，有磁化水灌溉的谷子田比無磁化水灌溉的谷子田，每畝增產10.3～101.8公斤，并明顯提高了水資源的有效率，按公式套入：(△V：谷子磁化水滴灌比谷子普通水滴灌每畝所節約的用水量；V₁：統一額度每畝灌溉量；S₁：磁化水灌溉的谷子田每畝產量；S₂：無磁化水灌溉的谷子田每畝產量)。

由此可推算出磁化處理節水8.5～84.2方，1200、2400、3600磁化處理水分效率分別提高2.2％、12.7％、18.3％。

實施例3

選擇了瑪納斯縣樂土驛鎮上莊子村280畝為另一個試驗樣田，距谷子試驗田僅不到100m，種植玉米作物，進行布局試驗(圖10)。

試驗設計3個磁化強度處理1200、2400、3600及對照(CK)方式，每個處理3次重復。田間管理措施同大田。按上述的發明步驟，將有磁化田塊通過主管與支管結合部處將磁化器與滴灌系統無縫鏈接，形成磁化水+滴灌+水量定控灌溉技術體系；而無磁化田塊則僅將滴灌布置于此，形成單獨滴灌+水量定控灌溉體系；整個試驗設置成3個磁化強度處理和3個重復，每個處理小區面積為7畝(長105m，寬44m)。

據此將水量控制在統一的標準385m3，進行磁化水和無磁化水滴灌對比試驗，包括玉米出苗至成熟等不同生長階段的生長發育情況、生物量以及產量的測定與對比分析；

A.不同灌溉處理方式下土壤含水量的分析比較

依據灌溉制度和谷子生長發育階段特性，試驗對磁化水和無磁化水灌溉的土壤含水量進行了調查，分別于出苗期(6月7日)、拔節期(6月16日)、抽穗期(7月26日)調查測定每處理小區距磁化器30m處的土壤含水量。

通過分析土壤含水量(圖11)的數據可知：拔節期以后，磁化處理的土壤含水量均較無磁化處理的低。說明普通水在經過磁化處理下，能使大分子水變成玉米植株快速吸收利用的小分子水，不僅有利于礦物質和養分溶解，還能將土壤耕作層的鹽分下移，生態效益顯著。

B.不同灌溉處理方式的玉米生長狀況分析比較

于出苗期(6月7日)、拔節期(6月29日)、抽穗期(7月13日)對各處理的玉米生長狀況進行了定點定株(3株)調查，每處理3重復。

通過調查數據的對比分析(表3，表4，圖12)發現，磁化區和無磁化區玉米植株生長狀況差異明顯，磁化處理的株高、葉片數在各生育時期均較CK處理高。生物量表現為2400>1200>3600>CK；綜合分析表明：磁化水滴灌促進了玉米生長發育及生物量的累積，為產量奠定物質基礎；而CK(無磁化)處理下玉米植株矮小，生物量累積低，不利于最終產量的形成。

表3不同處理對玉米生長發育的影響

C.不同灌溉處理方式的玉米形態測定與分析比較

每個處理隨機取3個樣點，每個處理共計選取30穗，進行玉米穗長、穗粗及禿尖長的測定，分析比較各處理的玉米形狀與個體之差異。

從表4看出，磁化處理的穗長、穗粗、穗重、穗粒重、穗行數、行粒數及穗粒數均顯著大于CK(無磁化處理)，其中，以2400磁化強度的玉米形態較好，穗粒數較CK高25.9％，而禿尖長表現為CK>1200>2400>3600，充分說明磁化處理有利于玉米穗部的生長、穗粒數的形成，為豐產提供有利條件。

表4玉米室內考察測定

D.不同灌溉處理方式的產量分析比較

采取隨機取樣方法，每個處理隨機取3個樣點(3個重復分別為3個樣點)。每個樣點取0.01畝(6.67m²)，在樣點之中選取有代表性的雙行，實數收獲穗數，計算畝收獲穗數。在每個樣點內隨機抓取10個穗，計數穗粒數，后將10穗玉米脫粒，查數1000粒玉米稱重，測出每個處理的千粒重。從而計算出畝產量。公式為：

按上述公式：∑S＝A×N×V×0.85×10^-6套入計算玉米產量。從測產結果來看(表5)，經磁化水滴灌的玉米產量均高于對照組，具體表現為2400>1200>3600>CK，磁化處理2400產量最高，為727.6kg/畝，較CK提高16.3％；1200、3600較CK分別提高了14.0％、4.0％。綜合說明：磁化處理對玉米產量的提高有利。

表5不同處理玉米測產結果表

E：不同灌溉處理方式的水資源有效利用率分析

通過上述的幾組試驗分析發現，在相同灌溉水量(385方/畝)嚴格控制及管理下，有磁化水灌溉的玉米田比無磁化水灌溉的玉米田，平均每畝增產71.6公斤，并明顯提高了水資源的有效率，按公式套入：(△V：玉米磁化水滴灌比玉米普通水滴灌每畝所節約的用水量；V₁：統一額度每畝灌溉量；S₁：磁化水灌溉的玉米田每畝產量；S₂：無磁化水灌溉的玉米田每畝產量)。

由此可推算出磁化水滴灌節水15.5～62.7方，1200、2400、3600磁化處理水分效率分別提高12.3％、14.0％、3.9％。

總之，在相同的種植、水肥配置和管理措施之下，經上述谷子和玉米播種至成熟整個時期的監測實例表明：

①.干旱環境下的禾谷類農作物磁化水+滴灌+水量定控技術比常規水滴灌技術的土壤在灌溉中更易于礦物質和養分溶解；

②.禾谷類農作物磁化水+滴灌+水量定控技術比常規水滴灌技術更利于禾谷類農作物對水分與養分的吸收；

③.禾谷類農作物磁化水+滴灌+水量定控技術比常規水滴灌技術明顯的提高了作物的生物量、產量以及整個生長期對水的有效利用率；其中對水的利用率提高了11.5％～22.5％，產量提升了16.3％～22.5％。

綜上所述，磁化水+滴灌+水量定控技術方法簡單、環保，便于操作設置，在新疆干旱、水資源供應緊張的綠洲環境內試驗效果極佳，是農民朋友增產的最佳技術選擇。

最后應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。