地面灌溉水流特性及水分利用率的田间试验研究

在内蒙古风沙区一种砂土和壤质砂土的春小麦生育期内进行了畦田规格和灌水技术要素对水流推进和消退过程、田间水利用系数、灌水效率及灌水均匀系数影响的田间试验。试验中畦田坡度基本一致，畦长均为60 m，畦宽变化范围为1～4 m，单宽流量为3.8～15.2 L/(s·m)。结果表明，畦田水流推进曲线可用幂函数表示。在所研究的畦田中，1m宽度的畦田灌水效率最低，宽度2 m和3 m的畦田灌水效率相近，畦宽由3 m增加到4 m时，灌水效率呈降低趋势，因此试验条件下的畦田适宜宽度为2～3 m。对所研究的土壤来说，春小麦生育期内平均灌水效率(田间水利用系数)仅为0.5左右，与规范规定值(0.90以上)尚有很大差距。利用水量平衡法求出的土壤入渗参数和观测的入渗时间，计算了入渗水深均匀系数。结果表明，入渗水深均匀系数随畦宽的变化趋势与灌水效率相同，但可以达到0.8以上。对地面灌溉来说，高均匀系数并不一定意味着高灌水效率(田间水利用系数)。     

低定额畦灌技术参数研究

基于有限水资源的农田补充灌溉,以寻求不产生深层渗漏的节水型地面畦灌灌水定额为目标,在陕西省杨陵区中壤土玉米地,开展了畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度影响的田间试验.通过水流推进、消退过程、土壤水分变化的测定,利用地面灌溉水流运动曲线拟合对畦灌条件下的最佳灌水技术要素组合进行了分析.结果表明:畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度具有明显影响.对于试验田块,田面坡度为1.5‰时,入畦单宽流量控制在3～6 L/(m·s)范围内,畦宽2～3 m,畦长50 m左右,可达到较高灌水效率(Eα>80%)和灌水均匀度(DU>80%),并能将灌水定额控制在设计范围之内,实现畦田的小定额灌溉.     

畦田灌水质量评价及水分利用效率分析

畦田灌水质量是影响作物产量和水分利用效率的重要因素。针对现有评价灌水质量存在工作量较大的问题,根据田间实测资料,利用SIRMOD模型、SRFR模型和田间实测方法分别计算灌水效率和灌水均匀度,结果表明根据较少的观测资料利用SIRMOD模型或SRFR模型也可对畦田灌水质量进行评价。根据模拟结果初步得出了在一定条件下单宽流量、平整精度和田面坡度对灌水质量的影响规律,并对不同规格畦田小麦全生育期的平均灌水质量对产量和水分利用效率的影响进行了分析,得出畦长45 m,畦宽分别为5.0和7.5 m的畦田在获得较高产量的条件下,水分利用效率由现状的1.10 kg/m3分别提高到1.38 kg/m3和1.35 kg/m3,从田间试验角度论证了对灌区较大规格畦田进行缩块改造的必要性。     

渠灌区节水灌溉技术的筛选组装和集成

渠灌类型区是我国灌区的主要组成部分,地面灌溉是渠灌区的主要灌水方式,发展渠灌区节水型地面灌溉对我国的农业节水有着重要作用。以陕西关中西部的宝鸡峡引渭灌区为例,对现行的节水型地面灌水技术进行了分析和筛选,结合灌区的现状和灌溉特点,提出了适宜于本灌区目前应用和推广的节水型地面灌水技术主要是畦田“三改”,并结合增大入畦单宽流量等技术措施进行组装和集成,实现提高灌水效率和灌水均匀度,减小灌溉用水量,节约用水的目的。     

秸秆覆盖畦田灌溉水流特性及灌水质量分析

在陕西杨凌张家岗村覆盖玉米秸秆的冬小麦地进行了畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌溉均匀度影响的田间试验,并SRFR406软件对秸秆覆盖畦灌的水流推进进行了数学模拟.结果表明,给出的地面灌溉模型及软件可较好的模拟秸秆覆盖畦田水流运动.畦田规格与技术要素的选择对灌水效率及灌水均匀度均有影响.在覆盖秸秆畦田以畦长小于50 m,畦宽2～3 m,单宽流量以6～8 L/(m·s),坡度以3‰～5‰为宜.为提高秸秆覆盖灌水效率,应加强耕作管理,消除反坡.     

不同畦长灌溉对冬小麦产量及水分利用特性的影响

为探讨畦长对冬小麦耗水及产量和水分利用特性的影响,本试验以冬小麦品种‘科农2011’为试验材料,在2014—2015年中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦生长季,畦宽为5 m条件下,设置4 m、5 m、10 m(农民习惯畦长)、50 m、100 m共5个畦田长度,各处理均在拔节期和灌浆期用塑料软管从机井口引水到畦首灌水,塑料软管出水口安装水表计量灌水量,用秒表计量灌溉用时,研究不同畦长处理对冬小麦耗水特性、灌溉定额及灌溉用时、畦田内不同部位土壤含水量差异、籽粒产量以及产量和灌溉水利用效率的影响。结果表明:随着畦长增加,灌水量和总耗水量逐渐增加,灌水量占总耗水量的比例逐渐增加;籽粒产量虽逐渐增加,但未达到显著水平。土壤储水消耗量、产量水分利用效率和灌溉水利用效率随着畦长增加逐渐降低。与农民习惯的畦长10 m相比,4 m畦长处理的灌水量减少34.50%,多消耗深层土壤贮水58.92 mm,总耗水量降低1.61%,产量水分利用效率提高1.15%,灌溉水利用效率提高51.96%,次灌溉用时减少42.75%。100 m畦长处理在产量没有显著提高的基础上,总耗水量增加9.58%,灌溉水增加38.08%,产量水分利用效率降低9.88%,灌溉水利用效率降低26.20%,次灌溉用时增加65.61%。综合考虑籽粒产量、灌水量和水分利用效率,4 m畦长是本试验条件下兼顾高产与节水的最优畦长处理。     

考虑灌溉参数空间变异的区域畦灌模拟与验证

精确评估区域畦田灌水质量有助于提高农田灌水管理水平,而具有空间变异性的灌溉参数如何有效表征是影响区域畦田灌水质量精确模拟评价的关键因素。为此,该研究的目的在于借助Monte-Carlo抽样,建立考虑畦灌参数空间变异性的区域畦灌模拟方法。采用Monte-Carlo抽样将具有空间变异性的区域灌溉参数(如入畦单宽流量、土壤砂粒含量、黏粒含量、土壤容重等)离散表征为若干个灌溉参数样本,依次输入田块尺度畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,以模拟评价区域畦灌过程。基于3次区域畦灌试验的实测数据和1个对比的确定性畦灌模拟方法,验证建立的模型的模拟效果。结果表明,所建模拟方法与确定性模拟方法模拟计算的灌水效率和灌水均匀具一定差异,所建模型的模拟值与实测值间的灌溉定额和田间水利用系数相对误差分别为9.95%~12.23%和8.39%~10.21%,而基于现有模型的相对误差则分别为14.15%~16.78%和13.87%~15.88%,畦田平均土壤含水率实测值与所建模型模拟值的累积分布趋势表现出良好的一致性。上述指标表明所建模拟方法有效缩小了区域灌溉参数空间均化处理所带来的模拟误差范围较大等问题,为区域畦田灌溉优化设计和管理提供了技术支撑。     

畦田自然要素时空变异性及其对灌水质量的影响

土壤入渗参数、田面糙率、坡度等自然要素是畦灌方案设计的基础参数,其变异性是导致灌水质量远低于预期的重要原因。为揭示畦田自然要素时空变异特征及其对灌水质量的影响,该研究在11组畦田上开展了4 a畦灌观测试验,通过实测数据全面研究了灌前自然要素的畦内空间变异性、畦间空间变异性和年际时间变异性,并结合WinSRFR地面灌溉模型,模拟分析了自然要素时空变异性对畦灌水流运动过程及灌水质量的影响。结果表明：对畦灌灌水质量影响最大的3个自然要素依次是入渗系数、入渗指数和糙率,三者空间变异系数平均值分别为11.00%、4.05%和7.94%,时间变异系数平均值是分别为26.87%、7.73%和21.86%。畦田自然要素变差导致灌水质量整体下降,自然要素的时间变异性对灌水质量的影响大于其空间变异性的影响。入渗参数和糙率的变异性对畦田后半段的水流消退过程影响较大,忽视其年际时间变异性会加大畦尾积水风险。该研究结果可为畦灌方案设计提供指导,为精细地面灌溉发展提供科学依据。     

畦灌与施肥时机对土壤硝态氮分布和冬小麦产量的影响

为探究不同畦田规格与施肥时机对土壤NO_3~--N分布规律及对冬小麦产量的影响,优化选择具有较高灌水施肥均匀度和储氮效率及产量的最佳灌溉施肥模式,于2017—2018年在冬小麦季选取畦宽、畦长和施肥时机3个试验因素,传统撒施灌溉作为对照,通过正交试验设计设置12个处理。结果表明:1)与灌水前相比,灌水后各处理土壤不同层次NO_3~--N浓度均增加,且随着土层深度的增加NO_3~--N浓度逐渐降低。在液施处理下NO_3~--N在有效根系层的累积较撒施处理高出0.27%～27.97%。2)畦宽、畦长和施肥时机显著影响NO_3~--N的分布。在返青期,畦长对灌水施肥均匀度的贡献率最高,为91.64%;施肥时机对储氮效率的贡献率最高,为44.22%。在扬花期,畦长对灌水施肥均匀度的贡献率最高,为92.67%;畦宽对储氮效率的贡献率最高,为53.6%。在60 m畦长条件下可以获得较高的灌水施肥均匀度。3)畦宽、畦长和施肥时机对作物产量的贡献率分别为37.2%、37.3%和23.9%,畦宽3.2 m、畦长60 m和全程液施的处理下达到了最高产量,为7 869.2 kg/hm~2。因此,液施可以提高土壤NO_3~--N分布均匀性,有利于NO_3~--N在小麦根系层的累积,减少氮素的淋溶损失;综合对土壤NO_3~--N分布均匀性、积累及作物产量来看,畦宽3.2m、畦长60m和全程液施的处理为该研究处理下最优模式。     

引黄畦灌田间水沙分布规律

为探究引黄地面灌溉条件下水沙在田间的分布规律,该文于尊村引黄灌区开展田间试验,研究灌溉水流推进过程,灌溉水含沙量沿畦长方向的变化及灌水后泥沙在田面的沉积状况。结果表明,引黄灌溉水在沿畦长方向推进的过程中,随着水分下渗和水力损失,其流量减小,挟沙能力沿畦长方向逐渐减弱;挟沙水流中的较大粒径颗粒逐渐沉积,水流中携带泥沙的中值粒径逐渐减小;灌水结束后,田面沉积泥沙粉粒质量分数占70%左右,田面沉积泥沙质量沿畦长方向逐渐减小,在畦尾有增大趋势,且畦田首端和畦田尾端的沉积泥沙粒径大小及其颗粒组成却相差不大。研究结果为开发和利用畦灌蓄沙、放淤改土等黄河水沙利用技术提供一定的科学依据和理论支持。     

垄作沟灌水分入渗模拟与灌水沟断面优化

以石羊河流域民勤地区为例,采用典型土壤实测土壤水分运动参数,应用Hydrus软件模拟不同沟型、不同垄宽条件下沟灌土壤水分运动,并研究了湿润锋推进过程,建立了沟灌土壤水分二维入渗模型,分析了灌水均匀度。结果表明:沟形相同条件下,竖向湿润锋的推进距离与沟底宽及水深呈正相关关系;水平湿润锋的推进距离由沟中水位决定;沟灌累计入渗量由灌水沟湿周的大小决定,入渗初期符合幂函数形式,入渗后期符合线性形式;同种土壤在沟深与水深相同时,V型沟横向灌水均匀度高于梯形沟,且水位越高均匀度越高。     

沟灌二维入渗影响因素实验研究

为进一步探明沟灌灌水沟的水分入渗规律,该文研究了沟灌中的灌水沟中水深、沟底宽、沟底导水率及土壤初始含水率等因素对沟灌二维入渗的影响,研究结果表明：减小灌水沟中水深和沟底导水率及增大土壤初始含水率都有利于灌水沟的水平侧向入渗,同时可相应减小垂向入渗;而灌水沟底宽不影响沟的侧向入渗,只影响垂向入渗,底宽减小时,垂向入渗减小。沟底导水率影响最大,计划灌水定额为45 mm,沟底导水率为0时垂向入渗深度较沟底裸露透水时减小41％,明显改善了沟灌入渗体的形状。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响

以玉米为试验材料,通过大田灌水技术和灌溉制度试验对交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响进行了研究。结果表明,交替隔沟灌溉与常规灌溉相比,水分的侧向入渗比较明显,由于其湿润锋到达深度小于常规灌溉,因此,交替隔沟灌溉可以减少土壤水分的深层渗漏;交替隔沟灌溉不降低光合速率而蒸腾速率有所下降,并有利于提高蒸腾效率;在同等灌水量水平下,交替隔沟灌溉因为其低蒸腾和较高产量总水分利用率和灌溉水利用效率均高于常规灌溉;在同等灌水量水平下,采用交替隔沟灌溉不降低玉米产量;收获等产量的玉米,交替隔沟灌溉比常规灌溉省水33.3%。     

节水灌溉技术在制种玉米上的应用研究

通过TDR土壤水分测定仪结合作物指标常规测定方法研究了不同节水灌溉技术在制种玉米上的应用效果.从制种玉米生长发育动态,土壤水分变化规律,耗水规律,产量及经济效益等方面比较了不同灌水技术的优越性.研究结果表明,各项节水技术均具有明显的节水效果,但综合考虑节水、增产效应后,垄作沟灌、调亏灌溉和冬季免储水灌等节水灌溉技术在河西地区较适宜发展.垄作沟灌、调亏灌溉和冬季免储水灌技术较常规覆膜灌溉分别节水18.3％,5.6％和14.7％;增产4.2％,9.0％和2.0 ％;增收13.6％,7.3％和6.2％;水分利用效率提高了27.1％,15.1％和19.3％.这些技术在不减少作物产量的同时可有效抑制土面无效蒸发,降低灌溉定额,提高水分利用率及经济效益,是河西地区制种玉米产业发展和地区经济社会可持续发展急需推广的节水技术.     

果树涌泉灌溉方式的技术应用

涌泉灌又称小管出流.涌泉灌溉技术是针对滴灌系统使用过程中灌水器容易堵塞,以及农业生产管理水平不高而设计的一种微灌技术.它具有节水、节能、灌水均匀、水肥同步、适应性强、管理方便等优点.经过试用,涌泉灌溉果树一般较传统的地面灌节水50%～70%,增产6%～10%,灌水均匀度在90%以上.该文介绍了涌泉灌溉技术及田间设计要点.     

石羊河流域节水高产高效轮作模式研究

为解决石羊河流域不合理种植模式和灌溉方法引起的水资源短缺问题, 采用轮作和调亏灌溉相结合的节水技术, 在石羊河流域设置了5 种轮作模式, 从等价产量、耗水量、等价水分利用率、经济水分利用率和经济效益等方面进行不同灌溉条件下不同轮作模式的对比分析研究。结果表明: 就单个轮作模式而言, 不同灌溉条件下作物的等价产量、耗水量和经济效益表现为: 充分灌溉>轻度调亏>重度调亏, 等价水分利用率和经济水分利用率表现为: 轻度调亏>充分灌溉>重度调亏; 对不同轮作模式而言, 在不同调亏灌溉条件下制种油葵-小麦/黄豆和小麦/黄豆-小麦2 种模式具有增产、节水、提高水分利用率和增加经济收入的潜力, 与常规小麦-玉米轮作模式相比, 等价产量分别提高14.1%~29.5%和-0.4%~28.7%, 分别节水42.5~96.5 mm 和47.9~58.7 mm,等价水分利用率分别提高24.8%~37.3%和8.2%~36.0%, 经济水分利用率分别提高119.8%~149.2%和-0.1%~26.1%, 经济收入分别增加25 785~29 656 Yuan·hm^-2 和-614~5 501 Yuan·hm^-2。因此, 制种油葵-小麦/黄豆和小麦/黄豆-小麦2 种轮作模式为比较理想的模式, 对其进行轻度调亏时, 可在少量减产的情况下起到节约灌水、提高水分利用率和水分经济利用率的效果, 替代常规小麦-玉米轮作模式, 实现石羊河流域农业可持续发展。     

复合隔层对河套灌区盐碱土水盐运移的影响

河套灌区盐渍农田分布广、肥力质量差、生产力水平低,严重威胁粮食安全。为研究秸秆–保水剂复合隔层对河套灌区盐碱土的控盐及节水效果,通过室内土柱模拟试验,设置常规灌溉水量(10 L)和节水20%灌溉水量(8 L)2种灌溉水量下的2种隔层(秸秆隔层和复合隔层)以及对照组处理,对比研究了复合隔层与秸秆隔层在节水条件下对土壤水分入渗过程、蒸发过程以及盐分变化规律的影响。研究结果表明:入渗过程中,两种隔层均能延缓水分入渗,提高淋盐效果,相比秸秆隔层,复合隔层处理水分入渗时间延缓14.47%,对0～40 cm土层淋盐效果提升34.86%。蒸发过程中,复合隔层能够通过内部保水剂缓慢释水,对20～40 cm土层补水,其20～40 cm土层含水率较秸秆隔层提升10.90%～90.61%。节水20%的条件下,复合隔层处理在0～40 cm土层的灌溉淋盐效果及蒸发过程中的保水抑盐效果优于未进行节水处理的对照组。综合来看,秸秆–保水剂形成的复合隔层其淋盐效果、保水抑盐效果均优于秸秆隔层,在节水条件下仍具有较好的保水控盐效果。本研究可为河套灌区节水型盐碱障碍消减研究提供依据和参考。     

灌溉方法对保护地土壤有机氮组分及剖面分布的影响

用Bremner有机氮分组法测定了连续7年采用不同灌溉方法灌溉的保护地土壤各剖面层次有机氮组分含量。结果表明,土壤全氮及有机氮各组分含量均随土层深度的增加而降低,但有机氮各组分占全氮的比例随土层深度增加的变化却无明显规律。用3种灌溉方法灌溉,不同土层间土壤有机氮各组分含量的差异主要存在于0~50 cm土层,50 cm以下差异很小;相同土层,土壤有机态氮含量均以酸解氮为主,且酸解氮中各组分绝对含量和相对含量的大小排列顺序均为,未知态氮>氨态氮>氨基酸态氮>氨基糖态氮。在0~80 cm土层,土壤酸解氮占全氮的比例大多在58%~60%之间,只有渗灌处理0~10 cm,10~20 cm及沟灌处理0~10 cm土层酸解氮占全氮的比例较低,分别为34.21%,50.75%和48.02%;而非酸解氮占全氮的比例大多在32%~36%之间。3种灌溉方法相比较,除个别层次外,酸解氮中氨基酸态氮、氨基糖态氮及氨态氮占全氮的比例在各土层中滴灌和渗灌处理均高于沟灌处理,而酸解未知态氮和非酸解氮占全氮的比例则为沟灌处理高于滴灌和渗灌处理。     

旱地棉田渗灌补水效应研究

该文着重研究了渗灌不同补水量和渗水管道埋深对旱地土壤含水率和棉花生长发育的影响。试验结果表明，在棉花关键需水期进行渗灌补水，增产增收效果显著。丰水年每次渗水225～300 m³/hm²，皮棉产量可提高196.8～310.7 kg/hm²，增产率为17.3%～27.3%；干旱年份，每次渗水225～300 m³/hm²，比对照增产24.35%～42.55%。与大水漫灌相比，渗灌补水既避免了表层蒸发，又没有形成重力水下渗，大幅度提高了水分利用率。渗水管道埋深在13～20 cm较为合适。