秸秆覆盖和水分控制条件对垄作沟灌夏玉米生长和产量的影响

为探究垄作沟灌方式下秸秆覆盖对夏玉米节水效应的影响,通过设置4种秸秆覆盖量(M0:0、M1:1500 kg/hm2、M2:4500 kg/hm2、M3:7500 kg/hm2)和4种水分控制下限(I1:55％FC、I2:60％FC、I3:70％FC和I4:80％FC)进行垄作沟灌夏玉米种植试验,研究了不同秸秆覆盖量和水分控制下限条件对垄作沟灌夏玉米生长发育、水分利用效率和产量的影响.结果表明:各处理下夏玉米株高随水分控制下限的增大呈现先增大后减小的趋势,水分下限相同时,秸秆覆盖为4500 kg/hm2和7500 kg/hm2能显著提高夏玉米株高.水分控制下限60％FC～80％FC时,秸秆覆盖量为4500 kg/km2时夏玉米叶面积达到最大,其叶面积的促进作用最为显著.在一定水分下限范围内,秸秆覆盖量越大,越有利于夏玉米干物质积累量的提高;秸秆覆盖量相同时,夏玉米地上干物质积累量随水分控制下限的提高而增大.由水分控制下限55％FC到60％FC、70％FC以及80％FC,夏玉米全生育期内耗水量平均涨幅分别为5.06％、11.45％及23.48％.水分、秸秆覆盖以及其耦合处理对夏玉米产量、WUE和PUE的影响均达到极显著水平(p<0.01),水分控制下限为70％FC处理、秸秆覆盖量4500 kg/hm2时,夏玉米的产量(6922.54 kg/hm2)、WUE(2.09 kg/m3)和PUE(5.48 kg/m3)均最高,即I3M3为最佳处理.     

γ-聚谷氨酸对土壤结构、养分平衡及菠菜产量的影响

通过盆栽试验研究了土壤增施γ-PGA(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)对土壤团聚结构、土壤养分平衡、菠菜产量与经济效益的影响。结果表明:随γ-PGA施量增加,水稳性团聚体(WR0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均显著增大,而团聚体破坏率(PAD)与分形维数(D)均减小,说明γ-PGA对改善土壤团聚结构具有显著的效果;随γ-PGA施量的增加,菠菜对氮、磷、钾的吸收量减少,土壤养分残留量与盈余量增加,养分表观损失量减小;5组处理中,0.1%施量的土壤养分平衡状况最优,0.4%施量对作物养分吸收与土壤养分的平衡产生负效应;菠菜产量及经济效益均随γ-PGA施量增加而显著减小,0.4%施量时较未施γ-PGA减产42.98%;菠菜经济效益拟合结果表明γ-PGA在0～0.1%施量范围内菠菜获利高于不施加γ-PGA处理。综上,0.1%施量对改善土壤结构与养分状况、促进作物增产及作物养分吸收效果较优,这对进一步将γ-PGA应用于实际生产中提供了理论参考。     

土壤水分再分布特性研究进展

在干旱半干旱地区,土壤水分的再分布对生态环境、农业发展有着重要的影响,是自然界中水循环的重要过程之一,是土壤墒情的自我调节过程,是土壤水在势力梯度作用下的非饱和运动.在国内外学者多年研究工作的基础上,分别从物理角度和生物角度对土壤水分再分布的基本理论和模型进行了归纳总结.从物理角度分别以耕作措施、雨强、灌水方式、土壤初始含水率等因素对土壤水分再分布过程的影响进行了研究,并归纳了基于土壤水分特征曲线及其滞后作用、土壤水分运动通量法、土壤水分运动基本方程等的数学模型.从生物角度对土壤水分再分布的生态功能及影响因素进行了总结:研究发现土壤水分的再分布作用可以有效地调节根系层土壤水分状况、丰富群落结构,提升土壤养分、增加根层土壤微生物;植物根系在对根层水分进行调节的过程中又会因土壤水分、植物种类和土壤特性的不同而发生变化.通过对前人研究成果的总结,理清研究现状,以期为理论的进一步研究提出建设性意见.     

涌泉根灌不同浓度肥液入渗特性及土壤湿润体模型研究

为了研究涌泉根灌肥液入渗特性及湿润体水氮运移的变化规律,在陕北米脂山地微灌枣树示范基地原状土上进行了涌泉根灌肥液入渗试验。结果表明:累积入渗量与入渗时间之间符合Kostiakov幂函数关系(R20.9,P0.01);涌泉根灌入渗能力与增渗效果均随肥液浓度增大而增大;水平湿润锋与竖直湿润锋运移距离均随肥液浓度增大而增大,且均与入渗时间呈显著的幂函数关系,水平方向和竖直方向的湿润锋运移距离的拟合值与实测值的相对误差在–3.84%～5.20%以内。肥液浓度的不同对于湿润体大小略有影响。提出了涌泉根灌肥液入渗湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N浓度分布的数学模型,即在一定浓度范围内,单位含水率的变化可引起的肥液浓度变化,且模型的计算精度较高(模拟值与实测值相对误差在10%以内),并符合湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N分布规律,可对不同位置处土壤含水率及NH_4~+-N含量进行估算。水分分布情况对肥液浓度条件敏感性较低,NH_4~+-N分布情况对肥液浓度条件敏感性较高。研究可为涌泉根灌水肥高效利用提供参考。     

浑水膜孔灌多向交汇入渗及减渗特性

浑水灌溉是我国黄河流域引黄灌区灌溉的主要特点,其中浑水中的泥沙含量对土壤入渗特性有较大的影响,为揭示浑水膜孔灌交汇入渗的减渗特性,通过开展浑水及清水膜孔灌入渗试验,建立了浑水膜孔灌自由入渗相对于清水的减渗率及浑水膜孔灌多向交汇入渗相对于自由入渗的减渗率与入渗时间之间的量化关系,提出了由清水膜孔灌自由入渗量推求浑水膜孔灌多向交汇入渗量的模型。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗较清水的减渗量随入渗时间的延长而增大,但增大幅度慢慢变小,入渗后期其减渗量基本呈线性增加,其减渗率随时间的增大先快速增大后缓慢减小,入渗后期减渗率基本稳定;当入渗产生交汇后,入渗能力明显减小,多向交汇入渗和单向交汇入渗相对自由入渗的减渗率均随入渗时间的增长而增大,多向交汇入渗相对单向交汇入渗也存在减渗作用,3条减渗率曲线的变化率随着时间的增长而逐渐减小。     

涌泉根灌湿润体水氮运移特性试验研究

在陕北米脂山地微灌枣树示范基地原状土上进行了涌泉根灌肥液入渗试验,研究了湿润体特征值的变化规律及水氮运移特性.〖JP+1〗结果表明：涌泉根灌入渗能力随肥液质量浓度增大而增大,累积入渗量与入渗时间的关系符合Kostiakov模型;竖直剖面的水平和垂直方向上的湿润锋运移速度均随肥液质量浓度增大而增大,并与时间均呈良好的幂函数关系.肥液质量浓度越大,涌泉根灌相同时间内湿润体的湿润深度越深,相同位置处的土壤质量含水率越大.清水与不同肥液质量浓度的涌泉根灌土壤平均质量含水率分布规律类似,肥液质量浓度越大,相同土层深度的质量含水率越大.在一定施肥条件下,涌泉根灌肥液入渗相同深度处NO-3-N与NH+4-N质量比均随肥液质量浓度增大而增大,经过水分再分布,均于土层深度70 cm处接近本底值.     

波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动数值模拟及试验

考虑到地下水浅埋对上层包气带水分分布造成一定影响,该研究结合波涌灌技术,对地下水浅埋下间歇入渗的土壤水分分布特征和运动规律进行了分析,建立了基于饱和-非饱和土壤条件下一维间歇入渗水分运动模型,根据试验实测资料采用Hydrus-1D软件反推土壤水分运动参数,并对入渗过程进行了模拟。在此基础上,确定了饱和导水率的估算模型。结果表明:所建参数估算模型较好地反映了饱和导水率与间歇周期数、循环率以及周期时间之间的相关关系,所建水分运动模型模拟值与实测值比较,累计入渗量、土壤含水率以及湿润体运移距离总体相关系数高于0.96,均方差在0.5以内,吻合度较高,能够较好地描述了地下水影响条件下波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动特征。该研究为波涌灌技术进一步发展奠定了科学基础。     

多因素浑水膜孔灌入渗特性分析

主要选取土壤容重、土壤初始含水率、膜孔直径和浑水含沙率4个影响因素,研究多个因素综合作用下的浑水膜孔灌单点源入渗特性及分析各因素的敏感性.试验采用正交设计,利用SPSS软件多元回归分析法,对四因素影响下的单位膜孔面积累积入渗量进行了回归分析,拟合决定系数R=0.98,表明各影响因素均对浑水膜孔灌单点源入渗有影响.利用相对值法分析了各因素入渗参数对单位膜孔累积入渗量的影响程度,且显著程度由大到小依次为膜孔直径、土壤容重、土壤初始含水率、浑水含沙率;利用敏感性指标判断得出在同一入渗时间,各影响因素越大对浑水膜孔灌单点源入渗的入渗速率的影响越弱.     

灌水器间距对涌泉根灌双点源交汇入渗水氮运移特性影响研究

为研究不同灌水器间距对湿润体特性及水氮运移规律的影响,优化涌泉根灌灌水器相关技术要素,在西北农林科技大学远志山试验站进行了双点源交汇入渗试验。试验设置3个灌水器间距水平（40、50、60 cm）,肥液质量浓度为10 g·L^-1,涌泉根灌灌水器流量为5 L·h^-1,探究不同灌水器间距对涌泉根灌肥液交汇入渗特性及湿润锋运移规律、土壤水分、铵态氮（NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N）和硝态氮（NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N）分布特性的影响。结果表明,涌泉根灌不同条件下,自由入渗和交汇入渗累积入渗量、增渗量以及不同方向湿润锋运移距离均与灌水器间距呈正比例幂函数关系（R²>0.9,P<0.01）;灌水器间距越大,交汇面向上、向下湿润锋运移距离越小（P<0.05）;交汇入渗侧土壤含水率降低幅度小于自由入渗侧,灌水器间距越大,交汇面湿润程度越低（P<0.05）;自由入渗条件下,距灌水器出水口距离越大,NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N含量降低越显著（P<0.05）,而交汇入渗侧NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N含量降低幅度小于自由入渗侧;NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量在不同时刻、不同位置有较大差异,灌水结束后,湿润区表层土壤NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量略有降低,水分分布时间越长,不同土层深度处的NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量越高（P<0.05）。建立了涌泉根灌交汇入渗累积入渗量、湿润锋运移距离随时间和灌水器间距变化的数学模型,其中模型参数K、a与灌水器间距呈幂函数关系变化,K值随间距的增加而减小,a值随间距的增加而增大;建立了土壤含水率、土壤NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N及NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量与灌水器距离之间的关系模型,并对入渗土体任一点至灌水器中心距离r处土壤含水率、NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N及NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量进行了定量估算,估算结果偏差在±10%以内。研究结果为涌泉根灌节水灌溉技术的进一步完善奠定了科学基础。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性影响

为揭示土壤初始含水率对浑水膜孔灌单点源自由入渗的影响,通过开展不同初始含水率的室内浑水膜孔灌试验,研究了土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性、减渗特性以及土壤含水率分布的影响,并建立了基于土壤初始含水率和累积入渗时间的浑水膜孔灌自由入渗模型和减渗模型。研究表明:当浑水的含沙率和膜孔的直径一定时,随土壤初始含水率的增大,相同时间内的单位膜孔面积累积入渗量呈逐渐减小的趋势,初始含水率为4.96%,7.43%,10.07%和12.40%的分别较风干条件下的减少了19%,33%,45%和56%,减渗效果明显。通过对含水率分布特征研究发现,在靠近和远离膜孔的部位含水率变化梯度较大,平均含水率梯度达到了2%/cm,而中间部位含水率变化较小,平均含水率变化梯度仅为0.65%/cm。