膜下滴灌土壤湿润区对田间棉花根系分布及植株生长的影响

滴灌条件下的土壤湿润区与作物根系分布和植株生长之间的关系是确定滴灌湿润比的理论依据。以大田膜下滴灌试验为基础,在灌水量相同的情况下,通过调控滴水流量得到不同的土壤湿润区,对不同土壤湿润区下的田间棉花根系分布及株高和叶面积生长均匀性进行了试验研究。结果表明,小的滴水流量形成窄深型土壤湿润区,其土壤水分水平分布均匀性较差,使田间棉花根系分布和植株生长均匀性低;而大的滴水流量形成宽浅型土壤湿润区,其土壤水分水平分布均匀性较好,使田间棉花根系的分布和植株生长均匀性较高;膜下滴灌条件下,宜采用宽浅型土壤湿润区。     

点源滴灌滴头流量与湿润体关系研究

滴头流量影响土壤湿润体的大小和形状，从而对作物根系生长也有影响。工程设计中应根据滴头流量与土壤湿润体的关系确定滴头流量的设计依据。该文以等效圆柱湿润体模型为基础，建立了点源滴灌滴头流量的数学模型，针对模型中各因子随滴头流量的变化过程进行实验分析，确定影响点源滴灌滴头流量设计的主要因素。实验所用土壤为重壤土、中壤土、砂壤土，滴头流量分别为1、2、3、4 L/h。结果表明：滴头流量对湿润锋水平运移的影响比对垂直运移的影响大；地表积水区的变化对土壤湿润锋水平运移有控制作用。点源滴灌设计中，除了土壤入渗特性外，设计湿润比(或湿润直径)也是选择滴头流量的重要依据。     

滴头流量对棉花根系分布影响的试验

土壤湿润区与作物根系分布之间的关系是确定滴灌湿润比的理论依据,而土壤湿润区形状直接受滴头流量的控制,因此,滴头流量与作物根系分布之间的关系是确定滴灌技术参数的依据。该文以桶栽试验为基础,设置5个滴头流量处理（0.5、1、1.5、2、2.5 L/h）观测了棉花5个生育阶段（苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期）的根系结构和根系分布。试验结果表明,小滴头流量下棉花根系分布范围窄而深,根系结构紧凑;而大滴头流量下棉花根系分布范围宽而浅,根系结构稀松。棉花根长密度随土层深度先增大后减小,并且随着滴头流量由小变大,土层内根长集中点向浅层上移。水平方向上,棉花根长密度由根轴向两边逐渐减小,而且根轴处的根长占总根长比率随滴头流量的增大而变小。试验结果为滴灌技术设计中选定土壤湿润比和滴头流量提供参考。     

膜下滴灌水盐运移影响因素研究

通过室内盐碱土入渗模拟试验 ,探求了膜下滴灌滴头流量、灌水量、土壤初始含水量、土壤初始含盐量等因素对土壤水盐运移的影响。研究结果表明 :滴头流量的增加 ,地表积水范围增大 ,湿润体垂直距离减小 ,滴头附近的含水量增加 ,不利于作物正常生长的淡化区的形成 ;灌水量的增加使得湿润体的范围增加 ,同时有利于作物正常生长的淡化区的形成 ;土壤初始含水量增加 ,湿润体范围增大 ,滴头附近的含水量增加 ,但不利于作物正常生长的淡化区的形成和超过作物耐盐度的淡化区的发展 ;土壤初始含盐量的增加使得达标脱盐系数减小。这对合理利用膜下滴灌技术体系开发盐碱地提供一定的指导 ,有利于为滴灌系统的设计提供更合理的技术参数和进行膜下滴灌条件下的盐分管理。     

土壤含水率监测位置对温室滴灌番茄耗水量估算的影响

土壤水分传感器埋设位置的选择是局部灌溉条件下获得作物根区代表性土壤含水率数据,从而制定滴灌灌溉制度的关键。本文以日光温室滴灌番茄为对象,研究滴灌线源土壤湿润体内含水率分布状况,通过对比距滴灌带不同位置处土壤含水率监测结果估算番茄耗水量的差异,探讨土壤含水率监测的合理位置。结果表明,番茄生育期内14~25 mm的灌水定额主要用于增加0~40 cm土层的土壤含水率,湿润体内日平均土壤含水率分布在75%~100%田间持水率。作物生育期内连续多次滴灌条件下,沿滴灌带单个灌水器形成的湿润土体会充分叠加,形成近似均匀的土壤含水率带状分布,且作物生育期内沿深度方向0~40 cm土层土壤含水率均值无显著性差异,距滴灌带不同水平距离的土壤含水率随时间的变化趋势具有同步特点,无明显的滞后性。以集中80%总根量的土壤深度作为滴灌番茄水分渗漏下界面时,14~25 mm的灌水定额会导致深层渗漏,且深层渗漏量表现出一定的空间变异性。番茄生育期内深层渗漏量约占灌水量的13%。距滴灌带不同位置处的番茄耗水量除在番茄苗期和开花座果期有较大差异外,其余生育阶段的差异均在10%以内。对温室滴灌番茄来说,滴灌高频少量的灌溉特征有利于维持作物根系层适宜的土壤水分状态,监测1个含水率剖面即可满足估算作物耗水量的要求。     

新疆砾石地葡萄滴灌带合理设计及布设参数的数值分析

为了摸清新疆含砾石复杂土壤条件下土壤水分运动规律,优化葡萄滴灌系统设计中的各项设计参数及合理布设,该文通过田间交汇试验确定合适的滴头间距为30 cm,并借助Hydrus-2D数值模型确定了土壤水力参数,同时运用该数值模型模拟了不同滴头流量和滴灌带水平间距布设形式下地表滴灌土壤水分分布特征。根据土壤湿润体特征结合葡萄根系分布规律,确定新疆砾石地葡萄滴灌系统合理的滴头流量为2.5～3.0 L/h,滴灌带水平间距为60 cm。该结果可为新疆砾石地复杂土壤葡萄滴灌系统的科学设计和田间合理布设提供参考。     

农田墒情动态二区模拟模型

为准确模拟土壤计划湿润层内墒情动态变化,基于土壤-植物-大气连续体物质能量运动及土壤水动力学的基本理论,考虑作物根系伸展和吸水特性,把土壤水分变化土层划分为随作物根系伸展而改变深度的包含主要根系的动态根区和无根系的储水区,构建了变根区墒情动态二区模型。模型根区深度随着作物根系伸展改变,以此准确表达土壤计划湿润层内墒情的动态变化;将储水区的土壤水分作为模型变量,计算根区下界面水分通量,由此间接地考虑了深层土壤水分对作物蒸发蒸腾量的影响。将模型拟合误差作为目标函数,采用自由搜索算法率定模型参数。应用建立的模型进行墒情模拟,模拟相对误差小于±5%和±10%所占的比例分别为49.09%和94.55%;经t检验和回归分析表明预测值和实测值相差不大,具有较好的一致性,决定系数为0.779,模型具有较高的模拟精度,能准确反映计划湿润层内墒情的变化。     

间接地下滴灌土壤湿润体特征参数

该文将恒定水头钻孔积水入渗求解土壤饱和导水率的稳态原理用于定量化求解间接地下滴灌技术中与任意导水装置尺寸相匹配的滴头流量,并以计算的技术参数为基础,研究了间接地下滴灌水分运移过程中的土壤湿润体特征参数。研究结果表明,用于描述恒定水头钻孔积水入渗法求解土壤饱和导水率的稳态模型能够较好地设计与不同类型土壤和导水装置尺寸相匹配的适宜滴头流量。间接地下滴灌灌水过程中,从零开始逐渐增大并趋于稳定的积水深度加速了水分在垂直方向的运移,缩小了横向湿润距离和垂向湿润距离之间的差异,但变化的积水深度对湿润锋在垂直方向向上和向下的运移速率影响不大,使湿润体形状表现为扁率不断减小的椭球体,且椭球体对称轴分布在靠近导水装置底部的位置。湿润锋最大湿润距离和湿润体体积是灌水时间的函数,湿润体内平均体积含水率增量与灌水时间关系不大,保持为一定值。湿润体体积和湿润体内平均体积含水率增量不仅与土壤类型有关,还与导水装置参数和滴头流量的不同组合有关。     

竖管地表滴灌与普通地表滴灌土壤水分运移特性对比试验研究

为探究竖管地表滴灌和普通地表滴灌土壤水分运动规律及区别,在室外同步进行2种滴灌模式下风沙土入渗和蒸发试验,对比分析了土壤水分分布、蒸发规律和土壤湿润锋运移特性。结果表明:(1)灌水量为2 L,2种滴灌模式下,随着滴头流量的增大,湿润体体积和灌水均匀度逐渐减小,湿润体含水率平均值逐渐增大,当滴头流量一定,竖管地表滴灌的湿润体体积大于普通地表滴灌,而灌水均匀系数小于普通地表滴灌;(2)不同滴头流量处理(0.3,0.4,0.6 L/h)蒸发7天结束后,普通地表滴灌土壤蒸发量分别占灌水量的32.5%,35.0%和40.0%,而竖管地表滴灌土壤蒸发量仅占灌水量的22.5%,说明竖管地表滴灌对土壤蒸发有明显的抑制作用;(3)相同灌水量(2 L)时,普通地表滴灌水平和垂直湿润锋运移距离均随滴头流量的增大而略有减小,竖管地表滴灌垂直向下湿润锋运移规律与普通地表滴灌相同,而水平和垂直向上方向运移规律相反;随着时间的延长,普通地表滴灌与竖管地表滴灌水平和垂直方向湿润锋比值均呈不断减小趋势,最后趋于稳定;(4)构建了包括滴头流量和灌水时间在内的普通地表滴灌湿润锋运移距离经验公式,验证所建经验公式的可靠性,均方根误差介于0.24~0.27 cm,纳什效率系数均大于0.985。研究结果可为竖管地表滴灌技术应用提供理论参考。     

膜下滴灌玉米番茄间作农田土壤水分分布特征模拟

间作种植和覆膜滴灌是实现高产和节水的重要技术,已被广泛应用,而掌握覆膜滴灌条件下间作种植农田土壤水分分布特征对于提高水分利用效率以及增产增收都具有重要意义。该文通过2a田间试验设置高(T1)、中(T2)、低(T3)3个灌水定额处理,并通过HYDRUS2D模型模拟了间作滴灌农田不同位置土壤水分的差异性、水平水量交换以及土壤水分二维分布特征。结果表明:基于HYDRUS2D构建的间作种植滴灌农田土壤水分模型精度较高,平均相对误差为5.72%～8.14%,决定系数在0.85～0.90,均方根误差在0.017～0.023 cm~3/cm~3。对于3个灌水处理皆表现为0～40 cm土层含水率出现差异,且在0～20 cm土层含水率差异显著,2014年番茄侧和玉米侧土壤含水率在3个灌水处理下的平均土壤含水率分别较裸地高20.17%和17.83%,2015年为16.02%和12.99%。间作滴灌农田土壤水平水量交换强烈,生育期水流主要由作物侧流入裸地侧,其中对于3个灌水处理在番茄侧0～40 cm土层净流入裸地的平均水量是玉米侧的1.3倍,约为60mm/a,并且0～40cm土层由作物侧流入裸地的水量是40～100cm土层的2.5倍。二维土壤水分分布显示,滴灌湿润体与作物根系分布匹配性较好,灌水后1d湿润饱和区主要集中在0～30cm土层,其中T1、T2、T3处理的饱和区面积分别为559.14,288.61和109.78 cm~2。灌水2 d后,低灌水处理(T3)存在较明显的水分亏缺,缺水区面积是充分灌溉(T1)的30倍。研究结果可为间作滴灌农田制定灌溉制度提供参考。     

膜下滴灌对棉花根际土壤环境的影响研究

试验研究田间膜下滴灌棉花根际土壤的水、热、气变化表明,覆膜滴灌使土壤增温,膜下滴灌使根系浅层土壤含水量高于深层土壤含水量,加剧棉花根系浅层水平的分布使田间土壤干、湿间隔排列,有利于膜下土壤气体交换。棉田膜下滴灌技术节约灌溉水40％～50％,且使棉花增产20％左右。     

膜上灌水技术的生态环境效应研究

该文依据膜上灌水技术室内外试验数据,分析探讨了膜上灌水对作物生长要素中土壤水、肥、气、热环境的影响。研究结果表明：膜上灌水技术与传统的沟畦灌相比,地膜覆盖灌水法在减少地面蒸发,实现节水的同时,可调节土壤温度,减少灌溉水的深层渗漏和保持土壤肥力,提高了水分利用率,增加作物产量。膜上灌水不仅节约用水,同时也为作物的生长发育创造了适宜的根部生态环境。     

地埋点源滴灌土壤水分运动规律的研究

根据非饱和土壤水运动理论，建立了地埋点源滴灌条件下土壤水分运动的数学模型，针对地埋点源入渗的特点，采用了可动的边界条件，加快了有限差分法对模型求解速度。应用模型分析了地埋点源滴灌土壤水分运动的基本规律，由此对地埋点源滴灌系统的设计和运行管理提出了初步看法     

咸淡水间歇组合灌溉对盐碱耕地土壤水盐运移特性的影响

为探明土壤水盐在咸淡水间歇组合灌溉条件下的运移情况,采用室内一维垂直积水入渗试验,以全淡水和微咸水直接灌溉作为对照,设置了四种间歇时间,分别为0、30、60、120 min,三种咸淡水组合比例,分别为2∶1、1∶1、1∶2,进行咸淡水间歇组合灌溉。结果表明:在同一入渗时间,间歇组合灌溉的累积入渗量大于淡水灌溉,与微咸水直接灌溉差异较小;累积入渗量(I)与湿润锋运移深度(Zf)的决定系数R2均大于0.99,I和Zf呈良好的线性关系;间歇组合灌溉的土壤含水率、灌水均匀度均远远大于淡水灌溉,但间歇组合灌溉的灌水均匀度随着淡水所占灌水定额比例的增加而减小;在5~45 cm作物根系密集区,土壤整体脱盐,但间歇组合灌溉土壤脱盐率显著高于微咸水直接灌溉,与淡水灌溉差异较小;不同间歇时间、组合比例对土壤脱盐率的影响均达到显著性水平。     

基于动态规划理论的棉花根长生长模拟方法

作物根系生长不仅取决于生理因素,还取决于生态环境因素,而土壤水分环境与作物根系生长之间的关系则是局部灌溉技术设计的理论依据之一。为了进一步探索影响棉花根系生长的主要因素,本文在根?冠水量平衡的基础上,结合作物系数与叶面积的关系模型、根长密度分布函数以及根系吸水效率函数,应用动态规划理论,建立了棉花根系生长模型,并以桶栽棉花试验结果进行验证。结果表明,该模型纳入了土壤水分环境、大气蒸腾力和叶面积等影响根系生长的因子,具有揭示根系生长耗水机理的作用。该模型模拟出的棉花总根长变化趋势与实测结果基本一致,当以多年月平均参考蒸散量(ET0)作为输入条件时,模拟结果总体误差为15.41%,可以用于工程设计。对模型敏感性分析结果表明,所建模型能够反映棉花根?叶生长的同步性,以及进入生殖生长期以后根—叶之间的水量平衡关系。棉花根系生长对土壤水分环境变化的敏感性高于对叶面积变化的敏感性,体现了棉花根系生长的机理,建模方法可行。本文研究成果对完善局部灌溉技术中灌溉制度的设计理论具有重要意义。     

非充分灌溉条件下农田水分转化SWAP模拟

非充分灌溉改变了农田水分转化过程,以往的研究较少讨论作物根系层以下的土壤水分转化动态及其对作物耗水的影响。该文在北京市典型农田开展了冬小麦-夏玉米非充分灌溉试验,在对SWAP模型率定与验证基础上,模拟分析了非充分灌溉农田耗水规律与水分转化过程,并应用模型得到了研究区不同降水年型的最优非充分灌溉模式。结果表明:非充分灌溉的实施促使作物消耗大量土壤贮水,当降雨或灌溉量较小时,土壤水可占作物耗水量的46.1%;根区和储水区之间土壤水分交换明显,转化通量变化范围为-2.67～0.45mm/d,而储水区底部水分通量较小且无明显变化,根区土壤水分渗漏出现在灌溉或较大的降雨之后,储水区水分向上补给主要发生在作物需水关键期;与常规灌溉相比,最优非充分灌溉模式在丰水年、平水年和枯水年分别节水375、225和225mm,储水区底部深层水分渗漏量分别减少了89%、17%和2%。     

基于WinSRFR模拟灌溉农田土壤入渗参数年变化规律

土壤入渗参数是确定地面灌溉灌水技术参数的主要依据之一,而农田土壤入渗特性随着灌水与耕作存在着周期性变化。为了探究这种周期性变化规律,在冬小麦-夏玉米轮作体系下,基于泾惠渠灌区2012-2015年不同灌水时期的灌水资料,利用Win SRFR4.1软件与拟合度检验相结合的方法对考斯加科夫土壤入渗模型参数值进行模拟反推得出最佳优化结果,结果表明模拟与实测的水流推进及水流消退过程的均方根误差分别为0.15~2.1和2.5~7.8 min,决定系数均在0.7以上(P0.05)。在此基础上,根据影响土壤水分入渗的主导因素土壤容重及土壤质量含水率,建立考斯加科夫土壤水分入渗模型2参数值与影响因素间的定量关系,分析土壤入渗参数在年内的变化规律,结果表明:在冬小麦-夏玉米轮作体系下,不同灌水时期的土壤入渗系数和入渗指数变化明显,变化范围分别在95.0~210.0 mm/h和0.42~0.67之间,土壤水分入渗模型两参数值与土壤含水率及土壤表层容重之间存在较好地复合对数关系,决定系数分别为0.846和0.741(P0.05)。研究结果可为年内不同灌水时期确定农田地面灌水技术参数提供依据。     

多点源滴灌条件下土壤水分运动的数值模拟

为了摸清多点源滴灌条件下的土壤水分运动规律,为密植作物滴灌系统的合理设计提供依据,本文根据非饱和土壤水动力学理论和多点源滴灌条件下土壤水分运动特征,建立了多点源滴灌条件下土壤水分运动数学模型,利用商业化软件Hydrus对模型进行了求解。模拟结果与实测情况对照表明,模拟的入渗过程与实测的入渗过程基本吻合,均遵循点源入渗、湿润区交汇和最终形成湿润带的演变规律;模拟的交汇时间和入渗深度与实测的相比,偏差均在10%以内;在湿润锋交汇前,湿润区内部土壤含水率模拟值与实测值的差异较小,吻合较好,在湿润锋交汇后,湿润区上部土壤含水率的模拟值要比实测值小一些。总体而言,模拟结果还是能比较真实地反映多点源滴灌条件下的土壤水分运动规律,可为滴灌系统的合理设计及运行提供一定的理论依据。     

土壤初始含水率对涌泉根灌土壤水分及氮素运移特性的影响

为了探究涌泉根灌水肥一体化灌溉在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(4.13%,7.21%,8.77%,11.06%,14.01%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离与不同土壤初始含水率之间的关系,提出了不同初始含水率下涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布、转化等均不同程度地受到土壤初始含水率的影响。同一时刻条件下,累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮和硝态氮的分布范围越广泛;距离灌水器出水孔越近,土壤中的铵态氮和硝态氮含量越高。入渗系数K随着土壤初始含水率的增大而减小,入渗指数α随着土壤初始含水率的增大而增大;水平湿润锋拟合参数a、b均随土壤初始含水率的增大而增大,竖直向下湿润锋运移指数c随着土壤初始含水率的增大而增大,入渗指数d随着土壤初始含水率的增大而减小。随着土壤水分再分布的持续进行,湿润体内水分分布越加均匀,采用克里斯琴森均匀系数Cu评价灌水结束、再分布1,3天条件下湿润体内水分分布均匀度依次为61.99%,74.27%和83.60%;湿润体内铵态氮含量逐渐减小,但铵态氮的分布区域基本无变化;湿润体内硝态氮分布区域变大,平均值呈增大,最值区域有下移趋势。研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。