微咸水水源线源滴灌土壤水盐运移特征试验研究

滴灌被认为是最适合用于微成水开发利用的灌溉技术,在微咸水资源丰富的我国有巨大的开发应用潜力.通过在室内采用土箱进行入渗试验,研究了微咸水滴灌条件下线源滴灌3个特征剖面的水盐分布特征及矿化度对水盐分布的影响.结果表明利用微咸水滴灌能形成一个较高含水率且含盐量较低的区域,为作物提供一个良好的水盐环境;在相同入渗深度,矿化度越大,含水率越大,含盐量也越大;湿润锋交汇界面处的土壤含水率和含盐量一般均大于未交汇同等土壤深度的含水率和含盐量.     

入渗水矿化度对点源滴灌土壤水盐运移特征的影响

通过室内试验,初步研究了入渗水矿化度对点源滴灌土壤水盐运移特征的影响,结果表明,在入渗土层深度相同时,入渗水矿化度越高,土壤剖面含水率和土壤剖面含盐量相对越大;在入渗时间相同时,入渗水矿化度越高,湿润锋水平运移的距离越大;在点源滴灌条件下湿润锋水平运移距离随滴水时间的变化规律符合二次函数关系。     

微咸水灌溉下粉垄耕作土壤水盐运移特性

【目的】明确微咸水灌溉条件下粉垄耕作土壤水分入渗规律及水盐运移特征。【方法】基于室内土箱试验,分析3种微咸水矿化度(0g/L(S1)、3g/L(S2)和5g/L(S3))和2种耕作(粉垄耕作(FL)和传统翻耕(FG))条件下的土壤水分入渗特征和水盐运移规律。【结果】水分平均入渗速率和垂直湿润锋推进速率随着微咸水矿化度的升高呈先增大后减小的变化趋势,水平湿润锋运移速度随着微咸水矿化度的升高而持续增加。FL处理下的土壤水分入渗速率、湿润锋推进速率相比FG处理有明显提升。Kostiakov模型可较好地拟合2种耕作措施下的土壤累积入渗量与入渗时间之间的关系(R²>0.99)。灌溉后20 d,FL处理下的土壤含水率均小于相同微咸水矿化度下的FG处理;同一耕作措施下,土壤含水率随着微咸水矿化度的升高而增加。【结论】微咸水灌溉与粉垄耕作对土壤水分入渗、土壤湿润锋运移和土壤水盐再分布具有改善作用。与灌溉前相比,灌溉后20 d,FL处理下的土壤平均脱盐率为42.95%～55.98%,而FG处理下的土壤平均脱盐率为32.34%～43.29%。随着矿化度的增加,FL处理下的平均土...     

典型荒漠植物梭梭在咸水滴灌条件下土壤水盐运移特性

【目的】探讨不同矿化度咸水滴灌荒漠植物梭梭对土壤水盐运移特性的影响。【方法】采用测坑进行咸水滴灌梭梭试验,运用舒卡列夫和Piper三线图等方法,分析不同矿化度对梭梭土壤水分、盐分、土壤离子量和水化学特征变化。【结果】①不同矿化度咸水滴灌后,不同深度土壤盐分累积量不同,结果发现在60～80 cm深度处积盐,最高积盐量可达6.2 g/kg;且咸水滴灌梭梭土壤含盐量与灌水矿化度呈正相关关系;②咸水滴灌梭梭后,土壤中SO_4~(2-)、Cl~-、K~+和Na~+离子量的变化随矿化度显著增加,土壤水溶液阳离子由Ca~(2+)逐渐向Na~+变化,阴离子由SO_4~(2-)逐渐向Cl~-变化,水化学类型由SO_4~(2-)-Ca~(2+)?Mg~(2+)型逐渐向SO_4~(2-)?Cl~--Na~+型演化。【结论】不同矿化度滴灌梭梭条件下,分析土壤含水率、含盐量的分布特征,明确了不同咸水滴灌对土壤离子变化及水化学演变特性,为当地咸水资源的高效利用及生态建设具有指导意义。     

磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响

采用300 mT磁感应强度恒定磁水器对不同矿化度微咸水(0.14、2、3、4、5 g/L)进行磁化处理,并进行一维垂直土柱入渗试验,研究磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响。结果表明:微咸水磁化处理后,土壤入渗速率及湿润锋迁移速率显著降低,湿润体含水率显著提高;微咸水矿化度对磁化效果具有显著影响,磁化微咸水矿化度为3 g/L时,相同入渗时间累积入渗量和湿润锋深度相对减少量最大,湿润体含水率相对增加量最多。磁化微咸水入渗对Philip和Green-Ampt入渗公式参数有显著影响,相同矿化度的磁化微咸水土壤吸渗率S、饱和导水率K_s及湿润锋处吸力hf均小于未磁化微咸水;磁化与未磁化微咸水相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s与矿化度之间均呈现较好的二次多项式关系,在矿化度为3 g/L时,相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s均达到最大。磁化微咸水能够提高土壤持水能力,相同土层深度的土壤含水率显著增加;微咸水磁化处理后,脱盐率显著提高,土层深度0~20 cm磁化微咸水脱盐率均大于未磁化微咸水,矿化度为3 g/L的磁化微咸水磁化脱盐强度最大,相对脱盐效果更好。     

微咸水入渗水量对土壤水盐运移特征的影响

通过室内3g/L微咸水的入渗试验,分析了不同微咸水入渗水量对土壤剖面含水率、含盐量、脱盐效率和阳离子分布的影响。结果表明,利用3g/L的微咸水进行垂直一维积水入渗,入渗水量较小时,基质势是水分运动的主要动力,入渗量继续增大时,重力势逐渐取代基质势成为水分运动的主要动力;采用3g/L的微咸水入渗,可以使上层土壤脱盐,但使湿润锋处的含盐量急剧增加且达到最大值;湿润锋处含盐量与入渗水量符合指数函数关系,主根区的脱盐效率随着累积入渗量的增加而减小。在利用微咸水进行农田灌溉时,一方面要考虑盐分的淋洗效果,另一方面要兼顾脱盐效率,才能使土壤可持续利用。     

磁化微咸水一维水平吸渗特征与水分运动参数分析

为探明磁化微咸水的水分运动规律,通过室内一维水平土柱吸渗试验,研究了不同矿化度(0.14、2、3、4、6 g/L)磁化微咸水的水平吸渗特征及其对土壤水分运动参数的影响。结果表明:不同矿化度的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度均显著降低,湿润体平均含水率比未磁化微咸水增加了2.03%~6.11%,磁化微咸水入渗能够增强土壤持水能力,有利于改善土壤水分分布。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水PHILIP入渗模型吸渗率S降低了7.71%~12.11%;磁化与未磁化微咸水的饱和导水率K s、相对饱和导水率ΔK s均与入渗水矿化度呈现较好的二次多项式关系。微咸水经过磁化处理后,BROOKS COREY模型形状系数n相对减小,而进气吸力h d相对增大;土壤非饱和导水率及其增长速率均降低,而相同土壤水吸力能够吸持的土壤含水率增加;土壤水分饱和扩散率D s与起始扩散的土壤含水率均有所增加。研究表明,磁化微咸水入渗过程中的土壤水分运动参数发生了改变,其作用效果与微咸水矿化度密切相关。     

粉壤土水盐运移对咸淡水交替灌溉的响应

为了分析不同间歇时间和矿化度对黄河三角洲粉壤土水分入渗特征及盐分分布的影响,进行了咸淡水交替灌溉的室内土柱试验,设置4种间歇时间(0, 30, 60, 90 min)和3种咸水矿化度(3,6,9 g/L),分析了累积入渗量、入渗历时、土壤水盐分布等参数变化.结果表明:相同入渗水量下,咸淡水交替灌溉的入渗历时随间歇时间的增加而显著增大.当咸水矿化度为3,6,9 g/L时,咸淡水交替灌溉处理的平均土壤含水率差异不具有统计学意义,但咸水矿化度为3 g/L处理的平均土壤含盐量低于咸水矿化度为6和9 g/L处理,且间歇90 min的平均土壤含盐量远低于其他处理.因此,当咸水矿化度为3 g/L,间歇时间较长的灌溉方式有利于降低土壤盐分.     

微咸水对生物炭作用下盐碱土水盐运移特征影响

为了合理利用微咸水资源并结合生物炭改良剂,在节水基础上探究施用生物炭微咸水矿化度对盐碱土水盐运移规律影响.以黄三角中度盐碱土为研究对象,在室内进行一维垂直入渗试验,包括对照共设置8个处理:CK,W1,W2,W3,C1,W1C,W2C,W3C.结果表明:相同入渗时间下,累积入渗量和湿润锋运移深度随微咸水矿化度增加先增加后降低;低矿化度条件下,掺生物炭的土壤入渗性能优于未掺生物炭的,提升幅度2.16%~8.54%,且处理W2C效果最优,W1C略小于W2C,Kostiakov模型能够更好地描述微咸水矿化度对生物炭作用下盐碱土的土壤水分入渗过程.相同土壤条件下,各处理0~20 cm土层土壤含水率随着微咸水矿化度增加先增加后降低,掺生物炭的土壤含水率比未掺生物炭高2.53%~3.95%,且处理W2C增幅显著,W1C略小于W2C.各处理的土壤含盐量随着微咸水矿化度增加而增加,生物炭处理的脱盐效果略小于未掺生物炭的,其中2 g/L微咸水处理的脱盐效果最优,脱盐率高达47.4%.综合考虑,对黄河三角洲地区中度盐碱土,建议掺加生物炭并采用2 g/L微咸水进行灌溉.     

微咸水矿化度对秸秆还田下土壤水盐运移分布影响

为了研究微咸水与秸秆还田的综合利用效应,在室内进行一维垂直入渗试验,分析了秸秆还田下不同矿化度对土壤水盐运移分布的影响。结果表明,相同入渗时间下,累积入渗量以矿化度3g/L为分界点随矿化度的升高先增后减,湿润锋的变化规律相似;土壤含水率随矿化度的增加表现出先增后减的趋势,以3和5g/L时土壤保持较高含水率;电导率随矿化度的增加而增加,当矿化度大于3g/L时,微咸水对土柱的淋洗作用不大。     

不同初始含水率条件下的微咸水入渗实验

针对矿化度均为3g/L的微咸水入渗时,土壤初始含水率对土壤入渗过程的影响,采用室内均匀土柱一维垂直入渗实验方法,分别对初始含水率为2.25%、8.18%、13.12%、16.40%的土柱入渗过程进行了研究。分析了不同土壤初始含水率对累积入渗量和湿润锋推进深度以及土柱剖面含水率的影响。采用Kostiakov模型对累积入渗量和时间的关系进行了拟合,结果表明累积入渗量与初始含水率呈负相关关系。采用幂函数将初始阶段的湿润锋推进深度与时间关系进行拟合,结果表明二者呈明显的幂函数关系,且初始含水率越高湿润锋推进速度越慢。采用一维代数模型对土壤剖面含水率进行分析发现,初始含水率越高,模型的理论值越准确。总之微咸水在土壤中的入渗能力与初始含水率有着密切关系,随着入渗过程的进行,初始含水率对入渗能力的影响逐渐减小。     

微咸水矿化度与滴头流量对土壤湿润体的影响与模拟

为了分析不同微咸水矿化度和滴头流量对滴灌土壤湿润体的影响,在室内进行了不同微咸水矿化度(0、1.7、3、4和5 g/L)和不同滴头流量(7、9和11 m L/min)条件下滴灌入渗试验。试验结果表明:不同流量和不同矿化度下滴灌湿润锋形状相似,均为1/4椭圆形,湿润锋随着时间增大而增大;滴头流量越大,水平湿润锋推进越快,随着矿化度增大,水平湿润锋最大推进距离先减小后增大,垂直湿润锋最大推进距离先增大后减小;不同微咸水矿化度和滴头流量下土壤湿润锋均可采用椭圆方程拟合,并在分析微咸水矿化度、滴头流量和时间对椭圆方程参数A和B的影响基础上,建立了微咸水矿化度和滴头流量耦合条件下滴灌土壤湿润锋动态变化模型,并采用试验数据进行验证,结果表明训练集模型的MAE和RMSE分别为0.390和0.549,验证集模型的MAE和RMSE分别为0.438和0.635,表明模型有较高的计算精度,可以用于微咸水矿化度和滴头流量耦合下的湿润体动态模拟。     

滴灌条件下斥水土壤水盐运移试验研究

通过室内滴灌入渗的三维水盐运移试验,分析了斥水和亲水土壤在相同滴头流量下的湿润锋变化规律,研究了轻微斥水土壤的湿润锋随时间变化规律、含水率的三维空间分布特征以及不同斥水度土壤中含盐量和Cl-浓度分布特点。结果表明,在相同的滴头流量(0.07mL/min)下,亲水土壤与轻微斥水土壤的水平、垂直湿润锋与入渗时间具有良好的幂函数关系;亲水土壤与轻微斥水的土壤含盐量与距滴头距离符合良好的二阶多项式关系;虽然定量结果不同,但总体上轻微斥水的土壤在入渗中仍与亲水土壤具有相似的水分、盐分分布特征。在轻微斥水的农田中,滴灌灌水技术仍可为作物创造有利的水盐环境。     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

一维代数模型在重度盐碱土微咸水灌溉中的适用性

为了验证一维代数模型对微咸水在重度盐碱土入渗的适用性,以重度盐碱土为研究对象,设置不同矿化度水平(2,3,4,5 g/L)的微咸水进行室内垂直一维积水入渗试验.利用湿润锋和入渗率、湿润锋和累积入渗量之间的关系推求模型参数,对入渗历时和土壤剖面含水率进行数值模拟,采用符合度指数和均方根误差评价模型适用性.结果表明,入渗历时的均方根误差RMSE均小于6.7 min,入渗历时模型的符合度指数D均超过0.99;含水率的均方根误差RMSE小于3.5%,含水率模型的符合度指数D均在0.90以上;说明一维代数模型能够有效地描述微咸水在重度盐碱土中的入渗过程,对入渗结束后土壤剖面上水分分布情况具有较高的模拟精度.     

膜孔直径对微咸水膜孔灌土壤水盐氮运移分布影响

通过室内不同膜孔直径膜孔灌单点源微咸水入渗试验,分析了相同灌水时间下膜孔直径对微咸水膜孔灌土壤水、盐、硝态氮运移分布影响,结果表明:膜孔直径越大,相同入渗时间的累积入渗量越大;相同入渗时间,湿润锋运移距离随膜孔直径的增大而增大;灌水结束时,膜孔直径越小,相同位置的土壤含水量越小;土壤硝态氮含量随着距离膜孔中心距离增大而减小,随着膜孔直径的增大而增大,而土壤含盐量则相反。以上研究结果可以为合理利用微咸水进行膜孔灌灌溉提供理论依据。     

加氧微咸水溶氧量对土壤水盐运移特征的影响

利用微纳米发泡器对微咸水进行加氧处理,并对加氧微咸水入渗条件下的土壤水盐运移特征及对入渗模型参数影响开展了研究。结果表明,在微咸水不同溶氧量入渗条件下,入渗时间相同时,累积入渗量和湿润锋深度随溶氧量增加先增加后减小,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时累积入渗量和湿润锋深度最大。相比于其他处理,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时能加快水分入渗,增加土壤体积含水率。此外,相比于不加氧处理,不同加氧水平入渗均能提高灌溉水脱盐效率。同时,利用现有入渗模型对入渗过程进行了定量分析,结果显示代数模型和PHILIP模型都能准确描述加氧微咸水入渗过程,而且模型参数与微咸水溶氧量存在函数关系。PHILIP模型中吸渗率随着微咸水溶氧量的增加呈先增加后减小的趋势,最大值出现在14. 0 mg/L,代数模型中综合形状系数则呈现相反的规律,最小值出现在14. 0 mg/L,且代数模型可较好描述加氧微咸水一维垂直入渗条件下的土壤含水率分布。     

阿拉尔灌区微咸水滴灌对土壤水盐分布影响的试验研究

利用不同矿化度微咸水对试验地进行灌溉,同时采用滴灌的灌水方式,分析了灌溉前后土壤水盐运移及盐分离子的分布状况。研究结果表明:微咸水灌溉对含盐土壤具有淋洗作用,这一作用随着灌溉水矿化度的提高而上升,这为干旱区节水农业技术提供了依据。     

不同矿化度水淋洗重度盐碱土的水盐运移特征

通过室内土柱试验探讨了不同矿化度水淋洗重度盐碱土的水盐运移特征。结果表明,微咸水和咸水的入渗速率要明显高于淡水入渗。在灌水淋洗后土壤盐分含量均大幅下降,以淡水和微咸水的脱盐效果较好。3个处理淋洗后土壤的Na^＋、Cl^-、SO4^2-、K^＋、Mg^2＋、Ca^2＋含量下降,CO3^2-、HCO3^-含量有所上升,土壤...     

微咸水微润灌溉下土壤水盐运移特性研究

为探明土壤水分和盐分在利用微咸水进行微润灌溉条件下的运移情况,采用室内土箱模拟试验方式,设置2.0、2.5、3.0、3.5、5.0 g/L 5种不同矿化度处理,以蒸馏水处理作对照,共入渗72 h。结果表明:入渗结束时在不同方向上的最大运移距离随矿化度增大呈先增大后减小趋势,在3.0 g/L处理下达到最大值,且微咸水处理的湿润锋运移距离均大于蒸馏水处理;将累积入渗量代入Kostiakov入渗公式,入渗系数随矿化度的增大呈先增大后减小趋势,入渗指数不断减小;土壤电导率以微润带为轴心向四周不断增大,在湿润锋处达到最大值,脱盐区与湿润体形状相关,呈圆环状分布;入渗结束后土壤剖面平均含盐量与蒸馏水处理之间无显著性差异,脱盐半径随矿化度的增大呈线性递减趋势;利用微润灌进行灌溉,土壤盐分存在表聚和底聚现象,且表层积盐更为严重。