中国作为一个农业大国,水资源不仅匮乏而且分布不平衡。另外,传统粗放式的灌溉方式极易造成水资源的大量浪费,因此发展节水灌溉新技术至关重要。纺织品因其内部存在丰富的毛细管通道,具有优良的储存和释放水分的能力,因而在农林业节水灌溉中展现出巨大潜力。但是现有的灌溉织物存在灌溉周期短、无法克服土壤和作物重力作用而压缩下沉等缺陷,而且无法实现对作物按需调控灌溉,因此亟需探索成本较低且能够实现水量调控的节水灌溉新技术。基于植物养分传输原理,纤维集束体内部因具有类植物木质部导管的结构,而具有较好的芯吸性能。同时,在新型灌溉体系中使用可降解纤维制备的纤维集束体符合环保和可持续发展的要求,能够很好地应用于农林业灌溉。但目前国内外对于纤维集束体在农林业灌溉中应用的研究相对较少,因此有必要对影响纤维集束体芯吸性能的因素进行系统性研究,并探讨其在节水灌溉上的应用,以填补纤维集束体在该领域应用的空白。本课题基于植物养分传输原理,以约束条件下的纤维集束体和纤维集束体为输水主体介质制备的芯吸灌溉模型为研究对象,研究了纤维表面性质及种类、纤维结构参数、纤维集聚状态等因素对纤维集束体芯吸性能的影响,并探究了对最终芯吸灌溉模型的灌溉性能的影响。为实现上述目标设计实验方案,制备实验样品,确定评价方法,具体研究内容如下:(1)通过预实验和正交实验结果,得到最佳并条工序工艺参数,并依此制备了不同种类的纤维集合体,通过空心管或挤压装置进行约束得到不同集束密度的纤维集束体。对所有纤维集束体进行芯吸高度和芯吸液体重量测试后,得出以下结论。a)通过比较棉、苎麻和涤纶纤维表面处理前后的芯吸性能,得知纤维亲水性能对纤维集束体的芯吸性能有非常显著的影响。纤维亲水性能越好,纤维集束体的芯吸性能越好。b)相同集束密度下,纤维长度越长,纤维集束体内部形成的毛细管通道连续性和通畅性越好,更有利于纤维集束体内芯吸的进行。c)通过对不同细度的涤纶纤维集束体的芯吸性能的探讨,得出相同集束密度下,单纤维线密度越小,纤维集束体的芯吸性能越好。d)通过比较三角形、三叶形、中空形、圆形和十字形等五种截面形状涤纶纤维(经亲水整理)集束体的芯吸性能,得出纤维截面形状会影响纤维集束体的芯吸性能。相同集束密度下,异形截面纤维集束体的芯吸性能优于普通圆形纤维。其中十字形纤维集束芯吸性能最好,芯吸高度能达32.3 cm。e)探究了多种纤维集束体在不同集束密度下的芯吸性能,结果显示当集束密度小于0.4246g/cm~3时,纤维集束体的芯吸高度值随着集束密度的增大而增大,超过临界值后芯吸高度逐渐减小。f)对比使用多种纤维条和纤维粗纱制备的纤维集束体的芯吸性能,得出纤维的伸直平行度对纤维集束体的芯吸性能有较显著的影响。(2)综合以上研究结果,选取芯吸性能最好的纤维集束体作为主要输水介质。提出了三种芯吸节水灌溉模型,包括竖直芯吸灌溉模型、水平芯吸灌溉模型和组合式芯吸灌溉模型。选取最合适的结构材料制备了上述实验模型,并对三类芯吸灌溉模型的灌溉性能进行了探究,得到如下研究结论。a)使用竖直芯吸灌溉模型在不同输水高度下设计了灌溉绿豆生长实验。不同输水高度下的绿豆都能成功发芽且长势良好,证明了竖直芯吸灌溉模型能够很好地对作物进行灌溉。通过土壤含水率测定仪实时检测绿豆生长一周内的土壤水分含水率,说明水平芯吸灌溉模型具有良好的自适应节水灌溉性能。b)针对水平芯吸灌溉模型,对纤维集束体进行了不同倾斜角下的芯吸性能测试、水平输水距离测试和水平输水量测试,结果证明水平芯吸灌溉模型具有很好的应用前景。设计了水平芯吸灌溉的绿豆种植实验,探讨了纤维集束体粗细、纤维集束体分布隔距以及有无织物辅助对土壤含水率和绿豆生长的影响,进一步说明水平芯吸灌溉模型在农林业灌溉中具有适用性。c)针对现有的普通三层织物灌溉模型存在的缺陷,在该模型中加入由纤维集束体和PU泡沫制备的芯吸组合件,制备了不同厚度的组合式芯吸灌溉模型。研究了芯吸灌溉模型的储水性能、供水性能、供水效率以及灌溉周期,得出组合式芯吸灌溉模型的灌溉性能远远好于普通三层织物灌溉模型。通过进一步的绿豆生长实验证明组合式芯吸灌溉模型的使用有利于作物的生长。