无压灌溉埋管深度的机理性研究及大田试验

通过室内试验和大田试验,研究了无压灌溉方式下埋管深度对水分运移和作物生长的影响机理。结果表明,在不同埋深时湿润体形状均为球冠,但球冠高度不同;湿润体内含水率均在埋管深度附近达到最大值,并以灌水器所在平面为对称面对称分布;埋管深度对番茄根系的生长分布、早期生物量的积累和后期干物质在果实和茎叶中的分配比例都有影响;埋深10 cm时,番茄的水分利用效率、产量和品质最大,是温室番茄的最佳埋深。     

间接地下滴灌导水装置规格参数模型研究

根据灌水过程中质量守恒原理建立了导水装置规格(直径,高度)参数求解模型,该模型中综合考虑了滴头流量、灌水定额、土壤水力特性参数以及活动水位等因素对导水装置规格的影响。通过室内恒定水头积水入渗试验的设计和研究,定量化了土壤水力特性参数对导水装置规格参数模型的作用,并研究了导水装置内水位深度的动态变化规律。结果表明,当忽略导水装置内积水深度的动态变化对土壤水力特性参数的影响时,与一维垂直入渗规律相似,导水装置内积水入渗累计入渗量与时间的关系可用菲利普公式进行拟合,但在土壤类型一定时,间接地下滴灌的参数渗吸系数S和稳定入渗速率if还与土壤上方的积水面积有关。当滴头流量大于土壤入渗速率时,导水装置内开始产生积水,且积水深度处于不断上升的过程。该模型的建立为间接地下滴灌导水装置规格的选取提供了理论指导。     

基于土壤湿润体特征值的无压灌溉灌水定额模型研究

根据无压灌溉土壤湿润体形状为球冠的特点及湿润体内含水率分布规律,推导出了湿润体特征值模型.该模型表明湿润体特征值仅是灌溉水量的函数,因此可以用该模型计算无压灌溉灌水定额.通过微灌灌水定额计算方程和湿润体特征值模型的比较和联立求解,分别推导出了当湿润体半径(即根据作物根系分布规律来确定湿润体半径大小)为已知条件和湿润比为已知条件时的灌水定额计算方程,并用实例进行了验证.通过求湿润体内平均含水率的方法,解决了大田试验中用张力计监测土壤水分动态变化,从而实现适时精确灌水时张力计具体埋设位置的问题.结果表明,与微灌灌水定额计算方法相比,基于土壤湿润体特征值的灌水定额模型简单,操作性强,误差小,且同时扩大了微灌灌水定额计算方法在无压灌溉技术中的推广和应用范围.     

尿素浓度对喷灌夏玉米生长和产量的影响

喷灌施肥灌溉时叶片对尿素的直接吸收作用是提高氮肥利用率的潜在因素之一。以地面灌溉、尿素撒施处理为对照(CK),通过设置不同的尿素喷施浓度,研究夏玉米生理生态指标和产量的响应特征。结果表明,追施尿素后叶片相对叶绿素含量(SPAD)增加,但不同尿素喷施浓度处理的夏玉米株高、SPAD无显著差异(P>0.05)。尿素喷施浓度对叶面积指数(leaf area index,LAI)和产量的影响具有较大的年际变化,2017年不同尿素喷施浓度处理的产量差异达到了显著水平,尿素喷施浓度为0.146%处理的产量(12.5 t/hm^2)显著高于尿素喷施浓度≥0.178%处理的产量(11.3 t/hm^2),2018年尿素喷施浓度为0.188%处理的LAI在喷灌施肥后的一段时间内出现了显著降低。喷灌施肥后,叶片吸收尿素对光系统活性和光化学效率的影响与SPAD有关,2017年SPAD较高时,喷施尿素后光系统活性和光化学效率呈先减小后增大规律,且尿素喷施浓度≤0.146%处理的抑制作用仅发生在施肥后1 d,尿素喷施浓度≥0.178%处理的抑制作用持续至施肥后3~5 d;2018年SPAD较低时,与CK处理相同,喷施尿素后所有处理的光系统活性和光化学效率均呈先增大后稳定规律。与CK处理相比,施氮量小于等于CK的喷灌处理的产量和水分利用效率与CK处理无显著差异,但氮肥偏生产力显著高于CK处理,证明了喷灌施肥灌溉的可行性及其节肥、增产潜力。     

土壤含水率监测位置对温室滴灌番茄耗水量估算的影响

土壤水分传感器埋设位置的选择是局部灌溉条件下获得作物根区代表性土壤含水率数据,从而制定滴灌灌溉制度的关键。本文以日光温室滴灌番茄为对象,研究滴灌线源土壤湿润体内含水率分布状况,通过对比距滴灌带不同位置处土壤含水率监测结果估算番茄耗水量的差异,探讨土壤含水率监测的合理位置。结果表明,番茄生育期内14~25 mm的灌水定额主要用于增加0~40 cm土层的土壤含水率,湿润体内日平均土壤含水率分布在75%~100%田间持水率。作物生育期内连续多次滴灌条件下,沿滴灌带单个灌水器形成的湿润土体会充分叠加,形成近似均匀的土壤含水率带状分布,且作物生育期内沿深度方向0~40 cm土层土壤含水率均值无显著性差异,距滴灌带不同水平距离的土壤含水率随时间的变化趋势具有同步特点,无明显的滞后性。以集中80%总根量的土壤深度作为滴灌番茄水分渗漏下界面时,14~25 mm的灌水定额会导致深层渗漏,且深层渗漏量表现出一定的空间变异性。番茄生育期内深层渗漏量约占灌水量的13%。距滴灌带不同位置处的番茄耗水量除在番茄苗期和开花座果期有较大差异外,其余生育阶段的差异均在10%以内。对温室滴灌番茄来说,滴灌高频少量的灌溉特征有利于维持作物根系层适宜的土壤水分状态,监测1个含水率剖面即可满足估算作物耗水量的要求。     

滴灌均匀性对土壤水分传感器埋设位置的影响

合理选择土壤水分传感器埋设位置以减少监测点密度和成本,是基于无线传感器网络制定灌溉处方图亟待解决的一个关键问题。该研究基于土壤含水率时间稳定性原理,将直接代表平均土壤含水率的点位用于土壤水分传感器布设位置点的选取,在水平方向分布均匀,垂直剖面土壤颗粒组成变异程度随土层深度增加的粉壤土田块内分析了低、中、高灌水均匀系数(分别为0.6、0.8和0.97)对春玉米主要根系层土壤含水率空间分布均匀性和时间稳定性的影响。结果表明,春玉米生育期内,随灌水均匀系数降低,土壤含水率空间分布均匀度降低,但低、中、高灌水均匀系数处理的土壤含水率均匀系数均大于0.81;低、中、高灌水均匀系数处理的平均Spearman秩相关系数均达到了显著水平(P0.05),但土壤含水率空间分布结构相似性随灌水均匀度的增加而减小;对高灌水均匀系数处理,0~0.2、0.2~0.4、0.4~0.6、0.6~0.8 m土层直接代表平均土壤含水率的测点比例分别为83%、78%、53%和86%。随灌水均匀系数降低,各土层直接代表平均土壤含水率的测点数量减少,说明土壤水分传感器随机布设引起的测量误差将随滴灌灌水均匀度的减小而增大。     

喷头安装高度对圆形喷灌机灌水质量的影响

根据作物高度适时调整喷头安装高度,是保证圆形喷灌机灌水均匀度和喷灌效率的重要措施之一。该研究通过引入自主研发的喷头安装高度调节装置,以安装D3000低压折射式非旋转喷头的圆形喷灌机为研究对象,研究了不同喷灌机出流量(8.8、16.7、24.2 m3/h)情况下喷灌机水力性能的稳定性,测试了喷灌机3种出流量在喷头安装高度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.6 m)改变时的灌水均匀系数和灌水深度。结果表明,在喷头标准安装高度(1.5 m)下,圆形喷灌机水力性能稳定,喷灌机3种出流量的灌水深度沿径向均呈锯齿形波动,灌水均匀系数为82.5%~84.0%。喷头安装高度小于标准高度时,灌水深度沿径向的分布出现了较大波动,0.5 m时波动最剧烈,灌水均匀系数最大降低23.9%。喷头安装高度大于标准高度时,灌水深度沿径向的分布更为均匀,灌水均匀系数与标准高度的均匀系数无显著差异。与标准高度时的灌水深度测量值相比,喷头安装高度调节后的测量水深相对误差在10%以内。为保证喷灌均匀性和灌水深度,建议作物高度大于1.5 m时,可根据作物高度适时升高喷头安装高度。     

耕地资源的价值体系及其经济补偿机制研究

从生态系统的角度对耕地的功能和价值体系进行了重新认识和定位,在此基础上探讨了构建旨在使耕地保护外部性内部化的经济补偿机制,以解决耕地持有及保护主体激励不足、耕地占用主体或破坏主体约束不足的问题,建立起耕地保护的长效机制,并对补偿机制构建过程中的相关问题进行了深入分析。     

作物根区局部控水无压灌溉的土壤水动力学机理

土壤吸力是土壤中水分运动的驱动力。依据土壤水动力学原理提出的根区局部控水无压地下灌溉技术是利用土壤毛管吸力或基质吸力作用,使水分通过输水毛管上的出水孔口进入作物根系层,以满足作物需水,灌溉时不需外加压力。试验表明这种灌水方法是可行的,无压灌溉系统不需任何动力设备为其提供压力,节约了能源。     

灌溉水量对无压灌溉水分运移的影响

通过试验,分析研究了不同灌溉水量对无压灌溉入渗过程中水分运移的影响。试验表明,无压灌溉湿润体形状近似为球体,且与土壤类型、气象条件等外界因素无关,提出了用灌溉水量估计湿润体大小的经验方程;湿润体内水平和垂直方向含水率分布规律表明,各层或各深度范围内含水率变化趋势相近,湿润体内固定点处的含水率在灌水过程中几乎不发生变化,灌溉水量的增加只是用来扩大湿润体的大小。研究结果对无压灌溉灌水定额的制定具有重要指导意义。