土壤层状质地对小流量地下滴灌灌水器特性的影响

以均质壤土（L）、均质砂土（S）、上砂下壤（SL）和壤土中有砂土夹层（LSL）4种土壤质地结构为对象,利用室内土箱试验,研究了土壤质地及其层状结构对灌水器流量的影响,估算了灌水器出口正压值。试验选用10 m水头压力下额定流量为1.1 L/h的地下滴灌专用灌水器。土壤为层状结构时,上层土壤厚度为20 cm,砂土夹层的厚度为10 cm。L、S、SL试验的灌水器埋深为15 cm;为了探讨灌水器埋深与土壤质地变化相对位置对灌水器性能的影响,LSL的灌水器埋深设计为15、25和35 cm。试验采用的工作压力为2、3、6和10 m水头。结果表明：灌水开始后,出口正压的迅速增大致使灌水器流量迅速减少,而后逐渐趋于稳定。灌水器流量随时间的变化可近似用幂函数表示。灌水器在土壤中的流量比在空气中的自由出流流量有所减小,灌水器自由出流流量越小,减小幅度越大。土壤层状质地对灌水器流量影响明显,一定压力下,灌水器在层状土壤中的流量小于在均质土壤中的流量,尤其当灌水器位于LSL的砂土夹层中时,流量比在均质壤土中减少13%,比自由出流流量减少20%。利用试验结果建立了地下滴灌灌水器流量与土壤饱和导水率、层状土壤结构、灌水器工作压力的经验关系,对各影响因子的敏感性分析结果表明,对地下滴灌灌水器流量影响最明显的是灌水器工作压力,其次是层状土壤结构,饱和导水率的影响较小。     

滴灌点源施肥灌溉对土壤氮素分布影响的试验研究

利用室内试验,研究了点源施肥灌溉条件下硝态氮和铵态氮的分布规律。试验土壤为砂壤土,滴头流量的变化范围为0.6～7.8L/h、灌水量为6～15L、肥液(NH₄NO₃)浓度为100～700mg/L。销态氮在距滴头17.5cm范围内呈均匀分布,其浓度随肥液浓度的增加而增加;在湿润边界上硝态氮产生累积;肥液浓度是影响硝态氮分布的主要因子。在距滴头15cm范围内,滴头流量和灌水量对土壤中硝态氮分布的影响不明显,在此范围以外,随滴头流量的增大或灌水量的减小,硝态氮浓度增加。铵态氮浓度在滴头附近出现高锋值,肥液浓度越高,锋值越大,且施肥灌溉对铵态氮分布的影响范围较小,一般在距滴头10cm范围以内     

地下滴灌条件下土壤水能态研究

研究灌水器与土壤界面处的能态是研究地下滴灌土壤水分运动的关键之一。该文通过理论和试验相结合的方法,探讨了地下滴灌土壤水势的分布状况。结果表明:根据灌水器的流量和土壤的导水性之间的关系,将其分为两种情况,在灌水器流量不大于土壤扩散能力时,灌水器出口处的土壤水势等于该处的土壤吸力,为非正压状态;否则,灌水器出口处的土壤水势为正。理论分析和室内试验结果均表明,对同一土壤,影响地下滴灌土壤水势分布的主要因素是灌水器的额定流量和土壤初始含水率,在一定的流量范围内,灌水器出口的稳定正压随灌水器流量的增大而增加,随土壤初始含水率的增大而降低。在此基础上,提出地下滴灌条件下土壤水势分布的近似计算式,并简要分析了这一特殊土壤水分分布对地下滴灌系统的影响。     

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。     

红壤区肥液浓度对涌泉根灌水氮运移特性的影响

为提高红壤区涌泉根灌水氮利用效率,通过室内肥液入渗试验,研究了不同肥液浓度(0,10,20,35,60 g/L)条件下涌泉根灌土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋在竖直向上、竖直向下和水平方向的运移距离与肥液浓度的关系模型。结果表明:土壤累计入渗量、湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布均受到肥液浓度的影响。在同一入渗时刻,土壤累计入渗量及湿润锋运移距离随肥液浓度的增大而增大,且与入渗历时均呈幂函数关系;在灌水结束时,相同土层深度内,肥液浓度越大,土壤含水率就越大,土壤中铵态氮和硝态氮的浓度也越大,且与铵态氮相比,硝态氮的分布范围更广。随着肥液再分布的进行,土层内最大含水率位置逐渐下移,且土壤含水率的分布也更加均匀;土壤中铵态氮和硝态氮浓度的变化趋势不同,浅层中铵态氮的浓度逐渐降低,而硝态氮的浓度先降低后增加;深层中铵态氮的浓度先增加后降低,而硝态氮的浓度逐渐增加。该研究成果可为进一步研究红壤区涌泉根灌肥液入渗氮素运移及转化提供理论参考。     

不同灌溉施肥方式下尿素态氮在土壤中迁移转化特性的研究

采用室内土柱模拟试验方法 ,研究了不同灌溉施肥方式下尿素态氮在土壤中的迁移、淋溶和转化特征。结果表明 ,灌水量及水肥供应方式是决定尿素态氮在土壤中迁移、转化和淋失的关键因素。氮素淋溶量随灌水量的增加而增加 ;与浇灌施肥相比 ,滴灌施肥显著地降低了氮素的淋溶损失。在淋失的氮素形态中 ,以尿素态氮为主 ,其次为硝态氮 ,铵态氮的淋失量最低。灌水量低时 ,滴灌施肥铵态氮在土壤上层明显累积 ;灌水量增加后 ,这种累积作用减弱。灌水量低时 ,灌溉施肥的土壤硝态氮变化呈上低下高 ,增加灌水量降低了土壤中硝态氮含量 ;滴灌施肥显著地减少了尿素态氮的淋溶损失 ,增加了土壤中有效态氮的含量。     

地下滴灌灌水器水力要素试验研究

为了研究灌水器流量变化规律,该文以灌水器工作压力、土壤容重和土壤初始含水率为试验因素,用混合水平均匀设计安排试验方案。应用研制的地下滴灌灌水器流量测试系统,用称重法来获得不同试验方案灌水器流量。根据试验数据,建立了地下滴灌灌水器流量计算经验公式。分析表明:在工作压力不变时,灌水器流量在灌水初期略大,而后减小并趋于恒定,这个变化过程仅1～2 min左右,可认为灌水器流量是不变的;在同一压力下,地下滴灌灌水器流量比地表滴灌减小5%～20%,压力越大,二者值越接近;影响地下滴灌灌水器流量的主要因素是灌水器工作压力,而土壤容重和土壤初始含水率对灌水器流量影响较小。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌肥液自由入渗水氮运移特性影响

为了探究浑水膜孔灌肥液入渗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(6.02%,7.40%,8.23%,10.08%和13.20%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了浑水膜孔灌肥液入渗累积入渗量、各向湿润锋运移距离与土壤初始含水率之间的关系,提出了不同土壤初始含水率的累积入渗量以及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规律均受到土壤初始含水率的影响;同一入渗时刻,累积入渗量随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随时间增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮以及硝态氮分布范围越广;土壤初始含水率越大,入渗系数K值越小,入渗指数α越大。灌水结束时,湿润体内铵态氮绝大部分分布在湿润体半径r≤5cm范围内,而湿润体半径10cmr5cm范围的土壤铵态氮含量随土层深度的增加而降低,当湿润体半径r≥10cm时,铵态氮含量明显降低;硝态氮主要集中分布在由膜孔中心至半径为10cm范围内,水平方向和垂直方向硝态氮含量均随着膜孔中心距离的增加而降低,距离膜孔中心越近硝态氮含量越高;在同一位置处,铵态氮和硝态氮质量分数均随土壤初始含水率的增大而增大;随土壤水分再分布,湿润锋逐渐下移,湿润体内铵态氮逐渐向下运移且其含量呈现降低趋势;随时间继续运移,上层土壤硝态氮含量逐渐减小,下层新湿润体中硝态氮含量逐渐增加,整个湿润体内硝态氮含量分布趋于均匀。研究成果为进一步研究浑水膜孔灌肥液入渗氮素运移及转化奠定了基础。     

地下滴灌灌水器水力性能试验研究

地下滴灌与地表滴灌的最大差异在于地下滴灌的灌水器出水口被土壤包围，其出流受到土壤的限制。在室内将灌水器埋入土槽中，模拟研究了灌水器类型、自由出流时的流量、工作压力、土壤初始含水率等因素，对地下滴灌条件下灌水器水力性能的影响。试验结果表明：灌水器埋入土壤后，流量是其自由出流时流量的1/2～1/4。方差分析表明，影响地下滴灌灌水器水力性能的主要因素是自由出流时的水力特性和土壤特性。针对测试土壤，建立了地下滴灌灌水器流量计算的修正关系式。     

毛管埋深和层状质地对番茄滴灌水氮利用效率的影响

为了确定不同质地土壤中地下滴灌的适宜毛管埋深,通过两年日光温室滴灌施肥灌溉试验,研究了毛管埋深、土壤层状质地和施氮量对番茄产量、品质及水分利用效率（WUE）、氮肥表观利用率（AFUE）和氮肥偏生产力（PFP）的影响。研究结果表明,均质壤土中,毛管埋深、施氮量及其交互作用对番茄产量和WUE影响不显著,地下滴灌番茄Vc含量比地表滴灌低;番茄AFUE随毛管埋深增加而降低,施氮量由150 kg/hm2增加到225 kg/hm2时,番茄PFP显著降低。对均质壤土,建议毛管埋深15 cm、施氮量150 kg/hm2,以获得较高的PFP。土壤的层状质地结构明显降低番茄的产量、WUE和PFP,与均质壤土处理相比,上砂下壤和砂土夹层处理WUE分别低32%和11%,产量和PFP分别低33%和12%,从提高水氮利用效率的角度出发,建议在上粗下细（上砂下壤）的层状土壤中慎重使用地下滴灌。     

水平微润灌湿润体HYDRUS-2D模拟及其影响因素分析

为探索土壤质地、初始含水率、压力水头和埋深对水平微润灌土壤湿润体特性的影响机理,利用试验数据验证了水平微润灌HYDRUS-2 D模拟结果的可靠性,模拟值与实测值非常吻合。在此基础上,模拟研究了3种土壤质地(砂壤土、壤土、粉壤土)以及壤土中不同初始含水率(0.085、0.106、0.130 cm~3/cm~3)、压力水头(0.6、1.2、1.8 m)和埋深(20、30、40 cm)条件下土壤湿润体动态变化规律。结果表明:土壤湿润锋运移距离皆符合垂直向下水平方向垂直向上的规律,湿润体在形状上差异不大,土壤含水率等值线均为近似"同心圆";土壤质地对湿润体特性有显著影响,土壤质地越黏重,湿润锋运移速率越慢,湿润体体积越小,土壤含水率等值线越密集,其"圆心"越靠近微润管,灌水结束时,壤土和砂壤土湿润体体积分别是粉壤土的1.3倍和2.5倍;在确定的土壤质地条件下,初始含水率和压力水头对湿润体特性有较大影响,湿润锋运移距离及湿润体体积均随土壤初始含水率、压力水头的增大而增大,初始含水率为0.106和0.130 cm~3/cm~3的湿润体体积分别是0.085 cm~3/cm~3的1.2倍和1.5倍,压力水头为1.2和1.8 m的湿润体体积分别是0.6 m的1.6倍和2.2倍;微润管埋深对湿润体分布位置有显著影响,埋深较浅时,湿润锋容易到达地表,埋深较深时,土壤湿润体随埋深下移而同步下移。     

土壤质地和灌水器材料对负压灌溉出水流量及土壤水运移的影响

负压灌溉法是一种新近提出的节水灌溉技术，灌溉时供水水头为“负值”，即灌溉水源高程低于灌水器高程。不同材料灌水器和土壤质地是影响灌溉系统出水流量及土壤水运移的重要因素。该文研究了在高程差H为-0.5 m情况下两种灌水器及两种质地土壤对两者的影响。结果表明：灌水器相同时，累计入渗量、水平和垂直最大湿润距离随时间呈幂函数关系变化；在历时相同时黏壤土较砂壤土大；湿润体近似为六分之一的竖直椭球体，但黏壤土水平与垂直最大湿润距离之比大于砂壤土。土壤质地相同时，纤维灌水器较陶土灌水器出水流量高。试验结果进一步证明了负压灌溉的可行性，并为确定负压灌溉系统应用范围及规划设计过程中灌水器选择提供了依据。     

双氰胺对不同质地红壤中碳酸氢铵的硝化抑制作用研究

通过室内好气培养试验,研究了双氰胺(DCD)对施入不同质地红壤中碳酸氢铵的硝化抑制作用。结果表明,添加DCD明显提高了相应处理的铵态氮含量,降低了硝态氮含量。无论加入DCD与否,砂壤土中碳酸氢铵的硝化时间大约都需7周;轻粘土中碳酸氢铵的硝化时间为35.d,加入硝化抑制剂后硝化时间可延长2周;而中壤土中至培养结束时仍有较高的铵态氮,故铵的硝化时间有待进一步研究。DCD对碳酸氢铵的硝化抑制效果中壤土优于砂壤土、轻粘土;在砂壤土和轻粘土中,DCD对低浓度铵态氮处理的硝化抑制效果好;而在中壤土中对高浓度的抑制效果好。     

Modeling of Nitrate Leaching from a Potato Field using HYDRUS-2D

Excessive use of nitrogen (N) fertilizers is likely to be responsible for the increasing nitrate in groundwater. Thus, appropriate water and nutrient management is required to minimize groundwater pollution and to maximize the nutrient-use efficiency. In this study HYDRUS-2D software package was applied to simulate nitrate leaching from a drip-irrigated sandy agricultural soil for varying emitter discharges and various amounts of fertilizer. It was found that for small emitter discharge values free drainage increased significantly with increase in discharge, whereas the increase was leveled out at greater discharge values. Nitrate leaching increased with an increase in emitter discharge and amount of fertilizer, but the rate of increase was most significant for low emitter discharges. Based on the results, with regard to the selection of emitter discharge and the amount of appropriate fertilizer amount, nitrate leaching from a potato field can be minimized even in a sandy soil.     

生物炭对黄土高原不同质地土壤中NO3-N运移特征的影响

为了解生物炭在抑制黄土高原农田土壤可溶态养分淋失方面的功效,通过人工模拟实验,研究土壤中添加生物炭后对硝态氮运移的影响,为黄土高原地区农田非点源污染防治及氮循环研究等提供科学依据。选择黄土高原地区三种不同质地土壤类型（风砂土、黄绵土、塿土）,通过室内土柱模拟研究方法,用连续流动分析仪（SKALAR-SAN⁺⁺）测定出流液的硝态氮浓度,通过硝态氮的穿透曲线分析在稳态条件下,生物炭添加及不同添加量对土壤中硝态氮运移的影响。结果表明:对于质地较粗黄绵土和风沙土,生物炭输入能够降低硝态氮的淋失,随添加量增加,其阻滞作用越强。对于质地较为粘细的土,添加生物炭反而促进了硝态氮淋失,随添加量增加,其促进作用越强。稳态条件下,三种土壤的硝态氮穿透过程均符合对流弥散方程。研究表明加入生物炭对不同质地土壤中可溶态养分的影响不同,可以促进质地较粗土壤的保肥能力,却不利于质地较为粘细土壤硝态氮养分的保持。     

不同灌溉量对砂壤温室黄瓜土壤溶液氮浓度及氮淋洗的影响

为探讨不同灌水量下砂壤温室黄瓜土壤中氮浓度的变化特征,借助温室内称重式蒸渗仪试验平台,以直径20 cm蒸发皿的蒸发量(E_p)为灌水依据,设置了I1(K_(cp1):0.8)、I2(K_(cp2):1.0)和I3(K_(cp3):1.2)3种灌水水平,研究了黄瓜生育期内不同土层土壤溶液中氮浓度的动态变化及氮淋洗情况。结果表明,减少灌溉量增加了20和40 cm土层中的硝态氮浓度,降低了60 cm土层的硝态氮浓度。与处理I3相比,处理I2在20和40 cm土层中的硝态氮生育期平均浓度增加了75.59%和134.36%,60 cm土层的硝态氮生育期平均浓度降低了18.88%。不同灌溉量处理在各土层中铵态氮最大浓度仅为0.4 mg·L~(-1),其中20 cm土层铵态氮浓度具有和硝态氮相似的变化规律,而40和60 cm土层中各处理无明显差异。黄瓜季淋洗出90 cm土体的氮总量为56.08~203.13kg·hm~(-2),占总施氮量的9.02%~32.69%。相比处理I3,I2处理不仅具有最高的黄瓜产量,而且氮淋洗总量降低了49.16%(P0.05),灌溉水利用效率和氮肥偏生产力分别提高了39.24%(P0.05)和18.88%(P0.05)。综合考虑土壤中氮浓度、淋洗量及黄瓜产量等指标,I2处理(K_(cp2):1.0)为供试条件下较优灌溉量。