多次微量滴水技术对南疆棉田土壤水热盐分布的影响

【目的】研究多次微量滴水技术对南疆棉田土壤水热盐分布的影响。【方法】在南疆第三师开展小区试验,设置不同灌水量(每次15～45 mm)及灌水频率(1～3次)处理(1-15、1-30、1-45、2-15、2-30、2-45、3-15、3-30、3-45),以春灌为CK(225mm),研究灌水量与灌水频率对棉田土壤湿润体含水率、耗水特征、土壤温度、土壤pH值及土壤盐分的影响,以期找到南疆盐碱地棉苗发芽所需水分供应与盐分洗脱水量的平衡关系。【结果】灌水量为15 mm处理能较好的将湿润区控制在种孔附近范围,湿润体内含水率极大值交汇点在距滴头点水平、垂直10 cm处,与春灌CK整个剖面土壤含水率相比均小于10%,剖面内平均含水率达到14.6%;2-15处理棉花播种出苗期-苗期灌水后耗水量、耗水强度及水分利用效率表现最佳,分别为241.52 m³/hm²、1.42 mm/d、1.08 kg/m³,且显著高于CK;土壤温度随灌水量增加而降低,但土壤温度会在灌水一段时间后回升并高于CK,灌水次数越多,灌水12～24 h后土壤温度越高;各处...     

不同灌水处理农田表层土壤密实度变化特征

通过3种不同灌水处理玉米膜下滴灌大田试验,对土壤密实度与含水率的9次监测数据进行统计分析和曲线拟合,揭示了玉米全生育期农田表层土壤密实度随时间的变化过程,分析了土壤密实度与含水率间的数量关系。结果表明:灌水过程对土壤密实度影响较大,灌水后表层土壤密实度明显增大;土壤密实度不随灌水定额增大而增大(或减小);表层土壤密实度与含水率之间存在一定的二次函数关系,且相关系数为0.89~0.93。因此,进一步深度分析研究土壤密实度随时间和含水率的变化特征,这将对农田合理精准灌溉和防治土壤板结具有重要意义。     

砾石覆盖条件下土壤水热效应对冬小麦田CO2排放的影响

通过2年田间试验,采用静态暗箱-气象色谱法监测冬小麦田CO_2排放速率和通量,并计算了生态系统净交换和收获指数。试验设置无覆盖对照(CK)、无覆盖补灌对照(WCK)、砾石覆盖(GM)和砾石覆盖补灌(WGM)4个处理。结果表明:2个生长季内砾石覆盖补灌处理各阶段土壤含水率和温度平均最高,其次为砾石覆盖处理,说明砾石覆盖的保水保温效果明显;土壤温度的变化规律与CO_2排放规律相同,土壤含水率变化规律与CO_2排放规律相反,土壤温度和含水率变化对CO_2排放具有显著的交互作用(P0.05);对影响农田生态系统CO_2排放的冬小麦生长参数和土壤理化特性进行相关矩阵和主成分分析,CO_2排放的分布与CK和WCK对照处理分布相似度较高,与GM和WGM砾石覆盖处理则完全相反;产量、收获指数、生态系统净交换的分布与WGM处理最为接近,其次为GM处理,说明砾石覆盖处理提高了产量,促进了生态系统净交换,降低了CO_2排放量。砾石覆盖结合关键生育期补充灌水的田间管理方式能有效改善土壤水热状况,减少农田生态系统CO_2排放。     

不同灌水水平对温室番茄地土壤CO_2排放影响

为分析不同灌水水平对温室番茄地土壤CO_2排放的影响,采用静态箱气相色谱法对2014年秋冬季和2015年春夏季番茄地土壤CO_2排放进行原位观测。试验设置2个灌水水平分别为:充分灌溉(FI)和亏缺灌溉(DI)。结果表明:番茄两个生长季中,不同灌水处理下土壤CO_2排放通量均呈波动性变化。2015年春夏季试验各处理土壤CO_2平均排放通量和排放量高于2014年秋冬季试验对应的各处理土壤CO_2平均排放通量和排放量,且两个生育期内高灌水处理的土壤CO_2排放在番茄生育期绝大多数时间内均高于低灌水处理。以2015年FI处理土壤CO_2累积排放量最大(5 641.57kg/hm~2),分别较2014年FI处理、2014年DI处理和2015年DI处理增加了3.9%、54.2%和16.7%。此外,研究还发现春夏茬试验中不同灌水处理下,土壤CO_2排放通量与土壤水分呈显著负相关关系。这为评估设施菜地温室气体减排提供一定的科学依据。     

蓄水坑灌水土温度变化对土壤水分再分布规律的影响

【目的】探寻蓄水坑灌下土壤水分分布规律。【方法】通过构建蓄水单坑灌施条件下的物理模型,分别对恒定水温(15℃)不同土壤温度(15、20和30℃)和恒定土温(30℃)不同灌水温度(15、20和30℃)条件下的土体湿润锋和含水率进行了研究,并对恒定水温(15℃)不同土壤温度(15、20和30℃)条件下土体中水分的再分布进行了数值模拟。【结果】恒定水温时,在灌溉后的同一时刻,随着土壤温度的升高,湿润锋的径向和垂向推进距离的增量分别为18%和4.4%;恒定土温时,在灌溉后的同一时刻,随着灌水温度的升高,湿润锋的径向和垂向推进距离的增量分别为2%和1%,但在同一处理条件下,随着时间的推移,其平均推进速度在降低;在土壤水分的再分布过程中,土壤含水率的高值区域在临近水室的中下部位,随着土壤温度和灌水温度的增加,土壤含水率的高值区域呈现出扩大的趋势。在采用数值模拟的方法研究土壤水分再分布的运动规律时,土壤温度的变化对模拟计算的精度有较大的影响,尤其是土壤温度和灌水温度差异较大时,该影响更为明显,水土温度相差15℃时,模拟计算值和实测值之间的最大相对误差可达19.87%;文中给出了考虑不同土壤温度和灌水温度条件下的水分再分布修正因子,运用该修正模型,可将模拟计算值和实测值之间的最大相对误差减小至4.76%。【结论】蓄水坑灌下土壤水分再分布对土壤温度的变化较为敏感,文中修正模型可作为进一步精确模拟蓄水单坑灌施条件下土壤水分运动的有效工具。     

微喷带灌溉对燕麦和箭筈豌豆混播土壤水分和温度的影响

为明确高寒荒漠区饲草混播下灌水对土壤水分和土壤温度的变化规律,通过微喷带灌溉模式下灌水对土壤水分和土壤温度的影响进行了研究。以燕麦和箭筈豌豆为试验材料,设置全生育期不灌水、拔节期+开花期灌水2个处理,采用土壤墒情仪测定土壤水分和土壤温度。结果表明:①不灌水与灌水处理0～60 cm土壤水分在饲草整个生育期内变化趋势一致,但变化幅度却有所不同,不灌水处理的变化幅度为14.46%;灌水处理变化幅度为10.89%。土壤含水量变化幅度随着土层深度的加深逐渐减小,0～20 cm土层的土壤含水量受灌水和降雨的影响变化幅度最大达到20.04%。②不灌水与灌水处理0～60 cm土壤温度在整个生育期内的波动受气温的影响大于灌水处理,土壤温度变化幅度分别为15.96和14.61℃,说明灌水在一定程度上能够平稳地温。土壤温度日最大值出现的时间随着土层深度的增加逐渐推迟。③灌水与不灌水处理下土壤含水量与土壤温度之间的Person相关系数表明,各土层含水率与土壤温度之间均存在负相关关系,相关系数最大达到0.626。     

微喷带灌溉对燕麦和箭筈豌豆混播土壤水分和温度的影响北大核心

为明确高寒荒漠区饲草混播下灌水对土壤水分和土壤温度的变化规律,通过微喷带灌溉模式下灌水对土壤水分和土壤温度的影响进行了研究。以燕麦和箭筈豌豆为试验材料,设置全生育期不灌水、拔节期+开花期灌水2个处理,采用土壤墒情仪测定土壤水分和土壤温度。结果表明:①不灌水与灌水处理0~60 cm土壤水分在饲草整个生育期内变化趋势一致,但变化幅度却有所不同,不灌水处理的变化幅度为14.46%;灌水处理变化幅度为10.89%。土壤含水量变化幅度随着土层深度的加深逐渐减小,0~20 cm土层的土壤含水量受灌水和降雨的影响变化幅度最大达到20.04%。②不灌水与灌水处理0~60 cm土壤温度在整个生育期内的波动受气温的影响大于灌水处理,土壤温度变化幅度分别为15.96和14.61℃,说明灌水在一定程度上能够平稳地温。土壤温度日最大值出现的时间随着土层深度的增加逐渐推迟。③灌水与不灌水处理下土壤含水量与土壤温度之间的Person相关系数表明,各土层含水率与土壤温度之间均存在负相关关系,相关系数最大达到0.626。     

加气条件下土壤CO_2排放对土壤过氧化氢酶活性及番茄生长的响应

为研究加气条件下土壤过氧化氢酶活性(CAT)和番茄生长对土壤CO_2排放的影响,试验于2017年4月至7月采用静态暗箱/气相色谱法对加气灌溉(AI)和常规膜下滴灌(CK)两个处理下的温室番茄地土壤CO_2排放进行原位监测;并同时测定各处理CAT、土壤充水孔隙率(WFPS)、土壤温度和番茄株高。结果表明:在番茄整个生育期内,各处理土壤CO_2排放通量均呈现先增加后减小的趋势; CAT呈现波动性变化,在生育末期达到最大值。AI处理CO_2累积排放量(9 031.08 kg/hm2)较CK处理增加了2.4%,但不显著(P0.05)。此外,加气灌溉促进了番茄的生长,增加了CAT和土壤温度,但降低了WFPS,且处理间各指标差异性均不明显(P0.05)。土壤CO_2排放通量与CAT、土壤温度和番茄株高均呈正相关(P0.05),与WFPS呈极显著负相关(P0.01)。     

蓄水坑灌下果园土壤水-热-氧三维分布数值模拟

【目的】构建蓄水坑灌条件下的土壤水-热-氧三维分布耦合模型,探究蓄水坑灌对土壤水、热、氧分布的影响,揭示蓄水坑灌下的土壤水、热、氧空间分布特征。【方法】基于土壤水分运动方程,土壤热量传输方程和土壤氧传输方程,建立蓄水坑灌下的土壤水-热-氧三维耦合模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行数值求解,采用田间实测数据对模型进行验证,基于验证后的模型模拟增设蓄水坑和灌水对果园土壤水、热、氧分布状况的影响。【结果】三维耦合模型具有较高的精度,模型模拟土壤含水率、土壤温度和土壤氧浓度的RMSE分别为0.0367、1.6099和0.0138。增设蓄水坑后,坑壁土壤水、热、氧状况发生较大改变;随着时间的推移,蓄水坑周围的土壤含水率降低,土壤含氧量升高,坑壁与地表土壤温度呈相同的变化规律,均随着气温的降低而降低。蓄水坑灌水后,水分通过坑壁渗入土壤,形成以坑底为中心的椭球状含水率高值区和土壤温度、含氧量低值区,三者分布随着时间推移趋于均匀,但灌水对土壤温度的影响时间远低于对土壤含水率和含氧量的影响时间。灌水对土壤氧浓度影响较小,氧浓度在地表和坑壁处较高;距地表和坑壁处越远,土壤氧浓度越低。...     

不同灌水下限设施番茄土壤CO2排放特征及其影响因素研究

【目的】探讨不同灌水下限设施土壤CO2排放特征及其影响因素,为调控设施土壤水分和碳排放提供理论依据。【方法】在番茄生育期内采用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测不同灌水下限[20 kPa(D20)、30 kPa(D30)、40 kPa(D40)]下的土壤CO2排放速率,并分析其影响因素。【结果】在番茄生育期内,不同灌水下限设施土壤CO2排放速率变化趋势基本一致,D20处理最高,平均速率为2.759μmol/(m2·s),其次是D30处理,为2.601μmol/(m2·s),D40处理最低,为2.559μmol/(m2·s)。在土壤CO2累积排放量方面,D20处理显著高于其他2个处理,而D30和D40处理之间无显著差异。就单因素模型而言,不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤温度呈指数回归关系,且均达显著水平(P<0.05);不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤含水率均呈显著二次回归关系(P<0.05);与单因素模型相比,土壤温度和土壤含水率的双因素复合模型(68.5%~83.8%)可以更好地解释土壤CO2排放的变化。土壤温度敏感系数Q10值在1.442~1.498之间,其中D20处理最敏感,D40处理最不敏感。相关分析结果表明,土壤CO2累积排放量与0~20 cm土层土壤有机质量、pH值、全氮量、速效磷量、速效钾量、碱解氮量和微生物量碳呈显著相关关系。采用PCA分析提取出的2个主成分累积贡献率为85.79%。【结论】灌水下限影响设施土壤CO2的排放,其中D20处理促进了设施土壤CO2的排放。     

气象因子与黑枸杞叶水势的关系及其灌水周期

以黑枸杞叶水势与气象因子之间的关系为基础,进一步研究叶水势和土壤含水率对黑枸杞形态指标的影响,目的是确定黑枸杞的最长灌水周期。黑枸杞不同灌水期的气象因子(气温、相对湿度、风速、大气压、太阳辐射、紫外线辐射)、土壤温度及叶面温度与叶水势之间的关系进行了分析。结果表明:黑枸杞叶水势与气象因子之间存在密切的关系,因此,以黑枸杞形态指标、叶水势与土壤含水率的变化过程作为依据确定了最长的灌水周期。根据土壤含水率的变化过程与黑枸杞形态指标的影响可知:当地黑枸杞的最长灌水周期不能超过22d。为确定黑枸杞灌水次数及灌水周期提供依据。     

不同沟灌方式下夏玉米棵间蒸发试验

采用常规沟灌和交替隔沟灌技术,研究了不同水分处理(水分控制下限为田间持水率的80%、70%、60%)夏玉米的棵间蒸发。结果表明:常规沟灌的灌后蒸发和全生育期棵间蒸发量均大于交替隔沟灌,灌水后短期内由于表层土壤含水率较高,土壤蒸发较大;在满足作物蒸腾耗水的基础上,交替隔沟灌减小了灌溉湿润面积而减小无效蒸发耗水;不同沟灌方式下土壤蒸发与表层土壤含水率呈明显的脉冲波动变化,而深层土壤含水率波动较弱;表层土壤含水率和叶面积指数对棵间蒸发影响明显,二者与相对土面蒸发强度均有良好的指数函数关系。水分下限控制合适,交替隔沟灌棵间蒸发与蒸腾耗水明显降低,是夏玉米适宜的灌水方式。     

春玉米灌浆成熟期土壤呼吸动态变化及其影响因素

以北京郊区春玉米为研究对象,采用LI-8150土壤CO2通量连续测定系统研究玉米灌浆—成熟期的土壤呼吸速率。研究表明,土壤呼吸速率在晴天呈变化幅度较大的单峰型曲线,最大值4.43μmol m2/s;阴天呈变化幅度较平缓的单峰型曲线,最大值2.90μmol m2/s;雨天土壤呼吸速率为震荡曲线,最大值2.48μmol m2/s,最小值0.41μmol m2/s。土壤呼吸速率的日际变化规律为连续的"单峰型"曲线。土壤呼吸速率与土壤温度呈指数关系,与土壤含水率呈幂函数关系,土壤温度和含水率综合因素与土壤呼吸速率函数为指数形式,相关性较显著。     

滴灌下不同灌水处理对马铃薯水氮运移及产量的影响

通过大田膜下滴灌试验,研究了不同灌水处理下马铃薯根区水分和硝态氮的运移规律以及不同灌水处理对马铃薯产量的影响,为宁夏干旱地区防止土壤中硝态氮淋移渗漏、提高土壤水肥利用效率提供理论依据。该试验以灌溉定额900、1 260、1 620 m^3/hm^2为变量,采用随机区组试验方法,试验结果表明:土壤含水率随着灌溉定额的增大而增加且随着土层深度的增加不断减少;随着灌水后天数的推移,各个处理不同深度土壤含水率不断降低;表层土壤(0～20 cm)含水率随着灌溉定额的增加而增大,30～40 cm土壤含水率不断降低,50～100 cm土壤含水率不断降低的幅度随着灌溉定额的增加而降低; 30～50 cm土层硝态氮含量低于0～20 cm土层的,60～100 cm土层硝态氮的含量在0.2 mg/kg基础上以0～0.11 mg/kg上下浮动;在该试验中,灌溉定额在一定范围内可以促进马铃薯产量的增加,但是当灌水量超过1 620 m^3/hm^2时,产量与灌水量呈负相关关系。试验条件下,灌溉定额为1 260 m^3/hm^2时,马铃薯产量最高,高达25.88 t/hm^2,不同深度土层含水率和硝态氮含量均为马铃薯生长发育对水分的最优需求。     

不同灌溉水平对夏玉米地土壤CO_2排放的影响

灌溉影响土壤微生物活动和作物根系生长,进而影响土壤CO_2的产生和排放。为揭示亏缺灌溉夏玉米地土壤CO_2的排放特征,于2015年6-10月在西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院农田水分转化试验场,采用静态暗箱-气相色谱法对夏玉米地土壤CO_2排放进行了原位观测。试验设置3个处理,分别为充分灌溉(CK),亏水20%(T1)和亏水40%(T2)。结果表明:夏玉米地土壤CO_2排放通量在播种后达到峰值并急剧下降至低谷,直到在灌水后出现短暂的次高峰期,随后一直维持在较低排放水平直到玉米收获。在灌水后,土壤CO_2的排放通量表现为CKT1T2,且CK与T2,T1与T2处理间有显著差异(P0.05)。不同灌溉水平下,夏玉米地土壤CO_2排放通量与土壤充水孔隙率呈指数正相关关系,相关性达显著水平(P0.05)。亏缺灌溉在一定程度上抑制了土壤CO_2的排放,土壤充水孔隙率低于50%时,CO_2排放通量维持在较低水平,但当土壤充水孔隙率高于50%时,CO_2排放通量随着土壤充水孔隙率的增加而有大幅度增加。该研究结果可为农田的节水减排提供参考。     

滴灌对矮化密植大枣田间相对湿度、土壤温度和产量的影响

为探讨不同灌水量对滴灌矮化密植大枣田间相对湿度、土壤温度和产量的影响,在新疆哈密地区的枣园内,滴灌灌溉定额设置820、900、980 mm 3个处理和1个漫灌处理,进行了滴灌矮化密植大枣灌溉试验。在开花坐果期对各处理矮化密植大枣的田间相对湿度、土壤含水率和土壤温度进行逐日观测,分析了灌溉水量对矮化密植大枣田间湿度和土壤温度的影响;收获后测定大枣产量,分析了矮化密植大枣的产量与灌溉定额的关系。结果表明,采用滴灌方式进行灌溉时,灌水量越大田间相对湿度改善越明显,灌水后3 d内基本维持在50%以上;与漫灌相比较,采用滴灌灌水可以使田间湿度相对稳定,其中,滴灌灌水量为900 mm时,相对湿度最大值能达到80%。浅层土壤更容易受大气温度的影响,波动范围大,深层土受大气温度影响小。与漫灌相比,滴灌技术可以使土壤温度相对稳定,有利于作物生长。单果干质量在900 mm和980 mm二种处理条件下差值不大,分别为9.90、9.98 g。哈密地区滴灌矮化密植大枣在灌溉定额为900 mm时,产量达到最大值,为8 608 kg/hm2。研究结论可以为新疆哈密地区滴灌矮化密植大枣种植提供技术支持。     

蓄水坑灌条件下不同土温对土壤水氮运移规律的影响

为了明确不同土壤温度对土壤中水氮分布的影响以及选择合理的灌施方式,通过室内模型试验,研究了在蓄水单坑肥灌条件下不同土壤温度(20,25,30℃)所对应单坑灌水量(7L)和灌后不同时间(灌后1,5,10,15d)对土壤水氮运移的影响。研究结果表明:在径向距离r=25cm处,土壤温度分别为20,25,30℃,含水率空间分布基本一致,变化幅度不大;土壤温度为20,25℃时,土壤铵态氮含量随分布时间的延长先增大后减小,20℃时第10d土壤铵态氮含量达到最大值,25℃时第5d土壤铵态氮含量达到最大值,土壤温度为30℃时,随着时间的延长,土壤铵态氮含量逐渐减小;在同一分布时刻,土壤硝态氮含量随土壤温度的升高而增大。     

咸水非充分灌溉对土壤盐分动态及制种玉米产量的影响

通过田间试验,研究了咸水非充分灌溉下土壤盐分动态及其对制种玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明,玉米播种前至收获后土壤盐分主要累积在中层土壤,尤其是灌水量越大的处理;灌水阶段,表层土壤脱盐量随着灌水量增加而增大;土壤蒸发阶段,灌水量大的处理表层土壤盐分累积明显。灌溉水量控制在390mm左右且灌水矿化度不超过3g/L,减产幅度较低且节水。     

土壤水分垂直非均匀分布下CO_2的日排放特征

以黏土为研究对象,利用地表灌水(SI)和不同深度的地下灌水(SDI12、SDI15和SDI18)实现了不同的水分垂直非均匀分布,研究了不同水分分布下的旱地土壤CO2日排放特征。结果表明:不同的处理的CO2排放呈现相同的日变化规律,但不同处理间排放量存在差异;两次灌水后CO2日平均排放通量之间的大小关系均表现为SISDI12SDI15SDI18,且SI处理在初次灌水后的排放通量显著大于SDI15和SDI18处理,而第二次灌水后各处理之间均有明显的差异性。各处理在两次灌水后同一观测日内,其0~12 cm土层的土壤水分WFPS之间的大小关系分别为:SISDI12SDI15SDI18和SISDI12SDI15SDI18。对同一处理来说,其土壤0~12 cm土层的平均含水率在不同观测日均呈现出逐渐递减趋势,相应的初次灌水后CO2日平均排放通量呈现出逐渐递增的趋势,而第二次灌水后SI和SDI12处理呈现出逐渐递增的趋势,SDI15和SDI18则呈现出先递减后递增的趋势。此外,比较第一次和第二次灌水后的CO2排放,发现季节温度变化是影响CO2日排放重要因素,CO2的排放随着温度的升高而增加,而温度过高时,CO2的排放随温度升高出现降低的趋势。     

渗灌管首末端压力与茶树根区土壤水分运移关系

为探明渗灌条件下渗灌管首末端压力与土壤水分运移之间的关系,设置了3个试验小区进行不同灌水流量和灌水持续时间的试验.通过连续定点观测茶树根区(纵向30 cm深,横向30 cm宽)土壤含水率的变化和渗灌管首末端灌水压力,研究了渗灌管不同首末端压力下土壤水分运移的变化规律.研究表明:灌水前土壤含水率不仅影响土壤入渗能力,而且决定着土壤水分运移方向;渗灌管首末端压力累积值与灌水持续时间呈线性关系,当茶树根区土壤含水率达到田间持水量时,累积曲线斜率发生突变,可以利用累积曲线斜率发生突变时的灌水持续时间作为控制充分灌水(100%田间持水量)的临界值,避免土壤水分无效渗漏.该研究为渗灌系统控制灌水持续时间及研发智能化渗灌灌溉系统提供了一种参考方法.