立体种植农田不同生育期及土壤水分的根系分布特征

在立体种植农田中,作物根系分布是影响作物间水肥竞争及利用效率的首要因素。针对滴灌条件下番茄套种玉米立体种植农田设置高(T1)、中(T2)、低(T3)3个土壤水分处理,研究不同水分处理对立体种植农田不同位置土壤含水率、作物根系分布的影响,探讨立体种植农田根系在不同生育期生长发育特征。结果显示:立体种植农田番茄侧土壤含水率平均值显著低于玉米侧,膜内土壤含水率明显高于膜外土壤含水率,膜内不同位置土壤含水率无明显差异;随着生育期的推进作物间根系呈"不交叉—轻度交叉—完全交叉—轻度交叉"规律;随着土壤含水率的增加根系总量呈增长趋势,在0~30 cm的滴灌湿润区,作物根系分布最密集,约占总根系的60%~70%,且高水分处理根量显著大于低水分处理,根长密度、根表面积密度、根体积密度以及根重密度均呈现T1T2T3的趋势,而在非滴灌主要湿润区则正好相反;累积根系分布曲线分析显示随着土壤含水率增加根系向土壤下层生长,随着生育期推进根系向作物中间发展。立体种植农田作物在不同生育期根系分布变化明显,同时土壤水分对根系分布影响较大。     

滴灌条件下砂壤土水分运动规律研究

采用多通道土壤水分自动测定系统,对风干砂壤土在滴灌条件下的水分入渗和水分再分布过程进行了模拟测定试验。根据测定结果,分析了在滴灌条件下湿润峰的运移速率、特征点的土壤含水率变化过程、湿润体内土壤水分的分布以及停止灌水后湿润体内水分的再分布等土壤水分运动特征。揭示了在点源供水条件下,湿润体内土壤含水率的分布从中心向外逐渐减小,含水率剖面具有三角形形状特征。供水停止后土壤水分再分布过程中,土壤湿润峰面不断向外部推移,湿润层土壤含水量开始有所增加,后期湿润体内的土壤含水量普遍降低,高含水区逐渐下移,最后达到相对稳定。     

番茄盛果期根系层土壤水分变化规律研究

为了解温室番茄根系层土壤水分变化规律与根系之间的关系,采用TREME水分传感器测定了番茄盛果期根系层距植株不同水平距离不同土层的土壤含水率,同时测定了番茄盛果期不同阶段根的长度及数量,研究了土壤含水率在水平方向及竖直方向随时间的变化规律。同时根据番茄根系层土壤含水率等值线分布图及根系层土壤含水率低值区,分析了根系层土壤含水率变化规律与番茄根系分布间的关系。结果表明:番茄盛果期由于耗水量较大,根系得到较大发展,总根数及最长根长度均呈递增趋势,根系吸水范围扩大,主根系长度主要集中在5~20cm。盛果期0~30cm土层土壤含水率变化明显,地表以下15~25cm距植株0~10cm范围内最易出现土壤水分低值区,且随时间的推移,土壤水分低值区向外逐渐扩展。根系密集分布区易形成土壤水分低值区,根系的分布范围与土壤水分的明显变化区域具有较好的一致性,番茄根系附近的土壤水分状况可作为确定灌水量和灌水时间的依据。     

滴灌土壤水分空间分布对N_2O排放的影响规律研究

N_2O排放具有明显的水分效应,开展滴灌土壤水分空间分布对N_2O排放的影响规律研究,探索通过灌溉调控或调节土壤水分分布特征来减少温室气体排放具有十分重要的意义。通过土箱模拟点源入渗,采用静态暗箱-气相色谱法对不同水分分布条件下的土壤N_2O排放进行了取样测定和分析。结果表明,当土壤含水率低于田间持水率(壤土)的80%,土壤N_2O排放通量与土壤含水率成正相关关系;相同的土壤含水率条件下,垂向非均匀分布土壤N_2O排放通量高于垂向均匀分布,越接近田间持水率的80%差异越明显;土壤N_2O排放通量是随着土壤水分的再分布过程而动态变化的。通过调节土壤水分分布特征是可以达到降低土壤N_2O排放量的目的。     

密植枣林地深层土壤水分垂直变化与根系分布关系

采用根钻法(洛阳铲)及干燥法分层获取枣林深层根系的细根干重密度和土壤水分数据,利用有序聚类法对深层土壤水分数据进行垂直分层,划分为3层,即强耗水层(2.0 ～4.4 m)、弱耗水层(4.4～5.0 m)和微弱耗水层(5.0～7.0m).该分层结果能较好地反映出深层根系吸收利用土壤水分的特征,其中强耗水层内,不同土层枣林的细根干重密度波动较大,但土壤水分并未随根系波动而改变,土壤含水率低且较为稳定;弱耗水层内细根干重密度连续减少,土壤含水率呈现增加趋势;微弱耗水层内5.0m以下土层未发现细根,土壤含水率显著提高.     

初始含水率对涌泉根灌土壤渗透特征的影响

为探索初始土壤含水率对涌泉根灌过程中湿润锋运移和土壤水分分布的影响,合理确定灌水技术参数,配置了5种不同初始土壤含水率,采用室内土箱模拟试验方法,研究了土壤初始含水率对涌泉根灌均质土壤水分扩散的影响.结果表明：涌泉根灌条件下,初始含水率对湿润体形状的影响不大,对其大小有明显影响;土壤表面湿润时间与初始含水率呈递减关系,土壤表面湿润半径、湿润体水平与垂直距离的增长速度均随着土壤初始含水率的增大而增大;土壤初始含水率越大湿润体内水分分布越均匀;试验拟合的根据土壤初始含水率计算地表湿润半径、最大湿润体水平半径与垂直深度的经验公式,计算值和实测值之间误差较小,整体误差分别为0.63%,0.4%,0.83%和0.59%,0.12%,0.73%,可用经验公式推算涌泉根灌土壤水分渗透参数,作为涌泉根灌系统设计依据.     

黄土丘陵区红枣经济林根系分布与土壤水分关系研究

为明确半干旱黄土丘陵区不同年龄无灌溉旱作矮化修剪密植枣林的根系分布范围与其土壤水分的空间关系,利用根钻法测定枣林株间不同深度的根系分布、枣树主干就近位置的根系量,并采用土钻取土和中子仪定位测定结合了解不同年龄的枣林10 m深度的土壤水分。结果表明:随着树龄增加,1、3、5、12 a枣树根系最大深度年平均增值在减小,12 a枣林垂直根系达520 cm。枣树株间100 cm处向下的根系深度较浅,枣林的垂直根系最大和最小值之差先增加后减小,12 a枣林垂直根系之差只有180 cm。研究区枣树株间水平根系在枣林3 a时开始交汇,枣树水平根系延伸无法确定,所得到的水平方向根系实际是枣林多株树汇集的根系。枣林垂直根系对土壤水分的垂直变化作用显著,但矮化修剪密植枣林株间根系深度差异并没有造成土壤水分因此而波动。随着枣树树龄的增加根系深度和土壤水分干层均增加,0~2 m土层的土壤水分年内变化幅度也增加,而且根层范围的土壤水分随着树龄增加在降低,但是土壤干层深度稍大于测得的根系深度。     

黄土半干旱区枣林深层土壤水分消耗特征

黄土区人工经济林普遍出现利用性土壤干层,制约着植被的恢复与重建。为了准确计算黄土半干旱区密植高产枣林(Ziziphus jujube Mill.)深层土壤(2 m以下)水分消耗量,采用根钻法(洛阳铲)分层获得从地表到细根分布最大深度范围内的土壤含水率。结果表明:枣林深层土壤水分消耗是一个逐渐加深、逐渐向下的过程。2、4、9和12 a生枣林深层土壤水分消耗量分别为0、29.6、149.9和155.7 mm,可再供水量分别为203.7、167.7、35.5和29.7 mm;枣林生长第9年后,2~4 m土层几乎没有可利用的水分,现有降水和滴灌已经不能满足枣树的耗水需求,枣林吸收土壤水分有向深处延伸的趋势。以降水入渗最大深度为上界、细根分布最大深度为下界计算的深层土壤水分消耗量,能更准确地评估林地利用性土壤干层的程度和深度。     

荒漠草原植被覆盖对土壤水分的影响

以希拉穆仁草原为研究对象,通过对不同植被覆盖下土壤水分进行测定,研究了荒漠草原植被覆盖对土壤水分的影响,结果表明:植被覆盖度与土壤水分之间具有显著的相关关系,尤其是10 cm深度范围内土壤水分随植被盖度呈二次抛物线性趋势增加(R2=0.904 9);由于根系层分布的差异使得土壤剖面不同深度上对这种影响的水分响应不尽相同,灌丛植被覆盖的土壤水分含量在剖面0～40cm范围内明显大于其他植被类型,以坡顶土壤含水量最低;荒漠草原植被覆盖状况变化不仅影响土壤水分含量大小,而且显著影响土壤水分的空间分布,退化较轻的河滩草甸植被有利于维持相对均匀的土壤水分空间分布.     

层状红壤水分入渗特征试验与模拟

认识土壤结构对土壤水分运移影响是提高土壤水分利用效率和控制面源污染的重要基础.以容重为1.35和1.55 g/cm³的均质土及其组成的上松下紧层状土壤结构为对象,采用室内土柱恒定水头水分入渗试验和模型模拟相结合的方法,分析不同土层结构的水分入渗过程及水分再分布特征.结果表明,上松下紧的层状土壤积水入渗速率过程可明显分为上层入渗阶段和下层入渗阶段; 与均质土相比,层状土轻微降低了上层的入渗速率和提高了下层初始速率,但对下层的稳定入渗率影响不大.层状土壤可显著提高上层土壤含水量,且水分再分配过程在界面处发生了突变.采用HYDRUS-1D模型模拟层状土壤入渗水分再分布,直接组合均质的土壤水力参数模拟效果较差,需要对进气吸力进行参数优化.研究成果可为红壤地区土壤水分管理和污染防治提供理论支撑.     

微咸水水质对压砂地土壤入渗性能的影响

为研究土壤容重以及供水水质对土壤水分垂直入渗性能的影响,以香山地区不同容重(1.35、1.45 g/cm3)的土壤为研究对象,通过室内土柱一维垂直入渗试验,选择供水水质为影响因子,设置4种不同电导率的供水水质(0、2.5、5.0、7.5 mS/cm)对土壤入渗时间、入渗率,盐分分布特征以及含水率分布特征进行研究,并用P...     

温室内节点渗灌条件下土壤水分运动规律的试验研究

通过温室内的渗灌试验，研究温室条件下采用节点渗灌时土壤中的水分运动规律，主要包括灌水结束时土壤含水率的分布、灌水结束后土壤水分再分布过程，即土壤湿润锋的运移及湿润区内的土壤含水率分布状况。试验结果表明，入渗过程中土壤含水率的分布是以渗灌管为中心向外逐渐减小，并且随着灌水历时的增加其重心逐渐下移。在土壤水分的再分布过程中，水分继续向外扩散，中心含水率减少，整个区域上的湿度梯度变缓。     

入渗、再分布和蒸发条件下一维土壤水运动的数值模拟

采用数值法求解非饱和土壤水分运动的Richards方程可采用不同的初始和边界条件,实现复杂条件下水分运动过程的预测。在确定入渗、再分布及蒸发的初始和边界条件基础上,采用隐式差分格式列出差分方程,对垂直一维积水入渗、半无限土体再分布及半无限土体裸土蒸发的水分运动过程进行数值模拟,模拟结果与实测资料的比较表明,就入渗湿润锋、累积入渗量的时间变化趋势及入渗、再分布和蒸发的土壤含水率剖面而言,其实测值与计算值比较符合,说明采用的算法、水分特征曲线模型和其它参数都是合理的,该方法可用来描述水分运动特征。     

基于最大有效持水率的区域土壤墒情监测点布设方法

【目的】准确获取区域土壤墒情,有效提升农业用水管理水平,支撑现代农业发展。【方法】基于经典统计学和地统计学方法,以土壤最大有效持水率为关键参数,构建土壤墒情监测点的优化布设方法,并以北京市大兴区冬小麦田为例进行验证。【结果】试验区土壤最大有效持水率在土层深度为0～20、20～40、40～60、60～80 cm以及0～40、0～80 cm的均值都表现为中等程度变异;0～40、0～80 cm土层深度的空间区域合理监测数分别为6个和4个,且确定了监测点的位置坐标;优化布设点监测值与全区域61个监测点实测平均土壤墒情相比,误差均在10%以内。【结论】基于最大有效持水率的区域土壤墒情监测点布设方法能够在保证区域土壤墒情监测精度的情况下,大幅减少监测点布设数量。     

干旱内陆河灌区灌溉入渗系数的测定与计算

在深入分析灌溉水入渗和再分布过程的基础上,依据包气带水量平衡原理,提出了一种根据土壤剖面含水率和同步地下水埋深资料计算灌溉入渗系数的方法。应用事例表明,方法简单可行,易于推广应用。     

秸秆覆盖对土壤水分及夏玉米产量的影响

秸秆覆盖是减少棵间无效水分蒸发,提高根层土壤含水量及水分利用效率的有效途径,在北京大兴县的3年使用表明,覆盖秸秆3．0t／hm2,可有效保持表层土壤结构,使表层土壤含水量提高2％～11％,且越是干旱年份保水保墒效果越显著,夏玉米出苗率提高4％～13％;可使作物总干物质产量提高26％,籽粒产量提高20％。研究结果显示秸秆覆盖技术具有明显节水增产效果,在半干旱的夏玉米种植区,具有推广价值。     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

膜下滴灌棉田土壤水分空间变异规律研究

2009年,在新疆库尔勒包头湖农场智能化棉花膜下滴灌工程示范区,选择典型的一膜一管4行种植的棉花为试验区(共计20个测点),测定了各个采样点以及3个不同深度的土壤含水率。运用地统计学和经典统计学方法,分析了棉花4个生育期内土壤水分的空间变异特性。结果表明,土壤质地为砂壤土时,土壤含水率的空间变异性属于弱变异;随着棉花的生长,土壤水分的分布越来越趋于均匀化;在棉田主要生育期内,研究土壤含水率空间分布最好的半方差函数模型是球形模型;土壤含水率的大小基本上和该点与滴灌带的垂直间距成反比例关系;棉花行对棉田土壤水分的再分布起到了很大的影响,距离棉花行越远,受到的影响就越小。     

自组织神经网络在流域土壤水分含量空间模式识别中的应用

由于土壤水分含量受众多因素的影响，空间变异性很大，给土壤水分含量空间分布的研究带来了很大的困难。空间模式识别是处理土壤水分含量空间数据的方法之一，能够分析得到土壤水分含量空间数据的聚类结果。基于自组织特征映射和自适应共振理论的自组织神经网络模型在空间数据模式识别中得到广泛应用，针对澳大利亚tarrawarra试验流域土壤水分含量的观测数据，应用自组织神经网络，建立动态土壤水分含量的空间模式识别模型，并用半变异函数对识别结果进行检验，实例研究表明该方法是一种行之有效的方法。