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。     

Philip公式在三维入渗及参数测算中的应用

基于Philip公式,分析了Philip- Dunne入渗和单环入渗的三维动态过程,讨论了公式中的参数A与土壤饱和导水率ks的关系并据此建立了ks求算模型.结果表明:Philip公式在三维入渗的动态过程分析中仍然适用,其参数A与ks存在显著的幂级数关系,入渗实验方法及仪器规格会影响ks与A间的拟合关系及其精度；Phil...     

添加γ-聚谷氨酸条件下Philip模型与Green-Ampt入渗模型的对比分析

干旱加剧及土壤退化严重,使新型保水剂γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的应用在农田节水灌溉中开始暂露头角。基于室内垂直一维入渗试验,在分析了γ-PGA对土壤水分入渗能力的影响的同时还对Philip模型和Green-Ampt入渗模型进行对比分析。结果表明:与未施加聚谷氨酸的处理(对照组)相比,随着γ-PGA施量的增加,累积入渗量和入渗率均呈单调递减趋势;两个入渗模型的拟合结果显示:Philip公式中,吸渗率呈减小趋势,Green-Ampt公式中,饱和导水率、饱和导水率与土壤水吸力的乘积都呈减小趋势,但土壤水吸力无明显变化。Philip模型与Green-Ampt入渗模型的对比分析结果表明:利用模型参数互推关系计算的Philip模型计算参数与拟合参数的一致性较好,而Green-Ampt模型的计算参数与拟合参数的一致性较差;利用Philip模型计算参数计算的累积入渗量与实测累积入渗量之间的吻合程度高,均方根误差小于0.5,而利用Green-Ampt模型计算参数计算的累积入渗量与实测累积入渗量之间的吻合程度较差,均方根差均大于0.5。说明在添加保水剂的条件下采用Philip入渗模型确定入渗参数时较为精确。     

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。     

和田河沙漠地带河床入渗特征研究

和田河流域沙漠地带河床入渗特征直接影响洪水演进,实施科学调度,确保完成向塔里木河生态输水指标具有重要的意义.采用双环入渗仪对和田河上、中、下游3个河段进行入渗试验,计算河床沉积物入渗率,分析其变化规律并通过入渗模型分析沙漠地带河床的入渗特征机制.结果 表明:1)和田河上游段入渗率最大,中游段次之,下游段入渗率最小,平均...     

黄土高原生物结皮对土壤水分入渗的影响

利用圆盘入渗仪测量6种处理（无生物结皮、生物结皮、长芒草、长芒草＋生物结皮、柠条、柠条＋生物结皮）下水分的入渗特征,并进行对比分析。结果表明：①无论有、无植被,生物结皮的存在都会阻碍水分的入渗,无生物结皮的稳定入渗速率和累积入渗量均大于有生物结皮;植被的存在,加剧了生物结皮的阻水性。②Kostiakov模型对无结皮、长...     

深层坑渗灌田间单点入渗湿润锋分布特性及拟合模型研究

为了了解深层坑渗灌灌水后湿润锋的分布规律,通过大田原状土上的入渗试验,研究了不同灌水量和不同灌水器管径对不同深度湿润锋水平直径的影响。结果表明:在质地较粗的原状土壤条件下,水平湿润直径的最大值一般出现在深度约30~50 cm之间的土层,灌水器管径200 mm和灌水量30 L/次所达到的灌水效果比较好。此外,建立了具有明确物理意义的深层坑渗灌的单灌水器拟合模型。经过初步评价认为:该模型计算误差在10%以内,计算精度较高,是一种符合深层坑渗灌湿润锋分布规律的函数形式。     

不同滴头流量和灌水量下农田土壤湿润体特征及其估算模型

为了准确估算滴灌条件下农田土壤湿润体,利用亮蓝染色剂示踪技术分别在陕西杨凌(粘壤土)、甘肃武威(沙壤土)和宁夏盐池(沙土)3个试验站点开展了农田滴灌试验。试验设不同灌水量和滴头流量,研究不同土壤质地条件下灌水量和滴头流量组合对农田土壤湿润体的影响,进而探求不同土壤质地的土壤湿润体估算模型。结果表明:在相同的土壤条件下灌水后农田土壤形成的湿润体随灌水量的增加而增大,在相同灌水量下增加滴头流量能够显著增加水平方向的湿润距离,相较于小滴头流量(1.38 L·h^-1)而言,大滴头流量(3.0 L·h^-1)形成宽浅形湿润体。在相同的灌水量和滴头流量下,农田土壤湿润体的垂向湿润距离随土壤饱和导水率(K_s)的增加而增加,随灌水前土壤有效持水能力(Δθ)的增加而减小,而水平方向的湿润距离随土壤饱和导水率(K_s)和有效持水能力(Δθ)的增加而减小。在试验的基础上,利用土壤饱和导水率(K_s)、灌水前土壤有效持水能力(Δθ)、灌水量(v)和滴头流量(q)建立了湿润体垂直和水平方向湿润距离的估算模型(...     

蓄水坑灌法单坑入渗模型及入渗规律研究

根据果树生理特性与土壤水动力学理论,建立了非恒定水位复杂边界条件下的蓄水单坑均质土入渗运动的数学模型,并采用交替方向隐式差分法进行求解。经试验验证,模拟结果与实测结果吻合较好,表明利用该方法模拟蓄水单坑的水分入渗问题是可行的。用本模型模拟了不同条件下的单坑入渗过程,根据模拟结果分析了不同因素对入渗规律的影响,为蓄水坑灌理论与灌水技术要素的深入研究奠定了基础。     

一维代数模型在砂质盐碱土改良中的适应性研究

为探讨一维代数模型在砂质盐碱土改良过程的适应性,以PAM和旱地龙改良剂为材料,各设3种施量（PAM 0.01%、0.04%、0.08%;旱地龙75、150、375 g·m^-2）进行室内垂直一维积水入渗试验。结果表明,施加化学改良剂对砂质盐碱土起减渗作用;由试验实测资料推求出一维代数模型中的土壤水分运动参数：土壤饱和导水率K_s随着改良剂施量的增加呈先降低后升高的趋势,与对照处理相比,其平均降低比率PAM和旱地龙处理各为36.9%和35.71%;模型中综合形状系数α变化趋势随改良剂施量的增加均呈增大-减小趋势;而吸力系数β随改良剂的种类及施量的增加变化趋势不明显;模型适应性检验中PAM、旱地龙处理中最大相对误差分别为-4.66%、-9.81%,其余处理的相对误差均小于5%,表明使用该模型能够有效地描述改良剂施加条件下砂质盐碱土的入渗过程,且该模型在PAM施加过程中适用性较好。     

沼液预处理对小麦秸秆厌氧发酵产气特性的影响

以沼液预处理0、3、6、9 d的小麦秸秆为原料,以未经处理的小麦秸秆作为对照进行厌氧发酵,同时还研究了发酵液的pH值、挥发性脂肪酸(VFA)和总碱度的变化.结果表明,预处理后小麦秸秆的碳氮比下降到20～30:1;与对照相比,预处理后的小麦秸秆产气速率显著增大,产气高峰出现时间提前;随着预处理时间(0、3、6、9 d)的...     

生物炭配施沼液对番茄根区土壤养分环境的影响及评价

为探明施用生物炭对沼液灌溉时作物根区养分滞留量的影响，将生物炭的强吸附特性与沼液绿色有机的特点相结合，在2019年和2020年开展两季大田试验，设置1个当地常规化肥处理(CF)和4个沼液-生物炭处理(沼液浓度20%,T₀、T_0.5、T_1.0、T_2.0处理生物炭施用量分别为0%、0.5%、1.0%、2.0%,质量比),探求不同生物炭施加量配施沼液对番茄根区土壤养分环境的影响，并采用层次分析法(AHP)进行了评价。结果表明：灌溉沼液浓度为20%时，番茄根区0～60 cm土层土壤全氮、硝态氮、铵态氮、有机质含量以及0～40 cm土层土壤pH值随生物炭施加量的增加而逐渐增大，T_2.0处理土壤全氮、硝态氮、铵态氮和有机质含量均高于其他处理；层次分析法对生物炭配施沼液处理下番茄根区土壤养分环境质量评价的结果表明，各处理对根区土壤养分环境质量的影响表现为：T_2.0>T_1.0>T_0.5>T₀     

沼液不同施用方式对苹果园土壤及叶片养分和果实品质的影响

陕西目前苹果种植面积位于全国第一,但果园存在的最大问题是基础肥力低,有机肥肥源和施用不足。为探讨沼液作为有机肥在苹果上的合理施用技术,本试验采用叶面喷施、灌施、树干涂抹3种方式进行了沼液在铜川苹果园施用效果的研究,分析了3种施用方式和不同施用量对叶片和土壤养分含量及果实品质的影响。结果表明,幼龄果树和盛果期树每株分别灌施沼液30 kg、60 kg对叶片和土壤养分含量及果实品质影响显著,和对照相比,叶片氮、磷、钾含量分别增加15.66%、134.91%、45.83%(幼龄树)和5.59%、12.43%、28.65%(盛果期树),幼龄树和盛果期树的果实可溶性固形物分别增加了31.33%、27.38%,Vc含量分别增加了53.67%、50.92%。幼龄树喷施1∶2沼液和盛果期树喷施1∶1的沼液效果较好,树干涂抹沼液对叶片营养和果实影响较小。     

生物炭配施沼液对渗出液电导率、全氮含量及土壤理化性质的影响

为增加沼液中养分在土壤中的滞留量,提高沼液利用效率,采用室内土柱试验,设置不同沼液配比(沼液∶水(体积比)分别为1∶4、1∶6、1∶8)、生物炭混掺量(0.0%、0.5%、1.0%、2.0%(土壤质量分数))和生物炭混掺厚度(5、10、15、20 cm),探讨生物炭配施沼液对土柱渗出液电导率、土壤全氮、土壤容重、土壤水稳定性团聚体、土壤总孔隙度、pH值和土壤有机质的影响。结果表明:沼液配比为1∶8时,生物炭配施沼液对全氮淋失无明显作用,沼液配比为1∶6时,渗出液全氮淋失幅度为34.49%～66.79%,沼液配比为1∶4时,渗出液全氮淋失幅度为4.17%～71.67%,即生物炭配施沼液能有效地提高土壤中的全氮含量。随生物炭混掺量的增加,土壤>0.25 mm水稳定性团聚体含量、土壤总孔隙度和土壤有机质含量均有所增加,而随沼液配比的减小均逐渐降低,土壤>0.25 mm水稳定性团聚体较CK增加幅度为8.47%～31.99%,土壤总孔隙度增加幅度为0.76%～3.72%,土壤有机质增加幅度为4.83%～37.17%;土壤容重随土壤中生物炭混掺量和沼液配比的增大而逐渐减小,降低幅度为2...     

One-dimensional horizontal infiltration experiment for determining permeability coefficient of loamy sand

A knowledge of soil permeability is essential to evaluate hydrologic characteristics of soil, such as water storage and water movement, and soil permeability coefficient is an important parameter that reflects soil permeability. In order to confirm the acceptability of the one-dimensional horizontal infiltration method(one-D method) for simultaneously determining both the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand, we first measured the cumulative infiltration and the wetting front distance under various infiltration heads through a series of one-dimensional horizontal infiltration experiments, and then analyzed the relationships of the cumulative horizontal infiltration with the wetting front distance and the square root of infiltration time. We finally compared the permeability results from Gardner model based on the one-D method with the results from other two commonly-used methods(i.e., constant head method and van Genuchten model) to evaluate the acceptability and applicability of the one-D method. The results showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the wetting front distance, suggesting that it is more appropriate to take the soil moisture content after infiltration in the entire wetted zone as the average soil moisture content than as the saturated soil moisture content. The results also showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the square root of infiltration time, suggesting that the Philip infiltration formula can better reflect the characteristics of cumulative horizontal infiltration under different infiltration heads. The following two facts indicate that it is feasible to use the one-D method for simultaneously determining the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand. First, the saturated permeability coefficient(prescribed in the Gardner model) of loamy sand obtained from the one-D method well agreed with the value obtained from the constant head method. Second, the relationship of unsaturated permeability coefficient with soil water suction for loamy sand calculated using Gardner model based on the one-D method was nearly identical with the same relationship calculated using van Genuchten model.