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。     

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.     

不同水头和土壤容重下微润灌湿润体内水盐分布特性

为探明微润灌溉施肥的湿润体内水盐分布规律,开展不同压力水头和土壤容重下室内微润灌溉入渗试验。设置3个水头(H1.0:1.0 m、H1.5:1.5 m和H2.0:2.0 m)和3个土壤容重(D1.00:1.00 g/cm~3、D1.15:1.15 g/cm~3和D1.30:1.30 g/cm~3),以质量分数0.3%的硝酸钾溶液为入渗溶液,研究微润灌湿润体内水盐空间分布规律和变异特征。结果表明:微润管入口水头和土壤容重对湿润体内含水率、NO_3~--N与K~+含量均值影响显著。同一土壤容重下,H1.5和H2.0与H1.0相比,湿润体剖面面积增大13.50%~21.61%,湿润体内含水率、NO_3~--N与K~+含量均值分别增大3.69%~10.71%、7.80%~10.95%和7.29%~17.49%,均匀系数分别增大7.65%~18.63%、5.22%~13.63%和9.34%~21.89%;同一水头下,D1.15和D1.30与D1.00相比,湿润体剖面面积减小5.76%~9.21%,含水率、NO_3~--N含量均值分别减小15.73%~21.54%、8.08%~10.97%,而K~+含量均值增大34.89%~64.79%,三者均匀系数分别减小9.02%~11.45%、4.04%~7.25%和7.09%~11.54%。K~+在微润管周围分布较集中,K~+聚集分布面积约占湿润体剖面面积的40.80%~61.41%。微润灌湿润体内含水率、NO_3~--N和K~+含量均值与至微润管的水平距离符合四参数Log-logistic模型。     

滴灌点源入渗湿润锋影响因子的研究

以试验为基础,针对重壤土、中壤土、砂壤土研究滴灌点源入渗的湿润锋运移规律,分析土壤种类、土壤容重、土壤初始含水率、滴头流量、灌水量等主要因子对湿润锋运动的影响。通过试验发现,除了土壤质地和灌水量对湿润体形状有明显影响外,土壤容重和初始含水率的变化也将造成湿润锋和滴灌效果的不同。另外,滴头流量对湿润锋水平运移影响很大。     

葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律模拟研究

为探讨葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律,为葡萄的滴灌灌溉制度提供理论依据,利用HYDRUS-2D软件模拟了该条件下土壤纵剖面水分分布,并与实测值进行了对比。结果表明,滴头正下方各深度处体积含水率均方根误差(RMSE)在1.82%~2.76%间,模拟具有较高精度,模型参数可靠。再结合模型验证后参数,分别模拟了滴头流量为2.4 L/h时,灌溉8、10、12 h后水分再分布24 h时土壤水分运移规律。结果表明,滴灌12 h时,土体湿润体面积范围较广,有效含水率深度与葡萄根系发育规律较匹配,满足葡萄架下与架外根系生长对土壤水分要求。     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

滴灌双点源土壤水分入渗特性数值模拟研究

为了研究双点源滴灌条件下土壤水分运动规律,为滴灌多点源系统的合理设计提供理论依据,基于非饱和土壤水分入渗理论和双点源滴灌条件下土壤水分分布特征,建立了滴灌条件下双点源土壤水分入渗数值模型,利用流体建模有限元分析软件HYDRUS-3D对数值模型进行了运算.将湿润区内土壤含水率运算与实测结果进行对比可得:实测与模拟值一致性较好,均遵循滴灌点源入渗土壤水分运动和双点源交汇湿润体的演变规律.用所建模型对一定灌水技术要素下的土壤湿润体水分分布状况进行数值模拟,结果表明:当q=1.2 L/h,滴头间距为30 cm时,湿润锋交汇时间为268 min.灌水时间增加,交汇区土壤含水率增大,最大值为0.32 cm3/cm3.远离滴头的湿润区内土壤等值线图融合为一条曲线,随着时间的推移,曲线向下移动,形状从屋脊形过渡为水平.当灌水时间相同时,湿润锋运移速率、湿润体剖面面积、滴头附近高含水区土壤湿润体体积及湿润体内相同位置处土壤含水率均随流量增大而变大.结论滴头流量、灌水时间对双点源滴灌土壤水分入渗有一定影响,土壤水分入渗数值模拟能较准确反映双点源入渗条件下土壤水分运动规律.     

膜孔肥液多向交汇入渗土壤硝态氮运移特性试验研究

通过室内试验,研究了相同供水条件下不同取土时间的土壤NO_3~--N在湿润体剖面的分布及运移特性。结果表明:在供水入渗阶段,土壤NO_3~--N浓度的最大值出现在土壤表层;土壤NO_3~--N浓度锋运移距离和最大值随时间的延长而增大。供水停止时,随着与膜孔中心距离的增加,土壤NO_3~--N含量逐渐减少;膜孔中心两侧的湿润面在土体表层12 cm范围内NO_3~--N含量变化梯度较小,湿润锋处的土壤NO_3~--N含量变化梯度较大;先交汇中心界面的NO_3~--N含量比后交汇中心界面的NO_3~--N含量稍大;土壤垂向含水率在土壤表层10 cm范围内相差较小,且分布均匀;在10 cm以下变化梯度较大,各中心垂向土壤含水率的变化梯度为:abDCAB;垂向土壤NO_3~--N含量在表层8 cm范围内相差较小,且分布均匀;810 cm范围内,后交汇中心ab的土壤NO_3~--N含量比AB和DC中心的稍小;10 cm以下的土壤NO_3~--N含量变化梯度为:abDCAB。进入再分布阶段,土壤NO_3~--N浓度锋运移距离随时间继续延长,湿润土体内NO_3~--N浓度的分布逐渐均匀;随时间的延长,土壤剖面NO_3~--N浓度的最大值逐渐减小,且位置逐渐向下迁移。说明对于灌水定额较小的膜孔肥液多向交汇入渗,NO_3~--N主要存在于土壤表层,对地下水造成污染的可能性较小。     

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．     

滴头流量对风沙土滴灌湿润锋运移影响的试验研究

为了在风沙土地区更为合理的利用滴灌技术,通过室内试验模拟了单点源和双点源滴灌条件下风沙土土壤水分运移过程,研究了不同滴头流量下土壤湿润锋时空动态分布规律。结果表明灌水时间相同时,滴头流量越大,湿润锋运移距离越大;灌水量相同时,滴头流量增大对湿润锋水平运移距离影响较小,但可增大垂直方向运移距离。大流量滴头增大了湿润锋初始运移速度,随着灌水时间的增加,湿润锋运移速度迅速减小并趋于稳定,且不同流量处理之间差异较小。双点源滴灌时,入渗交汇前水分运动规律与单点源入渗规律相同;滴头流量越大,湿润体交汇时间越短,交汇处湿润锋运动速度越快;但滴头正下方含水量高,土壤含水量径向变化较大,增加了土壤含水量空间分布的不均匀性。     

沙地喷灌土壤基质势调控对土壤水分分布和马铃薯产量的影响

[目的]制定砂质土壤马铃薯的喷灌灌溉制度。[方法]选择“夏波蒂”(抗旱性弱)和“费乌瑞它”(抗旱性强)2种不同抗旱能力的马铃薯品种,通过2a的田间试验,研究了不同土壤基质势阈值对土壤水分状况、马铃薯产量与灌溉水利用效率等的影响,以确定马铃薯适宜的土壤基质势阈值来指导灌溉。2012年布置了3个处理,在马铃薯定苗后分别控制垄中心20cm深度处土壤基质势阈值为-20、-30和-40kPa,2013年增加了1个-10kPa处理。[结果]大型喷灌机灌溉条件下监控垄中心20cm深度处土壤基质势可较好地调控马铃薯农田的土壤水分状况;①指导灌溉的土壤基质势阈值越高,马铃薯生育期内0~30cm深度平均土壤基质势越高,并且变化幅度越平缓;土壤基质势阈值越低,0~30cm深度平均土壤基质势越低,且变化越剧烈;40cm深度以下土壤水分状况与土壤基质势阈值的关系不明显。②不同抗旱能力马铃薯品种的产量都随着土壤基质势阈值的降低而线性降低,当阈值低于-15.8 kPa时,土壤基质势每降低1kPa,产量降低1.8%,且主要表现在大薯(W≥250g)和中薯(150g≤ W<250g)质量的降低,单株结薯个数基本不受影响。③灌溉水利用效率随着土壤基质势的降低而线性增加,表现为土壤基质势每降低1 kPa,灌溉水利用效率升高1.3%。[结论]砂质土壤大型喷灌机灌溉或类似农业生产条件下,推荐监控垄中心20cm深度处土壤基质势来指导施肥灌溉,并且土壤基质势阈值建议为-15.8 kPa左右,在淀粉积累期之后可考虑适当地降低土壤基质势阈值,以获得高产和较高的灌溉水利用效率。     

喷灌条件下土壤水分入渗的数学模拟

采用摇臂式喷头喷灌时,地表处于蒸发和入渗的交替变化过程。在室内模拟了单喷头喷洒时土壤水分的运移过程。试验结果显示,当上边界条件同时考虑蒸发和喷灌时,模拟的土壤水分分布与用平均喷灌强度模拟的结果相比更接近于实测的土壤水分,但是2种情况模拟的土壤水分分布区域一致。水量平衡计算显示,随着喷灌时间的增加,2种方法模拟的土壤含水量相差较小,逐渐接近实测值。     

加气条件下土壤N2O排放对硝化/反硝化细菌数量的响应

为揭示加气灌溉及不同灌水量处理设施番茄地土壤N2O排放对土壤微生物的响应,于2016年8—12月在日光温室内进行试验,以充分供水的灌水量(W)为基准,设置0.6W、0.8W和1.0W 3个灌水定额,每个灌水定额又设置加气和不加气处理,共计6个处理:0.6W加气(AI0.6)、0.6W不加气(CK0.6)、0.8W加气(AI0.8)、0.8W不加气(CK0.8)、1.0W加气(AI1.0)和1.0W不加气(CK1.0)。结果表明,番茄生育前期,不同灌溉处理的土壤N2O排放通量呈下降的趋势;移植25 d后,N2O气体维持在较低且稳定的排放水平。与不加气处理相比,不同灌水定额的加气处理增加了土壤N2O排放,平均增加了4.7%;且随着灌水量的增加,土壤N2O排放也在增加,平均增加了1.9%,但处理间差异性均不显著(P0.05)。就番茄全生育期微生物数量均值而言,加气较不加气处理增加了土壤硝化细菌数量,平均增加了2.1%;但加气减小了土壤反硝化细菌数量,平均降低了9.7%(P0.05)。而随着灌水量的增加,土壤硝化细菌和反硝化细菌数量均逐渐增加(P0.05)。相关分析表明,土壤N2O排放与土壤水分和土壤温度呈极显著正相关关系(P0.01),与土壤反硝化细菌数量呈极显著负相关关系(P0.01)。试验结果为研究设施菜地土壤硝化和反硝化反应过程及氮循环奠定了理论基础。     

土槽模拟开沟覆膜滴灌技术下盐分调控规律

新疆气候干旱与土壤盐碱化并存,是制约新疆农业发展的主要因素,开沟覆膜滴灌技术综合了膜下滴灌技术与开沟技术的优点,理论上可有效治理盐碱地。在开沟覆膜滴灌技术下,设置不同灌水定额与灌水次数,利用试验土槽模拟盐分调控规律,结果表明:1第1次合适灌水定额对盐分的淋洗起主要作用,可使土体盐分达到较稳定的状态,盐分也随水分侧向运移,并在土埂表层聚集;2灌水定额的增加促进盐分随水分向远离滴头和向深层方向运移,使得覆膜间、覆膜边盐分淋洗的深度增加,脱盐区增加;3在灌水定额为300m3/hm2时,可以在滴灌带横向0~23cm,下部58cm处迅速形成一个含盐量小于1.5%的达标脱盐区,满足当地作物正常出苗,故建议当地可选择300m3/hm2作为第1次灌水洗盐定额。     

覆膜滴灌盐碱土改良效果研究

【目的】研究不同改良剂对覆膜滴灌盐碱土的改良效果。【方法】采用有机肥料、微生物菌剂、无机肥作为盐碱土壤改良剂,分析了不同改良剂对土壤pH值变化率、脱盐率、养分和玉米产量的影响。【结果】①不同改良剂均能降低盐碱土壤pH值和盐分,增加玉米产量,其中施用有机肥料300 kg/hm~2+微生物菌剂250 kg/hm~2的处理效果显著,在拔节期和成熟期,该处理的pH值变化率相比CK增加4.58%和2.65%,生育期内土壤脱盐率接近60%,玉米产量较CK增加39.04%;②施用不同改良剂后土壤有机质、速效钾在生育期内呈递增趋势,水解性氮、有效磷均呈先增加后减少趋势。【结论】在覆膜滴灌盐碱地的改良与利用中,以有机肥料和微生物菌剂为主要原料的微生物改良剂可作为优先选择。     

地膜覆盖保墒灌溉的土壤水、热以及作物效应研究

通过小区试验研究了不同的地膜覆盖保墒灌溉措施对土壤水分动态变化、土壤微生物、土壤温度、玉米生长状况、生理生态指标以及产量等的影响。结果表明,地膜覆盖后0~50 cm土壤含水量覆膜的明显高于未覆膜处理,在玉米整个生育期内,未灌溉处理的地膜0~20 cm的含水量较对照平均提高6.1%,20~50 cm较对照平均提高3.38%,50~100 cm较对照平均提高1.57%。覆膜后耕层土壤细菌、放线菌、真菌平均分别是对照的4.1倍、2.08倍和2.41倍。覆膜后叶片光合和蒸腾速率均较对照有所增加,相同灌溉量条件下,地膜处理的玉米产量较对照平均增产14.24%、9.4%和11.15%,对于覆膜或不覆膜处理,其产量均随着灌溉水量的增加而增加。     

不同灌溉方法对保护地土壤温度的影响

采用日光温室栽培番茄的试验方法,就节点式渗灌、沟灌、滴灌、普通渗灌等4种不同的灌溉方法对土壤温度的影响进行了研究.试验结果表明,灌溉方法对土壤10 cm深处土壤温度影响不显著;沟灌与节点式渗灌、滴灌和普通渗灌处理20～50 cm土层土壤温度差异达到5%显著水平,在4种灌溉方法中,番茄全生育期0～50cm土层土壤的总积温为滴灌最高,达为6 205.4℃,比节点式渗灌,普通渗灌、沟灌分别高了10.2℃、52.9℃和118.7℃.灌水方法对土壤温度日变化的影响为:10 cm深土层土壤温度最大值节点式渗灌和普通渗灌的分别出现在13:00时和14:00时左右,滴灌在15:00时前后,沟灌出现在16:00时左右.     

不同灌水方式对沙地枸杞土壤水分及产量的影响

【目的】确定根际环形多点源滴灌技术的应用效果。【方法】以陕北沙地枸杞为研究对象,采用小区灌水试验,将根际环形多点源滴灌与地表滴灌、涌泉根灌下对比,研究了不同灌水方式对土壤湿润锋垂直分布范围、土壤含水率、枸杞产量的影响。【结果】地表滴灌下69%的土壤湿润体位于地表0~20cm,涌泉根灌下72.2%的土壤湿润体位于根系主要分布层,根际滴灌下土壤湿润体100%位于枸杞主要根系层;地表滴灌和涌泉根灌、根际滴灌产量比不灌溉枸杞分别增产2 075、3 145、4 150 kg/m^2,水分利用率分别提高了22.4%、41.9%、60.2%;净收入高低排序为根际滴灌>涌泉根灌>地表滴灌,分别比不灌溉处理提高了193.1%、126.3%、81.2%,单位水产值达到了15.0、13.3、11.5元/m^3。【结论】根际环形多点源滴灌的水分湿润范围更适宜于沙质土壤的经济林,是减少地表蒸发损失和深层渗漏的有效技术措施,该技术在沙地经济林生产中有广阔的推广应用前景。     

CN灌水条件下田间棉花土壤水分运动数值分析

建立了 CN灌水条件下土壤水分运动的数学模型 ,并用此模型分析了 CN灌水条件下土壤水分运动规律及节水效果     

用土壤剖面水分动态模拟法建立灌区作物灌溉制度

介绍了用土壤剖面水分动态模拟法建立灌区作物灌溉制度的数学模型，土壤水分运动参数的确定和计算程序的主要流程，此法既实用于工程设计中确定作物灌溉制度，在管理中也可利用其预报土壤含水量，并据此对灌区进行配水，对灌区现代化管理具有重要意义。