红壤蓄水渗灌水氮入渗特征研究

为研究红壤区域蓄水渗灌关键参数变化对水氮分布的影响,试验设灌水量和灌水器埋深两个因素,每个因素设3个水平,共9个处理.分析影响各因素对土壤入渗率、湿润体内含水率和硝态氮分布影响.结果表明:入渗达到稳定之前灌水量对入渗率的影大于灌水器埋深,垂向湿润锋运移距离随着灌水器埋深增加而减小,随着灌水量的增加而增加;并随着灌水器埋深加大,湿润体范围向右下方移动.土壤含水率随土壤深度增大再逐渐变小,随着灌水量的增加,土壤湿润范围增加;灌水量增加,促进硝态氮的入渗;土壤硝态氮的分布规律为由灌水器周边至湿润体边缘呈现"低-高-低"的分布态势.对土壤水氮的分布显著影响为:灌水量>灌水器埋深.增加一定的灌水量可以促进蓄水渗灌红壤水氮入渗,而增加灌水器埋深则使得湿润体范围向灌水器右下方移动;在红壤地区脐橙等经济作物灌溉中推荐采用高灌水量与深埋灌水器的方式.     

地下水埋深对棉花灌溉制度的影响

针对黑龙港流域地下水位总体趋势持续下降的现象,结合沧州市南皮县棉田的原位试验,采用HYDRUS 1D模型进行数值模拟,分析不同地下水埋深条件下,地下水对棉花根系层的补给作用对灌溉制度的影响。结果表明,当全生育期地下水平均埋深为1.5、2m时,地下水对棉花根系层的补给量相当于实验棉田0.5~1.5倍的灌水定额。由此制定3种(1.5、2、3m)地下水埋深条件下不同降水水平年的棉田灌溉制度:播前灌之后,50%水平年不再灌溉;75%水平年当地下水平均埋深为3m时,灌一次花铃水;85%水平年在地下水平均埋深为2、3m时,各灌一次花铃水。地下水补给作用对棉花根系层土壤含水率存在着不可忽视的影响,特别是当地下水埋深不超过2m时制定棉田的灌溉制度应充分考虑地下水的补给作用。     

变化地下水埋深与灌水量对土壤水与地下水交换的影响

【目的】探究不同地下水埋深和灌水量对土壤水与地下水交换的影响,提高灌溉水利用效率。【方法】在河套灌区开展了不同地下水埋深与灌水量对土壤含水率、地下水埋深及土壤水与地下水交换影响的田间试验,分析变化地下水埋深与灌水量对土壤水与地下水交换的影响。【结果】不同灌水量下,灌水前后0～60 cm土壤含水率变化明显,灌水主要补充耕作层,生育期第3次灌水入渗量约占灌水总量25%,灌水量越大,土壤水对地下水入渗补给量越大。地下水埋深随灌水量增加而显著减小(P0.05),地下水补给量与灌溉量的比值依次为L1处理L2处理L3处理L4处理L5处理L6处理L7处理L8处理L9处理。【结论】在河套灌区年均地下水埋深为1.8 m的区域,生育期单次灌水量110 mm,秋浇300 mm,可显著减少灌溉水下渗,以达到充分利用潜水蒸发,提高水资源利用效率,实现节水增产的目的。     

浅层地下水对玉米根区水分及根系吸水影响的数值模拟

运用实测数据校准并验证模型,采用Hydrus-1D模型模拟了无灌溉、无浅层地下水以及浅层地下水波动对玉米根区水分动态及根系吸水的影响。结果表明,校准后的Hydrus-1D模型能够较为准确地模拟土壤非饱和区水分动态;浅层地下水可以将土壤剖面水分维持在较稳定的范围内。当无浅层地下水时,观测节点水分波动较大,尤其是40~100cm的砂土层水分在灌溉后迅速降低。浅层地下水在影响根区水分的同时影响着根系吸水,CK、无地下水、无灌溉下玉米生长季累积根系吸水量分别为58.2、53.9、57.4cm。累积根系吸水量随地下水埋深的降低而呈先增加后降低趋势,且均高于CK。累积根系吸水量随着地下水埋深的升高而总体呈逐渐降低趋势,当地下水埋深增加40cm时,累积根系吸水量仅为50.7cm,相对于2013年降低了13%。适宜的地下水位对于维持根区水分和促进根系吸水具有重要作用。     

灌水器埋深对红壤区涌泉根灌双点源入渗水氮运移的影响

【目的】研究红壤区涌泉根灌双点源入渗土壤水氮运移分布规律,为提高涌泉根灌水氮利用效率和灌水器合理埋深提供理论依据。【方法】在大田通过灌水器埋深分别为30、45、60cm的硝酸铵钙溶液入渗试验,研究了灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分以及铵态氮和硝态氮运移特性的影响,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋运移距离与入渗历时的关系模型。【结果】灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,红壤累计入渗量和稳定入渗率分别为18.84 L和0.035 cm/min、17.09 L和0.031 cm/min以及14.37 L和0.024 cm/min,即灌水器埋深越大,土壤的累计入渗量和稳渗率就越小,且累计入渗量与入渗历时之间均符合幂函数关系;灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,交汇入渗发生的时间分别为168、187和197 min,交汇发生时间增幅依次为10.16%和5.56%,湿润锋运移距离随埋深的增大而减小,运移距离与入渗历时之间均符合对数函数关系,且竖直向下的运移距离均大于竖直向上;土壤含水率均随着土层深度的增加而先增加后减小,对于同一土层,灌水器处土壤含水率最大,其次为交汇面处,而距离灌水器12.5cm处土壤含水率最小;土壤铵态氮和硝态氮均随土层深度的增加而先增加后减小,在水平方向,距离灌水器越近,铵态氮的质量浓度越大,对于硝态氮而言,灌水器埋深不同,硝态氮的分布存在明显差异。【结论】灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗红壤的水氮运移分布均有显著影响,且埋深超过60 cm时,氮肥淋失风险较大,且对作物吸收不利。     

砂姜黑土区有无作物生长土壤水与地下水转化关系研究

为研究砂姜黑土区有无作物生长条件下土壤水与地下水的转化关系,采用五道沟实验站蒸渗仪1991-2015年10-5月份小麦生长期及同期裸地不同地下水埋深水平下蒸发和入渗实测资料,分析了不同下垫面条件下潜水蒸发量、入渗补给量和潜水补耗差随地下水埋深变化规律。结果表明:小麦生长条件下,潜水蒸发主要发生在2.5 m以浅,裸地潜水蒸发主要发生在0.4 m以浅,且其均随地下水埋深增加而递减;裸地累积入渗补给量大于小麦地累积入渗补给量,均随地下水埋深增大而减小,裸地与小麦地累积入渗量之间差值随地下水埋深的增大呈先增加后减少趋势,在2～3 m时小麦地蓄水能力最大;在种植小麦条件下,潜水补耗差与地下水埋深呈对数关系,土壤水与地下水转化量的均衡临界埋深为1.62 m,地下水埋深小于1.62 m,潜水消耗起主导作用,地下水向土壤水转化,大于1.62 m,土壤水补给地下水,裸地条件下土壤水与地下水转化量的均衡临界埋深0.2～0.5 m之间。土壤水与地下水的转化受作物和均衡临界埋深共同影响。     

无压灌溉埋管深度的机理性研究及

通过室内试验和大田试验，研究了无压灌溉方式下埋管深度对水分运移和作物生长的影响机理。结果表明，在不同埋深时湿润体形状均为球冠，但球冠高度不同；湿润体内含水率均在埋管深度附近达到最大值，并以灌水器所在平面为对称面对称分布；埋管深度对番茄根系的生长分布、早期生物量的积累和后期干物质在果实和茎叶中的分配比例都有影响；埋深10cm时，番茄的水分利用效率、产量和品质最大，是温室番茄的最佳埋深。     

涌泉根灌下灌水器埋深对水氮运移特性影响的研究

在陕北米脂县西北农林科技大学试验基地进行了涌泉根灌肥液入渗试验,研究了不同灌水器埋深条件下湿润体特征值的变化规律及水氮运移特性。结果表明:涌泉根灌肥液入渗累积入渗量、入渗率及各向湿润锋运移距离均随灌水器埋深增加而减小;累积入渗量与入渗时间之间符合Kostiakov幂函数模型;水平方向和竖直方向湿润锋运移距离均随入渗时间增长而增加。随着埋深增加,土壤含水率峰值出现位置越低,湿润体上部含水率越低,这有助于减小地表蒸发损失,土壤NH_4~+-N含量峰值出现位置越低;以NH_4~+-N峰值为界限,峰值以上,灌水器埋深增加,相同位置处NH_4~+-N含量越低,峰值以下,相同位置处NH_4~+-N含量越高。不同灌水器埋深条件下,土壤剖面NH_4~+-N含量分布差异较大,随埋深增加,入渗结束后NH_4~+-N含量峰值越深,但随着时间的延长,土壤表层NH_4~+-N含量升高速度更快。     

地下水埋深对冬麦田土壤水分及产量的影响

通过6种地下水位控制处理和对照(自然地下水位)冬小麦试验,探讨了不同地下水埋深对冬麦田土壤水分季节变化规律和垂直变化规律、地下水-土壤水界面水分转化量变化过程以及对冬麦田田间土壤水分平衡的影响。结果表明,地下水埋深对冬麦田0～60cm土壤水分动态有着明显的影响。地下水埋深越浅,麦田表层和主要根层土壤储水量季节变化越强烈,地下水对土壤水分的补给量越大,冬小麦全生育期耗水量也随着增加;土壤排水量大小与灌溉量和降雨量大小有关。地下水位埋深越深,灌溉和降水后的土壤开始排水日期越滞后;无论地下水埋深深浅,冬麦田累计地下水补给量变化规律可分为4个阶段,即稳定增长期、缓慢增长期、快速增长期和趋于稳定期;地下水埋深1.5m时冬小麦产量最高,地下水位太深或太浅产量均下降。水分利用率最高值出现在地下水埋深1.0m的处理。地下水位在1.0m以下时,水分利用效率随地下水深度加深和灌水量增加而减少。     

埋深与压力对微润灌湿润体水分运移的影响

为探明微润灌土壤湿润体特性,设置5个不同埋深,6个不同压力水头,通过室内土箱试验研究了微润灌土壤水分运动规律。结果表明：压力水头是决定微润灌流量的重要因素;微润带埋深显著影响土壤湿润体的形状,湿润锋水平运移距离与宽深比γ均随埋深的增大而减小,垂直运移距离随埋深的增大而略微增大;土壤累计入渗量与埋深呈负相关关系;累计入渗量随灌水时间的变化过程符合Kostiakov入渗模型,建立了不同埋深累计入渗量预测模型,并用实测值进行了验证,实测值与预测值具有较高的相关性;土壤湿润均匀系数与埋深呈正相关,粘壤土微润灌最适埋深为15~20 cm。     

地下水浅埋下层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为进一步揭示地下水浅埋下的层状土波涌畦灌间歇入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土Brook-Corey和Green-Ampt（BC-GA）改进入渗模型,推导出层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润锋运移深度的函数关系,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数。周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大。根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性,对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大;供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。     

不同灌水量和灌水器埋深下单坑渗灌红壤水分入渗特性及其模拟

[目的]探究灌水量和灌水器埋深对单坑渗灌红壤水分入渗特性的影响.[方法]通过室内土箱试验模拟大田单坑渗灌过程,研究了单坑渗灌红壤在不同灌水量(1、2L和3L)和不同灌水器埋深(10、15cm和20cm)条件下湿润锋运移距离、累积入渗量和土壤含水率的分布规律,并采用交替方向隐式差分法对土壤水分空间分布进行了模拟.[结果]...     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

东北寒区水稻需水对地下水埋深的响应及灌溉模拟

【目的】揭示不同降水年型下东北寒区水稻需水对地下水埋深变动与灌溉的响应规律,进一步优化寒区水稻灌溉制度。【方法】以黑龙江庆安和平灌区灌溉试验站多年水稻灌溉试验及2017年地下水动态观测数据为依据,分析不同灌水模式下水稻耗水及地下水变化动态,验证AquaCrop模型在东北寒区水稻生长模拟中的适用性,并用于模拟分析25%、50%、75%降水年型下水稻需水与不同地下水埋深的相互关系及灌水量的响应规律,提出适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及其生育期净灌水量。【结果】①水稻生育期内,地下水埋深先浅后深,其中,分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期耗水量大,灌溉和降雨较多,地下水埋深较浅;②构建了3种降水年型下ET与GD、I的多元回归方程,综合考虑了水稻需水量与地下水埋深、生育期灌水量之间的相关关系,可用于稻田高效耗用水管理和地下水资源持续利用;③为实现东北寒区水稻高产和地下水埋深基本稳定的双重目标,地下水埋深应控制在2.0～2.5 m之间,水稻生育期净灌水量为:枯水年不宜低于现状灌水量,即300 mm;丰水年和平水年净灌水量可适当减少至现状灌水量的0.8倍,即240 mm。【结论】提出了适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及生育期净灌水量,为促进我国东北地区节水增粮,保护湿地生态环境,提高农业用水效率提供了理论依据。     

沟灌条件下灌水沟入渗特性研究

为探明沟灌时灌水沟的水分入渗规律,从沟灌二维入渗过程、入渗湿润锋运移特性、累计入渗水量变化过程、土壤含水量分布等方面研究了沟灌的入渗特征及其影响,研究表明：灌水沟中水深、沟底宽、湿周对沟灌入渗过程均有明显影响。沟中水深增大,有利于加大侧向入渗,垂向入渗减少,而水深减小,会加大垂向入渗,增加深层渗漏。灌水沟底宽不影响灌水沟的侧向入渗,仅影响垂向入渗,底宽减小,垂向入渗深度相应减小,且土壤表面以下40 cm深以内水平向入渗深度平均值与最大垂向入渗深度的比值在沟底宽小时均大于沟底宽大时。合理的断面形式和大小有利于减小垂向入渗,加大水平侧向入渗,灌水沟断面形式为梯形断面时,宽深比近似为2效果最优。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

远程智能控制滴灌土壤入渗多参数节水效果试验研究

基于使用远程智能控制系统,研究扬黄灌区土壤水分入渗试验,分析讨论了2种类型土壤,基于不同压力、埋深程度研究土壤水分入渗速度、湿润锋、时间等,并初步总结出不同外界条件下土壤入渗的变化规律,为保持水土、提高土壤水分生产力提供重要的科学依据。研究表明:压力、贴片式滴灌带的埋深程度对土壤累计入渗量和入渗速度的影响都比较明显。土壤累积入渗量随着压力水头的增加而增大,湿润运移距离位移不单单和环境有关系,压力对其的影响也很大。在越强的压力作用下,水的运送速度越快,这样土壤的入渗速度就越快。速度的增大也加快了各个方向的运移速率,从而达到在短时间内入渗大面积的土壤,增大了运移距离。实验结果显示,湿润锋能够在压力为0.2 MPa的情况下达到最大运移距离;埋深程度也同样影响着土壤累积入渗量和土壤的累计入渗速度,经试验测量埋深10 cm土壤入渗量最大,且地表不宜蒸发到。     

加氧微咸水溶氧量对土壤水盐运移特征的影响

利用微纳米发泡器对微咸水进行加氧处理,并对加氧微咸水入渗条件下的土壤水盐运移特征及对入渗模型参数影响开展了研究。结果表明,在微咸水不同溶氧量入渗条件下,入渗时间相同时,累积入渗量和湿润锋深度随溶氧量增加先增加后减小,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时累积入渗量和湿润锋深度最大。相比于其他处理,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时能加快水分入渗,增加土壤体积含水率。此外,相比于不加氧处理,不同加氧水平入渗均能提高灌溉水脱盐效率。同时,利用现有入渗模型对入渗过程进行了定量分析,结果显示代数模型和PHILIP模型都能准确描述加氧微咸水入渗过程,而且模型参数与微咸水溶氧量存在函数关系。PHILIP模型中吸渗率随着微咸水溶氧量的增加呈先增加后减小的趋势,最大值出现在14. 0 mg/L,代数模型中综合形状系数则呈现相反的规律,最小值出现在14. 0 mg/L,且代数模型可较好描述加氧微咸水一维垂直入渗条件下的土壤含水率分布。     

基于线性规划和MODFLOW耦合技术的人民胜利渠灌区水资源优化配置研究

【目的】确定人民胜利渠灌区合理的农业水资源优化配置方案,为灌区水资源管理和机井布置提供科学依据。【方法】针对人民胜利渠灌区水资源分配不合理及灌区生态环境恶化问题,按照灌区地形地貌、工程类型和灌溉水源特点将灌区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个计算单元,基于线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型对灌区各计算单元进行不同水文年水资源优化配置,并模拟优化配置后地下水位动态变化。【结果】确定了不同水文年灌区的水资源优化配置方案:灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区不同水文年的井渠比例有所不同,平水年井渠比分别为1/3.14、1/3.25、1/2.92,丰水年分别为1/3.47、1/3.66、1/3.24,枯水年分别为1/2.75、1/2.77、1/2.60;平水年计算单元Ⅰ区模拟地下水埋深相比初始埋深下降0.01 m,水资源总量基本处于平衡状态;计算单元Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相对于初始埋深分别上升了0.12、0.15 m;丰水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别上升了0.1、0.23、0.3 m;枯水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别下降了0.17、0.08、0.04 m。【结论】线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型相结合能较好地模拟灌区地下水流场和预测地下水动态变化趋势,进而确定合理的水资源优化配置方案。     

大田滴灌条件下土壤水分运移规律的试验研究

研究了大田滴灌条件下,不同灌水量、不同滴头流量以及不同的土壤剖面容重条件下水分在土壤中的迁移规律。结果表明:在大田滴灌条件下,地表沿滴头土壤湿润锋基本呈圆形分布,在一定灌水量和滴灌流量条件下,土壤垂直湿润锋明显地大于水平湿润锋,且随着灌水量的增加呈线性关系;在同一灌水量下,随着滴头流量的增大,湿润体水平扩散半径(r)和竖直入渗深度(h)也相应变大;在不同灌水量下,湿润体水平和竖直湿润速度随着时间的增大都逐渐变小;随着剖面土壤容重的增加,水平湿润锋的迁移加快,水平湿润锋随时间的变化呈显著的幂函数关系;随着灌水量的增加,不同剖面容重下的土壤水平湿润锋速率的增加逐渐变小,而垂直湿润锋则呈变大的趋势。     

供水压力对微孔陶瓷渗灌土壤水分运移的影响

为探明供水压力对微孔陶瓷灌水器灌水条件下土壤水分运移规律的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了3个压力水平下的微孔陶瓷灌水器灌水时的土壤水分入渗特征。研究结果表明,微孔陶瓷灌过程中,供水压力是决定土壤水分初始入渗速率和累计入渗量的关键因素,且供水压力越大,土壤水分初期入渗速率越大,最终累计入渗量也越大;微孔陶瓷渗灌形成的湿润体轮廓为上下不对称的椭球体,湿润锋在各方向上的运移距离与时间呈幂函数关系,其中入渗向上距离水平距离向下距离,供水压力越大,水平最大入渗半径距离灌水器底部距离越远;供水压力对土壤含水分分布影响较大,供水压力越大,灌水器周围含水率越高,高含水率区域越大。在各供水压力水平下,微孔陶瓷渗灌形成的湿润体大小和含水率均能满足作物根系吸水需求。