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高尔夫草坪喷灌效率评估和改善

2014-8-11 15:49| 发布者: wanghaiyi| 查看: 2047| 评论: 0|原作者: 缪经纬

摘要: 人们对高尔夫球场喷灌通常略有误解,认为现今高尔夫球场浪费了成千上万吨的水。不可否认,上个世纪的球场确实存在喷灌效率低下,喷灌管理过于粗放的情况,但是随着工业科学技术不断进步,可持续发展的理念越来越被世 ...


    人们对高尔夫球场喷灌通常略有误解,认为现今高尔夫球场浪费了成千上万吨的水。不可否认,上个世纪的球场确实存在喷灌效率低下,喷灌管理过于粗放的情况,但是随着工业科学技术不断进步,可持续发展的理念越来越被世人所重视,如今更多先进喷灌节水技术和更加科学合理的球场设计已经大幅度提升了高尔夫球场喷灌效率。下面就是已经在帮助大量球场节水的几个事实

当今高尔夫球场的建造师们运用创新的设计理念来节省水资源

细致的造型和良好的排水设计可以高效收集地表径流和地下径流至球场湖泊之中

草坪覆盖的区域和需要浇灌的景观种植面积已尽可能被降至最小比例,这样可以节省50%以上的灌溉用水

土质较差的区域均已被15-20cm 厚的沙层覆盖,从而保证了水的均匀渗透,也极大地避免了地表径流和过度灌溉的情况。

此外,每年还有许多的培训机会让球场喷灌从业人员不断思考如何高效使用和节约水资源

有大量关于球场喷灌技术的书籍供从业者参考学习

每年多场次的全国性或区域性的高尔夫喷灌技术学术研讨会

高尔夫行业性期刊经常撰文刊登关于如何提升水资源利用效率的文章

国内外高尔夫论坛为从业者提供了交流喷灌技术的园地

下面就从植物生长的原理来探讨水在高尔夫草坪养护中所扮演的角色。

 

1 水资源的管理,从草坪为什么需要水开始谈起

1.1光合作用

        光合作用(图1)是绿色植物和某些细菌利用叶绿素,在可见光的照射下,将二氧化碳和水转化为有机物(主要是淀粉),并释放出氧气的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者,是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用,食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量,效率为30%左右。对于生物界的几乎所有生物来说,这个过程是他们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环,光合作用是必不可少的。光合作用将太阳能转换为化学能,也是所有新陈代谢过程和成长的燃料,可以锁定大气层中的碳,也是植物结构的基石。

CO + HO( 光照、酶、 叶绿体== (CHO) + O  

      

图1 光合作用            图2 蒸腾作用


  实际上,被植物吸收的水中只有1-2%被转换成了碳水化合物,99% 的水分被植物的蒸腾效应(图2)所消耗掉。每个细胞中间都充满水泡。叶面的气孔或毛孔使得CO进入植物内部,CO进行光合作用也使得植物内部的水分通过叶面蒸发。蒸腾效应实现了物质的交换和蒸发降温;弊端则是会造成水分流失。

1.2根部区域的孔隙空间 

    一般土壤的成分构成 45%为矿物质,25% 为水,25%为土壤气体,5%为有机物,所以在一块普通的土壤当中,50%土壤体积为孔隙空间,而在这其中,在理想的状况下,一半的孔隙空间中满了水,另一半则填满了气体。保土壤有一定的孔隙空间从而使含有充足的空气对植物根茎健康至关重要

    对于高尔夫草坪的灌溉而言,最理想的状态是,在一场大雨或是浇灌之后,所有的孔隙空间都充满了水,并且所有的土壤都已经饱和,接着在重力的作用下,土壤孔隙空间中的一半被水所填充,一半则逐渐被空气所填充。

    所以说,过度灌溉将会导致土壤持续处于饱和状态,从而导致根茎缺氧,阻碍根茎的生长和根系功效这将使得草坪处于不健康的环境之中。

 

2由水引起的草坪问题

    一般而言,95%甚至更多比例的草坪死亡是由过度浇灌引起的,而非缺水

    所周知,过度灌溉将会引起草坪根茎变浅,肉质植物增生,苔藓藻类出现。过度灌溉导致土壤微生物处于厌氧环境之中,厌氧环境下产生COCH4H2SNH3,和水,其中H2S NH3会产生臭味,H2S会和土壤中的金属离子形成硫化物,如铁硫化物等,堵塞在草坪根部区域,草坪无法生长,这被称为黑土层。 所以说过度浇灌对草坪是无益的! 

    对于浇灌不足的现象,无论是从球场草坪的美观程度还是草坪的健康状况而言,毫无疑问浇灌不足都是我们不希望看到的。

    草坪根部首先从浅层区域吸取水分,然后逐渐转向更深的区域而此区域水分汲取效率更高。所以在这里推荐采用深层低频率的浇灌方式,将水送达根部区域,这样在再次浇灌之前可以保证土壤已经变干促使根部向下生长根部能扎的更深。的根使得草坪能等待足够长的时间迎来春天的第一次浇灌从而顺利返青。建议:

草坪喷灌经理需要摸索出一种关于湿度和水量需求的感觉,对土壤状况和天气保持足够的敏感,这是非常重要的

一定程度而言,让草坪处于干旱状态比处于潮湿状态要更合适这样能带来更坚韧的草坪,给球员带来更好的体验 

如果有可能的话,区别对待不同的旱区,而不是简单统一地增加喷灌运行时间尝试去提升喷灌系统的效率 

 

3喷灌的实际操作 - 时间vs.水量 

 首先来了解喷头喷洒水量的分布情况

          


  理论意义上单个喷头水量分布图           4 喷头对喷头的布置方式下的水量分布图

 

    这就是为什么越靠近喷头的地方就越潮湿的原因。在理想的室内条件下进行单个喷头的喷洒均匀度测试,这些测试过程由电脑监控并统计计算,通过曲线图绘制出来。大部分的喷头的水量分布都是成楔形的,并非平板模式。如果我们按照喷头对喷头(head to head)的方式进行布置,不同位置的喷头喷洒出的水量在经过叠加以后形成了一个均匀一致的水量分布图,这是一种比较均匀的浇灌方式。

    以时间为基准进行浇灌和以水量为基准进行浇灌有区别吗?

 

   两者关系确实密不可分但是两者的出发点却不尽相同

应当优先考虑草坪需要多少毫米的水量补充,而不是直接考虑喷头需要运行的时间 

在浇灌中,大部分情况下,喷头运行时间对应着等量的水,但是并不是所有情况下两者都是等同的。例如,一个弧度为180度的喷头和一个360度的喷头,两者之间的降水率相差两倍,假设两个喷头都处于同一水量需求的区域时,两者的运行时间却应该是不一样的。又假如说,球场上的部分喷头更换了喷嘴,重新设置了喷头的压力,那么意味着部分喷头降水率已经发生改变,如果仍然延用喷头调整前的运行时间来设定,显然并不是最理想的结果

根据历史气象资料,球场气象站再结合球场内不同区域(土壤类型植物系数Kc坡度背光等因素),得出某区域草坪对于水的需求量 (例如 2mm),再结合喷头的降水率,算出喷头运行时间 

当今的喷灌中央控制系统能够很精确执行用户所设定的精细到每个喷头运行时间的指令,从而间接改变特定区域和特定喷头的降水量,满足不同区域的水量需求

 

4喷洒均匀度

    在户外环境下工作的喷头,水的实际分配情况与理想状态是有差距的。很多因素会对其产生影响,一些是可控的,但是绝大多数都无法控制。行业中通常采用喷洒均匀度(DU)运行时间系数(RTM) 调度系数(SC) 来定义喷头性能。

喷洒均匀度(DU)定义了在给定的区域内,喷头所喷洒出的水的均匀程度。100% 是理想值,实际无法达到,即便是下雨也不是100% 的均匀。通过收集和测量一个给定区域内的降水量,按照收集水量的多少排列全部的集水杯,选出水量最少的25%集水杯,计算出降水量均值,除以所有集水杯降水量的平均值,得出的系数即为喷洒均匀度。 

 

均匀系数 

时间系数 

均匀系数 

时间系数 

均匀系数 

时间系数 

100 

1.00 

70 

1.22 

40 

1.56 

98 

1.01 

68 

1.24 

39 

1.58 

96 

1.02 

66 

1.26 

36 

1.62 

94 

1.04 

64 

1.28 

33 

1.67 

92 

1.05 

62 

1.30 

30 

1.72 

90 

1.06 

60 

1.32 

27 

1.78 

88 

1.08 

58 

1.34 

24 

1.84 


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