涌泉根灌肥液入渗水氮运移特性研究

为了提高涌泉根灌模式下水肥利用率,减少氮肥流失与深层渗漏,通过涌泉根灌肥液入渗田间试验,研究了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗湿润体及其水氮运移特性,揭示了涌泉根灌土壤入渗量和湿润锋运移距离随肥液质量浓度的变化关系;建立了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗量和湿润锋运移经验模型;分析了入渗湿润深度范围内肥液质量浓度分别对土壤NO-3-N和NH+4-N含量分布特性的影响。结果表明:肥液质量浓度增大,单位面积累计入渗量随入渗时间增加而增大,并且入渗量和湿润锋运移距离均与入渗时间呈极显著幂函数关系,决定系数分别达到0.98和0.96,均大于临界相关系数rα(0.605 5);入渗再分布阶段,肥液质量浓度41.7 g/L能更好地保证枣树根系水分的吸收,而不同肥液质量浓度对土壤氮素转化率影响有所不同,硝态氮转化率基本不明显,而肥液质量浓度为33.3 g/L时铵态氮转化率最高。     

涌泉根灌土壤湿润体运移模型

为了探明涌泉根灌土壤入渗湿润体运移的变化规律,以黏壤土为例,在室内选取不同土壤容重、初始含水率、灌水器套筒透水部长度和埋深等4个因素进行试验,研究这些因素对涌泉根灌土壤入渗湿润锋随时间运移关系的影响．结果表明：土壤入渗湿润锋运移速率随土壤容重的增大而减小,随土壤初始含水率的增大而增大,随套筒透水部管长的增长而增大,但不同埋深对灌水器湿润锋的推进速度无显著影响,涌泉根灌土壤入渗湿润体随时间的运移符合幂指数关系,幂指数在水平和垂直向分别为032和02．以此为基础分别建立了湿润锋在水平和垂直向运移距离的预测模型,并建立了包括土壤容重、初始含水率和灌水器套筒透水部长度的综合预测模型．用建立的综合模型对涌泉根灌土壤入渗湿润锋运移距离进行预测,并对预测值与试验值进行了比较后得出,综合模型的预测精度较高．     

涌泉根灌土壤湿润体特性试验

为了进一步探明涌泉根灌土壤湿润体特性的变化规律,通过在陕北山地枣树微灌示范基地进行的大田涌泉根灌入渗试验,研究了不同流量条件下涌泉根灌土壤湿润锋运移距离和水分分布的变化规律,结果表明：湿润体水平扩散半径、向上入渗距离、向下入渗深度等随灌水器流量的增大而增大,且均与入渗时间之间呈显著的幂函数关系,其相关系数均高于0.97.提出了涌泉根灌土壤湿润锋运移距离计算式,经试验验证：湿润锋运移距离预测值和实测值的相对误差均小于5%.在上述研究的基础上,建立了涌泉根灌湿润体内土壤平均含水量的计算式,经试验验证：灌后土壤平均含水量预测值和实测值相对误差均小于8%.根据农田灌水的实际需要,假定在涌泉根灌垂向入渗深度与所设定的计划湿润层相等的条件下,建立了涌泉根灌水平扩散半径与计划湿润层之间的计算式,试验结果表明：水平扩散半径计算值与实测值误差小于10%.     

涌泉根灌土壤湿润体特性试验

为了进一步探明涌泉根灌土壤湿润体特性的变化规律,通过在陕北山地枣树微灌示范基地进行的大田涌泉根灌入渗试验,研究了不同流量条件下涌泉根灌土壤湿润锋运移距离和水分分布的变化规律,结果表明：湿润体水平扩散半径、向上入渗距离、向下入渗深度等随灌水器流量的增大而增大,且均与入渗时间之间呈显著的幂函数关系,其相关系数均高于0.97.提出了涌泉根灌土壤湿润锋运移距离计算式,经试验验证：湿润锋运移距离预测值和实测值的相对误差均小于5%.在上述研究的基础上,建立了涌泉根灌湿润体内土壤平均含水量的计算式,经试验验证：灌后土壤平均含水量预测值和实测值相对误差均小于8%.根据农田灌水的实际需要,假定在涌泉根灌垂向入渗深度与所设定的计划湿润层相等的条件下,建立了涌泉根灌水平扩散半径与计划湿润层之间的计算式,试验结果表明：水平扩散半径计算值与实测值误差小于10%.     

涌泉根灌土壤湿润体影响因素的试验研究

滴头流量、灌水量及埋深与土壤湿润体的关系是涌泉根灌设计的依据。通过室内土槽试验,研究了涌泉根灌的滴头流量、灌水量及滴头埋深对均质粘壤土湿润体变化的影响。结果表明：涌泉根灌土壤入渗湿润体在垂直向下距离和水平扩散距离均与灌水时间成幂函数关系,相关系数达到0.98以上;滴头流量和灌水器埋深对土壤入渗湿润体影响较大,而灌水量对...     

灌水流量对涌泉灌及涌泉根灌湿润体影响的研究

为了研究相同灌水量条件下,不同灌水流量对涌泉灌及涌泉根灌湿润体的影响,以及二者的不同之处,进行了室内土壤水分入渗试验和理论分析.结果表明:入渗结束后,涌泉灌的湿润体形状是一个近似半球体,涌泉根灌的湿润体形状是一个近似半椭圆球体;灌水流量对涌泉灌湿润体的形状有显著的影响,流量越大,湿润体形状越扁平,但在一定流量范围内,灌水流量对涌泉根灌的湿润体形状无显著影响;在相同的灌水量和灌水流量条件下,涌泉灌在水平方向的入渗距离显著大于涌泉根灌,在垂直方向上的入渗距离显著小于涌泉根灌;相对于涌泉灌,涌泉根灌不易产生土壤表面积水,水分分布更深,入渗的水量更容易到达作物根区,减少了水分的无效蒸发,有利于作物对土壤水分的吸收.     

灌水器埋深对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

为了提高涌泉根灌水肥的利用效率,采用大田入渗试验,探究了不同灌水器埋深条件下涌泉根灌土壤湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律。结果表明,不同灌水器埋深对湿润锋运移距离以及扩散速率均具有较大的影响。随着灌水器埋深的增加,水平最大湿润峰和垂直湿润峰运移距离均呈递减趋势;湿润锋运移距离与入渗时间有显著的幂函数关系。灌水结束后,在灌水器处铵态氮及硝态氮量最高,距离灌水器越远,氮素量越低;随着再分布进行,铵态氮量逐渐升高,而硝态氮量逐渐降低。     

土壤容重对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

在室内通过人工配置不同水平土壤容重(1.35、1.40、1.45、1.50 g/cm~3),用土箱进行水肥入渗模拟试验,研究土壤容重对累积入渗量、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮运移的影响,建立以土壤容重和入渗时间为自变量,累积入渗量和各向湿润锋运移距离为因变量的经验模型。结果表明:土壤容重对累积入渗量、各向湿润锋运移距离及湿润体内水分和氮素的分布、转化均具有较为显著的影响。随着土壤容重的减小,累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分、铵态氮及硝态氮含量均呈增大趋势。入渗系数K随着土壤容重的增大而减小,入渗指数α随着土壤容重的增大而增大;在同一时刻,湿润体内铵态氮和硝态氮含量的平均值、变化量及转化率均随着土壤容重的增大而增大。距离灌水器越近,铵态氮、硝态氮含量越高;湿润体内铵态氮分布主要集中在灌水器附近,随着再分布进行,湿润体内铵态氮含量、转化率逐渐减小,转化量逐渐增加。灌水结束、再分布3、5、10、15、20 d条件下,以灌水结束时刻为基准,铵态氮含量降幅依次为2.34%、11.41%、34.22%、59.06%和73.75%。湿润体内硝态氮分布区域与水分分布相似,随着再分布进行,湿润体内硝态氮含量、转化量逐渐增大,再分布15 d达到最大值;而转化率呈现出先增大后减小的趋势,再分布10 d转化率达到最大值。灌水结束、再分布3、5、10、15、20 d条件下,以灌水结束时刻为基准,湿润体内硝态氮含量依次增加0.76%、60.12%、156.95%、204.68%和180.51%。土壤容重对涌泉根灌土壤水分和氮素运移、分布及其转化的影响均较为显著。     

涌泉根灌在黄土坡地的水分运移规律试验

为了了解涌泉根灌这项微灌技术灌水后的水分运移情况,在野外黄土坡地利用剖面法对涌泉根灌在不同孔径、孔深条件下土壤水分运移规律进行了研究.结果表明,在不同孔径、孔深处理下,湿润体水平扩散半径、向上入渗距离和向下入渗深度有不同的影响,且均与时间有显著的幂函数关系;涌泉根灌停止后24 h内的土壤湿润体水平及竖直方向扩散相对变化超过了47%,湿润体平均含水量相对降低了30%;24 h后的扩散较小,平均含水量下降较小.涌泉根灌停止后24 h时的湿润体特征值可作为涌泉根灌系统设计的依据;推荐涌泉根灌适宜的孔洞深度为30~40 cm,孔径为φ6 cm.研究结果可为涌泉根灌技术的实际应用提供理论参考.     

不同配套产品对涌泉根灌土壤湿润体特性影响

为了研究不同配套产品对涌泉根灌土壤入渗湿润体特性的影响,以黏壤土为例,采用PVC和PP棉2种材料,分别制作长度为10,15,20,25和30 cm的5个涌泉根灌配套套筒进行试验,分析涌泉根灌不同配套产品土壤入渗湿润锋随时间的运移关系.结果表明:2种材料的土壤表面水平湿润半径与时间的自然对数呈线性关系,表层土壤开始出现湿润的时间与套筒长度无关;2种材料的土壤最大水平湿润半径和湿润深度随套筒长度的增大而增大,并与时间呈幂函数关系,其中,PVC材料的水平和垂直向的幂指数分别为0.38和0.17;PP棉材料的水平向幂指数为0.40,垂直向幂指数随管长的增大而减小,并与管长呈线性关系.研究还建立了由表面水平湿润半径反演最大水平湿润半径和湿润深度的预测模型.经验证,模型预测精度较高.研究结果可为涌泉根灌不同配套产品的系统设计、田间布设间距和宽度等参数的确定提供参考.     

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10％以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.     

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.     

肥液浓度和生物质掺混量对微润灌溉入渗特性的影响

为了探明肥液质量浓度和生物质掺混质量比对微润灌溉土壤水分入渗特性的影响,采用室内土箱模拟试验的方法,设置3个肥液质量浓度水平(清水F₀:0 mg/L,低浓度F_L:200 mg/L,高浓度F_H:400 mg/L)和4个生物质掺混质量比水平(自然风干土B₀:0 g/kg,低掺混量B_L:15 g/kg,中掺混量B_M:30 g/kg,高掺混量B_H:45 g/kg),以发酵腐熟花生壳粉末为掺混生物质,研究微润灌溉的水分入渗速率、累积入渗量、湿润体体积以及湿润体质量含水率的分布特征.试验结果表明:肥液质量浓度和生物质掺混质量比对微润灌溉的初始入渗速率、稳定入渗速率、累积入渗量和湿润体质量含水率均值影响均具有统计学意义.与水平F₀B₀相比,增加肥液质量浓度和生物质掺混质量比可提高初始入渗速率13.02%~44.85%、稳定入渗速率13.50%~48.78%、累积入渗量5.65%~56.62%和湿润体质量含水率均值6.62%~30.09%;不同入渗时间内的累积入渗量符合Kostiakov模型;湿润体体积随肥液质量浓度和生物质掺混质量比增大而增大,且湿润体体积与入渗时间呈二次多项式关系;湿润体剖面面积和灌水均匀系数随肥液质量浓度和生物质掺混质量比增大而增大.     

滴灌条件下沙地土壤水分分布与运移规律

通过对不同流量的滴头,不同灌水历时条件下沙地土壤滴灌湿润体的大小与形状的观测观察,以及对滴灌停止后不同间隔时间的土壤湿润锋运移,湿润体的发展,土壤水分的分布与再分布测量分析,使之对滴灌条件下土壤湿润体的大小及发展、土壤水分的分布与再分布规律等有了比较清楚的认识。本文不进行理论上的土壤水分分布模拟,仅从众多的实测资料分析着手,揭示土壤水分分布与运移规律,旨在为砂壤地玉米滴灌的参数确定（滴头间距、流量、灌水历时等）提供基本依据。通过土壤水分与湿润体实测资料分析认为,滴灌玉米的滴头流量在２．０ｌ／ｈ左右,灌水历时２～３ｈ,滴头间距为５０ｃｍ左右为宜。过长的灌水历时（大于３ｈ）即可能导致灌溉水的无为损失,造成先进的节水灌溉技术条件下新的水浪费问题。滴头间距过密,会加大不必要的工程投资。     

微喷灌施肥对三七土壤氮素运移转化试验研究

为探明微喷灌施肥对三七土壤氮素运移转化影响,2017—2020年在泸西县大栗树村三七种植基地设置3个灌水水平0.4FC(W1),0.6FC(W2),0.8FC(W3),4个施肥水平3.20(F1),4.80(F2),6.20(F3)和120.00 kg/ha(F4),CK为对照,共13个处理.研究微喷灌施肥条件下不同灌水及施肥对三七土壤全氮、硝态氮和铵态氮运移转化影响.结果表明:不同灌水施肥全氮质量比随时间增加先增大后减小,硝态氮质量比随时间增加先减小后增大,铵态氮质量比随时间增加逐渐减小,8月W2F3全氮质量比最大,9月W2F4硝态氮质量比最大,6月W2F4铵态氮质量比最大.全氮和铵态氮质量比随土层深度增加逐渐减小,硝态氮质量比随土层深度增加先减小后增大,全氮、硝态氮和铵态氮聚集在土层0~10 cm,W2F3土壤全氮和硝态氮质量比最大,W2F4铵态氮质量比最大.灌水量与硝态氮和铵态氮相关性具有统计学意义(P<0.01),与全氮呈负相关且相关性具有统计学意义(P<0.05),施肥量与硝态氮呈正相关且相关性具有统计学意义(P<0.01),与铵态氮相关性具有统计学意义(P<0.05).该研究明确灌溉施肥可调控酸性红壤土三七氮素运移转化特性,改善农田微生态环境,提高水氮利用效率,为有效防治病虫害提供技术支持和理论依据.