云智能土壤水分仪在农业灌溉中的应用研究

云智能土壤水分仪是一种可以进行土壤湿度、温度及盐分等自动监测的仪器,已在气象、水文、生态环境、防汛抗旱、农业灌溉等行业领域逐渐得到了应用。本文调研了云智能土壤水分仪近年来在农业灌溉中的应用情况,针对维护管理方面存在的突出问题,提出了一些建议,以期有助于云智能土壤水分仪在未来农业智能灌溉中发挥更大的作用。     

温度效应下磁流变阻尼器动力学仿真建模与试验

为了精确预测磁流变阻尼器在温度效应下的动力学性能规律,提出一种参数化的仿真建模方法。采用磁流变液试验实测数据拟合方法,建立粘温特性相关非线性物理参数方程;基于Bingham力学模型及对温度效应的影响分析,运用ANSYS软件编译UDF程序、设置模型参数进行参数化仿真建模,以Fluent模块求解粘滞阻尼力,以Emag模块求解库伦阻尼力。搭建温度效应下磁流变阻尼器力学试验平台,并通过试验对仿真模型进行修正、对比与验证,讨论不同温度对阻尼力、能量耗散的变化规律。结果表明,温度效应主要影响粘滞阻尼力,仿真结果与试验实测值高度吻合;不同温度和电流下阻尼器的能量耗散与温度成反比,与库伦阻尼力成正比。仿真建模方法可预测分析输出阻尼力特征,以对磁流变阻尼器进行结构设计和参数优化。     

晋北丘陵风沙区不同植被恢复模式的水土保持效应

通过对山西右玉贾家窑阳坡退耕还林约20年后的4种植被恢复模式(自然恢复草地、油松林、柠条灌丛和油松—柠条林)土壤水分、理化性质、径流量和侵蚀量的测定,探讨了不同植被恢复模式的水土保持效应。结果表明:(1)4种植被恢复模式0—100cm土层土壤平均含水量无显著差异,油松林和自然恢复草地的土壤容重高于油松—柠条林和柠条灌丛,土壤总孔隙度的变化趋势与容重相反;(2)4种植被恢复模式0—20cm土层土壤粒度组成、pH、有机质、铵态氮和速效磷无显著差异,硝态氮和速效钾差异明显(P0.05);(3)4种植被恢复模式径流量没有明显差异,但土壤侵蚀量自然恢复草地和油松林显著高于柠条灌丛和油松—柠条林(P0.05);(4)覆盖度相似条件下,根系密度、近地表植被盖度和枯枝落叶层厚度是影响林草植被水土保持效应的主要因素。     

喀斯特断陷盆地不同植被恢复模式土壤水分动态变化

[目的]以喀斯特断陷盆地小流域中典型植被恢复模式,即桉树(Eucalyptus maideni)林、冲天柏(Cupressus duclouxiana)林、马尾松(Pinus massoniana)林以及天然次生灌丛、高盖度车桑子(Dodonaea viscosa)灌丛和低盖度车桑子灌丛为研究对象,探究断陷盆地不同植被恢复模式土壤水分时空变异规律,为该地区植被生态恢复工作提供参考。[方法]利用自动气象观测系统和土壤水分传感器同步监测2016年5月—2017年4月期间小流域降雨量与各林地土壤水分,采用变异系数与克里金插值分析方法,对6种植被恢复模式林地的土壤水分时空异质性以及持续干旱条件下土壤水分衰减特征进行研究。[结果]表明:(1)同一植被类型不同土层雨季和旱季土壤体积含水量垂直变化趋势相同,且雨季土壤水分含量显著高于旱季(P0.05),均为中等变异(Cv:12.88%28.66%)。(2)同一乔木林雨季和旱季的土壤活跃层与次活跃层垂直分布不同,但同一灌丛雨季和旱季分布相同。(3)6种植被恢复模式土壤体积含水量均在降雨量较充足的8—9月达到最大值,其变化范围介于26.25%44.08%之间,在降雨量明显不足的3—4月达到最小值,土壤体积含水量介于9.48%17.47%之间。(4)3种乔木林0 30 cm土层、3种灌丛0 10 cm土层充分降雨后约10 d土壤水分恢复为降雨前1 d水平,低盖度和高盖度车桑子灌丛10 30 cm土层土壤水分降雨后15 d恢复为降雨前1 d水平,并且接近植物萎蔫系数。[结论]不同植被恢复模式间雨季、旱季和月均土壤体积含水量均表现为桉树林天然次生灌丛冲天柏林马尾松林高盖度车桑子灌丛低盖度车桑子灌丛。喀斯特断陷盆地季节性干旱和临时性干旱问题严峻,乔木林和灌丛经充足降雨,达到田间持水量后,在连续放晴天气下林地土壤水分可供植物10 15 d的消耗。     

NaCl溶液处理亚热带土壤水分特征曲线差异与模型优选

携带大量盐分的低质水长期灌溉导致土壤存在极大的物理化学特性退化风险,为了探究盐分对土壤水分特征曲线影响的差异性,采用压力膜法对亚热带地区粘性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土、水稻土等5种土壤进行室内测定,对比分析了各土壤在0、5、10、15 g/L等4个钠盐浓度水平下土壤水分特征曲线的差异,并利用RETC软件结合数理统计方法确定了各土壤不同钠盐浓度水平下相应的最优拟合模型。结果表明:钠盐处理均可提高各土壤的持水能力,且粘粒含量较高的土壤影响显著;钠盐处理减少了粘性潮土、沙性潮土和红壤的有效含水率,分别最大减少了40.8%、30.5%、31.5%,却提高了紫色土、水稻土有效含水率,分别最大提高了45.7%、28.9%。粘粒含量少或低浓度盐溶液处理的土壤水分特征曲线以BC模型拟合最优,而粘粒含量多且高浓度盐溶液处理的以DP-M模型拟合最优。     

耕作模式对坡耕地土壤水分和大豆产量的影响

为了探讨北方土石低山地区不同耕作模式对坡耕地的土壤水分特征及其对作物产量的影响,以10°坡耕地大豆田为研究对象,监测了传统耕作(CT)、免耕(ZT)、免耕秸秆覆盖(NT)和横垄(CR)4种不同处理下0～100cm土壤水分垂直变化和水平变化,测定了大豆产量和水分利用效率。结果表明:1)在大豆不同生育期中,各处理在0～40cm土壤水分含量均表现为:NTZTCRCT,当土层深度大于40 cm时,各处理间土壤水分含量的大小关系发生波动变化,其中ZT和NT能明显改善0～50cm土层土壤水分含量,较CT处理保墒效果提高25.34%～35.57%。2)CT和ZT处理坡位间土壤水分含量的大小关系,受大豆生育期内总降雨量的影响较小,分别表现为:下坡位中坡位上坡位和下坡位≈中坡位上坡位,而NT和CR处理坡位间土壤水分含量的大小关系,会随着大豆生育期内降雨总量的不同而产生微变。3)各处理剖面土壤水分空间分布格局均表现出下湿上干的特点,CT和CR湿润土层(体积含水率≥11.6%)分别位于坡底40～100 cm和坡顶40～100 cm处,而干燥土层(体积含水率≤8.6%)则分别位于坡顶10～30 cm和坡底10～20 cm处。ZT湿润土层(体积含水率≥12%)分布集中性较差,NT湿润土层分布集中性最好,且范围最大,占据了整个坡面40～100cm深度范围。4)所考虑的3个因素对土壤水分含量影响作用的大小表现为:耕作模式剖面深度坡位。5)在2a试验中,与CT相比CR、ZT和NT处理产量分别平均增加8.77%、15.68%和26.74%,水分利用效率分别平均提高6.32%、11.6%和20.61%,因此建议在研究区种植大豆时,优先采用NT耕作模式。     

盐基离子对土壤持水及收缩特性的影响

不同盐离子对土壤持水能力具有不同程度影响,且在土壤水分特征曲线测定过程中,土体随失水发生收缩和开裂。在已获取研究成果基础上进行扩展,进一步探索8种低浓度盐离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3~-、CO_3~(2-)、SO_4~(2-))对土壤持水能力和收缩特征的影响。选取陕西粉黏壤土并分别采用含有此8种离子的盐溶液(浓度均约为1 g·L~(-1))对土样进行饱和处理,以无盐离子处理作为对照(CK);采用离心机法获取土壤水分特征曲线,使用游标卡尺测定离心过程中的土体轴向沉降高度,编写MATLAB程序对裂缝图像提取裂隙度量指标,据此对各处理土壤持水能力和收缩特征进行对比分析及评价。结果发现,在此浓度条件下:(1)K~+、Na~+及4种阴性盐离子在一定程度上均可提高土壤持水能力,且阴阳盐离子中CO_3~(2-)和K~+效果最显著,分别较CK提高35.81%和3.68%;(2)Mg~(2+)、SO_4~(2-)和CO_3~(2-)有利于减小土体轴向收缩度,且阴阳盐离子的作用效果分别表现为HCO_3~-Cl~-SO_4~(2-)CO_3~(2-)和Na~+K~+Ca~(2+)Mg~(2+);(3)Na~+、Mg~(2+)及4种阴性盐离子在一定程度上均有利于减轻土壤开裂程度,可同时减小土壤裂隙总长度、总面积以及长度密度和面积密度,且阴阳盐离子中CO_3~(2-)和Na~+效果最显著。研究可为不同类型盐碱土壤持水能力评价及其干缩开裂机理认知提供理论指导。     

气象因子对四川不同质地浅层土壤水分的关联分析

为了进一步预测和定量评估四川农作物区不同土壤质地类型下,气象要素对土壤水分的影响程度,利用土壤水分和气象资料,采用灰色关联度分析方法,探讨了气温、相对湿度、风速、地面温度、日照时数5个气象因子对10种不同质地类型浅层10 cm土壤水分影响情况。结果表明:各气象因子对不同质地类型的关联序不尽相同,湿度和风速对浅层土壤水分影响相对较大。无降水天气条件下,湿度和风速对砂土类和壤土类影响较大,而温度和地温对砂土类影响较小,日照对壤土类影响最小;湿度对粘土类影响最大,温度影响最小,地温次之。有降水天气条件下,湿度和风速对砂土类影响较大,气温和日照较小;各气象因子对壤土类影响各不相同,仅日照相对稳定;湿度和风速对粘土类影响最大,地温次之。因此,土壤水分的变化,应根据不同质地的类型和天气条件,找出与气象因子影响主要因素及影响程度,才能更好的掌握土壤水分变化规律,有效合理的利用土壤水分资源。     

冬小麦不同播期对土壤水分及产量的影响

在西北半干旱雨养条件下,以冬小麦‘陇中一号’为材料,研究了不同播期条件下土壤水分、产量差异。结果表明:冬小麦适当迟播可以提高土壤含水量,但在不同播期、小麦的不同生育期土壤含水量也存在差异。从4个不同播期分析,平均土壤含水量为最迟播期(S4,10月11日)的最高;产量以最早播期(S1,9月21日)的最低,9月30日—10月11日之间产量相近。多重比较表明,播种期越迟,土壤含水量越大,播期处理间产量差异不显著,晚播不会造成减产。