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。     

基于Ross模型的降雨灌溉入渗补给地下水规律分析

采用基于Ross方法的数值模型,模拟了华北平原中部典型区降雨灌溉对地下水入渗补给。分别计算了整个土层、根区土层、根区以下土层土壤在强、弱渗透性情况下的入渗通量与地下水潜在补给量,分析了土壤渗透性和地下水埋深对地下水潜在补给的影响。结果显示,大埋深条件下(地下水埋深为30m),在地表以下10m处水分通量过程基本不受上边界年内变化影响;在地表2m以下,年累积通量基本不变,可以将地表以下2m作为潜在补给量的计算深度。根区土层渗透性变化对水分通量与补给量有较大影响,根区以下土层影响较小。渗透性对入渗补给量的影响主要通过根区水量均衡和表层土壤性质控制。地下水埋深大于5m后,埋深的增加对潜在补给没有影响。Ross模型能很好地处理产生干湿交替含水量变化的大气边界,建议采用Ross模型代替传统迭代模型计算降雨灌溉条件下的地下水补给。     

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。     

地下水埋深与土壤含水率对应关系和最优灌溉模式的试验研究

节水高产的浅湿灌溉技术较适合南太湖地区的水稻生产。试验选用苏南太湖地区水稻土中有代表性的粘土和重壤土作试验载体 ,系统地探讨了浅湿灌溉对水稻生理、生态及稻田生态环境的影响 ,水稻平均比浅水勤灌增产 6.1 %。经对降水利用率、稻田耗水量、灌水量测定 ,浅湿灌溉比浅水勤灌分别增加 1 4 .6%和减少 1 9.2 %和 30 % ,收到了节水高产的效果。对地下水埋深和土壤含水率对应关系的测定 ,得出 ,稻田落干时地下水埋深以 30 cm为宜 (烤田期除外 )。在此范围内 ,地下水埋深每下降 1 0 cm,土壤含水率下降 1 %～ 5%。据此大田试验 ,得出了水稻的最优灌溉模式     

稻田土壤水分与浅层地下水埋深关系的研究

采用取土烘干称重和负压计测读相结合的方法，测定无水层时轻壤土和高沙土区稻田根层土壤含水率的消退过程，并与相应的地下水埋深建立相关关系，其间大致呈幕函数的变化规律。运用该关系曲线，即可按土壤含水率占饱和含水量的百分比推算确定稻田灌水下限的地下水埋深指标。大面积推广水稻节水灌溉技术时，灌水下限指标就用地下水埋深表示，实际操作将比较简单，适应当前农村的管理水平     

稻田土壤水分与浅层下水深关系的研究

采用取土烘干称重和负压计测读相结合的方法，测定无水层时轻壤土和高沙土区稻田根层土壤含水率的消退过程，并与相应的地下水埋深建立相关关系，其间大致呈幕函数的变化规律。运用该关系曲线，即可按土壤含水率占饱和含水量的百分比推算确定稻田灌水下限的地下水埋深指标。大面积推广水稻节水灌溉技术时，灌水下限指标就用地下水埋深表示，实际操作将比较简单，适应当前农村的管理水平。     

地下水埋深与土壤含水率对应关系和最优灌溉模式的试验研究

节水高产的浅湿灌溉技术较适合苏南太湖地区的水稻生产。试验选用苏南太湖地区水稻土中有代表性的粘土和重壤土作试验载体,系统地探讨了浅湿灌溉对水稻生理、生态及稻田生态环境的影响,水稻平均比浅水勤灌增产６．１％。经对降水利用率、稻田耗水量、灌水量测定,浅湿灌溉比浅水勤灌分别增加１４．６％和减少１９．２％和３０％,收到了节水高产的效果。对地下水埋深和土壤含水率对应关系的测定,得出,稻田落干时地下水埋深以３０ｃｍ为宜（烤田期除外）。在此范围内,地下水埋深每下降１０ｃｍ,土壤含水率下降１％～５％。据此大田试验,得出了水稻撮优灌溉模式。     

基于专家系统的南通地区稻田自动灌溉系统应用

为实现水稻灌溉节水,研究了一套安全可靠,操作简便,便于推广应用的稻田全自动化智能灌溉系统。该系统根据水稻高产、节水灌溉理论和稻田土壤水分与稻田地下水埋深关系,运用电子智能控制技术,实现水稻全生育期的自动化智能灌溉。     

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。     

基于饱和土壤埋深调控的水稻节水灌溉技术研究

采用盆栽试验和Hydrus-1d模型模拟相结合的方法，研究了不同耗水强度下稻田落干脱水过程中土壤含水率与饱和土壤埋深的变化规律，建立了土壤含水率与饱和土壤埋深之间的定量关系。结果表明，在稻田落干脱水过程中，土壤含水率与饱和土壤埋深具有很好的同步变化规律，采用率定后的Hydrus-1d模型能够较好地模拟稻田落干脱水过程中二者的变化。试验和模拟结果均显示，节水灌溉稻田土壤含水率与饱和土壤埋深之间呈明显的二次抛物线关系，即饱和土壤埋深随着稻田落干脱水过程中土壤含水率的降低而增大。基于二者之间的定量关系与传统土壤含水率指标临界值，计算得到了饱和土壤埋深指标临界值，确定了各生育期饱和土壤埋深临界值区间为（0.27m，0.50m），由此提出了以饱和土壤埋深为调控指标的水稻节水灌溉技术。该技术采用易于观测的饱和土壤埋深作为控制指标，克服了以土壤含水率、田间无水层天数等控制指标带来的监测成本高、测量精度低等问题，在准确反映田间水分状况的同时，满足了节水灌溉规模化应用的需求。     

鲜食甜玉米需水规律及节水灌溉制度研究

【目的】研究鲜食甜玉米需水量、需水规律及节水灌溉制度,指导其科学合理灌溉。【方法】连续开展2 a鲜食甜玉米田间灌溉试验,以群众高产种植经验为试验处理,在试验小区内安装智墒和云智能气象站采集土壤墒情、气象数据。分析了甜玉米全生育期土壤水分动态变化规律;计算了甜玉米逐日需水量和作物系数,分析了其需水量规律;针对实际灌溉中存在的问题,对甜玉米灌溉过程中土壤含水率上下限进行了优化。【结果】甜玉米土壤水分变化主要集中在10～30 cm之间,根系最大吸水深度为50 cm;2016—2017年甜玉米全生育期需水量分别为197.7 mm和212.9 mm,平均需水强度分别为3.0 mm/d和3.1 mm/d;需水强度呈现抽雄吐丝期灌浆乳熟期拔节期苗期的规律;甜玉米作物系数(Kc)苗期最小,抽雄吐丝期最大,2 a全生育期Kc平均值分别为0.63和0.67;经过灌溉制度优化,甜玉米全生育期灌水4次,净灌溉用水量较实际分别减少31.87%和33.97%。【结论】甜玉米需水量较小,需水规律和普通玉米相似,农业生产中应根据降雨情况适时补充灌溉。     

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。     

基于RZWQM2模型的农田排水暗管优化布置研究

【目的】研究河套灌区葵花种植区暗管排水条件下农田土壤水分变化状态,探求当地适宜的农田排水暗管布置和控制排水方案。【方法】基于2018—2020年田间试验数据,对RZWQM2模型进行率定和验证,并利用该模型对不同排水暗管布置方案(同一间距不同埋深和同一埋深不同间距)和控制排水方案(不同时期不同排水口深度)下的土壤水分运移和作物生长情况进行数值模拟。【结果】(1)模型率定和验证阶段,砂土层土壤含水率RMSE为0.049～0.065 cm3/cm3,其余土层土壤含水率RMSE为0.012～0.037 cm3/cm3,累计排水量和产量MRE分别在5.88%和3.40%以下,地下水位、1 m土层土壤储水量和叶面积指数R2分别在0.798、0.817和0.912以上;(2)以现有排水暗管埋深1.5 m、间距45 m为基础,模拟得到采用埋深1.4 m、间距45 m的布置方案其地下水位抬高5.2 cm、排水量减少40.0%、增产85.3 kg/hm2;(3)采用雨季1.5 m、非雨季1.2 m排水口深度的控制排水方案,地下水位抬高2.2 cm、排水量减少46.0%、增产66.4 kg/hm2。【结论】RZWQM2模型能较好模拟排水条件下葵花种植区农田土壤水分变化,研究区推荐采用1.4 m埋深、45 m间距的排水暗管布置方案,在现有布置下雨季1.5 m、非雨季1.2 m的控制排水方案较为合适。     

石漠化治理区不同植被类型浅层土壤水分对降雨的响应

【目的】揭示石漠化治理区不同植被类型浅层土壤水分入渗过程的差异性,分析降雨对土壤水分的补给特征,因地制宜地开展灌溉工作。【方法】以花椒地、金银花地、火龙果地、荒地为研究对象,监测了地区降雨量和植被0~10、10~25 cm土层土壤含水率,并计算了土壤储水量、滞后时间、补给速率、补给效率等指标。【结果】①4种植被浅层土壤含水率变化趋势与降雨一致,6、8、9月为二者的峰值期;浅层土壤含水率为火龙果地最高,而后依次为荒地、金银花地、花椒地;火龙果地土壤含水率变异系数最小,荒地最大。②植被土壤含水率对小雨量降雨事件的响应较小,仅火龙果地增长11.97%;随降雨量级增大,土壤含水率增长率为火龙果地(7.89%~17.94%),其次为金银花地(0~45.09%)、荒地(0~59.86%)、花椒地(0~126.95%);火龙果地浅层土壤含水率增长率在大雨事件中最小,其他3种样地均为小雨量时增长率小,大雨量时增长率大。③不同植被浅层土壤水分对降雨响应时间有显著差异,大雨量条件下响应快于小、中雨量,0~10 cm土层优于10~25 cm土层;平均滞后时间为荒地0.3 h、火龙果地0.5 h、花椒地0.9 h、金银花地3.0 h;补给效率为火龙果地(64.87%)>荒地(38.16%)>花椒地(31.94%)>金银花地(29.23%)。【结论】丰水期,对火龙果地适当减少人为灌溉,增加地表覆盖以减轻水土流失;对金银花地、花椒地可采取相应保墒措施提高土壤对降雨的利用效率且在雨量较小时增加灌溉,提高入渗量。     

阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数计算及影响因素分析

【目的】准确获取阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数,对该区灌溉入渗补给系数的影响因素进行分析,为绿洲带高强度人工灌溉模式下地表水地下水转化机理研究,提高研究区地下水数值模拟精度提供基础。【方法】选取阿克苏下游区不同灌溉制度、包气带厚度、土壤结构下代表性点进行野外取样及室内灌溉试验,并结合Hydrus-1d进行包气带水流数值模拟,通过改变灌溉制度、包气带厚度,应用Hydrus-1d模型计算该土壤结构下的灌溉入渗补给系数变化。在模型计算结果的基础上,首先分析灌溉制度、包气带厚度与灌溉入渗补给系数的关系;其后重点利用模型计算结合数理统计的方法分析土壤结构中影响灌溉入渗补给系数的主要因素。【结果】研究区内滴灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.320～0.474;畦灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.408～0.561,即不同灌溉制度下灌溉入渗补给系数不同;而伴随包气带厚度增大,灌溉入渗补给系数也随之减小;土壤结构对灌溉入渗补给的主要影响因素为土壤渗透系数、土壤体积质量、土壤初始含水率。【结论】根据室内试验结合数值模型计算出不同灌溉制度下的灌溉入渗补给系数变化范围,得出灌溉入渗补给系数的影响因素为灌溉制度、包气带厚度和反映土壤结构的土壤渗透系数、土壤体积质量及土壤初始含水率,为干旱区下游区灌溉入渗补给系数选取及后续研究提供理论依据。     

水稻浅湿节水灌溉模式初探

昆山属粘壤土水网区域 ,在水稻灌溉方面 ,多数管水员凭借传统意识进行灌水 ,造成了淹灌、漫灌、深灌 ,导致水资源的大量浪费。针对上述情况 ,进行了以地下水埋深为灌水指标的水稻浅湿节水灌溉模式的探讨 ,通过试验初步提出了水稻节水浅湿灌溉模式。该模式既节水又提高产量。在进行节水灌溉试验的同时探讨了水稻根系密集层土壤水分与地下水埋深关系 ,提出了经验方程     

水分管理及生物质炭对稻田土壤含水率及pH值的影响

【目的】我国亚热带地区为典型的双季稻种植区,水分管理多采用长期淹水和间歇灌溉2种方式,灌溉方式的不同会影响土壤含水率的差异,势必会影响土壤酸碱性的改变。添加生物质炭可改变土壤性质。探明稻田淹水灌溉和间歇灌溉条件下添加生物质炭对双季稻田土壤水分及酸碱性的影响。【方法】采用田间小区试验,研究水分管理方式(长期淹水(CF)和间歇灌溉(IF))及生物质炭施用量(0、24 t/hm~2(LB+IF)和48 t/hm~2(HB+IF))对亚热带双季稻田土壤含水率及pH值的影响。【结果】与长期淹水相比,早稻季和晚稻季间歇灌溉的土壤含水率并没有显著降低。生物质炭添加并未显著影响早稻季和晚稻季土壤含水率,但在休闲季生物质炭处理的土壤含水率有所降低。研究期间,CF、IF、LB+IF和HB+IF处理的土壤含水率周年均值分别为47.35%、39.58%、36.81%和39.02%,与长期淹水相比,间歇灌溉降低了全年的土壤含水率,降幅达16.41%,而生物质炭对间歇灌溉稻田土壤含水率影响不大。与长期淹水相比,早稻季和晚稻季间歇灌溉处理的土壤pH值分别显著降低了0.22和0.57个单位,休闲季不同水分管理方式之间的土壤pH值差异不显著。由于生物质炭本身呈碱性,添加到土壤后可增加土壤pH值,且随着生物质炭添加量的增加而增加。与IF处理相比,早稻季和晚稻季生物质炭处理的pH值分别增加了0.23～0.68个单位和0.17～0.60个单位。【结论】水分管理可影响双季稻田土壤含水率和pH值。间歇灌溉降低了亚热带地区双季稻酸性土壤的pH值。生物质炭添加,尤其是高量生物质炭添加,可在一定程度上缓解间歇灌溉对酸性土壤pH值的降低作用。     

干旱区不同地下水埋深与棉花膜下滴灌灌溉制度的响应研究

为研究不同地下水埋深对棉花膜下滴灌灌溉制度的影响,以新疆孔雀河流域为研究区,利用HYDRUS-2D软件对不同地下水埋深条件下的土壤含水率动态进行了模拟。结果表明,地下水埋深为1m时,地下水对土壤水的补给作用较强,灌溉定额3 000m~3/hm~2较为适宜;地下水埋深为2m时,灌溉定额4 500m~3/hm~2较为适宜,此时棉花基本不受水分胁迫;地下水埋深为3m时,地下水对土壤水已无补给作用,灌溉定额5 550m~3/hm~2较为合适,此时水分胁迫时间累计14d。     

微润交替灌溉下管埋深对土壤水分入渗的影响

为了探究微润交替灌溉条件下,地埋微润管合理埋设深度,采用室内土箱模拟试验,研究了当微润管铺设间距为30 cm,压力水头为150 cm,土壤容重为1.25 g/cm3,微润管埋深分别为15和20 cm时的土壤水分累计入渗量、土壤含水率、湿润锋运移距离等指标的变化,每组试验重复3次。结果表明:累计入渗量随时间线性递增,两微润管在埋深15 cm时的累计入渗量比埋深20 cm时的累计入渗量分别高11.33%、13.57%;埋深为15 cm时土壤含水率大于埋深为20 cm的土壤含水率;微润交替灌溉条件下,埋深15 cm时湿润锋运移距离大于埋深20 cm时湿润锋运移距离约0.5~2.9 cm,埋深对湿润锋运移有影响但不显著;湿润锋运移距离与时间的拟合结果为良好的幂函数关系,两者具有显著的相关性;埋深为15 cm时形成的湿润体截面积较埋深20 cm时大,且土体表层已经湿润。     

含砂层层位及厚度变化条件下层状土上升毛管水运动特性研究

【目的】解决我国西北地区土壤次生盐碱化问题。【方法】通过室内试验,对层状土上升毛管水运动特性进行了分析,并考虑了含砂层层位和厚度共同变化影响下的毛管水运动特性变化规律,建立了地下水补给量、毛管水上升高度随时间变化的函数关系,并进一步对其地下水补给量和毛管水上升高度等值线变化分布情况进行了对比分析。【结果】含砂层层位与体积常数和高度常数之间有明显的正相关关系;与达到稳定时的地下水补给速率和毛管水上升速率有明显的负相关关系,由于含砂层的作用,达到稳定时的地下水补给速率和上升速率与含砂层厚度有明显的负相关关系;当地下水补给的时间持续在0～4 d、含砂层层位在30～50 cm之间变化、厚度在0～15 cm变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显;当地下水补给的时间持续在4～12 d、含砂层层位在15～30 cm之间变化、厚度在15～30 cm之间变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显。【结论】函数中拟合参数体积常数v、稳定补给速率q*、地下水补给时间常数τQ决定了层状土地下水补给量的变化规律;毛管水上升高度υ、稳定上升速率μ*、上升高度时间常数τh决定了层状土毛管水上升高度的变化规律。