蓄水坑灌肥液入渗下土壤水氮运移特性试验研究

为探讨蓄水坑灌肥液入渗下土壤水氮运移特性,通过室内试验对湿润体内土壤水分、NH+4-N和NO3--N的运移分布规律及氨挥发特性进行了系统研究。结果表明,蓄水坑灌肥液入渗下土壤水分主要分布在20~80 cm深层范围,表层土壤含水率较低,土壤水分的扩散分布主要集中在前9 d,再分布过程中,深层土壤含水率的增幅大于表层;氨挥发主要发生在蓄水坑边壁界面,占氨挥发总量的72.41%,且最大日均氨挥发量出现在第7天,达34.08 mg/(m~2·d);NH+4-N主要分布在地表以下30~60 cm范围,再分布10 d内NH+4-N质量分数随时间的延长逐渐增加,且第7天增加较快,15 d后减小;NO3--N主要分布在土壤湿润锋边缘,再分布15 d内,土壤NO3--N质量分数均随时间的延长逐渐增加。蓄水坑灌肥液入渗下,可提高地表以下30~60 cm土壤水分和NH+4-N质量分数,减小土壤表层氨挥发损失,增强90~100 cm深层土壤的硝化作用。     

蓄水坑灌土壤水分分布特征研究

为了揭示蓄水坑灌条件下土壤水分分布特征,提高蓄水坑灌水分利用效率,本文利用TRIME-PICO IPH土壤水分测量系统,进行了蓄水坑灌与普通地面灌溉条件下果园土壤含水率分布对比试验,分析了不同灌溉方法下土壤含水率随垂向、径向的变化。结果表明：蓄水坑灌条件下,土壤水分主要分布在垂向40-160cm内,土壤含水率增量随深度呈先增大后减小的趋势,含水率增量最大值出现在坑底附近,且距离蓄水坑近处,含水率增量较大,然后沿坑两侧依次递减;地面灌溉条件下,土壤水分主要分布在垂向0-80cm内,土壤含水率增量随深度增大而减小,含水率增量最大值出现在地表,且沿各个径向距离增长幅度较为一致。研究结果将为蓄水坑灌法的田间推广提供科学依据。     

蓄水坑灌条件下复水对水氮运移规律的影响

为了明确灌后复水(降水)对土壤中水氮分布的影响以及选择合理的灌施方式,通过室内模型试验,研究了在蓄水多坑肥灌条件下不同降水量(30.624,37.334,43.56 mm)所对应单坑不同复水量(140.1,228.7,400.5 mm)和不同复水时间(灌后1,5,10 d)对土壤水氮运移的影响.研究结果表明:复水后土壤含水率增大,复水量为228.7 mm及以上时,30~80 cm深度范围内土壤含水率均达到田间持水率的80%以上,且复水量越大或复水时间间隔越短,复水后水分分布越均匀;硝态氮在湿润锋处积累明显,复水后坑壁附近土壤硝态氮质量浓度降低,硝态氮质量浓度峰值向远处推进,复水量越大或复水时间间隔越短,硝态氮推进越远且向深处迁移越明显;复水后铵态氮质量分数在近坑处降低,在距坑较远处增加,但变化幅度均不大,复水量越大,或复水时间间隔越短,对铵态氮质量浓度影响越大,复水后土壤铵态氮分布越均匀.     

蓄水坑灌体系温度对土壤氮素运移转化影响

通过研究体系温度对蓄水坑灌施条件下土壤水分及氮素运移转化的影响,明确蓄水坑灌土壤水氮时空分布特征,探究土壤水氮运移迁移转化机理,以期为水肥合理灌施提供理论基础。通过模拟构建蓄水坑灌模型,以大型控温箱精确控制土壤温度,采用克里克空间插值法分析了蓄水坑灌条件不同体系温度下的水分、硝态氮、铵态氮时空分布特征,结果显示7 h左右土壤水分、养分完成入渗进入再分布阶段,土壤水分随着时间的推移其垂向和径向迁移距离均逐渐增大,同一时刻,温度越高其横向与径向迁移距离越大,且靠近蓄水坑壁区域的土壤含水率相对越低;土壤中铵态氮含量在不同温度下随时间推移均呈现先增后减的现象,低温下第15 d时土壤养分再分布核心区出现下降趋势,中、高温第10 d时已出现下降趋势,且其迁移距离远低于水分、硝态氮的迁移距离;土壤中硝态氮含量在10℃下第10 d时出现增高现象,而20、25、35℃下第5 d时已出现增高现象,由蓄水坑周边至湿润体边缘呈现"低-高-低"的分布态势。表明再分布阶段温度升高能提高水分的再分布速率,提高脲酶活性加快尿素水解转化为铵态氮,同时促进硝化反应进程抑制铵态氮在土壤中的积累,当土壤含水量过高时,会抑制土壤中氮素的硝化作用。     

蓄水坑灌条件下果树水分测定探头布设优化研究

为了在准确把握土壤墒情信息的前提下,简化土壤剖面水分的测量,减少传感器的埋设数量,对蓄水坑灌果园水分测点优化布设进行研究。结果表明:不过坑且距离果树30cm处监测点(b30)的体积含水率和整个试验区10个监测点体积含水率的加权平均值有着显著的相关性,并且两者之间的关系可用线性公式表示,进一步利用相同处理的不同果树的相关数据进行验证,结果表明所建立的线性公式具有较高的预测精度。因此,可以利用b30测点的体积含水率来估算蓄水坑灌条件下整个果树周边土壤的含水率情况。     

蓄水坑灌条件下苹果树蒸腾速率预测模型对比研究

为了实现对蓄水坑灌苹果树蒸腾速率(WSPIT)的定量监测,研究基于遗传算法(GA)、列文伯格算法(LM)和附加动量算法(AM)优化的三种BP神经网络模型,建立了以气温、大气相对湿度、光辐射强度和饱和水汽压差为输入,以蓄水坑灌苹果树蒸腾速率为输出的GA-BP-WSPIT模型、LM-BP-WSPIT模型和AM-BP-WSPIT模型,对苹果树蒸腾速率进行预测,并采用实测数据对模型进行率定和验证。结果表明GA-BP-WSPIT模型、LM-BPWSPIT模型和AM-BP-WSPIT模型的平均相对误差分别为2.17%、3.56%和5.68%,GA-BP-WSPIT模型精度最优。蓄水坑灌条件下苹果树蒸腾速率的定量预测建议采用GA-BP-WSPIT模型。     

蓄水坑灌不同坑深条件下苹果树叶片蒸腾特性研究

通过测定苹果树叶片的蒸腾速率的日变化,对蓄水坑灌不同坑深条件下的果树叶片蒸腾能力进行研究。试验选取两棵长势相近且生长良好的苹果树,分别设定坑深60cm和坑深40cm两种处理。结果显示:蓄水坑灌条件下,两种处理的果树叶片蒸腾速率日变化趋势相似,在7月、9月两个月份均呈单峰曲线,在8月呈双峰曲线,在12∶00均出现午休现象;两种处理的叶片水分利用率的日变化趋势也相似,均在7∶00-8∶00达到最高值,随着时间推移逐渐降低。同时发现,坑深60cm的果树叶片在一天中各个时段的蒸腾速率比同时刻坑深40cm的蒸腾速率慢,水分利用率高;果树叶片的蒸腾作用和水分利用率受气温、叶温、光合有效辐射和水汽压等内外综合因子的控制,且气孔导度对果树叶片的蒸腾作用也有一定的影响。研究结果可为蓄水坑灌坑深的合理确定提供依据。     

蓄水多坑入渗条件下土壤水分运动建模与试

针对蓄水坑灌坑内水头高且非恒定和土壤入渗边界复杂的特点,建立了蓄水多坑三维入渗及土壤水分运动数学模型,采用ADI交替方向隐式差分格式结合Gauess-Seidel迭代法对模型进行求解,并进行了试验验证,结果表明计算值与实测值吻合较好,说明所建立的数学模型正确,采用的数值求解方法是可行的.     

蓄水坑灌单坑土壤水分运动模型的有限体积法求解

基于土壤水分运动的动力学方程,建立了蓄水坑灌单坑土壤水分运动的数学模型及边界条件,利用有限体积法对模型进行了求解.为了验证所建模型的准确性,在室内进行了蓄水单坑水分入渗试验.模拟结果和试验结果的对比表明,土壤湿润锋和含水率的模拟值与实测值吻合较好,说明所建立的蓄水单坑二维土壤水分运动模型是正确的,采用有限体积法求解是可行的.该模型可作为预测蓄水坑灌条件下单坑土壤水分运动的有效工具.     

蓄水坑灌条件下苹果树茎流速率的BP神经网络模型

为给蓄水坑灌条件下苹果园灌溉制度的制定提供可靠依据,以山西省太谷县矮化苹果树为研究对象,经过一年的田间试验,获取了大量茎流速率与气象因子的数据,并通过MATLAB软件,建立了气象因子与茎流速率间的BP神经网络模型。研究表明:以气象因子辐射强度、相对湿度、土壤温度、温度及风速作为BP神经网络模型的输入参数是合理的,所建立的模型高度相关,茎流速率的实测值与预测值的相对误差可控制在5%以下。因此,用气象因子通过BP神经网络对茎流速率进行预测是可行的。     

蓄水坑灌条件下室内土柱蒸发试验研究

通过室内土柱蒸发试验对蓄水坑灌条件下土壤蒸发规律进行研究,结果表明,同一湿润锋埋深水平时,不同光照强度下土壤累积蒸发量随光照强度降低而降低,并呈指数分布;同一光照强度下不同湿润锋埋深水平时,土壤累积蒸发量随湿润锋埋深减小而增加,并呈乘幂曲线分布.同时对蒸发时蓄水坑灌条件下土壤水分运动机制进行了分析.     

蓄水坑灌下不同氮素水平对苹果叶片光合作用的影响

研究蓄水坑灌下不同氮素水平对苹果树叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、叶片全氮含量、叶绿素含量的影响,同时分析Pn与后4者的相关性,为探索蓄水坑灌苹果的合理施氮范围提供参考,为阐释施氮对光合速率的影响机理提供依据。设置4个蓄水坑灌施氮水平(0、150、300、600kg/hm^2),同时与地面撒施对比,测定施肥前、后果树叶片的Pn、Gs、Ci、全氮含量及叶绿素含量。结果表明:同等施氮量条件下,与地面撒施相比蓄水坑灌苹果树叶片光合作用的提高效果更显著;随施氮量的增加,叶片全氮含量、Gs先增大后趋于稳定,叶绿素含量、Pn先增后减,Ci无明显变化;施氮后Pn与Gs、全氮含量、叶绿素含量相关性较强,与Ci相关性较弱,说明施氮对Pn的提高作用与全氮含量、叶绿素含量有关。本实验条件下T3处理(300kg/hm^2)更利于蓄水坑灌苹果树叶片光合作用。     

蓄水坑灌条件下灌水量对棵间蒸发强度的影响研究

采用蓄水坑灌技术,研究了不同灌水量处理下(W90,W150,W210)的果园棵间蒸发。在田间采用微型蒸渗仪,观测了距树干不同距离处棵间地表蒸发强度、距坑口不同深度处坑壁蒸发强度的逐日变化过程,并利用微型气象站和nk3500手持气象仪,同步观测了地表棵间以及蓄水坑内的气象因素。结果表明:不同灌水量处理下的棵间地表蒸发逐日变化特征基本一致,呈现随时间先逐渐递减,然后稳定的变化规律;不同灌水量处理下的棵间坑壁蒸发、棵间总蒸发逐日变化特征基本一致,呈现单峰性,随时间先逐渐增大、后逐渐减小、最后稳定的变化规律;不同灌水量下的棵间坑壁、棵间地表蒸发强度存在显著差异;W90、W150,W210处理下的棵间总蒸发量分别为41 920、45 045、45 447mm3,W210比W90处理下的棵间总蒸发量大1.08倍,棵间总蒸发量随着灌水量的增加而呈现逐渐增加趋势。蓄水坑灌条件下,灌水量大小对果园棵间蒸发影响显著,研究成果将更进一步揭示蓄水坑灌节水机理,并为蓄水坑灌理论的完善提供重要的科学依据。     

果园蓄水坑灌条件下不同施肥方案对坑壁土壤氨挥发的影响

【目的】探讨果园蓄水坑灌条件下蓄水坑壁土壤氨挥发损失规律及影响因素。【方法】试验以追肥量(600、300、0 kg/hm2)和追肥时期(花后、果实膨大期、花后及果实膨大期平均追肥)为变量,设置7个处理。采用磷酸甘油-通气法收集坑壁土壤氨挥发并分析其与铵态氮、硝态氮、土壤温度、空气温度和湿度的关系。【结果】蓄水坑灌水肥灌施后氨挥发速率随追肥量增加而增加,花后期追肥后氨挥发持续时间长,峰值出现在肥后第3～5天,为52.93～576.80 mg/(m2·d);果实膨大期追肥后氨挥发持续时间短,峰值出现在肥后第2天,为81.11～1 047.79 mg/(m2·d)。花后期一次性追肥氨挥发累积量(以N计算)为3 332.88～7 052.01 mg,果实膨大期一次性追肥氨挥发累积量为2 178.14～5 126.97 mg,比花后期一次性追肥降低27.30%～34.65%。2次追肥期平均追肥氨挥发累积量最小,为2 013.21～4 642.11 mg,比花后期一次性追肥降低34.17%～39.60%。蓄水坑壁氨挥发损失率为0.57%～1.4%,其中花后期一次性追肥氨挥发损失率最大,果实膨大期一次性追肥次之,平均追施最小。氨挥发速率与土壤铵态氮量和空气温度显著正相关(P<0.05),土壤温度和硝态氮通过铵态氮浓度影响氨挥发,较高的空气湿度和施肥后降雨会降低氨挥发速率。Elovich动力学方程可以较好地描述蓄水坑壁氨挥发累积量动态变化过程,氨挥发速率常数a与追氮量显著正相关,与土壤温度显著负相关。【结论】降低追肥量、分次追施能减少坑壁土壤的氨挥发损失,基于蓄水坑灌法在果园进行水肥灌施具有较好的减排保肥效果。     

蓄水坑灌下苹果树根系生长对不同氮素水平的响应

研究蓄水坑灌下不同氮素水平对苹果树根长密度和根表面积密度的影响,为确定蓄水坑灌条件下苹果树合理的施氮范围提供了依据。以7a生矮砧密植红富士苹果树为研究对象,设置了4个蓄水坑灌施氮水平(0、10、20、40kg/hm^2)对应T1、T2、T3、T4处理,以地面施肥作为对照组CK(施氮水平为10kg/hm^2),利用微根管法对施肥前后不同土层深度的苹果树根长密度和根表面积密度进行了测定。结果表明:施氮可以有效促进苹果树根系生长,各处理根长密度和根表面积密度的生长速率随施氮量的增加先增大后减小。CK处理和同等施氮水平的T2处理相比,其根系在表层土壤生长状况更好,而T2处理苹果树根系在中深层土壤中发育更好。综合各个处理苹果树根系生长发育情况,本试验中T3处理最适合苹果树根系的生长发育。     

负压灌溉下土壤水分运移特性及氮素分布规律研究

[目的]揭示负压水肥一体化灌溉对红壤水分及氮素运移特征的影响。[方法]配置6种不同质量浓度硝酸铵溶液(0、10、15、20、25、30mg/L),设置无压(负水头高度为0)和负压(1/2极限负水头高度)2个水平进行红壤入渗试验,分析了其入渗特性及氮素分布规律。[结果]硝酸铵溶液促进水分入渗,无压和负压状态下,入渗溶液质量浓度为25mg/L和15mg/L时水平与垂直方向湿润锋运移均达到最大,与相应CK相比累积入渗量最大分别增长2.69倍和3.00倍,平均入渗率分别增长2.38倍和2.18倍;土壤硝态氮和铵态氮量显著增加(p<0.05),与相应CK相比无压和负压状态下硝态氮量最大分别增长8.05倍和7.75倍,铵态氮量最大分别增长13.37倍和10.42倍。停渗时刻,同一质量浓度入渗溶液无压状态下水平与垂直方向湿润锋运移距离、累积入渗量均显著高于负压状态,各处理最大分别高出2.01、2.148和4.69倍;距出水点相同的距离,无压状态下土壤含水率、硝态氮和铵态氮量均高于负压状态。[结论]负压灌溉显著缩短水平与垂直方向湿润锋运移距离,降低土壤累积入渗量、含水率、硝态氮和铵态氮量。2种入渗条件下,土壤硝态氮量随入渗距离增加而增加,而土壤铵态氮量随入渗距离增加则呈下降趋势。