沼液穴灌入渗影响因素分析及数值模拟研究

通过试验研究了不同沼液配比、穴孔直径和土壤容重对沼液穴灌入渗的影响,并采用COMSOL Multiphysics软件对入渗过程进行了数值模拟。试验设置了3个沼液配比(沼液∶水体积比为1∶4、1∶6、1∶8)和1个对照组CK(纯水),3个穴孔直径(3、5 cm和7 cm)和2个土壤容重(1.35 g·cm-3和1.45 g·cm-3)。试验结果表明:在相同时间内入渗速率、累积入渗量和湿润体体积随穴孔直径的增大而增加,随土壤容重和沼液含量的增加而减小;水平入渗距离与垂向入渗距离的比值随穴孔孔径增大而减小,湿润体形状随穴孔直径的增加逐渐由水平轴大于垂直轴的椭球体趋向于水平轴小于垂直轴;当土壤容重较大时,可增加穴孔直径和降低沼液含量来提高单位时间土壤累积入渗量;所有处理均呈现湿润锋初始阶段运移速度较快,后期逐渐变慢,并且运移速度逐渐趋于稳定的趋势;采用COMSOL Multiphysics软件能够较准确实现沼液穴灌技术中湿润锋运移和湿润体内土壤含水率变化的模拟。     

土壤容重对浑水一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

通过开展室内浑水一维垂直入渗试验,设置了4个土壤容重水平(1.30、1.35、1.40和1.45g/cm3),观测不同土壤容重影响下浑水入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的变化特性.结果 表明:浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随土壤容重的增加而减小,而落淤层厚度随土壤容重的增加而增大;落...     

覆膜开孔条件下植物混掺对土壤蒸发的影响

为探讨覆膜开孔条件下植物混掺对土壤蒸发规律的影响,测定了不同植物混掺物(玉米叶和玉米芯)、土壤容重(1.35 g·cm~(~(-3))和1.40 g·cm~(~(-3)))、膜孔直径(2、4 cm和6 cm)在植物混掺比例为1%时的土壤水分扩散率、土壤水分特征曲线和土壤累计蒸发量。结果表明:相同土壤容重条件下的土壤水分扩散率呈现1%玉米芯纯土1%玉米叶;纯土及同种植物混掺物相同混掺比例处理中,土壤水分扩散率均表现为土壤容重1.35 g·cm~(~(-3))处理高于1.40 g·cm~(~(-3))处理;低吸力阶段,各处理土壤含水率下降较快,土壤水分特征曲线较陡,随土壤水吸力逐渐增大,曲线呈现变缓趋势;在相同土壤水吸力下,各添加植物混掺物处理的土壤含水率均高于纯土处理;不同土壤容重的土壤累计蒸发量呈现1%玉米芯1%玉米叶纯土;各处理土壤累计蒸发量随膜孔直径变化呈现出6 cm4 cm2 cm的规律;相同膜孔直径条件下,各处理土壤累计蒸发量均表现为土壤容重为1.40 g·cm~(~(-3))的处理高于1.35 g·cm~(~(-3))处理。     

不同残膜量对土壤水盐运移及棉花生长发育的影响

为了研究不同残膜量对棉田土壤水盐运移及棉花生长的影响,通过大田试验设置150 kg·hm^-2（T1）、230 kg·hm^-2（T2）、465 kg·hm^-2（T3）、857 kg·hm^-2（T4）、1 250 kg·hm^-2（T5）、1 640 kg·hm^-2（T6）以及原位土512 kg·hm^-2（CK1）和无残膜（CK2）等8个残膜量梯度,测定棉花全生育期土壤体积含水率、灌水后盐分变化动态、株高、茎粗、叶面积产量。结果表明：随着残膜量的增加,0～60 cm剖面土壤体积含水率逐渐减少,其中0～20 cm土壤体积含水率减少幅度最大;花铃期随灌水后天数的增加土壤含盐量逐渐增多,且残膜量越多盐分分布越不均匀;棉花各生育期株高、茎粗、叶面积以及产量均表现为随残膜量的增加逐渐减小,且在残膜量为150 kg·hm^-2时达到最大;当残膜量大于857 kg·hm^-2时,棉花株高、茎粗、叶面积和产量下降幅度...     

咸水灌溉对土壤水盐分布及设施番茄产量和品质的影响

为探明咸水灌溉对土壤水盐分布及设施番茄植株生长、产量和品质的影响,本试验以南疆地区设施番茄为研究对象,设置4个灌溉水矿化度,分别为2 g·L^-1（T1）、4 g·L^-1（T2）、6 g·L^-1（T3）和8 g·L^-1（T4）,并以淡水灌溉为对照（CK）,开展同一灌水定额条件下设施番茄适宜灌水矿化度的研究。结果表明：不同生育期阶段土壤含水率基本表现为20～60 cm土层较高,表层及深层土壤含水率相对较低,土壤含水率随着灌水矿化度的增大逐渐增加;0～80 cm土层平均土壤含水率在生育期内逐渐降低,且深层土壤降幅显著;生育期初始阶段土壤含盐量主要积聚在0～40 cm土层,随着生育期的推进土壤盐分呈累积趋势且向深层土壤运移,生育期末主要积聚在0～60 cm土层;灌水矿化度小于4 g·L^-1时0～20 cm土层整体呈脱盐状态,其中CK处理平均脱盐率达27.79%,T1处理平均脱盐率达17.07%;灌水矿化度2～4 g·L^-1促进了番茄植株生长,株高和茎粗相较CK分别...     

灌溉水矿化度对棉田土壤呼吸速率的影响

为探究不同灌溉水矿化度对棉田土壤呼吸速率的影响,设置了4个灌溉水矿化度,分别为0.85 g·L^-1(CK,当地灌溉水矿化度)、3 g·L^-1(S1)、5 g·L^-1(S2)和8 g·L^-1(S3),在新疆进行了膜下滴灌棉花大田试验。在棉花生育期,每月采集两次土壤呼吸速率值(R_s),并同时监测土壤温度(ST)、含水率(SWC)、电导率(EC)、硝态氮含量(NO₃^--N)、铵态氮含量(NH₄⁺-N),运用通径分析研究了灌溉水矿化度下土壤参数对土壤呼吸速率的影响。结果表明：微咸水灌溉(S1和S2)在一定程度上提高了土壤含水率、电导率和铵态氮含量;咸水灌溉(S3)显著增加了土壤水分和盐分,并降低了土壤硝态氮含量;灌溉水矿化度的增加会减弱土壤呼吸速率。土壤的水分和温度与呼吸速率的相关性,随灌溉水矿化度的增加而呈减弱趋势。通过运用二次函数式来表示0～10 cm的土层温度对土壤呼吸速率的响应(R^...     

长期咸水滴灌对灰漠土理化性质及棉花生长的影响

为揭示长期咸水滴灌对灰漠土物理化学特性及棉花生长的影响,研究了咸水灌溉11 a后土壤盐分、容重、水力特性、棉花耐盐生理特征及产量。试验设置3个灌溉水盐度水平:0.35 dS·m~(-1)(淡水)、4.61 dS·m~(-1)(微咸水)和8.04 dS·m~(-1)(咸水)。研究表明:与淡水灌溉相比,微咸水和咸水灌溉显著增加土壤容重、盐分、pH值和土壤含水量,显著降低土壤孔隙度、全氮和有机质含量;土壤饱和导水率在微咸水和咸水灌溉处理下分别较淡水处理降低45%和60%,体积含水率随着灌溉水盐度的增加而增大;与淡水灌溉相比,微咸水和咸水灌溉显著降低棉花叶面积、叶水势、气孔导度、叶绿素含量和干鲜质量比,其中叶水势分别较淡水处理下降43.34%和63.46%;微咸水和咸水灌溉显著增加棉花叶片相对电导率和丙二醛含量,同时SOD、POD和CAT活性也显著增加,脯氨酸含量分别较淡水灌溉增加69.52%和212%;棉花总生物量在微咸水和咸水灌溉处理下分别较淡水灌溉处理降低14.15%和32.88%;籽棉产量分别较淡水灌溉降低12.6%和25.7%。综上所述,长期的微咸水和咸水灌溉显著增加土壤盐分含量、降低土壤养分含量,土壤水分的可利用性也显著下降,导致棉花生物量和产量降低。     

微咸水与生物炭协同作用对盐碱土入渗特征及水盐运移的影响

为研究添加生物炭条件下微咸水矿化度对盐碱土水盐运移的影响，采用一维垂直土柱入渗试验，研究了微咸水灌溉并施用生物炭对盐碱土水盐运移特征及其对Philip和一维代数入渗模型参数的影响，并对入渗模型的适用性进行了评价。本研究设置淡水对照CK(0 g·L^-1)及4种微咸水矿化度水平(2、3、4、5 g·L^-1)与施用玉米秸秆生物炭(5 t·hm^-2)组合试验方案。结果表明：使用微咸水灌溉或施用生物炭均会增加土壤水分入渗速率及土壤含水率，提高土壤保水能力，且微咸水和生物炭协同作用下效果更好。灌溉微咸水并施用生物炭降低了土壤含盐量，在0～30 cm深度内的平均含盐量比初始含盐量降低了34.75%～74.00%,具有良好的盐分淋洗效果。Philip入渗模型能够较好模拟微咸水和生物炭协同作用下的土壤水分入渗情况，灌溉微咸水或施用生物炭会使吸渗率S增加，且两者结合使用时S增幅更大；由代数模型计算而得的土壤各层理论含水率值与实测值之间的平均绝对误差与均方根误差均小于2.2%,表现出一维代数模型较好的适用性。综上所述，使用微咸水灌溉并配施生物...     

微咸水矿化度对重度盐碱土壤入渗特征的影响

通过微咸水室内一维垂直入渗试验,分析了淡水以及4种不同矿化度(2,3,4,5 g·L~(-1))微咸水对重度盐碱土壤累积入渗量、湿润锋运移深度、土壤含水率、入渗历时、入渗速率的影响。结果表明:累积入渗量、湿润锋运移深度、土壤含水率随微咸水矿化度的增加呈现增大的趋势,但与淡水相比,2,3,4,5 g·L~(-1)微咸水的累积入渗量、湿润锋运移深度随入渗时间的变化差异较小;同一土层,土壤含水率大小比较:淡水5 g·L~(-1)3 g·L~(-1)2 g·L~(-1)4 g·L~(-1);在微咸水灌溉条件下,累积入渗量与湿润锋运移深度呈线性关系。采用Kostiakov模型,Philip模型和Green-Ampt模型模拟微咸水入渗过程,结果显示,Kostiakov模型可以更好地描述重度盐碱土入渗率与入渗时间的关系。     

适用不同粒径含盐砂壤土水分扩散率的通用模式

针对土壤盐分较重的砂壤土确定土壤水分扩散率D（θ）的问题,采用室内非稳定流水平土柱法对新疆石河子121团灌区膜下滴灌棉田不同粒径砂壤土水分扩散率及土壤盐分运移进行了研究。结果表明：粒径为1.0~2.0 mm的砂壤土水分扩散率最大,而且变化比较迅速,其次是0.5~1.0 mm的砂壤土,最小的是<0.5 mm的砂壤土,随着土壤粒径的减小,土壤水分扩散率逐渐降低;随着土壤含盐率的增大土壤水分扩散率减少。得出以土壤体积含水率为变量而且还考虑土壤含盐率的综合通用模式,该通用模式较为符合实际情况,并能够较好地反映同一容重、相同水平距离情况下粒径不同时含盐砂壤土的土壤水分扩散率的变化。     

黄土塬区土地利用方式对土壤主要理化性质的影响

通过对陕西长武4种典型土地利用方式下0~500 cm土层土壤主要理化性质分析,以明确土地利用方式对土壤理化性质的影响。结果表明：农田、果园土壤有机质、全氮含量显著高于荒地和刺槐林地,土壤粘粒含量与土壤容重呈显著负相关关系,与土壤饱和导水率呈显著正相关关系;农田0~100 cm土层土壤容重达1.44 g·cm^-3,显著高于同深度荒地（1.27 g·cm^-3）、果园（1.38 g·cm^-3）、刺槐林地（1.32 g·cm^-3）土层;400~500 cm土层土壤含水量为刺槐林地（86 g·kg^-1）<果园（113 g·kg^-1）<荒地（152 g·kg^-1）<农田（165 g·kg^-1）;果园和刺槐林地0~500 cm土层土壤平均饱和导水率分别为0.37、0.36 mm·min^-1,显著高于农田（0.25 mm·min^-1）和荒地（0.23 mm·min^-1）。退耕还林（草）导致土壤容重降低、饱和导水率增加,有助于降水入渗,但退耕后深层土壤有干燥化的倾向。     

咸淡混合水喷灌对土壤水盐运移及小麦、玉米产量的影响

探究不同矿化度咸淡水混合喷灌对冬小麦、夏玉米生长及产量的影响,并通过监测土壤水盐分布状况来选择适宜矿化度的咸淡水灌溉方式。在河北低平原地区开展大田灌溉试验,研究了淡水畦灌、淡水喷灌、2 g·L^-1和3 g·L^-1咸水与淡水混合喷灌对小麦、玉米生长及土壤水盐运移的影响。结果表明：与淡水喷灌相比,连续两年灌溉后,小麦收获时2 g·L^-1和3 g·L^-1矿化度咸淡混合水喷灌处理的根层（0~40 cm）土体含盐量平均分别增加了17.8%和42.7%,0~100 cm土体含盐量平均分别增加了32.9%和74.3%,玉米收获时根层土体含盐量平均分别增加了40.3%和86.9%,0~100 cm土体含盐量平均分别增加了39.0%和88.9%,且3 g·L^-1矿化度咸淡混合水喷灌处理的盐分累积已超出小麦和玉米生长的盐分阈值。2 g·L^-1矿化度处理的冬小麦产量较淡水喷灌处理降低了9.8%~11.4%（差异不显著）,但3 g·L^-1矿化度处理比淡水喷灌处理的产量显著降低了25.0%~25.9%（P<0.05）;2 g·L^-1矿化度处理的夏玉米单株穗粒质量和产量较淡水喷灌处理分别降低了5.1%~10.4%和6.6%~10.5%（差异不显著）,3 g·L^-1矿化度比淡水喷灌处理的百粒重、单株穗粒质量和产量分别降低了18.6%~22.4%、18.2%~25.9%和14.7%~15.3%（P<0.05）,3 g·L^-1矿化度对冬小麦和夏玉米的产量构成因素影响显著。因此,咸淡混合水矿化度不大于2 g·L^-1的喷灌模式用于该地区冬小麦-夏玉米田间灌溉是可行的。     

微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄产量的影响

为探明微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄生长和产量的影响,通过大田小区试验,设置灌水矿化度和灌水定额两个因素,其中3个灌溉水矿化度水平分别为S1:1 g·L~(-1)、S2:3 g·L~(-1)和S3:5 g·L~(-1),3个灌水定额分别为W1:305 m~3·hm~(-2)、W2:458 m~3·hm~(-2)和W3:611 m~3·hm~(-2),来进一步寻求适宜本地区加工番茄生长的微咸水膜下滴灌灌溉制度。结果表明:覆膜微咸水滴灌条件下土壤含水量垂直方向的变化趋势表现为0～20 cm土层随深度增加含水量逐渐降低、20～100 cm土层随深度增加含水量逐渐增大、60～100 cm范围内土层剖面含水量最大的分布规律;土壤含盐量随着灌水矿化度的增大而增加,且随着灌水量的增加土壤盐分逐渐向水平距滴灌带35 cm处聚集。灌水矿化度超过3 g·L~(-1)时加工番茄株高、茎粗均受到一定程度的抑制作用,但对产量影响不大。本文通过试验得出:灌水定额为611 m~3·hm~(-2)、矿化度为1 g·L~(-1)处理为本地区最佳微咸水膜下滴灌处理,加工番茄生长健壮且产量最高,达到127 613.2 kg·hm~(-2);同时认为,在我国淡水资源比较缺乏的新疆地区可以考虑采用灌水定额458 m~3·hm~(-2)和灌水矿化度3～5 g·L~(-1)的微咸水对盐分中等敏感的加工番茄进行灌溉。     

干旱区平原水库坝后排水沟对下游农田土壤水盐运移的影响

干旱区平原水库的渗漏会抬高坝后农田地下水位,使土壤发生盐渍化,许多土地因此减产甚至弃耕。坝后设置排水沟是一种有效控制农田地下水位的措施。本研究采用排水沟调控坝后农田的地下水位,并利用HYDRUS模拟出在不同地下水位和深度的条件下土壤含水率与含盐量的变化情况,将实测数据与模拟数据相互对比,检验出模拟值的可靠度。研究结果表明:地下水位通过排水沟从1 m降到3 m,表层含盐量相差1.49～33.19 g·L~(-1),因此排水沟遏制地下水位越深,水盐运移越不明显,次生盐渍化越不容易发生,反之,则容易发生土壤盐渍化;地下水位相同时,土体种植植物可以降低含水率和含盐量,其中含水率最大变化为6.33%,含盐量仅相差0.08～4.56 g·L~(-1)左右,而且随着土层深度增加其影响的程度也逐渐减小。设置排水沟是解决坝后农田土壤盐渍化的较好方式。     

石羊河流域制种玉米咸淡水轮灌模式 的SWAP模型模拟

为了探究石羊河流域制种玉米的咸淡水轮灌模式,利用2014年田间试验观测资料对SWAP模型进行了参数率定和验证,模拟了不同咸淡水轮灌模式下的土壤水盐平衡,并筛选出了较优的咸淡水轮灌模式,预测了较长时期土壤盐分动态变化及制种玉米产量。结果表明：SWAP模型率定与验证过程中,土壤含水量的均方误差(RMSE)值在0.05 cm³·cm^-3以下,平均相对误差（MRE)值在15%以下;土壤含盐量的RMSE值在4.2 mg·cm^-3以下,MRE值在25%以下;制种玉米产量的RMSE值在380 kg·hm^-2以内,MRE值在10%以下,率定和验证后的SWAP模型可用于研究区咸水与淡水灌溉的模拟与预测。3.0 g·L^-1微咸水条件下采用2次淡水、1次咸水和1次淡水、2次咸水的轮灌方式以及6.0 g·L^-1咸水条件下采用2次淡水、1次咸水的轮灌方式为研究区制种玉米的较优轮灌模式,这3种较优咸淡水轮灌模式下的土壤盐分累积量较少,并且能够提高制种玉米的产量。3种较优轮灌模式模拟预测结果显示,在模拟期内土壤含盐量增幅不大,能够达到平稳,不会造成土壤盐渍化,制种玉米减产幅度较小,制种玉米产量能够保持平稳。     

生物炭一次性施入对灌耕风沙土土壤性质及玉米产量的影响

以新疆主要低产土壤灌耕风沙土为研究对象,通过2015—2018年的田间定位试验,研究了生物炭不同添加量(0、22.5、67.5、112.5、225.0 t·hm~(-2))对土壤性质及玉米产量的影响。结果表明:生物炭于2011年一次性施入后,可明显降低土壤的容重,与初始土壤容重1.48 g·cm~(-3)相比,8 a后土壤容重降低至1.18～1.24 g·cm~(-3);施用生物炭后可以明显增加土壤中全氮、有机质及速效钾的含量,对土壤碱解氮的含量影响不明显,与对照相比,8 a后全氮、有机质及速效钾含量分别增加了14.42%～49.43%、22.02%～74.25%、1.27%～18.64%;随着定位试验的延续,一次性施用生物炭6 a后,土壤增碳、钾效应达到最大,随后逐年减弱,67.5 t·hm~(-2)的生物炭施用量最适宜;施用生物炭可以明显提高玉米产量,提高了9.4%～35.5%。     

陕西省农田土壤物理障碍评价

为了探明陕西省农田土壤物理障碍状况,2013年在全省选取了228个调查点,对1100多块地的农田土壤紧实度进行了调查,从土层厚度、土壤容重和紧实度几方面评价了农田土壤物理障碍状况。结果表明:(1)陕西省农田土壤耕层厚度平均为17.3 cm,其中陕北地区耕层较薄,平均为14.4 cm;全省犁底层平均厚度接近20 cm,其中陕北、关中和陕南犁底层厚度平均为14.5、18.1 cm和20.1 cm。(2)全省耕层土壤容重平均为1.25 g·cm-3,其中陕北耕层土壤容重平均为1.35 g·cm-3,容重偏大;全省犁底层土壤容重平均为1.49 g·cm-3,陕北、关中和陕南地区犁底层容重都明显偏大,影响作物根系生长。(3)陕西省农田耕层土壤紧实度平均为781 k Pa,犁底层紧实度平均为2901 k Pa。全省耕层土壤紧实度尚合适,但犁底层土壤紧实度过大,形成明显的障碍层。     

长期施用有机肥对松嫩平原西部盐碱土壤肥力和玉米产量的影响

依据施用有机肥（腐熟牛粪）年限的不同,共设置4个不同处理,分别为：施用有机肥13 a（13A）、19 a（19A）和24 a（24A）,以未施用有机肥的盐碱土作为对照（CK）,采集各处理0～20 cm和20～40 cm的土壤样品,测定土壤养分、物理性状和盐碱性质,旨在探明长期施用有机肥措施下苏打盐碱土壤的肥力状况及其促进玉米产量提升的机制。结果表明：与CK相比,施用有机肥显著提高了0～20、20～40 cm土层的土壤有机质、全氮、速效养分含量和土壤田间持水量（P<0.05）,显著降低了土壤容重和土壤密度（P<0.05）,显著增加了0～20 cm土层的土壤孔隙度（P<0.05）。0～20 cm土层中,土壤有机质、全氮以19A处理最高,分别达39.31 g·kg^-1和1.30 g·kg^-1;土壤碱解氮、速效磷、速效钾均以24A含量最高,较CK分别提高了89.31%、81.07%和107.64%,土壤孔隙度以24A含量最高,较CK提高了54.56%,各处理土壤容重和土壤密度平均较CK下降率达31.91%和6.29%,处理间不显著。...