滴灌点源入渗湿润锋影响因子的研究

以试验为基础,针对重壤土、中壤土、砂壤土研究滴灌点源入渗的湿润锋运移规律,分析土壤种类、土壤容重、土壤初始含水率、滴头流量、灌水量等主要因子对湿润锋运动的影响。通过试验发现,除了土壤质地和灌水量对湿润体形状有明显影响外,土壤容重和初始含水率的变化也将造成湿润锋和滴灌效果的不同。另外,滴头流量对湿润锋水平运移影响很大。     

垂直线源入渗土壤水分分布特性模拟

基于非饱和土壤水动力学理论,利用Hydrus-2D软件分析了垂直线源入渗条件下的土壤水分分布特征。通过试验对比验证,反推出试验土壤的水力参数。结果表明,Hydrus-2D软件可用于垂直线源入渗土壤水分分布特征的模拟,且精度较好。对不同灌水技术要素条件下的垂直线源入渗土壤水分分布特征进行模拟研究,结果表明,垂直线源入渗条件下,不同质地土壤的湿润体形状差别不大,大小有明显的差别：砂壤土和粘壤土的水平湿润半径分别是砂土的0.59和0.24,垂直湿润深度分别是砂土的0.42和0.31;在不同线源埋深情况下,土壤湿润体的形状和大小差别不大,湿润体的位置有显著的差别,当埋深增加5cm,砂土、砂壤土、粘壤土的垂直湿润深度分别增加6%、11.5%、16%;线源长度和直径对土壤水分分布影响较大,其中线源长度主要影响垂直湿润深度,线源直径主要影响水平湿润半径;初始含水率高时,相同断面处的含水率增大;在相同入渗时段内,湿润锋水平运移距离和垂直运移距离随土壤初始含水率的增大而增大。     

地下水浅埋条件下单向冻结土壤水热变化试验

采用室内土壤单向冻结试验装置,进行了地下水位埋深为87.5 cm的小幅降温、中幅降温和大幅降温3种冻结气温作用下砂壤土和粉质粘壤土的温度和土壤含水率的监测。结果表明:小幅降温、中幅降温和大幅降温冻结条件下砂壤土地表温度较粉质粘壤土分别低0.88、2.06和2.81℃,土壤剖面温度分别在第31、33和37天达到稳定降温阶段;砂壤土水分主要聚集在10~30 cm,而粉质粘壤土水分主要聚集在10~40 cm;小幅降温冻结下,砂壤土0~10 cm土壤含水率较中幅降温和大幅降温冻结下高1.5%和7.3%,粉质粘壤土0~10 cm土壤含水率较中幅降温和大幅降温冻结下高2.3%和2.7%。     

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。     

基于HYDRUS-2D模型的滴灌土壤水氮动态模拟研究

【目的】探究河套灌区滴灌条件下玉米各生育期土壤水氮变化规律及不同灌水量对土壤硝态氮累积量的影响。【方法】通过田间试验,设置高灌水量（D1:76 mm）处理和低灌水量（D2:60 mm）处理,分析土壤含水率和土壤氮素（铵态氮和硝态氮）的动态变化规律,利用HYDRUS-2D模型进行模拟验证与预测。【结果】各处理灌水后土壤含水率呈增加趋势;而土壤铵态氮和硝态氮在灌水施肥后迅速升高,随后下降,D1处理和D2处理不同生育期0～10 cm土层铵态氮量和硝态氮量的平均降幅分别为60.0%～62.0%和40.0%～46.7%。拔节期、抽雄期和灌浆期各土层灌水后D1处理相比D2处理的土壤含水率分别增加了5.9%、8.0%和6.7%,而土壤铵态氮量和硝态氮量随着土层深度的增加而降低。不同生育期硝态氮累积量为拔节期>抽雄期>灌浆期,随着生育期的推进,硝态氮累积量呈降低趋势。土壤含水率及氮素模拟值与实测值的吻合度较高,R2、RMSE和d均介于合理范围内。【结论】玉米生育期120 mm的灌溉定额可有效降低0～60 cm土层的硝态氮累积量,可降低硝态氮在60～100 cm土层的积累量。该研究可为当地灌...     

水稻不同需水关键期适宜灌水下限指标研究

在5 m2有底测坑内研究水稻拔节孕穗期和抽穗开花期70%～90%土壤饱和含水率灌水下限对灌溉制度、渗漏量和产量等的影响。结果表明,不同灌水条件下,灌水次数、灌水模数、灌溉定额发生较大变化,灌水次数在本田期为28～37次,灌溉定额为8 190～9 450 m3/hm2,各处理渗漏量随着灌水量的降低而降低,渗漏量为灌水量的54.22%～64.25%,拔节孕穗期较抽穗开花期需水更敏感,拔节孕穗期应保持湿润状态,抽穗开花期适宜灌水下限为90%。     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题，该文设计了一种垂直线源灌水器，并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程；入渗时间一定时，砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系；2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系；2种土壤相比，偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大，但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快，偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大，但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

农膜残留对砂壤土和砂土水分入渗和蒸发的影响

通过室内试验设置5个不同残膜量(0、50、100、200、400 kg/hm~2)处理,研究不同残膜量对砂壤土和砂土水分入渗湿润锋、入渗速率、累积入渗量、土壤累积蒸发量和蒸发速率的影响,并评价了主要土壤入渗、蒸发模型在农膜残留土壤的适用性。结果表明:随着土壤中残膜量增多,砂壤土和砂土入渗速率变慢,土壤湿润锋运移相同距离所需时间均显著增加,其中运移30 cm时,砂壤土残膜量400 kg/hm~2处理(SL5)比无残膜处理(SL1)运移时间增加了27.56%;相同入渗时间内累积入渗量随残膜量增加均显著减小(P0.05),入渗结束后SL5处理比SL1处理累积入渗量减小了52.01 m L(23.12%);残膜量增加导致蒸发速率、累积蒸发量都显著减小(P0.05),蒸发结束后SL5处理比SL1处理累积蒸发量减小了30.63%,且不同残膜量对砂壤土的影响大于砂土。对4个土壤水分入渗及蒸发模型进行拟合,结果显示Kostiakov和Philip入渗模型均能较好模拟残膜条件下土壤水分入渗,其中Philip入渗模型拟合精度高于Kostiakov入渗模型,且对砂土中农膜残留下的土壤水分入渗模拟效果更好;Black蒸发模型随着残膜量增加拟合精度下降,而Rose蒸发模型受残膜量的影响较小,更适合于农膜残留土壤累积蒸发量估算。     

黄土高原重力式地下滴灌水分运动模型与分区参数研究

建立了重力式地下滴灌条件下的土壤水分运动模型,分析地下滴灌土壤水分入渗规律.对黄土高原不同分区的4种典型土壤、不同灌水技术要素条件下的地下滴灌土壤湿润体形态、滴孔处出流量及土壤土水势进行数值模拟得出:榆林紧砂土土壤导水率较大,向下渗漏过多,不适宜地下滴灌;安塞砂壤土、洛川中壤土、武功重壤土在相同灌水量下,供水压力与滴孔孔径对地下滴灌湿润体形态影响微弱,但对滴孔出流量有较大影响,因此在地下滴灌工程设计时,只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力,并采用较小供水压力,降低供水水池高度,减小工程量;对武功重壤土,孔径和供水压力较大时地下滴灌滴孔处土壤易饱和板结,宜采用较小的孔径和供水压力.     

季节性冻融期不同潜水位埋深下土壤蒸发规律模拟研究

为了揭示季节性冻融期不同潜水位埋深和土壤质地对土壤蒸发的影响,通过连续2个冻融期的蒸渗计土壤剖面含水率和土壤温度的监测,利用水热耦合运移模型模拟研究了4种不同潜水位埋深(0.5、1.0、1.5、2.0 m)下砂壤土和壤砂土的土壤蒸发规律。结果表明:不稳定冻结阶段和消融解冻阶段地表土壤均出现昼融夜冻的特征,土壤液态水分较多,砂壤土和壤砂土蒸发量分别占整个冻融期的91.7%和81.8%以上。稳定冻结阶段的土壤蒸发量随着潜水位埋深的增加而增大,但小于0.31 mm。潜水位埋深为0.5 m时冻融期土壤蒸发量最大,砂壤土和壤砂土分别为47.28 mm和25.60 mm,随着潜水位埋深的增加,冻融期土壤蒸发量呈指数型减少,土壤颗粒直径相对较大的壤砂土土壤蒸发量随潜水位埋深的增加而衰减的幅度较为明显。该研究可为地下水浅埋区土壤盐渍化的防治和地下水资源量的科学评价提供依据。     

Modelling the effect of canal bed elevation on seepage and water table rise in a sand box filled with loamy soil

The HYDRUS 2D finite difference two-dimensional water balance model was experimentally tested for transient and steady state seepage flux, mound height, and piezometric water level from soil surface as a function of time and horizontal distance from the centre of the canal (half width = 45 cm) under different canal bed elevations (20, 0, −40, −80 and −120 cm denoted as experiments D1, D2, D3, D4 and D5, respectively) and constant water head of 5 cm in a sand box (200 cm × 170 cm × 150 cm) filled with Hisar loam soil. Differences of means between measured and predicted values of infiltration flux, seepage flux and mound height as tested by paired t test were not found significant (P = 0.05). Seepage flux and mound height increased with increasing canal bed elevation. Phreatic level depths were everywhere much shallower than the piezometric water level depths in experiments D1, D2 and D3. However, in experiments D4 and D5 both phreatic and piezometric levels were at similar depths. The seepage parameters and mound height increased, and water table depth decreased, linearly with increasing canal bed elevation. Lowering the canal bed to 120 cm below the soil surface reduced the seepage rate to that of lined canals. The projections in a large flow domain also revealed that lowering the canal to −2 and −4 m below soil surface stabilized the water table at 2.5 and 4.5 m below soil surface, respectively. The practical implications are that open drains should be used for irrigation in areas underlain with a brackish groundwater aquifer and gravity canals may be allowed only where groundwater aquifer is of good quality and sub-surface water withdrawal is practiced for irrigation.     

Numerical investigation of irrigation scheduling based on soil water status

Improving the sustainability of irrigation systems requires the optimization of operational parameters such as irrigation threshold and irrigation amount. Numerical modeling is a fast and accurate means to optimize such operational parameters. However, little work has been carried out to investigate the relationship between irrigation scheduling, irrigation threshold, and irrigation amount. Herein, we compare the results of HYDRUS 2D/3D simulations with experimental data from triggered drip irrigation, and optimize operational parameters. Two field experiments were conducted, one on loamy sand soil and one on sandy loam soil, to evaluate the overall effects of different potential transpiration rates and irrigation management strategies, on the triggered irrigation system. In both experiments, irrigation was controlled by a closed loop irrigation system linked to tensiometers. Collected experimental data were analyzed and compared with HYDRUS 2D/3D simulations. A system-dependant boundary condition, which initiates irrigation whenever the matric head at a predetermined location drops below a certain threshold, was implemented into the code. The experimental model was used to evaluate collected experimental data, and then to optimize the operational parameters for two hypothetical soils. The results show that HYDRUS 2D/3D predictions of irrigation events and matric heads are in good agreement with experimental data, and that the code can be used to optimize irrigation thresholds and water amounts applied in an irrigation episode to increase the efficiency of water use.     

滴灌条件下山区典型土壤水分运移规律分析

在广西山区选择沙土、壤土和黏土等3种典型土壤,并开展滴灌在这3种土壤条件下的土壤水分运移规律研究。试验结果表明:1在地埋黏土、壤土和沙土以及0.10 MPa工作压力条件下,滴灌管的单米流量为4.17、5.92和6.10 L/h,为地表自由出流的67.58%、95.05%和98.87%;2滴灌在黏土的水分运移形状基本为圆形,在沙土和壤土的湿润形状为上小下大的椭圆形;3同等条件下,水分在沙土的水平和垂直向下运移速率最大,壤土次之,黏土最小;4在土箱相同位置,黏土的土壤含水率最大,壤土次之,沙土最小;5根据滴灌的土壤水分运移规律,提出滴灌管在广西山区沙土、壤土和黏土的适宜埋深分别为10、15和20 cm;6滴灌应用在山区条播作物时,在黏土、壤土、沙土的适宜滴孔间距应为35、30和25 cm。     

新疆干旱区膜下滴灌土壤水平衡模拟

膜下滴灌技术是干旱农业区高效节水灌溉的重要手段,以玛纳斯河流域石河子试验站实测数据为基础,运用HYDRUS-2D模型对1膜4行方式下新疆棉田的土壤水运动进行了二维模拟,探讨膜下滴灌在1膜4行覆膜方式下土壤水平衡状况。结果表明,1膜4行覆膜方式下的膜下滴灌技术使新疆棉田无效水分蒸发量以及深层渗漏量大大减少,数值模拟方法可较好地模拟新疆棉田的土壤水平衡状态。上述研究可为宏观尺度上的膜下滴灌模拟与研究提供借鉴,同时对保障干旱区农业生产也有积极作用。     

基于HYDRUS-3D模型的微润灌溉土壤水分入渗模拟

掌握土壤水分入渗规律对于合理制定灌溉方案、设置灌溉参数和改进灌溉技术有重要意义。为探究微润灌溉条件下土壤水分入渗规律,利用HYDRUS-3D有限元模型对微润灌溉下土壤水分入渗进行了数值模拟,讨论了初始压力水头和土壤质地对土壤水分入渗的影响。数值模拟结果显示：在土壤水分入渗的垂直剖面上湿润体以微润管为中心呈同心圆状向外扩散,扩散速率与初始压力水头呈正相关。模拟试验周期为36h,分3个时间段进行土壤水分扩散速率的计算,0~5h内土壤水分平均入渗速率为1.85cm/h,6~15h内的平均入渗速率为0.79cm/h,16~36h内的平均水分入渗速率为0.59cm/h。土壤含水率最大值出现在微润管周围,向外围呈减小趋势。相同时间内土壤湿润峰运移距离随初始压力水头的增大而增大,微润灌溉下水分入渗速率在3种质地的土壤（砂壤土、壤土、粘壤土）中依次增大,并测得在压力水头为-180cm时整个模拟周期中3种质地土壤的平均水分扩散速率分别为：0.69、0.53、0.46cm/h。研究表明,土壤含水率和水分扩散速率随压力水头的增大而增大,随土壤黏粒含量的增大而减小。     

紫茄生长及养分利用对增氧地下滴灌的响应研究

【目的】探究不同土壤条件下增氧灌溉方式对作物生长、产量及养分利用的影响。【方法】以郑州黄黏土、洛阳粉黏质壤土和驻马店砂壤土为供试土壤,以常规地下滴灌为对照(CK),设置曝气灌溉(AI)与化学增氧灌溉(HP)2种增氧方式,研究了温室紫茄生长及养分利用对增氧地下滴灌的响应。【结果】与CK相比,AI和HP处理提高供试土壤中紫茄净光合速率,黄黏土、粉黏质壤土和砂壤土下分别增加19.66%和8.49%、14.02%和7.51%、10.13%和5.91%。同时,AI和HP处理均显著促进根系生长、提升根系活力,进而提高紫茄的养分吸收效率、产量和水分利用效率(P<0.05)。其中,黄黏土下AI和HP处理作物氮吸收效率分别提高136.16%和65.43%,紫茄产量提高46.85%和28.49%,水分利用效率提高44.59%和27.38%;粉黏质壤土AI和HP处理作物氮素吸收效率分别提高141.23%和88.76%,产量分别提高41.52%和20.68%,水分利用效率提高41.06%和21.39%;砂壤土AI和HP处理作物氮素吸收效率分别提高112.60%和45.47%,产量提高49.86%和17.59%,水分利用效率提高48.81%和17.97%。【结论】曝气地下滴灌对紫茄生长、水分和养分利用的促进作用较为显著,而在不同土壤类型下,曝气地下滴灌对砂壤土紫茄产量增产及水分利用效率提升效果最优。     

Yield,water use and root distribution of wheat as affected by pre-sowing and post-sowing irrigation

Irrigation water is a limited resource, and therefore irrigation practices must be rationalized for high water-use efficiency. Little is known about the influence of stored water in deep soils on the water needs and the post-sowing irrigation requirements of crops. A 3-year field experiment was conducted to determine the effects of combinations of light and heavy pre-sowing irrigations with two post-sowing irrigation regimes on yield, root growth, water use and water-use efficiency of wheat on a deep alluvial sandy loam soil. Post-sowing treatments consisted of (i) five 75-mm irrigations at five growth stages, and (ii) irrigations based on pan evaporation, i.e. at IW/PAN-E ratio of 0.75 (75 mm of irrigation water were provided as soon as the open-pan evaporation minus rainfall since previous irrigation was 100 mm).The latter regime required 175 mm less water than that with irrigation at growth stages. Profile water utilization was inversely related to post-sowing irrigation water. Where pre-sowing irrigation was light, post-sowing irrigations based on pan evaporation yielded significantly less than those based on growth stages. With heavy pre-sowing irrigation, irrigation based on the pan evaporation yielded as much as five irrigations at growth stages. The former decreased the mean water application by 153 mm and increased the water-use efficiency by 26%. Irrigation based on pan evaporation stimulated greater utilization of stored water by increasing the rooting density in deeper layers.It is indicated that for higher water-use efficiency and yield, wheat should be sown after a heavy pre-sowing irrigation, and post-sowing irrigation should be based on 0.75 pan evaporation.     

毛细节水灌溉条件下蔗区土壤水分运移规律研究

毛细节水灌溉作为一种类似滴灌的新型灌溉技术逐渐得到关注。在室内模拟了毛细管水分在蔗区沙土、壤土和黏土中的运移情况。通过室内试验和HYDRUS-3D建模分析表明:土壤类型对土壤各方向入渗有明显的影响,水分运移速度和土壤各方向湿润范围顺序为:沙土壤土黏土;3种土壤含水率等值线变化规律基本一致,同样湿润位置土壤含水率顺序为:黏土壤土沙土。根据毛细管的水分在沙土、壤土和黏土运移规律,提出毛细管在蔗区沙土、壤土和黏土的合理埋深应为40、30和20cm。     

施氮对不同质地滴灌棉田土壤硝态氮分布及棉花产量的影响

为了探究施氮对不同质地滴灌棉田硝态氮分布及产量的影响,采用温室土柱模拟的方法,研究了滴灌条件下不同质地土壤硝态氮分布迁移特征,分析了施氮对NO_3-N和棉花产量的影响。结果表明,在灌水量一定的条件下,在砂土、壤土中施氮量分别为256.00、287.34 kg/hm~2时,相应的氮素积累量最大,皮棉产量最高,土壤硝态氮主要集中分布在30~40 cm土层,有利于棉花根系的吸收,且分别比不施氮增产43.87%和44.92%。一定施氮量下,壤土硝态氮分布的均匀性优于砂土,并且根层20~40 cm土层硝态氮量高于砂土,且比砂土平均增产6.16%。砂土、壤土中硝态氮量在各生育期总体呈现"降-增-降"的变化趋势,并且收获前期施纯氮340 kg/hm~2处理60cm土层砂土硝态氮量的第二个峰值较壤土提高15.98%,在生育期末端砂土在深层的氮素积累高于壤土,存在继续向下淋失的风险。