深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗数值模拟

为探讨深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗特性,采用Hydrus-2D软件,建立深层坑渗灌双灌水器条件下的土壤水分运动模型,并通过机理试验对比分析,推求模型参数.结果表明:水平、垂直向上以及垂直向下3个方向湿润锋的拟合结果和实测结果的误差分别为1.28％,3.73％和4.04％,观测点土壤含水量拟合结果与实测结果的平均误差为9.1％,说明所建模型模拟的湿润锋和土壤含水量精度较高.在此基础上,采用该模型分析了湿润体内的土壤水分运动过程,结果表明,随入渗时间的增加,土壤水分运动速度逐渐变慢.     

渗灌土壤水分运动数值模拟软件设计方法研究

数值模拟是认识渗灌条件下土壤水分运动规律的重要方法之一,其可为渗灌工程的实施提供理论指导。为降低渗灌条件下土壤水分运动数值模拟研究的成本,在渗灌条件下土壤水分运动数值模拟软件的设计方法上进行了探讨,分析了软件实现的功能,提出了一种渗灌条件下土壤水分运动数值模拟软件的开发模型,并采用面向对象的方法和迭代-增量式的开发过程实现了该软件。本软件能够应用于渗灌条件下土壤水分运动数值模拟,能够模拟土壤初始条件、灌水压力、渗灌管特性和计算区域边界条件对土壤水分运动的影响,能模拟渗灌条件下土壤水分的再分布过程。软件运行可靠、操作方便,具有一定的通用性。     

土壤容重对深层坑渗灌入渗特性影响的试验研究

为了揭示土壤客重对深层坑渗灌入渗量的影响规律,通过室内均质土模拟试验,采用非线性回归法对试验数据进行分析;建立了以土壤容重为参数深层坑渗灌的Kostiakov和Philip改进模型,并进行了验证.结果表明:入渗时间相同时,入渗量随着土壤容重的增大而减小;Kostiakov入渗模型和Philip入渗模型都适用于模拟深层坑深灌的入渗过程,相关系数均在0.99以上;建立的2个改进模型计算精度均很高,效率系数分别为99.7%和99.9%.相比较而言,深层坑渗灌的Philip模型具有一定的理论依据,计算精度较高且模拟效果好,可作为计算深层坑渗灌入渗量的有效模型.     

一维非均质条件下农田土壤水分运移模拟及应用

为了定量化描述一维非均质条件下土壤水分的运移过程,采用Richards方程的基质势形式阐述了一维多层质地下土壤水分的运移过程,根据田间实际情况设定了土壤水分运移模型模拟方程的定解条件,以各层粒径组成和容重为输入参数借助传递函数给出了模型参数的初始值,利用数值差分法求解了模型的数值解,最后采用田间实测的各层土壤含水量与参数敏感性分析对模型参数进行了校正和模拟效果评价。结果表明,模型参数敏感性主要受土壤水力特征参数α和n的影响,参数α值越大,土壤进气值越低,含水量越少;n值减小,土水势降低,土壤吸力增大,含水量增加;在调整数值模型精度时,α和n引起的误差范围为10%～30%;模拟值和测量值的变化过程比较吻合,表明研究构建的基质势方程能够实现对田间一维多层质地土壤水分运移过程的准确模拟。     

基于地表温度—植被指数特征空间的荒漠化草原表层土壤含水量反演

【目的】研究地表温度-植被指数特征空间的荒漠化草原表层土壤含水量反演状况。【方法】以2014年和2015年的3期MODISL1B数据构建地表温度Ts-植被指数NDVI的特征空间,拟合出特征空间的干、湿边方程,计算温度植被干旱指数(TVDI)。对TVDI与同期野外不同深度的实测土壤含水量数据进行回归分析,建立TVDI估测土壤水分的模型,并对模型进行验证。【结果】TVDI与各层实测土壤含水量数据都有一定程度的相关性,相关系数在0.5以上。TVDI模型对研究区0~10cm、0~20cm、0~30cm深度的土壤含水量反演相对误差均不大,且相对误差随着土壤深度的增加而增大。TVDI模型的土壤含水量遥感反演中,3期0~10cm深度的土壤含水量反演值与实测值的相对误差平均值均在10%左右。【结论】TVDI模型可以更为准确地反映研究区内土壤表层0~10cm深度的含水量空间变异特征及分布状况。     

不同林分配置对土壤水分物理性质的影响

【目的】探讨不同林分配置对土壤水分物理性质的影响,以期为人工林的可持续经营与管理提供理论依据。【方法】以西柳沟3种造林树种纯林与混交林土壤水分物理性质为研究对象,采用常规方法对0～30 cm土层土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度和土壤崩解量进行测定,并构建土壤崩解量与土壤水分物理性质的回归模型。【结果】(1)不同林分配置的土壤容重和土壤孔隙度差异显著。沙棘×柠条、山桃×柠条、沙柳×柠条混交林相较于山杏、油松纯林能够显著降低土壤容重,增加土壤总孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度。(2)不同林分配置的土壤含水量和崩解量差异显著。沙柳×柠条、油松×柠条、山桃×柠条混交林相较于山杏、柠条纯林能够显著增加土壤含水量,减小土壤崩解量。(3)不同林分配置未能改变土壤性质垂直分布特性,土壤孔隙度、崩解量随土层深度增加而降低,土壤容重、含水量随土层深度增加而增加。(4)本研究通过岭回归分析得到土壤崩解量与土壤含水量、容重、毛管孔隙度的方程:Y(土壤崩解量)=0.033 8-0.004 9X1(土壤含水量)+0.071 6X2(土壤容重)-0.000 2X3(土壤毛管孔隙度),且上述3个变量可以解释因变量的85.37%。【结论】相较于山杏、油松、柠条纯林,沙棘×柠条、山桃×柠条、沙柳×柠条、油松×柠条等混交林更有利于改善土壤水分物理性质,提高水源涵养能力。     

滴头间距对双点源交汇入渗影响的模拟研究

【目的】研究滴头间距对双点源滴灌土壤水分入渗的影响。【方法】应用HYDRUS 3D软件,在滴头间距分别为10,20,30和40 cm时,对湿润峰交汇时间、交汇面土壤含水量、湿润峰运移速率和湿润体的形状变化进行模拟研究,并进行试验验证。【结果】湿润峰交汇时间随着滴头间距的增大呈指数级增加,湿润峰运移速率与滴头间距之间呈幂函数关系;随着滴头间距的增加,湿润体形状依次从1个近似半球体向近似半药囊形、半花生壳形及2个分离的近似半球体转变,湿润体内高含水量区域也从2个逐渐转化为1个。以土壤剖面含水量、湿润峰运移距离及总入渗量为指标进行验证试验,结果表明,土壤含水量、湿润峰运移距离及总入渗量的模拟值与实测值均具有较好的一致性。【结论】滴头间距对双点源滴灌土壤水分入渗影响显著,土壤水分三维数值模拟模型能较准确地反映双点源入渗条件下粘壤土的水分运动规律。     

小麦生育期内田间土壤水分动态变化过程及其模型模拟

【目的】田间土壤水分状况是灌溉管理的基础,土壤水分的动态变化过程是灌溉预报的重要依据。【方法】通过监测冬小麦田间不同深度土壤含水量和气象数据,分析了小麦生育期内田间土壤水分动态变化过程及其对降水和作物需水量的响应情况,采用土壤水量平衡模型对土壤含水量变化过程进行模拟。【结果】小麦全生育期内,根系主要活动层(0～50 cm)中各层土壤含水量为12.00%～34.53%,方差为5.74～34.05。20 cm土壤含水量与冬小麦根系主要活动层(0～50 cm)土壤含水量相关性最好,相关系数为0.96。20和40 cm深度土壤含水量对降水和作物需水量的响应存在12 h滞后。拔节期后冬小麦田发生轻旱和中旱。旬尺度内,土壤水量平衡模型模拟最大误差小于10%。【结论】在降水和作物需水量共同影响下,土壤深度对土壤含水量变化过程存在影响,且随深度的增加影响减弱;20 cm深度土壤水分与根系主要活动层土壤水分变化过程最接近,可作为土壤水分监测的代表深度;在降水频率P=25%的水文年型下,冬小麦田需要进行补充灌溉,小于1旬时间尺度的水量平衡模型可很好的模拟土壤水分动态变化过程。     

干热河谷沟壑区表层土壤含水量的变化

【目的】研究干热河谷沟壑区表层土壤水分的变化特征。【方法】通过使用农业环境监测仪,测定沟壑区不同土壤类型(燥红土和变性土)、不同季节(旱季和雨季)、不同草本盖度、模拟浇灌条件下的表层土壤含水量。【结果】不同环境条件下,干热河谷沟壑区表层土壤含水量的变化规律具有差异性。燥红土表层土壤含水量小于变性土,二者含水量的变化幅度均较小,变性土含水量按幂函数微弱的衰减,而燥红土大体上呈波动性稳定;雨季土壤含水量大于旱季;高盖度草地区的表层土壤含水量高于低盖度草地区,随光照强度呈现同步变化;模拟灌溉条件下燥红土与变性土的土壤水分呈幂函数下降,尤其是在初期燥红土的衰减速度更快。【结论】研究结果不仅揭示了干热河谷沟壑区土壤水分动态变化规律,也能为区域生态恢复提供科学指导。     

基于正交试验的玉米最优产量渗灌技术组合分析

【目的】研究不同作物渗灌土壤水分状况与产量效应,为渗灌推广应用提供技术参考。【方法】基于正交试验设计,以渗灌玉米产量为敏感性分析指标,研究渗灌灌溉下播种深度、渗灌埋深、灌水频次和灌水定额对玉米产量影响的敏感性,观测不同处理下土壤水分状况。【结果】渗灌与膜下滴灌土壤水分分布有所不同。渗灌耕作层土壤含水率低,中下层土壤含水率渐增;膜下滴灌耕作层土壤含水率较高,中层土壤有所下降,下层含水率增高。4 200 m³/hm²渗灌定额玉米产量达9 905.56 kg/hm²。渗灌玉米平均产量9 485.10 kg/hm²,比膜下滴灌高出12.7%。【结论】对渗灌玉米产量影响最为显著的是播种深度,其次为灌水频次、渗灌埋深,影响最小的是灌水定额。播种深度20 cm,渗灌埋深30 cm,灌水定额600 m³/hm²,灌水频次7次为渗灌玉米高产最优参数组合。     

不同土壤水分调控技术对土壤含水量和鸭梨果实品质的影响

以13、20和30年生鸭梨为试材,分别在辛集市新垒头、泊头市苗圃场和曲阳县寺南庄梨园,研究了覆膜、定期浇水和对照3种不同土壤水分调控技术对土壤含水量和鸭梨品质的影响。结果表明,土壤含水量以定期浇水最高,对照和覆膜较低;平均单果重以定期浇水最大,覆膜次之,对照最小;果肉硬度则正相反;可溶性固形物、总糖含量和糖酸比以对照最高,覆膜次之,定期浇水最低;可滴定酸含量以定期浇水最高,对照和覆膜较低;Vc含量以覆膜最高,对照次之,定期浇水最低;果实淀粉和果皮叶绿素含量均表现为对照>定期浇水>覆膜。     

土壤相对含水量对阿月浑子幼苗水分参数的影响

对不同供水处理阿月浑子苗木水分参数的测定结果表明,随着土壤相对含水量的降低,Ψπ100、Ψπ0、RWC0、RO WC0和εmax均呈下降趋势,束缚水与自由水比值Va/Vs逐渐提高;严重干旱胁迫(土壤相对含水量为20%)条件下,Ψπ100、Ψπ0增加幅度较小,而RWC0、RO WC0下降幅度较大,说明苗木在干旱胁迫条件下细胞吸水能力的增加小于细胞保水能力的增强,因此,阿月浑子抗旱性以耐旱性为主。     

盐渍土冻胀性的试验研究

在室内采用低温冰箱对扰动盐渍土和洗盐后盐渍土的冻胀性进行了研究。结果表明,扰动盐渍土和洗盐后盐渍土在温度高于-4℃时的冻胀率变化最大,在温度低于-4℃时,其冻胀率趋于稳定。冻胀率不但与温度有关,而且与含水量、易溶盐含量、粉粒含量有很好的线性关系,可用线性方程初步估算盐渍土的冻胀率。     

秸秆深施对土壤蓄水能力的影响

对耕地进行秸秆深施,可提高土壤的入渗速率,增加土壤蓄水空间和能力,提高降水的利用率,是缓解干旱半干旱地区农田的水分匮乏的有效措施。将厚度为8cm的大豆秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆分别深施于宽5cm、深28cm的沟中并回填土壤,研究其蓄水效果。结果表明,秸秆深施后,地表下0～20cm的土壤含水量比对照地提高了0.5%～2.0%,深度越接近秸秆深施处土壤含水量越大,反之越小,深施玉米秸秆和水稻秸秆的蓄水效果与对照地有显著差异(P0.05),而深施大豆秸秆的蓄水效果无显著差异(P0.25)。     

秸秆深施还田历经时间对蓄水效果的影响

在实验室人工控制降水条件下,对黑龙江省黑土耕地土壤深施3种不同作物秸秆,研究其蓄水效果及土壤含水量随历经时间的变化规律.结果表明,秸秆深施初期在各深度土层上大豆和玉米秸秆的蓄水效果显著(P＜0.05).秸秆深施9个月在距离秸秆深施较近15和20 cm土层处玉米、水稻和大豆秸秆有显著效果.秸秆深施22个月仅玉米秸秆在20 cm土层处有效果.随着深施秸秆历经时间的延长各种秸秆蓄水效果整体呈下降趋势.在水平方向上,随着距秸秆深施处距离的增加,土壤含水量逐渐减小.     

农田水分与土壤氮素矿化的试验研究

水肥是影响农业生产的重要因素。在室内及田间试验的基础上，依据氮素矿化机理，分析了农田水分对土壤氮素矿化的影响关系；考虑温度和水分因素。建立了农田单氮源矿化模型，田间试验与模型结果相吻合，为制定农业节水灌溉与科学施肥提供了依据。     

基于指数滤波法的中国区域深层土壤水分估算

微波遥感技术已经可以实现区域尺度表层土壤水分的观测,但是与生态、水文和农业等领域更密切相关的是深层土壤水分,如何实现由表层土壤水分估算深层土壤水分仍是亟待解决的科学问题。本研究利用中国区域2 121个土壤水分观测站点的多层土壤水分数据(统计数据未含港、澳、台地区。下同),基于10 cm土壤水分,应用指数滤波法分别估算20、30、40和50 cm深度的土壤水分。结果表明：1)随着土壤深度的增加,指数滤波法的估算精度逐渐下降,NSE(纳什效率系数)中值对应4个深度分别为0.76、0.54、0.39和0.28,R²(决定系数)中值分别为0.86、0.73、0.64和0.59,RMSE(均方根误差)中值分别为0.023、0.027、0.028和0.028 m³/m³;2)由2 121个土壤水分站点率定得到的站点最佳T值(表征土壤水分从表层运移至深层的时间)的中值估算深层土壤水分具有可行性,尤其估算浅层(如20 cm)土壤水分时,估算结果与用最佳T值相比,93%的站点NSE差值<0.05,82%的站点RMSE差值<0....     

番茄中番茄红素含量对各生育阶段土壤水分的响应

【目的】研究不同生育阶段不同土壤含水率对番茄红素含量的影响,为番茄节水优质生产提供依据。【方法】以"农城种业906"番茄为供试材料,采用五元二次通用旋转组合设计,通过盆栽试验建立番茄红素含量与不同生育阶段土壤水分间的数学模型,并对各单一因素及两两因素的耦合效应进行分析。【结果】在供试条件下,当其他因子为中间水平时,番茄红素含量随始花结果期、果实生长初期和果实品质形成期土壤含水率的增加呈先减少后增加的趋势,与果实快速膨大期土壤含水率呈正相关关系,而苗期土壤含水率对其影响不大。交互效应表现为,苗期土壤含水率与果实生长初期、品质形成期土壤含水率,以及果实快速膨大期土壤含水率与果实品质形成期土壤含水率间存在显著的负交互效应;始花结果期土壤含水率与果实生长初期、果实快速膨大期土壤含水率,以及果实生长初期土壤含水率与快速膨大期土壤含水率间存在显著的正交互作用;通过寻优得出各生育阶段土壤含水率为苗期土壤含水率50%θf~60%θf,始花结果期、果实生长初期、果实快速膨大期和品质形成期土壤含水率均为90%θf~100%θf时可得最大番茄红素含量(146.43μg/g)。【结论】苗期适当亏水,番茄生长中期以及成熟采摘前期土壤水分充足有利于番茄红素含量的增加。     

土壤水分剖面实时测量传感器试验研究

该文探讨了一种基于介电原理的、可实时测量土壤水分剖面分布的套筒式结构土壤水分传感器.由于麦克思维尔方程对边缘电磁场分布求解的局限性,研究过程中采用了以下技术路线:①借助于超高频矢量网络分析仪与有机标定液体相结合的办法分析传感器的高频特征参数;②根据获取的高频特征参数优化电路结构设计;③实验室环境下应用不同容积含水率的土样进行相关检验;④进一步分析套筒壁厚的影响;⑤针对一个由三种不同含水率构成的土柱进行穿层试验.试验数据统计分析表明,该传感器归一化频偏指数与土壤容积含水率之间呈线性关系.      

土壤剖面硝态氮含量的快速测试方法

为缩短分析时间提高时效，建立了田间条件下土壤剖面硝态氮含量测定的方法，主要包括1：1土水质量比快速浸提土壤硝态氮，Merck反射仪进行浸提液硝态氮快速定量及酒精灼烧法快速测定土壤水分，根据土壤容重换算土壤硝态氮含量。将该方法与实验室常规的0．01mol／LCaCl2溶液1：10土水质量比浸提、连续流动分析法比较．结果表明，田间快速法与实验室常规法测定的土壤硝态氮含量具有极显著的相关性，2种方法测定表土层(0～30cm)和底土层(30～90cm)土壤硝态氮质量分数(mg／kgN)的相关系数分别为0．96和0．92，按不同层次土壤容重换算表土层和底土层土壤硝态氮含量(kg／hm^2N)的相关系数为0．93和0．92。