压砂条件下水分一维垂直入渗试验研究

为研究压砂对土壤水分垂直入渗规律的影响,选取沙土和壤土这2种土壤作为研究对象,采用土柱试验模拟压砂条件下沙土和壤土的水分入渗垂直运动的影响规律,并分别设置2种土壤无压砂处理的对照试验,分析压砂对2种土壤的水分入渗垂直运动的影响规律.结果表明:压砂提高了包含砂层在内的土壤入渗能力,但抑制了砂层下土壤的入渗性能;通过函数拟合得到了累积入渗量随入渗时间变化的经验方程式,拟合程度较高;压砂条件对土壤初渗速率有较大影响,压砂条件下的沙土的初渗速率为不压砂的1.67倍,壤土为2.37倍,压砂对壤土初渗速率影响更为明显;稳渗速率均较小,且压砂对2种土壤的稳渗速率无明显影响;压砂对2种土壤的湿润深度随累积入渗量的变化均起到抑制作用,且对壤土抑制作用更强,2种土壤去除砂层影响后土层的湿润锋深度与累积入渗量的关系均近似呈线性规律.     

间歇组合灌溉下中度盐碱土壤入渗规律

为了进一步揭示咸淡水间歇组合灌溉入渗的影响机制与规律,在室内采用垂直一维积水入渗试验,研究了不同间歇时间、组合次序下的土壤入渗特征;基于实测资料探讨3种常规的入渗模型对间歇组合灌溉在中度盐碱土壤入渗规律的适用性.结果显示:在同一入渗时间下,累积入渗量从大到小依次为间歇组合灌溉(0 min),间歇组合灌溉(30 min), 间歇组合灌溉(60 min), 间歇组合灌溉(120 min),且它们之间的差异随时间的延长越来越具有统计学意义;在整个入渗过程,入渗速率分为初渗阶段和稳渗阶段,且与先咸后淡相比,先淡后咸先到达稳定入渗率;与Green-Ampt模型、Philip模型相比,Kostiakov模型能更加准确地描述间歇组合灌溉的入渗率变化特征,但在Kostiakov模型中,先淡后咸拟合精度低于先咸后淡,说明咸淡水组合次序对模型拟合精度影响较大.     

优先流影响下环式入渗仪内入渗过程可视化试验

提出了一种室内土壤入渗试验装置,可以直接观测入渗过程中水分在环内土壤中的运动过程。详细描述了该装置的构成、工作原理和试验方法与过程。该装置由可以拆分的土槽和入渗环及可以透视的有机玻璃板组成。将入渗环打击进入土槽内土壤后,用钢板将环内的土壤沿径向切分成两半,移去其中一个半环及其中的土壤。用有机玻璃板封闭和固定另一半环内的土壤,用于进行土壤水分入渗过程的可视化试验,观察环式入渗仪内的水分运动过程。用采自北京的粉壤土进行入渗过程试验,同时根据水量平衡原理计算得到土壤入渗性能曲线。剖切面的湿润过程直观地显示了入渗环内水分的入渗过程存在优先流,不仅影响初始入渗过程,而且对整个入渗过程均产生影响。根据土壤湿润体所指示的土壤入渗特征将整个入渗过程划分为3个阶段:初始入渗阶段、过渡阶段和稳渗阶段。     

容重对红壤区地下滴灌水分入渗能力影响研究

为分析红壤区容重对地下滴灌水分入渗能力的影响,采用室内试验模拟容重对红壤地下滴灌水分运动规律的影响。结果表明:随着容重的增大,湿润锋、累计入渗量及入渗率均逐渐减小,但容重越大,减小的幅度越小,且累计入渗量和稳渗率与容重均呈幂函数负相关关系;在灌水结束及重分布期间,容重对含水率的分布均有显著影响,灌水结束时间越长,容重的影响越弱,在灌水结束及重分布1 d,20 cm深度土壤含水率最高,而重分布3 d时,30 cm深度含水率最高。通过Kostiakov入渗模型表明,容重对土壤初渗率及入渗率的衰减速度均有显著影响,土壤初渗率随容重增大而减小,而入渗率的衰减速度随着容重的增大而增大。     

干缩开裂黄褐土非饱和水平吸渗特征研究

通过室内水平吸渗试验,结合Matlab数字图像处理与形态学算法,在黄褐土土壤中添加秸秆模拟不同生长期作物根系密度,对干缩开裂黄褐土中的非饱和水平吸渗及湿润锋推移特征进行研究。结果表明:不同秸秆密度处理裂缝稳定形态面积密度和裂缝平均宽度差异显著(p0.05),当秸秆密度由0 cm/cm~3增加到1.5 cm/cm~3时裂缝面积密度和裂缝平均宽度分别减小为1.73%、0.071 cm,随着秸秆密度增大土壤稳定形态裂缝面积密度与裂缝平均宽度显著减小。秸秆添加间接影响入渗过程历时,但土壤最终累积入渗量无显著差异。裂缝的存在导致入渗率发生波动现象,且在入渗前中期尤为明显;未开裂土和开裂土累积入渗量随时间的变化关系均符合Kostiakov经验入渗模型,其经验参数与秸秆密度有关,拟合方程达到显著水平。引入湿润锋均匀系数对水平吸渗不均匀性进行评价,土壤裂缝面积密度及裂缝平均宽度越大入渗初期的水分不均匀性特征越明显,均匀系数随着时间推移逐渐减小;根据湿润锋推进速率随时间的变化特征,开裂黄褐土土壤的水平吸渗过程可以分为3个阶段,即初始裂隙流阶段、稳渗基质流阶段和吸渗末期阶段。     

太行山低山丘陵区坡位对土壤渗透性能影响研究

【目的】探究太行山低山丘陵区坡位对土壤渗透性能的影响,模拟不同坡位土壤水分入渗过程并选择该研究区的最适模型。【方法】选择栓皮栎林、侧柏林及撂荒地的典型坡面,通过野外调查和室内分析相结合的方法,研究了该地区不同植被类型条件下土壤渗透性能的坡位差异,分析了Horton模型、Philip模型和Kostiakov模型对不同坡位水分入渗过程的拟合效果。【结果】3种林型不同坡位间的初渗率、稳渗率及平均入渗率总体均表现为坡上坡中坡下。在栓皮栎林坡上的稳渗率比坡中及坡下分别增加了29.41%和83.33%,在侧柏林分别增加了90.43%和67.29%,在撂荒地分别增加了20.00%和36.63%。Horton模型、Philip模型和Kostiakov模型对不同坡位水分入渗过程拟合的判定系数分别为0.90、0.74和0.96。【结论】不同植被类型下的土壤渗透性能具有显著的坡位差异。在整个入渗阶段,坡上的累积入渗量是最大的,体现了较好的入渗性能。Kostiakov模型和Horton入渗模型更适合研究太行山低山丘陵区坡面的土壤水分入渗过程。     

冻融土壤Philip入渗模型参数的BP预报模型

为提高季节性冻土区冬、春季储水灌溉的灌水质量和效果,在季节性冻土区冻融期间进行了大田冻融土壤的系列入渗试验,获取了自然冻融条件下的大量土壤入渗试验数据,拟合得到了不同冻融条件下的Philip入渗模型参数,建立了入渗模型参数与土壤基本理化参数间的BP神经网络的预报模型,实现了基于土壤体积含水率、黏粒含量、土壤密度、土壤温度以及灌溉用水水温等基本理化参数对Philip入渗模型参数稳渗率A、吸渗率S的预报。所得到的预测值与实测值之间相对误差的平均值控制在7%以内。研究表明,利用冻融土壤条件下土壤常规理化参数对Philip入渗模型参数进行预报是可行的,可为季节性冻融土壤灌溉技术参数的确定提供有力支撑。     

不同种植年限压砂地土壤水分入渗过程及模型分析

为探究不同种植年限对土壤水分入渗的影响,利用室内垂直一维土柱入渗试验分析了不同种植年限(2,5,10,20,30,40 a)压砂地土壤水分入渗速率、累积入渗量和湿润锋运移规律,借助4种入渗模型对土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性,通过一维代数模型及相关参数预测土壤剖面含水率分布特征.结果表明:随种植年限增加,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均减小,入渗时间为300 min时,5,10,20,30,40 a的累积入渗量相较于2 a分别减少了27.01%,43.32%,53.22%,54.79%和54.68%,湿润锋运移距离减小了24.84%,38.38%,48.56%,52.67%和54.00%.4种入渗模型的R²从大到小依次为Horton模型、通用经验模型、Kostiakov模型、Philip模型.入渗完成后同一深度土壤剖面含水率呈现出随种植年限增大而减小的趋势,一维代数模型拟合的不同种植年限土壤剖面含水率值与实测值间的MAE均位于0.48%~2.09%,RMSE为0.52%~2.13%,D均大于0.782,t检验P值均大于0.05,说明其可以较好地拟合不同种植年限压砂地水分分布状况.压砂地种植年限越长,水分入渗能力越差、土壤剖面含水率越低,建议通过加强农田管理、休耕等措施实现压砂地可持续发展.     

山东禹城地区土壤入渗特性的空间变异研究

在中科院禹城综合试验站102 m×52 m面积内选择样点,采用经典统计学和地质统计学方法,对土壤稳渗率和入渗经验指数的空间变异性进行研究.结果表明,土壤稳渗率和入渗经验指数均服从对数正态分布,表现出空间变异结构,但不是完全的随机变异,在一定范围内存在着空间相关现象.利用克立格最优内插估值法,绘制了土壤稳渗率和入渗经验指数的等值线图,可准确、直观地了解该地区农田土壤垂向透水性的空间分布规律.     

淡水与微咸水入渗特性对比分析

为了研究淡水与微咸水连续和间歇入渗特性的差异,采用矿化度1.33 g/L的淡水与矿化度3 g/L的微咸水,在黏质土壤条件下进行了一维积水连续入渗及间歇人渗试验.研究结果表明,采用微咸水入渗可以改变土壤的结构特性,从而增大土壤的入渗能力;利用一维代数人渗模型对试验资料进行处理,结果表明模型可以比较精确地描述微咸水入渗过程;人渗水为淡水时,间歇入渗减渗,而入渗水为微咸水时,间歇入渗增渗;间歇入渗的循环率不同,其减渗效果及增渗效果都略有差异.     

宁夏荒漠草原不同平茬方式柠条林带间土壤水分动态变化

分析宁夏荒漠草原不同平茬方式柠条林带间土壤水分动态变化,进而为该区域生态文明建设,畜牧业生产建设提供新的参考。选取未平茬带(WP)、隔一带平茬一带(G1P1)等5个柠条林带作为研究对象,对不同平茬方式下柠条林带间土壤水分变化进行了分析比较。结果表明:1)宁夏荒漠草原不同平茬方式对柠条林带间土壤水分影响差异显著(P<0.05),其中各月份G3P3土壤水分含量均高于其余平茬方式,G3P3柠条平茬方式对减缓土壤水分消耗具有明显的效果;2)土壤水分垂直方向上整体表现为先上升后降低的趋势,峰值出现在60～80cm。     

灌溉方式对宁夏枸杞园土壤碳库特征及枸杞生长的影响

通过3年田间定位的枸杞灌溉试验,分析了滴灌和漫灌2种灌溉方式对旱区枸杞园土壤活性有机碳库及枸杞生长的影响。结果表明,滴灌对土壤总有机碳含量影响整体呈现出提升的作用,碳库管理指数高于漫灌处理,尤其是0~10和10~20cm表层土壤中易氧化态有机碳含量显著增加,分别提高12.99%和18.67%,且在120~140cm土层易氧化态有机碳有明显累积,提高幅度达到38.17%。采用滴灌和漫灌两种灌溉模式,枸杞总产量无明显差异,但滴灌模式下水生产率较漫灌提高112.12%,且果实等级率也有所提高。因此,针对研究区域枸杞生产管理现状,通过滴灌模式,有利于土壤有机碳质量提升,培肥枸杞果园土壤,能够满足生长需求,对实现长期可持续生产提供科学依据。     

西北典型城区湖泊湿地水环境承载力研究

西北地区是我国典型的生态脆弱区,也是未来重要的经济发展区域。该区干旱少雨,水资源缺乏,少量的湖泊湿地是该区重要的生态系统和城市景观。针对西北典型城区湖泊湿地水环境承载力与城市发展关系问题,以宁夏回族自治区三个不同发展程度的城市湖泊湿地为研究区域,基于DPSIR模型,结合实验室水质测定结果,构建湖泊湿地水环境承载力评价指标体系,运用熵权法和水环境承载力综合指数法对三市城区湖泊湿地水环境承载力开展研究。研究结果显示:银川市的湖泊湿地水环境承载力大于中卫市,为基本可承载水平;石嘴山市承载力水平均小于两市,属弱可承载水平。限制石嘴山市水环境承载力的主要影响因素为湖泊湿地水质状况和环境治理水平,因此在未来的转型发展中,石嘴山市可从改善湖泊水质,提高城市植被覆盖度、提高工业废水处理能力等方面着手改善城市环境,提高城市湖泊湿地水环境承载能力。     

不同施N浓度下滴头流量对土壤水分运移的影响研究

针对宁夏中部干旱区枸杞滴灌施肥条件下,土壤水分分布规律不明确、灌溉施肥制度不完善等问题,开展了同一施氮浓度不同滴头流量的点源滴灌入渗实验。采用室内土箱模拟,设置施氮浓度(200、300、400、500mg/L)和滴头流量(0.3、0.5、0.7、0.9L/h)两因素,研究滴头流量对湿润体水平方向和竖直方向土壤水分分布的影响。研究结果表明:滴头流量是影响土壤含水率的主要因素。同一施氮浓度下,竖向含水率较水平方向高,随滴头流量的增大含水率逐渐增大,且含水率与滴头距离呈二次多项式;湿润体上部含水率等值线大体呈“U”字形分布,中部大体呈“屋脊形”,下部大体呈水平带状分布;滴头下方存在高含水区,且随滴头流量的增加,高含水区范围不断扩大。认为滴头流量与土壤含水率呈正相关关系,含水率的大小随着滴头流量的增大而增大,研究结果可为宁夏干旱区枸杞种植滴灌制度提供数据支撑。     

滴灌下不同灌水处理对马铃薯水氮运移及产量的影响

通过大田膜下滴灌试验,研究了不同灌水处理下马铃薯根区水分和硝态氮的运移规律以及不同灌水处理对马铃薯产量的影响,为宁夏干旱地区防止土壤中硝态氮淋移渗漏、提高土壤水肥利用效率提供理论依据。该试验以灌溉定额900、1 260、1 620 m^3/hm^2为变量,采用随机区组试验方法,试验结果表明:土壤含水率随着灌溉定额的增大而增加且随着土层深度的增加不断减少;随着灌水后天数的推移,各个处理不同深度土壤含水率不断降低;表层土壤(0～20 cm)含水率随着灌溉定额的增加而增大,30～40 cm土壤含水率不断降低,50～100 cm土壤含水率不断降低的幅度随着灌溉定额的增加而降低; 30～50 cm土层硝态氮含量低于0～20 cm土层的,60～100 cm土层硝态氮的含量在0.2 mg/kg基础上以0～0.11 mg/kg上下浮动;在该试验中,灌溉定额在一定范围内可以促进马铃薯产量的增加,但是当灌水量超过1 620 m^3/hm^2时,产量与灌水量呈负相关关系。试验条件下,灌溉定额为1 260 m^3/hm^2时,马铃薯产量最高,高达25.88 t/hm^2,不同深度土层含水率和硝态氮含量均为马铃薯生长发育对水分的最优需求。     

宁夏干旱风沙草原区紫花苜蓿地下滴灌水肥耦合试验研究

针对宁夏干旱风沙草原区紫花苜蓿地下滴灌灌溉制度、水肥协同效应不明确的问题。通过田间试验,对不同水肥组合下地下滴灌紫花苜蓿株高、土壤水分、产量及水分生产效率等指标进行综合分析,结果表明,处理D11条件下地下滴灌紫花苜蓿生长状况较好。研究提出了宁夏干旱风沙草原区苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度为:灌溉定额为3150m3/hm^2,灌水次数为12次,施肥量N为90kg/hm^2、P2O5为126kg/hm^2、K2O为108kg/hm^2。     

青海省民和县农村饮水安全评价指标体系研究

研究了青海省民和县农村饮水安全评价指标体系,以《农村饮水安全评价准则》(T/CHES18-2018)中的评价指标作为一级指标,结合民和县实际情况,选取、分析了影响民和县农村饮水安全的14个二级指标。运用层次分析法和熵权法得到各评价指标权重,运用模糊综合评价得到了民和县农村饮水安全状况。研究结果表明:①对民和县农村饮水安全评价影响较大的8个指标分别为水质净化与消毒设施(备)配套率、实际供水能力、水质达标率、自来水普及率、水源保证率、取水时间/距离达标率、水质监测能力和供水保证率;②通过模糊综合评价法计算,民和县农村饮水状况得分为76.1335,表明民和县农村饮水处于安全状态。同时,还提出了需要完善配套设施、强化水源保护等民和县农村饮水安全工程建设与管理方面的几点建议。     

基于DSSAT模型和正交试验相结合的春小麦灌溉模式优化研究

利用DSSAT模型模拟和田间试验相结合的方法,对宁夏引黄灌区春小麦节水灌溉模式进行了研究。采用4因素2水平L16(215)正交试验设计方法,筛选确定了适合宁夏引黄灌区DSSAT模型的春小麦品种宁春50号的10个生长参数和7个遗传参数;模拟了16种不同灌水情景的春小麦产量和灌水生产率,结合田间试验对DSSAT模型的适用性进行了评价。综合分析模拟和田间试验结果表明:(1) DSSAT模型对春小麦宁春50号产量模拟的相对均方根误差、绝对相对误差和平均误差分别为RRMSE=10.32%,ARE=9.79%,ME=2.23 kg,表明该模型模拟灌水效果较好;灌溉次数和灌溉时间对春小麦的产量和灌水生产率有显著影响。(2)宁夏引黄灌区春小麦的节水灌溉模式为降雨正常年份可控三水(A1B1C2D1)或控四水(A1B1C1D2),产量和灌水生产率分别为5 907 kg/hm^2、1.41 kg/m^3和6 102 kg/hm^2、1.45 kg/m^3,较完全灌溉(产量6 635 kg/hm^2,灌水生产率1.30 kg/m^3)减产幅度不大,但灌水生产率有较大的提高;降雨偏多年份可选择只灌2次水(A1B1C2D2),可获得较高的产量和灌水生产率(为6 368 kg/hm^2和1.93 kg/m^3)。研究结论可为宁夏引黄灌区春小麦的节水灌溉方案的决策提供依据和参考。     

尾菜与小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺的研究

文章对尾菜和小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺进行了研究,结果表明,第1级尾菜发酵后的沼液用作第2级发酵的接种物,对小麦秸秆进行喷淋和浸泡,有效地提高了产气率,缩短了产气周期。试验结果显示,在中温(35℃)发酵条件下,尾菜厌氧发酵最大负荷为3.2 kg·m^-3d^-1TS,容积产气率为2.72 m^3·m^-3d^-1;小麦秸秆厌氧干发酵启动时间加快至1～2 d,发酵周期缩短至40 d,小麦秸秆和尾菜沼液混合原料TS产气率达到334.26 mL·g^-1。     

SWAT模型在青铜峡灌区水循环的应用研究Ⅱ:模型应用

由于青铜峡灌区退水量大,对退水量的预测较难。在已有前期研究基础上,运用完善后的自然流域水文模型SWAT,设置不同情景模式,分析不同水管理措施对灌区水循环转化的定量影响。研究结果表明:不同灌水量下,实际蒸散量排序为高水灌溉>中水灌溉>低水灌溉,随着灌水量的增加实际蒸散量数值变大;根部区域渗漏的水量排序为高水灌溉>中水灌溉>低水灌溉,随着灌水量的增加根部区域渗漏水量值加大;地表径流对黄河的贡献量排序为高水灌溉>中水灌溉>低水灌溉,随着灌水量的增加贡献量值变大;地下径流对黄河的贡献量无差异,该值与灌水量的相关性不大。这可以为灌区进一步的节水灌溉发展提供科技支撑。