低定额畦灌技术参数研究

基于有限水资源的农田补充灌溉,以寻求不产生深层渗漏的节水型地面畦灌灌水定额为目标,在陕西省杨陵区中壤土玉米地,开展了畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度影响的田间试验.通过水流推进、消退过程、土壤水分变化的测定,利用地面灌溉水流运动曲线拟合对畦灌条件下的最佳灌水技术要素组合进行了分析.结果表明:畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度具有明显影响.对于试验田块,田面坡度为1.5‰时,入畦单宽流量控制在3～6 L/(m·s)范围内,畦宽2～3 m,畦长50 m左右,可达到较高灌水效率(Eα>80%)和灌水均匀度(DU>80%),并能将灌水定额控制在设计范围之内,实现畦田的小定额灌溉.     

田面平整精度对畦灌系统性能影响的模拟分析

利用不同田面平整精度处理下获得的田间畦灌试验资料完成对地面灌溉模型SRFR的验证，在此基础上，针对不同的灌水时间条件设置，模拟3种典型地面平整状况下的水流推进与消退过程和畦田水分入渗分布状况，分析讨论田面平整精度对畦灌系统性能的影响。模拟结果表明，随着田面平整精度的改善，畦灌系统性能评价指标显著提高。与田面粗平状况相比，激光控制精细平地条件下的灌溉效率可提高34%，灌水均匀度可提高28%。     

不同灌水技术要素组合下畦灌灌水深度的控制目标

研究地面灌溉反馈控制技术,加强对灌溉过程的控制和管理是当前改进地面灌溉技术的重点所在。该文基于以往研究成果,结合农民实际灌水经验,提出3种灌水深度控制目标(即田面最小灌水深度大于0时关口,入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口,田面最小灌水深度等于灌溉需水量时关口),并借助灌溉模拟模型以确定关口时间,从而控制灌溉水量。将田间试验与数值模拟相结合,分析不同土质、地形、畦长、入畦单宽流量下灌溉性能指标值对3种灌水深度控制目标的响应关系,确定不同灌水技术要素组合下适宜的灌水深度控制目标。结果表明,灌水深度控制目标对灌溉性能指标值的影响程度受畦长影响最为明显,其次是田面坡度和土质、再后是田面平整精度,入畦流量的影响不明显。砂壤和黏壤土质下畦长为50 m时,灌水深度控制目标取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为100 m时,零坡度下灌水深度控制目标取田面最小灌水深度大于0时关口最佳,有坡度下取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为150 m时,除黏壤土有坡度田面平整精度好的情况采用入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳外,其他建议采用田面最小灌水深度大于0时关口。研究成果为畦灌反馈控制方案的制定提供了决策依据。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

激光控制农田土地精细平整应用技术体系研究进展

借助激光控制技术、GPS和GIS、先进机械制造技术等现代高科技手段对传统的农田土地平整技术与方法进行升级改造并构建激光控制农田土地精细平整技术。激光控制农田土地精细平整技术的推广应用,可明显改善田面微地形条件,大幅度提高地面灌溉条件下的灌溉效率与灌水均匀度,获得显著的节水、增产、省工、提高土地利用率等效果。该文在阐述具有中国特色的激光控制农田土地精细平整应用技术体系构架基础上,对近年来国内开展的主要研究工作及取得的成果进行了综述,探讨了激光控制农田土地精细平整应用技术体系的发展趋势与研究方向。     

覆膜不同开孔程度蒸发条件下土壤水热变化动态研究

覆膜灌溉播前铺膜通常无法覆盖全田面 ,而播种后需为作物破土预留出苗孔 ,覆膜灌溉时还需增设灌水孔 ,对上述各类孔的问题 ,可采用覆膜开孔率来统一表征。到目前为止 ,尚未见国内外关于覆膜开孔蒸发的水热耦合迁移方面的报道。在研制了室内蒸发水热动态观测实验系统的基础上 ,本文根据剖面初始含水率均匀的覆膜开孔蒸发土壤水分和温度的动态观测资料 ,分析了土壤温度变化规律及剖面水分的降低趋势 ,并建立了覆膜开孔蒸发的累积蒸发量、相对累积蒸发量及单位膜孔面积累积蒸发量随时间和不同覆膜开孔率变化的函数关系。分析结果表明 ,不同覆膜开孔率控制下的累积蒸发量与时间平方根之间均符合Gardner提出的裸土蒸发理论关系。该结果发展了传统的Gardner方程 ,拓展了该关系的应用途径 ,对今后进一步研究覆膜开孔蒸发的水热运动规律有重要意义。     

激光平地对灌水均匀度及春小麦生长的影响

在河套灌区以普通畦田为对照,研究激光平地对畦田灌水均匀度、土壤盐分及春小麦生长等的影响。结果表明,激光平地畦田较普通畦田的灌水量减少26.39%,水流推进速率提高37.90%,田面储水深度降低25.00%,水流消退速率降低8.13%,灌水效率提高6.03%,土壤盐分降低3.70%,春小麦产量提高10.52%。激光平地系统显著提高灌水均匀度,极显著提高盐分分布均匀度及春小麦生长均匀度,且越靠近畦尾土壤盐分降低的幅度越大,春小麦的增产幅度越大。河套灌区应积极开展激光平地。     

秸秆覆盖畦田灌溉水流特性及灌水质量分析

在陕西杨凌张家岗村覆盖玉米秸秆的冬小麦地进行了畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌溉均匀度影响的田间试验,并SRFR406软件对秸秆覆盖畦灌的水流推进进行了数学模拟.结果表明,给出的地面灌溉模型及软件可较好的模拟秸秆覆盖畦田水流运动.畦田规格与技术要素的选择对灌水效率及灌水均匀度均有影响.在覆盖秸秆畦田以畦长小于50 m,畦宽2～3 m,单宽流量以6～8 L/(m·s),坡度以3‰～5‰为宜.为提高秸秆覆盖灌水效率,应加强耕作管理,消除反坡.     

波涌灌溉技术田间适应性分析

利用地面灌溉模型对波涌灌溉条件下地表水流及入渗过程进行模拟,在模拟结果与田间实测资料对比基础上,确定适宜的田间灌水参数,即土壤入渗强度、田块规格、田面坡度、入地流量、田间微地形等的变化范围,给出适合于波涌灌水方法应用的田间组合条件,提出波涌灌水技术对壤类土质的田间适应性,为制定波涌灌溉的田间实施方案提供科学的依据     

西北干旱区戈壁葡萄膜下滴灌需水量和灌溉制度

为了取得高产、实现高水分利用率及达到节水的目的,通过野外定位试验在西北干旱荒漠气候区进行葡萄覆膜与不覆膜滴灌的灌溉制度的试验研究。结果表明,膜下滴灌第一种处理T1（240mm）比不覆膜常规滴灌CK（360mm）节水33%,生育期内浆果生长期日耗水量最大,为需水关键期。在当地气候、土壤及试验研究的栽培模式下,葡萄全生育期的灌水量是240mm;葡萄的灌溉制度为全生育期内灌水12次,灌水定额为10～20mm,这种滴灌与覆膜技术相结合的灌溉方法能显著提高葡萄的水分利用效率和产量,为西北干旱荒漠戈壁葡萄园膜下滴灌提供了一种优质高效的节水灌溉模式。     

塔里木灌区膜下滴灌的棉花需水量及节水效益

为了确定适宜的灌溉制度,2008年通过田间灌溉试验,采用水量平衡法研究了塔里木灌区膜下滴灌棉花需水和耗水规律。以田间试验数据为基础,拟合了棉花的水分生产函数模型,分析评价了膜下滴灌棉花的节水效益。结果表明:塔里木灌区膜下滴灌棉花需水量为543 mm,其中苗期252 mm,蕾期186 mm,花铃期316 mm,吐絮期139 mm。随滴灌量减小,耗水量减小。滴灌量影响棉花各生育阶段的耗水量及产量,并不影响耗水比例。相应于灌溉水利用效率最高点的滴灌量要低于产量最高点的,因此节水与增产产生矛盾,仅从节水角度考虑,滴灌量为3 091 m³/hm²时,可以达到最大灌溉水利用效率,要获得最大产量,滴灌量应满足3 464 m³/hm²。与漫灌相比,膜下滴灌节水增产效益明显。在同一灌溉量下,膜下滴灌增产30.2%,灌溉水利用效率提高30.2%,在同一产量水平下,节水29.3%,灌溉水利用效率提高41.5%。     

寒旱灌区冻融期冬小麦不同覆盖条件土壤温度变化

为揭示冻融期冬小麦不同覆盖条件土壤温度变化规律,基于河套灌区冬小麦地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖3个试验区的实测土壤温度数据,分析了不同覆盖条件对土壤温度的影响及不同土层的土壤温度变化过程。结果表明:地膜覆盖对冻融期的土壤温度具有较好的增温效果,秸秆覆盖效果稍差;地膜覆盖和秸秆覆盖对土壤表土层增温效果较好,随着深度的增加,增温效果逐渐降低;地膜覆盖和秸秆覆盖在冻结期对土壤的增温效果最好,融解期的增温效果稍差,冻结稳定期增温效果很小;土壤温度变化过程在冻结期和融解期呈现不同特点,冻结期土壤温度随着土壤深度的增加而升高,融解期随着土壤深度的增加而降低,同时土壤融解速度远大于冻结速度。该研究结果可为寒旱灌区冻融期土壤水热运移提供参考,对冬小麦种植管理具有现实意义。     

基于双作物系数法的干旱区覆膜农田耗水及水量平衡分析

农田覆膜技术应用广泛,覆膜条件下农田蒸散发(ET)规律是制定合理灌溉制度、提高用水效率的基础。根据2014—2015年甘肃省石羊河流域春小麦试验观测资料率定和验证农田水量平衡模型,利用双作物系数法得到作物的耗水规律和耗水结构。结果表明,覆膜春小麦全生育期耗水比不覆膜减少10%~16%,有一定的节水效果。覆膜促进了春小麦全生育期蒸腾,蒸腾占总耗水的比例在70%~74%之间,比不覆膜情况提高了25%~27%。在春小麦生长前期,覆膜能够显著降低ET;中期,覆膜能够降低土壤蒸发、促进作物蒸腾。此外,覆膜还具有促进作物前期生长、延长作物中期生长、延缓冠层衰老的作用。     

地面灌田面行水流动的数值模拟及应用

根据我国地面灌现状提出极限灌水状态和最佳灌水状态及其灌水技术参数的概念。用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法和Ｐｒｅｉｓｍａｎ法对畦灌田面行水流动的零惯性模型进行求解，实现畦灌田面行水流动模拟。在此基础上探讨了畦灌的行水、入渗机理。用计算机模拟试验方法建立极限灌水定额ｑ_０、Ｌ关系的数学模型，并研究灌水技术参数ｑ_０、Ｌ对极限灌水定额的影响，进而探讨了ｑ_０、Ｌ对灌溉系统性能的影响。给出了适宜的畦长Ｌ和单宽流量ｑ_０的确定方法。结合通县宋庄地区实际，给出了该地区冬小麦适宜畦幅规格与灌水技术参数。利用上述畦幅规格与灌水技术参数对冬小麦灌水，收到节水增产的效果。     

改进地面灌水技术设施的研究

地面灌溉是一种古老而又应用最广的灌水方法,世界上各国都十分重视改进地面灌水技术的研究。本文提出了二种新的改进地面灌水技术设施——麦棉套膜上灌和简易间歇灌研究结果,它们均具有节水增产、灌水速度快、灌水均匀和投资小的优点,并对此二种地面灌水方法的设施、控制运用和节水增产机理作了初步探讨。     

覆膜集雨与限量补灌对土壤水分及冬小麦产量的影响

依据北京昌平2005－2006年冬小麦田间试验,探讨覆膜集雨和限量补灌措施对土壤水分及产量影响。结果表明：限量补灌明显的增加了田间土壤水分和耗水量,1.6 m土层耗水量比对照增加45.8%,比覆膜增加29%～39%,产量是对照的1.63～1.95倍,比单纯覆膜增产32%～58%,结合覆膜比单纯补灌略增加上层土壤水分,但产量效应不明显;在覆膜面积占种植面积40%,降雨是常年水平一半的条件下,覆膜集雨提升上层土壤水分,降低深层土壤水分,1.6 m土层耗水量较对照增加3.68%～12.23%,且对深层水的利用是对照的1.55～1.69倍,小麦抗旱能力增强,增产63%～95%, 1 m土层水分生产效率提高55.8%～73.8%;在都有覆膜的前提下,追肥比早秋施肥和一次基肥更好地保持了苗期土层水分。总体来看,覆膜结合补灌追肥和限量补灌措施抗旱增产效果显著,值得在华北地区旱地农田推广应用。     

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。     

灌溉渠系优化配水研究

介绍了灌溉渠系优化配水模型的研究进展,并从模型参数、输配水技术和管理体制等方面分析了优化配水难以在灌区实施的原因,指出实行优化配水还必需加强田间试验,完善渠道量水设施,提高量水技术,建立适应现行管理体制的配水模型,同时继续推进灌溉管理体制改革。     

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。