不同灌水技术参数对农田水盐运移的影响

【目的】探索滴灌条件下农田高效洗盐适宜灌溉指标。【方法】通过人工控水试验重点研究了不同滴头流量(2.8和5.6L/h)和灌水定额(22.5、37.5和52.5mm)对盐碱地棉花根区盐分淋洗效果的影响。【结果】同一灌水定额条件下,湿润锋半径随着滴头流量的增加而增大;滴头流量增加,土壤水分分布呈宽浅型,表层土壤含水率逐渐升高。同一滴头流量条件下,湿润锋半径随着灌水定额的增加而增大;土壤含水率随着灌水定额的增加而增大。表层土壤盐分随着滴头流量和灌水定额的增大而减小,滴头流量为2.8 L/h时,水平脱盐半径30 cm,垂直脱盐深度60 cm;滴头流量为5.6 L/h时,水平脱盐半径40 cm,垂直脱盐深度40 cm。【结论】灌水定额52.5 mm时,脱盐效果最佳;随着作物的根部伸长,改变滴头流量,扎根40 cm以内用滴头流量5.6 L/h,扎根超过40 cm用滴头流量2.8L/h,可作为适宜的灌水技术参数。     

不同初始土壤含水率和滴头流量下滴灌土壤湿润体特征及其有效性评价

【目的】研究滴灌条件下土壤湿润体水分分布。【方法】开展单点源入渗试验,探究了不同初始土壤含水率和滴头流量对滴灌土壤湿润体特征及湿润体内含水率分布的影响。【结果】灌溉结束24 h后,湿润体内的含水率达到相对稳定的状态,湿润体体积基本保持稳定;随灌水及再分布时间增加,湿润体宽深比逐渐降低,再分布过程中,宽深比随初始含水率减小而增大,随滴灌流量减小而减小;各处理湿润体体积与入渗时间呈良好的线性函数关系,灌水结束24 h后,各处理实际湿润体积均已超出计划湿润体积;计划湿润体内含水率60%θFC～80%θFC区间占比随初始含水率增大而减小,随滴头流量的增大而增大,其余各区间占比变化规律与之相反,相同滴头流量下,50%θFC初始含水率处理超出计划湿润体的体积最少。【结论】再分布后的湿润体体积主要受灌水量的影响,可以选择较小的初始含水率及较大的滴头流量以提高湿润体内水分有效性。     

淡水滴灌条件下红壤土水力特征

为了获得红土地区淡水滴灌的水力特性,为提高作物产量制定科学合理的灌溉依据,以单点源淡水滴灌湿润锋运移的三维模型试验为基础,进而观测双点源淡水滴灌湿润锋运移,观测不同滴头流量,不同土壤容重条件下滴灌单、双点源湿润锋运移过程.研究结果表明:随着滴头流量、土壤容重的增大,单点源入渗水平湿润距离增大,距滴头同一位置处含水率也增大,而垂向运移距离随滴头流量的增大、土壤容重的减小而增大;双点源交汇试验,随着滴头流量的增大、容重的减小,湿润区交汇时间提早,交汇宽度增大;4.68 L/h滴头流量下的交汇时间比3.74L/h的提前了146 s,交汇区宽度增加了2.3 cm;土壤容重增大,交汇区土壤湿润宽度增大,地表湿润比也增大.该研究结果对节水意识薄弱的云南红土地区的滴灌应用与推广具有一定的指导意义.     

不同施N浓度下滴头流量对土壤水分运移的影响研究

针对宁夏中部干旱区枸杞滴灌施肥条件下,土壤水分分布规律不明确、灌溉施肥制度不完善等问题,开展了同一施氮浓度不同滴头流量的点源滴灌入渗实验。采用室内土箱模拟,设置施氮浓度(200、300、400、500mg/L)和滴头流量(0.3、0.5、0.7、0.9L/h)两因素,研究滴头流量对湿润体水平方向和竖直方向土壤水分分布的影响。研究结果表明:滴头流量是影响土壤含水率的主要因素。同一施氮浓度下,竖向含水率较水平方向高,随滴头流量的增大含水率逐渐增大,且含水率与滴头距离呈二次多项式;湿润体上部含水率等值线大体呈“U”字形分布,中部大体呈“屋脊形”,下部大体呈水平带状分布;滴头下方存在高含水区,且随滴头流量的增加,高含水区范围不断扩大。认为滴头流量与土壤含水率呈正相关关系,含水率的大小随着滴头流量的增大而增大,研究结果可为宁夏干旱区枸杞种植滴灌制度提供数据支撑。     

灌水器流量对涌泉根灌土壤水氮运移的影响

为了提高涌泉根灌水肥一体化灌溉模式下水肥的利用效率,采用大田肥液入渗试验,探究了不同灌水器流量(4,6,8,10 L/h)条件下湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律.结果表明:不同灌水器流量对湿润锋运移距离及湿润体内水分及氮素分布均具有较大影响,随着流量的增大,各向湿润锋运移距离均增大;灌水结束,湿润体内同一位置处的土壤含水率、铵态氮及硝态氮质量分数均伴随着灌水器流量的增大而增大,湿润体内水分分布相对越均匀;各向湿润锋运移距离均与入渗时间具有显著的幂函数关系,得到以湿润锋运移距离为因变量,入渗时间和流量为自变量的数学模型;灌水结束后随着入渗的继续进行,湿润体内水分及氮素进行再分配,再分布1 d,湿润体内水分分布更加均匀,达到田间持水量;再分布3 d,期间湿润体内水分及铵态氮量逐渐减小而硝态氮量增加.以上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.     

滴灌带布置及滴头流量对土壤水氮分布和春小麦产量的影响

为了探究西北旱区春小麦适宜的滴灌带布置和滴头流量的组合,2016年3—7月在甘肃民勤县进行了春小麦大田试验,研究3种滴灌带布置方式（1管4行、1管5行、1管6行）和2种滴头流量（2.2 L/h、3.1 L/h）对土壤水氮分布规律、春小麦干物质量及产量的影响。试验结果表明:灌水后,滴头流量为3.1 L/h的处理水分在水平方向运移比2.2 L/h更大,而垂向运移更小;滴头流量相同时,滴灌带间距越大,两根滴灌带中间土壤含水率越小;施肥后,0～40 cm土层内土壤硝态氮含量随滴头流量增大而增大,而40～60 cm土层随滴头流量增大而减小;滴灌带间距增大,硝态氮易向滴头正下方40～60 cm土层内累积;滴头流量相同时,配置方式为1管6行的处理在春小麦干物质量及产量上要显著低于1管4行和1管5行的处理,而1管4行及1管5行无明显差异;配置方式相同时,滴头流量为3.1 L/h处理的春小麦干物质量及产量均要高于2.2 L/h的处理。综合考虑成本、产量等因素,建议选择滴头流量为3.1 L/h、滴灌带布置方式为1管5行的组合。      

水肥一体化下不同滴灌带配置对玉米产量的影响

针对水肥一体化下不同滴灌带配置方式对作物产量的影响,结合实际探究了当铺设50 m长滴灌带、设置6种不同首部压力时,毛管首、中、尾部的土壤含水率、干物质质量积累量对作物产量的影响。结果表明:滴灌带类型差异使得土壤的平均含水率在生育期内变化规律有所差异,滴头采用内镶贴片式(N0. 30)时土壤含水率变化规律呈较明显的先下降后上升趋势,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越平缓;滴头采用侧翼迷宫式(L0. 15)时土壤含水率变化趋势平缓,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越显著。L0. 15下全生育期土壤含水率均满足作物生长的需求,可以为作物提供充足水分;流入滴灌带的肥液流速越低、长度越长,附着在管壁的肥料质量越多,尾部作物的肥料利用率越低,致使养分吸收少,作物产量降低。对不同处理下毛管的首、中、尾部产量均匀性进行分析表明,随着滴灌带长度的增加,N0. 30的作物产量均匀性逐渐降低,L0. 15的作物产量均匀性逐渐上升,故不同滴头流量对沿滴灌带长度方向的产量均匀性有一定影响。     

盐碱地膜下滴灌水盐运移规律试验研究

通过室内模拟实验,进行灌水量恒为10 L,采用土壤初始含水率为7.6%、14.8%和21.3%及滴头流量为1 L/h、2 L/h和3 L/h,探求土壤初始含水率和滴头流量对盐碱土水盐运移的影响,结果表明:在相同灌水量及滴头流量下,随着土壤初始含水率的增大,滴头附近高含水率的区域增大,水分水平运移速率减小,垂向运移速率增大,利于水分的向下运移,在水平方向的脱盐区域减小,而在垂向的脱盐区域明显增大;在相同的土壤始含水率条件下,随着滴头流量的增大,水分水平运移距离增大,水平脱盐效果明显,而垂向脱盐区减小,小滴头流量利于土壤中盐分的向下运移,有助于压盐;以滴头为中心,湿润锋水平、垂向运移距离及两滴头湿润锋交汇宽度与时间t具有良好的幂函数关系。     

微咸水矿化度与滴头流量对土壤湿润体的影响与模拟

为了分析不同微咸水矿化度和滴头流量对滴灌土壤湿润体的影响,在室内进行了不同微咸水矿化度(0、1.7、3、4和5 g/L)和不同滴头流量(7、9和11 m L/min)条件下滴灌入渗试验。试验结果表明:不同流量和不同矿化度下滴灌湿润锋形状相似,均为1/4椭圆形,湿润锋随着时间增大而增大;滴头流量越大,水平湿润锋推进越快,随着矿化度增大,水平湿润锋最大推进距离先减小后增大,垂直湿润锋最大推进距离先增大后减小;不同微咸水矿化度和滴头流量下土壤湿润锋均可采用椭圆方程拟合,并在分析微咸水矿化度、滴头流量和时间对椭圆方程参数A和B的影响基础上,建立了微咸水矿化度和滴头流量耦合条件下滴灌土壤湿润锋动态变化模型,并采用试验数据进行验证,结果表明训练集模型的MAE和RMSE分别为0.390和0.549,验证集模型的MAE和RMSE分别为0.438和0.635,表明模型有较高的计算精度,可以用于微咸水矿化度和滴头流量耦合下的湿润体动态模拟。     

水肥气耦合滴灌提高温室番茄土壤通气性和水氮利用

【目的】探索温室作物水肥气耦合滴灌下掺气量、灌水量和施氮量适宜组合方案,为提高水氮利用效率提供理论依据。【方法】设置施氮量(低氮和常氮)、掺气量(常规滴灌和曝气滴灌)和灌水量(低水量和高水量)3因素2水平随机区组试验,以地下滴灌为供水方式,通过系统监测土壤水分饱和度、氧气扩散速率(ODR)、氧化还原电位(Eh)、矿质氮量及作物水氮利用等指标,研究了水肥气耦合滴灌对温室番茄土壤通气性及水氮利用的影响。【结果】与常规滴灌相比,高水量条件下曝气处理的土壤水分饱和度有所降低,ODR和Eh显著提高。灌水量、施氮量和掺气量影响土壤矿质氮量,曝气滴灌下土壤硝态氮和铵态氮量较常规滴灌平均降低21.4%和15.5%(P<0.05),高水量处理土壤硝态氮和铵态氮量较低水量处理平均降低22.7%和14.7%(P<0.05),常氮处理土壤硝态氮和铵态氮量较低氮处理平均增加29.0%和17.8%(P<0.05)。高水量和常氮条件下番茄灌溉水利用效率较低水量、低氮处理平均降低6.7%和增加40.9%(P<0.05),高水量和常氮条件下番茄氮素吸收利用效率较低水量、低氮处理平均增加13.6%和12.7%(P<0.05),曝气滴灌下番茄灌溉水利用效率和氮素吸收利用效率较常规滴灌平均增加22.9%和12.4%(P<0.05)。【结论】水肥气耦合滴灌可有效改善土壤通气性,提高水氮利用效率,促进番茄生长,实现作物增产。本试验中,常氮曝气高水量处理是温室番茄适宜的水肥气组合方案。     

间歇供水对点源入渗土壤湿润体及水分分布的影响

对间歇供水和连续供水方式下的地表点源入渗进行了室内对比研究,得到以下初步的结果:2种供水方式下水平和垂向湿润锋与入渗时间均存在显著的幂函数关系;在灌水定额相同的条件下,采用大滴头流量(2L/h)间歇滴灌同采用小滴头流量(1L/h)连续滴灌相比较,间歇供水能有效增加水平与垂向湿润距离的比值;在连续供水条件下,土壤湿润体内平均含水率保持为一常量,而间歇供水处理的湿润体内平均含水率有一周期性的动态变化,供水期持续增大,在停水期降低接近于连续供水处理。     

起垄微沟滴灌土壤水分入渗规律试验研究

探讨了起垄微沟滴灌土壤的水分入渗规律,选取不同滴头流量、微沟坡度这两个因素各3个水平进行研究,结果表明:滴头流量的变化对垂直方向上湿润锋运移距离及土壤含水率的变化影响较大;微沟坡度的变化对水平方向上湿润锋运移距离及土壤含水率的变化影响较大。相同灌水量及微沟坡度条件下,湿润锋水平及垂直入渗距离随滴头流量的增加而减小,并且土壤含水率等值线分布密集区随滴头流量的增加向地表方向移动。相同灌水量及滴头流量条件下,湿润锋水平及垂直入渗距离随微沟坡度的增加而减小,并且土壤含水率等值线分布密集区随微沟坡度的增加向滴头方向移动。研究结果可以为不同作物种植选择适宜的微沟坡度及滴头流量提供参考。     

水肥减量对土壤硝态氮和番茄产量品质的影响

【目的】解决水肥一体化下水肥施用过量问题,合理调控土壤硝态氮积累量,保证番茄产量品质为目标,寻找适宜的水肥投入减量。【方法】采用日光温室小区试验,以当地农户水肥的平均投入量为对照(CK),设置了3个不同的水肥同步减量处理(H:80%CK、M:60%CK、L:50%CK),研究了水肥一体化条件下不同梯度的水肥投入减量处理对土壤含水率、土壤硝态氮、番茄果实产量品质和水肥利用效率的影响。【结果】全生育期0~20 cm和20~50cm间土壤含水率和0~50 cm土壤硝态氮积累量呈现为CK>H处理>M处理>L处理;番茄产量表现为:CK>H处理>M处理>L处理,且各处理之间差异显著;各处理水肥利用效率差异显著;其中,H处理0~50 cm土壤层硝态氮积累量和番茄果实产量与CK差异显著,分别为71%CK和83%CK,H处理的水肥利用效率显著高于CK(p<0.05),H处理的糖酸比为CK的1.18倍。在当地水肥管理条件下,水肥减量20%时,土壤含水率较高,可显著减小土壤硝态氮积累量,番茄减产最少(M和L处理的番茄产量分别为72%CK和67%CK)同时还可小幅改善番茄风味品质,显著提高水肥利用效率。【结论】综合以上分析,建议水肥减量小于20%为宜,否则可能造成大幅的番茄产量减产。     

滴灌土壤湿润体含水率分布规律的试验研究

通过室内滴灌试验,研究了不同滴头流量对土壤湿润体变化过程的影响。试验所用的土壤为杨凌塿土,滴头流量分别为0.08、0.16、0.24、0.40、0.60、1.20、2.003、.60 L/h。结果表明,从0.08～0.6 L/h的滴头流量,其湿润体体积和灌水量之间存在显著的线性关系,说明平均含水率是一定值;从1.2～3.6 L/h的滴头流量,其湿润体体积和灌水量之间存在显著的幂函数关系,说明平均含水率是逐渐增大的。     

滇中高原不同土地利用类型土壤水氮变化试验研究

【目的】研究不同土地利用类型土壤水氮变化特征及其相关性,为滇中高原农田红壤土水肥流失和治理提供科学依据。【方法】通过2018年6—10月自然降水条件下标准径流小区的试验数据分析,对林地、园地、荒草地、坡耕地和裸地土壤水氮各指标进行测定,并分析其相关性,其中裸地作为对照。【结果】在土壤深度方向上,土壤含水率随土层深度的增加而增大;5种地类土壤全氮的量均值分别为1.67、0.76、0.70、0.52和0.67 g/kg。土壤硝态氮在0～100 cm土层平均量最高园地为13.39 mg/kg,最低裸地为5.13 mg/kg;林地、坡耕地、荒草地土壤铵态氮量随土壤深度先减少后增加。在时间上,土壤含水率呈波动性变化;土壤全氮量在6—10月平均值最大为园地(0.92g/kg),最小为坡耕地(0.50 g/kg);林地、荒草地、坡耕地土壤硝态氮量随时间延长逐渐减小;园地和裸地土壤铵态氮量随时间延长减少。土壤含水率和土壤铵态氮量与土层深度呈极显著相关关系(P0.01),土壤硝态氮和土壤铵态氮与时间的相关系数分别为-0.440,P=0.028和-0.442,P=0.027,变化呈显著相关关系。【结论】滇中高原农田红壤土壤水分垂直运移规律为随土壤深度增加而增大,不同土地利用类型土壤氮素时空差异较大,土壤全氮的量与土壤深度和时间相关性不显著(P0.05)。     

棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟

微咸水覆膜滴灌在发挥节水效益的同时应避免土壤盐分的积聚,在缺乏大水淋洗的设施大棚内,覆膜对土表局部蒸发的抑制伴随滴灌湿润体的交汇,加剧了滴灌带带间水盐分布的不规则性,导致土壤积盐的潜在风险增加。针对上述问题,以布设形式为“两膜两行”的覆膜滴灌田间小区为试验对象,通过HYDRUS模型构建了不同滴头流量(0.5～3.0 L/h)及膜间裸地间距(0～50 cm)组合情景下的二维土壤剖面模拟域,并针对滴头处的带间区域进行水盐动态分布的模拟研究。结果表明,所建模型能较为精确地描述带间剖面内水盐的分布状况,且模拟精度随与滴头水平距离的减小而提升。当膜间裸地间距从50 cm缩小至0 cm时,带间剖面土壤的平均含水率从25.12 cm³/cm³上升至28.76 cm³/cm³,平均土壤盐分质量浓度从9.53 g/L下降至6.25 g/L;滴头流量对带间区域内土壤水盐含量的影响程度相对较低,流量0.5、3.0 L/h下土壤体积含水率及盐分质量浓度的最大差异仅分别为0.14 cm³/cm^...     

双点源滴灌条件下土壤湿润锋运移规律研究

通过模拟试验,研究了不同滴头流量、灌水量和滴头间距下双点源滴灌水分交汇作用对湿润锋运动规律的影响,结果表明:在交汇界面,湿润锋水平和垂直入渗距离与入渗时间符合多项式关系,在未发生交汇的平面符合幂函数关系。相同条件下,交汇界面处的水分向外扩散距离与距滴灌点源相同距离处未发生交汇的水分扩散距离相比增加了30%,湿润锋前沿处的含水率比其增大了81%。在滴头流量为0.8 L/h、灌溉水量17.0 L条件下,双点源交汇入渗在结束灌水时湿润锋水平和垂直湿润距离分别为31.0 cm和33.3 cm,比单点源入渗分别大1.0 cm和1.3 cm。此外,通过试验发现,增大滴头流量、灌水量或缩小滴头间距均能有效改善土壤湿润体的均匀性。     

间接地下滴灌条件下 红黏土水分入渗特性试验研究

植物护坡效果与根系在土壤中的空间造型和分布(即根系构型)密切相关,研究不同土壤初始含水率和滴头流量对红黏土内水分运移的影响规律,对合理匹配土壤湿润体与植物根系分布情况,准确调控植物根系构型,提高植物边坡固土能力具有重要意义。采用室内试验的方法,在间接地下滴灌的条件下,观测土壤初始含水率和滴头流量对土壤湿润体特征值、湿润锋运移速度和含水率分布情况的影响。试验研究发现湿润锋运移的形状近似椭圆形,而湿润体的形状则近似为椭球体。随着土壤初始含水率的增加,湿润体水平方向对称轴不断下移,水分趋于垂直向下运移,随时间呈对数函数变化。在相同的滴灌量条件下,流量较小的湿润体的范围稍大于流量较大的湿润体范围,但湿润锋的半径均随时间呈幂函数变化。滴灌初期,同一时刻湿润锋运移速度随滴头流量的增大而增大,但随滴灌时间的延长,这一现象逐渐减弱。滴头流量大时,水分向水平方向运移的趋势明显,而滴头流量小时,水分向垂直方向运移的趋势更优。不同滴头流量和土壤初始含水率会形成不同形状和大小的湿润体,也会导致湿润体含水量分布不同。在调控所需的植物根系构型时,可通过控制滴头流量和土壤初始含水率来控制植物根系分布情况,提高植物根系固土的能力。     

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．     

蓄水坑灌体系温度对土壤氮素运移转化影响

通过研究体系温度对蓄水坑灌施条件下土壤水分及氮素运移转化的影响,明确蓄水坑灌土壤水氮时空分布特征,探究土壤水氮运移迁移转化机理,以期为水肥合理灌施提供理论基础。通过模拟构建蓄水坑灌模型,以大型控温箱精确控制土壤温度,采用克里克空间插值法分析了蓄水坑灌条件不同体系温度下的水分、硝态氮、铵态氮时空分布特征,结果显示7 h左右土壤水分、养分完成入渗进入再分布阶段,土壤水分随着时间的推移其垂向和径向迁移距离均逐渐增大,同一时刻,温度越高其横向与径向迁移距离越大,且靠近蓄水坑壁区域的土壤含水率相对越低;土壤中铵态氮含量在不同温度下随时间推移均呈现先增后减的现象,低温下第15 d时土壤养分再分布核心区出现下降趋势,中、高温第10 d时已出现下降趋势,且其迁移距离远低于水分、硝态氮的迁移距离;土壤中硝态氮含量在10℃下第10 d时出现增高现象,而20、25、35℃下第5 d时已出现增高现象,由蓄水坑周边至湿润体边缘呈现"低-高-低"的分布态势。表明再分布阶段温度升高能提高水分的再分布速率,提高脲酶活性加快尿素水解转化为铵态氮,同时促进硝化反应进程抑制铵态氮在土壤中的积累,当土壤含水量过高时,会抑制土壤中氮素的硝化作用。