新疆地下滴灌棉田一次性滴灌带埋深数值模拟与分析

由于灌水频率高、定额小,在新疆地区大面积应用膜下滴灌进行棉花种植时,常出现根系分布浅、植株易早衰等影响产量的问题,灌水湿润区域相对较深的地下滴灌可能是解决上述问题的方法之一。但因顾及机械耕作和多次使用,传统地下滴灌带通常埋深较大,致使苗期灌水及管理维护极其不便。随着工艺水平提高和生产成本降低,地下滴灌生产实际中采用一次性滴灌带已成为可能,本研究通过数值模拟方法来探讨地下滴灌一次性滴灌带的合理埋深问题。为了验证所建立的数值模型和选用的土壤物理参数,首先在新疆玛纳斯地区开展了地下滴灌田间试验,继而采用HYDRUS-2D/3D软件对该试验条件下的土壤水盐动态进行了模拟。结果表明,模拟值与实测值之间整体吻合较好,其中土壤含水量分布的平均绝对误差Me和均方根差Rm分别不高于0.034、0.040 cm~3/cm~3,相关系数R最小值为0.8,Nash效率系数Ns在0.34~0.62之间;含盐量Me、Rm也分别不超过3.31、4.24 g/kg,R最小值为0.6,Ns在-0.06~0.38之间,相关模型和参数较为合理可靠。在此基础上,对该地区不同滴灌带埋深(分别设为5、15、30 cm)情景下灌水过程中的水盐运动规律进行了进一步模拟与分析,结果表明:不同埋深导致土壤淡化和积盐区域分布不同,淡化区域主要集中在滴灌带附近,在远离滴灌带的湿润锋边缘出现积盐;随着滴灌带埋深加大,土面蒸发损失逐渐降低,但对表层土壤供水能力也相应减弱;综合考虑回收利用、棉花苗期水分供应、根区淡化脱盐需求及单方水的淡化脱盐效率等因素,当地地下滴灌棉田一次性滴灌带不宜埋设过深,建议布置在15 cm左右。

Numerical Simulation and Analysis on Depth of Disposable Tape in Cotton Field under Subsurface Drip Irrigation in Xinjiang, China