点源滴灌滴头流量与湿润体关系研究

滴头流量影响土壤湿润体的大小和形状,从而对作物根系生长也有影响。工程设计中应根据滴头流量与土壤湿润体的关系确定滴头流量的设计依据。该文以等效圆柱湿润体模型为基础,建立了点源滴灌滴头流量的数学模型,针对模型中各因子随滴头流量的变化过程进行实验分析,确定影响点源滴灌滴头流量设计的主要因素。实验所用土壤为重壤土、中壤土、砂壤土,滴头流量分别为1、2、3、4 L/h。结果表明：滴头流量对湿润锋水平运移的影响比对垂直运移的影响大;地表积水区的变化对土壤湿润锋水平运移有控制作用。点源滴灌设计中,除了土壤入渗特性外,设计湿润比(或湿润直径)也是选择滴头流量的重要依据。     

山地红枣林地滴灌水分运移规律试验研究

在米脂山地微灌枣树示范基地研究了一定流量范围、不同灌水量条件下,地表滴灌水分在水平和垂直方向上的运移规律及滴灌结束后的水分再分布特征.试验结果表明:在流量稳定条件下,湿润体的水平和垂直扩散距离均与时间有显著的幂函数关系;在4.6～5.0 L/h的流量范围内,湿润体的水平和垂直扩散距离与灌水量也存在显著的幂函数关系;滴灌停止后24 h内的土壤湿润体扩散很大,湿润体平均含水量降低很快,24 h后的扩散较小,平均含水量下降较小.确定滴灌停止后24 h时的湿润体特征值可作为滴灌系统设计的依据.     

水质及流量对盐碱土滴灌湿润锋运移影响的室内试验研究

采用15°扇柱体有机玻璃土槽，研究了不同水质和滴头流量对盐碱土湿润锋运动的影响。试验所采用水的钠吸附比(SAR)分别为2和20，水的含盐浓度(C)分别为80、20 mmol/L和蒸馏水，滴头流量分别为2、3.4和8 L/h。试验结果表明：不同时间的二维湿润锋边界形状近似半椭圆形；在相同水质情况下，水平湿润距离和垂直湿润距离均随滴头流量的增加而增加；相同灌水量的情况下，滴头流量的增加有利于水分水平方向的发展，不利于垂直方向的发展；用蒸馏水灌溉时，水平湿润距离明显高于其他含盐水灌溉的情况，垂直湿润距离明显小于其他含盐水灌溉的情况；不同浓度含盐水滴灌时对湿润锋的影响不明显；湿润锋的宽深比随着灌溉时间的持续而减小。     

涌泉根灌湿润体特征值变化规律研究

在米脂山地微灌枣树示范基地进行原状土涌泉根灌人渗试验,研究了不同流量、不同灌水历时条件下涌泉根灌湿润体特征值的变化规律.结果表明:湿润体的水平扩散半径、向上人渗距离、向下人渗深度随流量的增大而增大,且均与入渗时间有显著的幂函数关系;在相同流量情况下,向上人渗最快.水平扩散次之,向下人渗最慢;湿润体体积受灌水量和流量的影响;在不同流量条件下,湿润体体积与灌水量间,湿润体水平扩散半径、垂直扩散距离与灌水量间均存在极显著的幂函数关系;针对五年生枣树根系分布特征,确定了枣树适宜灌水时间和灌水量.     

滴灌土壤湿润体影响因素的实验研究

在实验室内模拟研究了不同滴头流量、土壤初始含水率和容重条件下,粘壤土点源入渗土壤湿润体水平扩散半径和竖直入渗深度的变化规律。实验结果表明:初始含水率和容重对土壤湿润体特征值有较明显的影响;在供水量一定的条件下,滴头流量对点源积水入渗土壤湿润体特征值没有明显影响;湿润体形状和大小受灌水量的影响比受滴头流量的影响要大。另外对多滴头交汇入渗条件下湿润体特征值进行了初步研究,结果表明交界面处水分的水平扩散和竖直入渗速率大于点源下的入渗速率,随着入渗时间的延长湿润体的形状也逐渐由椭球体向平行于毛管的带状分布过渡     

微咸水滴灌下湿润锋运移特征研究

滴灌被认为是最适合用于微成水开发利用的节水灌溉技术,其湿润体的范围及动态变化影响着作物的生长及产量.由于田间滴灌湿润体地下部分不容易被观测到,则土表面湿润距离是最直观的表明灌水湿润程度的标志,本文以田间试验为基础,研究了不同水质、滴头流量、灌水量下滴灌点源及交汇区地表湿润锋运移过程.研究结果表明,湿润锋交汇前,随着滴水水质及滴头流量的增大水平湿润距离增加,滴头流量越大水平湿润距离增加的幅度越大;随灌水量的增加,试验结束时水平湿润距离也增大.湿润锋交汇后,随滴水水质及滴头流量的增大,交汇时间提前;交汇区宽度及地表湿润比均随滴水水质、滴头流量及灌水量增加均增加;通过比较不同滴水水质交汇区与相同湿润位置单点源下水盐含量,表明交汇区含水量大于相同湿润位置处单点源下的含水量,滴水水质大于3.03 g/L交汇区含盐量明显高于相同湿润位置处单点源下的含盐量.该研究结果对了解微成水滴灌因素对土壤水分运移的影响具有一定的指导作用.     

滴灌条件下土壤水分分布特性研究

在两种不同的土壤中,以不同滴头流量进行滴灌,通过对土壤湿润峰运移测量分析,提出不同土壤水分水平扩散和垂直扩散随时间变化的数学模型,根据该模型可以为各种作物滴灌设计参数的确定提供依据。     

保水剂对滴灌土壤湿润体影响的室内实验研究

利用室内模拟实验，在均质土槽中埋设TDR时域反射仪自动检测滴灌条件下土壤水分，并采用suffer软件绘制水分等势图，研究了层施保水剂条件下点源交汇入渗及蒸发过程中土壤水分运动规律。结果表明：受保水剂的影响，入渗过程中，保水剂层土壤含水率迅速增大到23.60％，且大于0～20 cm和30～60 cm层土壤含水率；蒸发过程中，各层土壤含水率都在减少，在110 d时，0～20 cm土层的含水率为3.5％，30～60 cm土层的含水率为4.5％，但20～30 cm层土壤的含水率却为12.5％。因此，作物根系层施用保水剂可以起到蓄水保墒的作用。     

垄上线源滴灌湿润体特性研究

在米脂县盂岔试验基地进行大田试验,研究了同一灌水量、不同流量条件下,垄上线源滴灌湿润体特征值的变化规律及滴灌结束后的水分再分布规律.试验结果表明:在线源交汇人渗情况下,滴头处和交汇面处垂直入渗距离与入渗时间均满足良好的幂函数关系.在灌水量为9L的情况下.湿润体沿滴灌管布置方向剖面上的土壤含水率等值线大致以15cm深度为分界线,上层呈现以滴头为中心的椭圆状,而下层则相对平缓.滴灌停止后24h时的湿润体较为稳定,其特征值可以作为线源滴灌灌水量设计的依据,同一灌水量条件下,滴头流量对滴灌停止后24h的湿润体特征值影响并不大.     

浑水膜孔灌多向交汇入渗湿润体特征数值研究

为了研究浑水膜孔灌不同膜孔直径对多点源交汇入渗湿润体特征的影响,设置4种不同大小的膜孔直径,通过室内试验,在膜孔灌入渗方式下,测量不同膜孔直径多向交汇湿润体特征的变化过程。结果表明：膜孔直径越大,相同入渗时间内水平和垂直湿润锋运移距离越大;自由入渗剖面,水平和垂直湿润锋运移距离均与入渗时间符合幂函数模型,运移参数随膜孔直径的增大而增大,运移指数则减小;交汇剖面水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间符合对数函数模型;随着膜孔直径的增大,膜孔周围土壤含水率均接近土壤饱和含水率,其他相同位置土壤含水率增大,发生单向交汇和多向交汇的时间逐渐减小;浑水膜孔灌湿润体内灌水均匀系数均大于90%,灌水均匀度非常高。     

重力式地下滴灌点源入渗特征的数值模拟与验证

基于非饱和土壤水动力学理论，建立了重力式地下滴灌条件下土壤水分运动轴对称三维数值模拟模型，利用Galerkin有限元法进行了数值模拟。通过试验对比验证，表明所建模型可以用于分析地下滴灌土壤水分人渗规律，具有较高的精度。对不同灌水技术要素条件下的地下滴灌湿润特征及入渗规律进行了数值模拟。结果表明，在相同灌水量下，供水压力与滴孔孔径对湿润圈影响微弱，重力式地下滴灌管道设计时可以不考虑其影响，但它对滴孔出流量影响较大，而其它因素对滴孔出流量的影响微弱。因此在地下滴灌管道设计时，只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力，并可选择较小的供水压力；在相同灌水量情况下，管道埋深对湿润圈具有较明显的影响，应按田间实际进行合理选择，这些结论可为地下滴灌合理的设计及运行提供理论依据。     

豫北地区冬小麦滴灌灌水技术参数研究

为优化豫北地区冬小麦在滴灌条件下的灌水技术参数,通过田间试验系统研究了不同滴头流量(2.0,4.0,6.0 L/h)和滴灌带间距(40,60,80,100,120 cm)对灌溉水在土壤中分布、冬小麦产量以及水分利用效率的影响。结果表明：就灌水均匀度而言,缩小滴灌带间距和增加滴头流量可以提高灌溉水在冬小麦根区的分布均匀度;本试验条件下滴灌带铺设超过80 cm,会影响冬小麦产量及其构成,滴灌带间距相同时,冬小麦产量随着滴头流量的增加呈递增趋势。就水分利用效率而言,适宜的滴灌带间距及滴头流量组合能在同一灌水条件下,有效减小耗水量并提高水分利用效率;本试验条件下滴灌带间距60 cm、滴头流量2.0 L/h的参数组合的产量最高,达到10 626.45 kg/hm²,水分利用效率最高,达到2.42 kg/m³。综合分析灌溉水均匀度、冬小麦产量以及水分利用效率,滴灌带间距60 cm、滴头流量2.0 L/h,以及滴灌带间距80 cm、滴头流量6.0 L/h的参数组合是适宜的冬小麦滴灌灌水技术参数。     

微咸水膜下滴灌不同灌水下限对盐碱地土壤水盐运移及玉米产量的影响

为了研究盐碱地上微咸水膜下滴灌不同灌水下限对土壤水盐运移和玉米产量的影响,在长胜试验站开展了微咸水膜下滴灌玉米的大田试验。试验采用负压计指导灌溉,控制滴头下20cm深处的土壤基质势下限分别为-10,-20,-30,-40kPa,每个处理重复3次,按随机区组布置。结果表明:膜下滴灌湿润体形状在垂直于滴灌带的滴头所在竖直剖面上近似为半椭圆形,随着灌水下限的增大,湿润层土体含水率增大;玉米根部附近均出现盐分低值区,膜外表层均出现盐分高值区;-20kPa和-30kPa灌水下限适中,既能较充分淋洗膜内表层土壤盐分,又不会造成微咸水中的盐分滞留累积;在玉米生育期内,膜内、膜外地下100cm土体均积盐;-10kPa和-20kPa下限处理对应的湿润体垂直深度约为60cm;玉米收获后,地下100cm土体均积盐,需要进行秋浇或春汇,大量淋洗土壤盐分,保证耕地盐分不逐年累积;试验条件下,玉米产量随着灌水下限的降低而减少。     

多因素影响下浑水膜孔肥液入渗土壤水分运移特性

为研究不同因素对浑水膜孔肥液入渗土壤水分运动特性的影响,开展室内土箱入渗试验,试验设土壤初始含水率、土壤容重、含沙率和肥液浓度4因素,每个因素设3个水平,共12组试验(9组正交试验,3组验证试验)。分析影响因素对浑水膜孔灌肥液入渗单位膜孔面积累积入渗量、入渗率及湿润体平均体积含水率增量的影响。利用多元回归推求并验证单位膜孔累积入渗量和湿润体平均体积含水率增量与影响因素的经验模型和模型参数。结果表明:土壤初始含水率、土壤容重、含沙率和肥液浓度对单位膜孔累积入渗量影响极显著(P<0.01),各影响因素影响程度由大到小依次为含沙率、土壤容重、土壤初始含水率、肥液浓度;土壤初始含水率、含沙率和肥液浓度对湿润体平均体积含水率增量影响极显著(P<0.01),土壤容重对其影响显著(P<0.05),各影响因素影响程度由大到小依次为土壤初始含水率、肥液浓度、含沙率、土壤容重。建立的经验模型及模型参数检验合格,预测值与实际测算值误差均在±10%以内,精度良好,可用于试验因素不同时土壤水分入渗情况预测。     

膜下滴灌棉花土壤水分动态变化研究

通过系统观察不同土壤类型棉花土壤水分动态变化规律，研究膜下滴灌棉花土壤水分的变化，以有效地提高棉花产量和水分利用效率。结果表明：膜下滴灌棉花土壤含水量呈现规律性的变化：在黏土地上，土壤含水量的变化趋势近似于抛物线，0～20cm土壤含水量最低，随土层深度增加，土壤含水量逐渐增加，至60-80cm达最大，随后又降低。而在沙土地，土壤含水量的变化趋势与黏土地相反。这种变化与土壤的理化、生物学特性以及棉花根系的生长发育有关。不同土壤类型膜下滴灌棉花产量、总耗水量及水分利用效率存在明显差异。     

织金洞土壤渗透水—洞穴滴水元素的时空变化特征

通过对织金洞上覆岩溶泉水,土壤渗透水和洞穴滴水水化学特征的系统监测和分析,得出:在织金洞岩溶系统中,土壤渗透水、岩溶泉水和洞穴滴水元素在一年内的变化范围不一,且各主要元素均呈现有明显的季节变化特征;在3类水中,Ca~(2+)平均浓度为洞穴滴水洞顶泉水土壤渗透水,Mg~(2+),Sr~(2+)平均浓度大致是洞穴滴水土壤渗透水洞顶泉水,说明岩溶系统中各元素的变化可能是其他各种要素综合作用的结果;Mg/Ca和Sr/Ca比值的变化及其相关性,反映了其受到来源、水岩相互作用时间和方解石的优先沉积(PCP过程)等机制影响的一致性,故而其比值能反映外界气候的干湿变化。洞穴上覆的水—土、水—岩作用过程,控制了各滴水点滴水化学组成的变化。滴水点的运移路径,时间和环境条件等对降水响应的程度存在差异,因此在利用洞穴次生化学沉积物元素地球化学特征来反映洞外环境变化时,需综合考虑各元素在水—土—岩中的分布和迁移特征及其与环境因素的相互关系。     

竖管地表滴灌与普通地表滴灌土壤水分运移特性对比试验研究

为探究竖管地表滴灌和普通地表滴灌土壤水分运动规律及区别,在室外同步进行2种滴灌模式下风沙土入渗和蒸发试验,对比分析了土壤水分分布、蒸发规律和土壤湿润锋运移特性。结果表明:(1)灌水量为2 L,2种滴灌模式下,随着滴头流量的增大,湿润体体积和灌水均匀度逐渐减小,湿润体含水率平均值逐渐增大,当滴头流量一定,竖管地表滴灌的湿润体体积大于普通地表滴灌,而灌水均匀系数小于普通地表滴灌;(2)不同滴头流量处理(0.3,0.4,0.6 L/h)蒸发7天结束后,普通地表滴灌土壤蒸发量分别占灌水量的32.5%,35.0%和40.0%,而竖管地表滴灌土壤蒸发量仅占灌水量的22.5%,说明竖管地表滴灌对土壤蒸发有明显的抑制作用;(3)相同灌水量(2 L)时,普通地表滴灌水平和垂直湿润锋运移距离均随滴头流量的增大而略有减小,竖管地表滴灌垂直向下湿润锋运移规律与普通地表滴灌相同,而水平和垂直向上方向运移规律相反;随着时间的延长,普通地表滴灌与竖管地表滴灌水平和垂直方向湿润锋比值均呈不断减小趋势,最后趋于稳定;(4)构建了包括滴头流量和灌水时间在内的普通地表滴灌湿润锋运移距离经验公式,验证所建经验公式的可靠性,均方根误差介于0.24~0.27 cm,纳什效率系数均大于0.985。研究结果可为竖管地表滴灌技术应用提供理论参考。     

交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响

以玉米为试验材料,通过大田灌水技术和灌溉制度试验对交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响进行了研究。结果表明,交替隔沟灌溉与常规灌溉相比,水分的侧向入渗比较明显,由于其湿润锋到达深度小于常规灌溉,因此,交替隔沟灌溉可以减少土壤水分的深层渗漏;交替隔沟灌溉不降低光合速率而蒸腾速率有所下降,并有利于提高蒸腾效率;在同等灌水量水平下,交替隔沟灌溉因为其低蒸腾和较高产量总水分利用率和灌溉水利用效率均高于常规灌溉;在同等灌水量水平下,采用交替隔沟灌溉不降低玉米产量;收获等产量的玉米,交替隔沟灌溉比常规灌溉省水33.3%。     

再生水滴灌对黄瓜地土壤特性的影响

再生水滴灌是解决水资源短缺的有效途径之一。采用大田试验方法,以地下水滴灌为对照,分析研究了滴灌条件下不同再生水水质对黄瓜根际土壤特性的影响。结果表明:在土壤理化性状方面,再生水滴灌情况下,黄瓜地土壤pH与对照相比无显著差异;再生水滴灌处理土壤EC值高于地下水滴灌;在土壤养分方面,与对照相比,碱解氮、有效磷、速效钾含量差异不显著;再生水浓度越大,对土壤呼吸的增强效应越明显。     

膜下滴灌灌水量对土壤水热影响及地下水补给耗水响应

为探求灌水量对棉田地温和生育期地下水补给棉花耗水比例的影响,设置了4种不同膜下滴灌灌水量(3 000,3 750,4 500,5 250m~3/hm~2)进行野外均衡场试验研究。结果表明:灌水量一定时,浅层土壤受气温影响更为显著;同一气象条件下、同一土层地温和土壤有效积温均随灌水量的增加而降低,当灌水量增加75%时,有效积温降低11.3%,同时温度变幅也相对变小;灌水量越大,棉花耗水量及地下水补给作物水量也随之增大。当灌水量从3 000m~3/hm~2增加到5 250m~3/hm~2时,棉花的耗水量增加146.3%,地下水补给比例增加540%,而棉花需水敏感期地下水补给量则增加152.93mm,需水敏感期的地下水补给量最大,但日均地下水补给量随棉花生育期的延长而增大,且各处理的水分利用效率差异不大。此外,在地温较高的夏季高温期(花铃期和吐絮期)以及灌水量较小时,夜间地下水补给作物水量大于或接近白天补给量,说明地温影响地下水的向上补给水量和补给时段。此研究可为合理高效利用农业水资源和优化膜下滴灌棉花灌溉制度提供有效依据。