干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响

研究新疆干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响,为滴灌均匀系数设计与评价标准的修订和完善提供依据。供试作物为棉花,试验中滴灌均匀系数(Cu)设置0.65(C1)、0.78(C2)和0.94(C3)3个水平,灌水量设置充分灌水量的50%、75%和100%3个水平。结果表明,棉花生育期内根系层0～60cm土层含水率均匀系数保持在较高水平(0.80～0.97),滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用的影响均未达到显著水平。土壤NO3--N含量均匀系数随时间和空间表现出较强的变化特征,在生育期内的变化范围为-0.27～0.92,且低于土壤含水率均匀系数;滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对NO3--N含量均匀系数的影响不显著。干旱区作物生育期降水量难以弥补灌水不均匀对水分分布造成的负面影响,滴灌均匀系数对棉花生育期内根系层土壤含水率均匀系数的影响强于初始含水率均匀性和灌水量。上述结果可供制定干旱区滴灌均匀系数标准时参考。     

滴灌灌水均匀系数与灌水量对土壤水分分布及温室番茄产量的影响

为探索灌水均匀系数与灌水量对温室番茄产量和土壤水分变化的影响,确定合理的滴灌灌水均匀系数,本研究设置65%、75%和85%3个灌水均匀度水平, 190 mm、220 mm和250 mm 3个灌水量水平,测量番茄生育期内土壤含水率及番茄产量,计算土壤含水率均匀系数和番茄灌溉水利用效率。结果表明,当灌水均匀系数为65%～85%时,土壤水分均匀系数均值(82.57%～93.76%)接近或高于设置的滴灌灌水均匀系数的最大值(85%)。滴灌灌水均匀系数对土壤含水率均匀系数影响权重最大,灌水量、灌水均匀系数、土壤初始含水率均值3个影响因素与土壤含水率均匀系数均值之间呈线性关系(P0.05),决定系数为0.918。当土壤初始含水率占田间持水量比重60%,灌水量低于15mm时,灌水均匀系数与灌水量二者的交互作用与土壤含水率均匀系数为显著线性关系(P0.05),其他情况下均无显著性关系。灌水量对产量为显著影响(P0.05),灌水均匀系数及二者的交互作用对番茄产量无显著影响,考虑产量及灌溉水分利用效率,灌水量220 mm、灌水均匀系数75%组合为最优组合。因此在西北地区,综合考虑经济性和系统的可靠性,建议下调现行滴灌灌水均匀系数标准。     

滴灌均匀性对土壤水分传感器埋设位置的影响

合理选择土壤水分传感器埋设位置以减少监测点密度和成本,是基于无线传感器网络制定灌溉处方图亟待解决的一个关键问题。该研究基于土壤含水率时间稳定性原理,将直接代表平均土壤含水率的点位用于土壤水分传感器布设位置点的选取,在水平方向分布均匀,垂直剖面土壤颗粒组成变异程度随土层深度增加的粉壤土田块内分析了低、中、高灌水均匀系数(分别为0.6、0.8和0.97)对春玉米主要根系层土壤含水率空间分布均匀性和时间稳定性的影响。结果表明,春玉米生育期内,随灌水均匀系数降低,土壤含水率空间分布均匀度降低,但低、中、高灌水均匀系数处理的土壤含水率均匀系数均大于0.81;低、中、高灌水均匀系数处理的平均Spearman秩相关系数均达到了显著水平(P0.05),但土壤含水率空间分布结构相似性随灌水均匀度的增加而减小;对高灌水均匀系数处理,0~0.2、0.2~0.4、0.4~0.6、0.6~0.8 m土层直接代表平均土壤含水率的测点比例分别为83%、78%、53%和86%。随灌水均匀系数降低,各土层直接代表平均土壤含水率的测点数量减少,说明土壤水分传感器随机布设引起的测量误差将随滴灌灌水均匀度的减小而增大。     

滴灌均匀系数和施氮量对白菜生长及产量和品质的影响

为了完善滴灌均匀系数设计与评价标准,在日光温室内研究了滴灌均匀系数和施氮量对白菜生长、氮素吸收、相对叶绿素含量（SPAD）、产量和品质的影响。试验中均匀系数设置0.62、0.80和0.96 3个水平,施氮量设置150和300 kg/hm2 2个水平。土壤多参数传感器Hydra Probe的监测结果表明,白菜生育期内不同处理的土壤含水率和温度变化动态基本一致,而不同处理间的土壤电导率的差异主要是由其初始值不同引起的。当滴灌均匀系数不大于80%时,白菜株高、干物质质量、吸氮量和产量的均匀系数大于灌水和施肥的均匀系数,且滴灌均匀系数对株高、干物质质量、相对叶绿素含量（SPAD）、吸氮量、产量及Vc含量、总糖、硝酸盐、纤维素等品质指标均值和均匀系数的影响均不显著（α=0.05）。因此采用过高的均匀系数,对提高产量和改善品质的作用不明显,采用现行滴灌均匀系数的设计和评价标准（均匀系数Cu≥0.80）不会对白菜的生长、养分吸收和产量造成不利影响,可考虑适当降低。     

喷灌均匀系数对土壤水分空间分布及作物产量影响的研究现状

喷灌均匀系数对土壤水分空间分布及作物产量的影响是制订喷灌均匀系数设计标准的重要依据,该文综述了这方面的研究成果。对喷灌条件下土壤含水率分布规律的数学模拟和田间试验研究都表明,水分在土壤中的再分布使得作物根区土壤含水率的均匀系数明显大于喷灌洒水均匀系数。目前关于喷灌均匀系数对作物产量影响的研究以模拟为主,现有模型的不足之处是未考虑喷洒水量在土壤中的再分布对提高土壤含水率均匀系数的作用。由于试验资料缺乏,模型所得结果难以验证,因此也很难在实际中应用。现阶段的工作重点是探明土壤含水率均匀系数和深层渗漏量与喷灌均匀系数的定量关系,开展喷灌均匀系数对作物产量影响的田间试验     

滴灌施氮对烤烟氮素吸收利用及土壤无机氮分布的影响

为明确适合烤烟生长并降低土壤氮素损失的滴灌施氮策略,为烤烟生产提供理论指导。以烤烟品种K326为材料,在盆栽条件下,研究了滴灌施氮对烤烟氮素积累、分配和利用及土壤无机氮含量与分布的影响。结果表明:移栽后28 d滴灌追氮一次,增加追氮比例,叶片的氮素含量、氮素积累量和分配比例增加,根和茎的氮素积累量和分配比例降低,烟株表观氮素利用率提高;土壤无机氮含量升高,土壤无机氮的表观盈余量降低。移栽时施氮50%,移栽后28和42 d滴灌追氮两次的氮素利用率显著高于追氮一次处理;而追氮比例为70%和90%时,氮素利用率低于追氮一次处理。移栽后滴灌追氮两次提高了距滴注点垂直距离5～20 cm和水平距离15～20 cm土层的土壤无机氮含量,降低了距滴注点垂直距离20～25 cm土层的土壤无机氮含量。从烟株氮素利用,土壤无机氮分布及盈余量等方面考虑,移栽时施氮50%,移栽后28 d滴灌追氮35%,42 d滴灌追氮15%可作为生产中参考的滴灌施肥制度。     

滴灌点源施肥灌溉对土壤氮素分布影响的试验研究

利用室内试验,研究了点源施肥灌溉条件下硝态氮和铵态氮的分布规律。试验土壤为砂壤土,滴头流量的变化范围为0.6～7.8L/h、灌水量为6～15L、肥液(NH₄NO₃)浓度为100～700mg/L。销态氮在距滴头17.5cm范围内呈均匀分布,其浓度随肥液浓度的增加而增加;在湿润边界上硝态氮产生累积;肥液浓度是影响硝态氮分布的主要因子。在距滴头15cm范围内,滴头流量和灌水量对土壤中硝态氮分布的影响不明显,在此范围以外,随滴头流量的增大或灌水量的减小,硝态氮浓度增加。铵态氮浓度在滴头附近出现高锋值,肥液浓度越高,锋值越大,且施肥灌溉对铵态氮分布的影响范围较小,一般在距滴头10cm范围以内     

干旱区膜下滴灌制度对土壤盐分分布和棉花产量的影响

土壤盐渍化在干旱区越来越加重。因此在干旱区盐碱粉砂壤土中应用滴灌时,如何制定合理的灌溉制度使得灌溉水对土壤盐分的淋洗是一个关键的科学问题。本文就此问题,2007～2009年进行了3年的膜下滴灌土壤水盐运移的试验研究。结果表明,在棉花生长阶段,随着灌溉定额的增加,土壤盐分峰值位呈现下移的趋势。当灌溉定额从DIA(3 000 m3 hm-2)增加至1.6 DIA时,盐分峰值位置向垂直方向从35 cm下移至65 cm。滴灌结束之后,土壤盐分峰值的下移顺序为1.6 DIA>1.4 DIA>1.2 DIA>DIA。随着滴头流量的增加,在一定的滴水强度范围之内,土壤盐分峰值位置呈现下移的趋势,当滴头流量进一步增加时,土壤孔隙的入渗能力变得小于滴头流量,致使土壤盐分下移受水分运动的影响。灌溉结束之后土壤盐分峰值的下移顺序为2.6 L h-1>2.2 L h-1>1.8 L h-1>3.2 L h-1。在时间尺度上,灌溉结束时,随着时间的推移,土壤盐分呈现从深层到地表和从膜下到膜间的双向迁移趋势。随着灌溉定额或滴头流量的增加,棉花产量也呈现先增加后减少的趋势。由此可见,无论是水分亏缺或者过量灌溉均会降低棉花产量,同时过小或过大的滴头流量也不利于增加棉花产量。因此在干旱区的粉砂壤土中进行膜下滴灌时,要使棉花产量达到较高值,应尽量采用2.6 L h-1的滴头流量和1.4 DIA的灌溉定额处理为宜。     

喷灌条件下耕作方式对土壤水分均匀性与冬小麦水分利用效率的影响

为研究喷灌均匀系数对土壤水分、作物产量及水分利用效率的影响,进一步探讨喷灌条件下适宜耕作措施,于2018—2019年冬小麦生长季进行试验,试验设置旋耕(RT)、深松(ST)、深翻耕(CT)3种耕作处理,在每个处理选取18 m×18 m区域将其划分为9个6 m×6 m的小区作为试验区。结果表明:在3种耕作方式下历次喷灌均匀系数均值在63.91%~76.83%,而表层土壤含水量均匀系数均值依然可以达到84.20%~89.83%,较前者高14.48%~31.75%;冬小麦产量均匀系数较历次灌溉均匀系数均值高出9.99%~23.79%,比累计灌溉均匀系数低2.11%~7.85%,与表层土壤含水量均匀系数均值相差0.82%~6.04%。与RT相比,ST和CT处理产量分别提高9.38%,13.22%,水分利用效率分别增加10.61%,12.88%。即相较于历次灌溉均匀系数,冬小麦产量均匀系数受累计灌溉均匀系数与表层土壤含水量均匀系数均值影响更大,且ST、CT为该灌溉条件下适宜的耕作方式。     

滴灌施肥条件下土壤水分和速效钾的分布规律

以速效钾(K2O)含量为112mgL-1的营养液在塿土上进行大田滴灌施肥试验,研究不同滴头流量(2,4,6Lh-1)和灌水施肥量(8,16,24L)条件下水分和速效钾在塿土中的运移、分布情况。结果表明:灌水施肥量为8L时,随滴头流量增大,滴头周围地表积水区半径增大,水分径向运移距离增大、竖向入渗水量减小;随滴头流量增大,速效钾在土壤中的径向运移距离变化不明显,竖向运移距离有减小趋势,距滴头径向30cm范围0～10cm土层土壤速效钾含量增大。滴头流量为2Lh-1时,随灌水施肥量增大,水分和速效钾在土壤中径向和竖向的运移距离增大,径向增大幅度较竖向明显,距滴头径向30cm范围0～30cm土层土壤速效钾含量增大。     

地下滴灌系统施肥灌溉均匀性的田间试验评估

该文对影响地下滴灌系统性能的两个重要因素施肥装置类型和滴灌带埋深进行了田间评估.施肥装置包括国内外常用的压差式施肥罐、文丘里施肥器和比例施肥泵三种类型,滴灌带埋深包括0、15和30 cm 3个水平.结果表明,滴灌带埋深与施肥装置类型对滴头流量和灌水量均匀性的影响均未达到显著性水平(a=0.05),而施肥装置类型对施肥量均匀性的影响达到极显著水平(a=0.01).对给定的毛管埋深而言,压差式施肥罐的施肥量变差系数高于比例施肥泵和文丘里施肥器.对不同施肥装置的施肥量变差系数与灌水量变差系数之间关系的回归分析结果指出,比例施肥泵和文丘里施肥器的施肥量变差系数与灌水量的变差系数相当,但压差式施肥罐的施肥量变差系数比灌水量变差系数大40%左右.因此在进行微灌系统设计时应将施肥装置类型和性能作为一个因素加以考虑,并宜优先选用输出肥液浓度恒定的施肥装置.     

土壤带状湿润均匀性对膜下滴灌棉花生长及水分利用效率的影响

为探明膜下土壤带状湿润均匀性在膜下滴灌技术应用中的重要性,该文设置滴头流量1.69(W169)、3.46(W346)和6.33 L/h(W633)3种土壤湿润区处理,研究不同膜下土壤带状湿润均匀性对棉花行间土壤基质势、株高、叶面积、根系生长、籽棉产量和水分利用效率的影响。结果表明:随着土壤湿润区由窄深型(W169)向宽浅型(W633)过渡,膜下土壤带状湿润均匀性越好,行间棉花根系分布和植株生长也愈加均匀、产量及水分利用效率也越高。窄深型土壤湿润区的膜下内、边行棉花根长密度、籽棉理论总产和实际总产差值分别为386.3 m/m3、976和509.3 kg/hm2,其水分利用效率分别为7.2和14.8 kg/(mm·hm2)。宽浅型土壤湿润区的膜下内、边行棉花根长密度、籽棉理论总产和实际总产差值分别为142.01 m/m3、171和190.6 kg/hm2,其水分利用效率分别为9.2和11.0 kg/(mm·hm2)。初步证明了宽浅型土壤湿润区能在保持水分利用效率不降低的情况下,显著提高了棉花产量。表明在膜下滴灌技术设计中应关注膜下土壤带状湿润均匀性指标。该指标还是确定滴灌带间距依据。     

滴灌施钾肥土壤水盐分布特征的田间试验

化学改良是一种有效改善土壤物理化学特征的土壤盐碱地改良方法,为将化学改良与膜下滴灌和增加土壤肥力相结合,该文通过滴灌施加硝酸钾并对土壤水盐分布特征进行分析,研究了0～30 cm耕作层内3种施K质量浓度400、800、1 000 mg/L及5种（连续、滴水-滴施硝酸钾溶液、滴施硝酸钾溶液-滴水、滴施硝酸钾溶液-滴水-滴施硝酸钾溶液、滴水-滴施硝酸钾溶液-滴水）施K方式下土壤盐分及离子的分布特征。结果表明,随着外源钾素的滴入土壤,改变了土壤耕作层内离子的组成,Ca2+、Mg2+浓度相对增加、Na+浓度降低;阴离子SO42-浓度增加,Cl-浓度降低;高施K浓度下耕作层内的总盐、钠吸附比（SAR）、Cl-/SO42-减小,滴水-滴施硝酸钾溶液施K方式下的SAR、Cl-/SO42-最小,说明滴施硝酸钾在土壤耕作层内有明显的土壤改良效果,其施K质量浓度为1 000 mg/L及滴水-滴施硝酸钾溶液施K方式下脱盐效果最好。     

层状土壤质地对地下滴灌水氮分布的影响

以均质砂土（S）、均质壤土（L）和上砂下壤层状土壤（SL）为对象,采用室内土箱试验,研究了土壤质地及其层状结构和地下滴灌灌水器流量对水分、硝态氮和铵态氮分布的影响。结果表明,SL层状土壤中,砂-壤界面增加了水分的横向扩散而限制了水分的垂向运动,致使界面下部形成水分和硝态氮积聚区。土壤硝态氮分布还受肥料溶液浓度和土壤初始硝态氮浓度影响,对试验采用的土壤初始硝态氮浓度较低而肥料溶液硝态氮浓度较高的情况而言,灌水器周围的硝态氮浓度与肥料溶液的硝态氮浓度相近,随着离开灌水器距离的增加,土壤硝态氮浓度减小。灌水器周围的土壤含水率和硝态氮浓度随灌水器流量的增大而增大。施肥灌溉使灌水器周围5～10 cm范围内的铵态氮浓度出现峰值,而土壤质地和灌水器流量对铵态氮浓度分布没有明显影响。因此地下滴灌水氮管理措施的制定应综合考虑土壤质地及其结构、初始土壤水氮状况、灌水器埋深及流量、灌水量、肥液浓度等因素。     

大田地下滴灌土壤水分分布均匀度评价方法

灌水均匀度是评价灌水质量的重要指标,灌水后的土壤水分分布均匀度是灌水均匀与否的最终体现。选择最佳的土壤水分取样点数是进行经济、准确评价灌水后土壤水分分布均匀度的基础。在新疆地下滴灌棉田中,灌水后2 d（土壤水分相对稳定）进行取样,实测田间土壤水分分布,抽样分析了样本数与土壤水分分布特征及均匀度之间的关系。结果表明,随样本数的增加,对应的土壤水分布均匀系数（克里斯琴森均匀系数Cu）的变幅缩小,并向其均值集中。从样本数量上分析,样本数在15到60之间,其Cu的均值变化并不明显;在试验条件下,进行大田土壤水分监测评价时,均匀分布的取样点个数应不少于24个。Cu和配水均匀度（Du）之间存在较好的相关性,但用实测结果得出的系数与相关手册的推荐值之间存在一定的偏差,互算时需加以考虑。采用均匀25点取样,对大田棉花地下滴灌的土壤水分分布状况进行了评价。结果表明,地下滴灌条件下,毛管附近的土层土壤含水率变幅最大;与上、下土层相比,灌水前毛管附近（20～40 cm）处的土壤水分均匀度较低,灌水后其均匀度大幅提高。     

地下滴灌毛管水头偏差率特性及与土壤水分均匀度的关系

毛管水头偏差率是确定毛管长度的主要技术指标。以正在运行的新疆棉田地下滴灌系统为试验对象,选取代表性毛管,实测正常灌溉过程中毛管首尾压力、流量和沿程土壤水分,研究地下滴灌毛管水头偏差率特性及其与土壤水分均匀度的关系。结果表明:在毛管设计工作水头为10 m条件下,测试毛管水头偏差率在0.58%~12.80%之间。同一管网中,不同毛管的水头偏差率各不相同且具有波动性,但同一支管位置处树状毛管与环状毛管之间的相对趋势稳定;在毛管设计工作水头为10 m条件下,支管入口压力对毛管水头偏差率的影响不显著(P0.05);毛管水头偏差率和毛管埋深层土壤水分均匀系数之间有强的负相关关系(P0.001),建立了水头偏差率和土壤水分均匀度之间的数学模型,经验证,85%毛管的绝对误差小于5%。研究可以为地下滴灌毛管长度设计与毛管工作状况评价提供参考。     

滴灌施氮肥对盆栽玉米生长的影响

本研究通过滴灌施氮肥与常规的基施氮肥进行比较试验,以了解两种不同的施肥方式下施用不同品种氮肥对氮肥利用率的影响。试验设10个处理,所选用的氮肥品种有:尿素、硝酸铵、硝酸钙、硫酸铵。试验结果表明,同基施氮肥+滴灌处理相比,滴灌施氮肥处理能显著提高氮肥的利用率,其增幅达8.75%～21.50%,有利于玉米对氮肥的吸收及生物量的积累;在同一灌溉施肥条件下施用不同品种的氮肥时,各处理间的氮肥利用率表现出一定的差异性,其中硝酸钙处理的氮肥利用率显著低于另外3种氮肥处理。