地表滴灌条件下滴头流量对土壤水分入渗—再分布过程的影响

在新疆林业科学院枣树示范基地进行了原状土的树下单点源滴灌试验,研究砂壤土在不同滴头流量条件下(滴头流量分别为8、12、16 L·h~(-1))地表滴灌湿润体特征值的变化规律。结果表明:1停止灌溉时湿润锋呈平卧半椭球体分布,随着滴头流量的增加湿润锋的分布范围逐渐增大,停止灌溉后12 h内各滴头流量下土壤中的水分运移均存在再分布过程,水分再分布后湿润锋呈直立半椭球体分布,湿润体的形状大小受到滴头流量及灌溉总量的影响,湿润锋水平、垂直运移距离与入渗时间存在显著的幂函数关系,决定系数(R~2)均大于0.95;2滴灌初期湿润锋在水平、垂直方向上的运移速率随着滴头流量的增加而增大,随着灌水历时的延长逐渐降低,滴头流量越大入渗距离比也就越大,并且随着灌溉时间的推移入渗距离比值逐渐减小,三种滴头流量下入渗距离比由最初的2~2.27逐渐减小到0.8~0.97;3随着滴头流量的增大湿润体的体积不断增大,湿润体含水量也随之增大,距离滴头越近含水量等值线越密,外围含水量等值线较稀疏,滴头正下方约40 cm处土壤含水量增加值达到最大,再分布后含水量等值线变为稀疏,水平扩散半径增加值较小,垂直方向再分布距离较大。     

土壤容重对浑水一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

通过开展室内浑水一维垂直入渗试验,设置了4个土壤容重水平(1.30、1.35、1.40和1.45g/cm3),观测不同土壤容重影响下浑水入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的变化特性.结果 表明:浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随土壤容重的增加而减小,而落淤层厚度随土壤容重的增加而增大;落...     

地表滴灌条件下滴头流量对土壤水分入渗过程的影响

在新疆林业科学院枣树示范基地进行原状土的滴灌入渗试验,研究砂壤土在不同滴头流量条件下地表滴灌湿润体特征值的变化规律。结果表明：地表滴灌条件下,当滴头流量增加时,湿润体的形状大小会随着滴头流量的增大而增大,水平、垂直方向上湿润锋的运移距离随着滴头流量的增加而不断增大;湿润锋的运移速率、入渗距离比值与水分入渗时间符合幂函数关系;湿润锋水平方向的运移速率比垂直方向上的要大,但是持续的运移时间没有垂直方向上的长;土壤含水率的变化随着滴头流量的增加而增加,距离滴头距离越近含水率变化幅度也越大,当q≥8 L·h^-1时,滴头正下方约40 cm左右的土层含水率达到最大值。     

负水头供水条件下土壤水分一维入渗规律的研究

将土壤供水头压力控制为负值,测定了垂直入渗、毛管上升和水平入渗3种情况下的土壤吸水过程.发现随供水吸力的增加,垂直入渗、毛管上升和水平入渗过程中湿润峰前进速度和入渗速度的相对差异变小.将入渗速率等于潜在蒸发速率时的湿润厚度定义为临界湿润厚度,计算了潜在蒸散宰为5 mm/d时不同负水头下壤土的临界湿润厚度;确认了垂直、毛管和水平入渗下湿润峰位置与入渗量的关系,将湿润蜂位置-累计入渗量曲线的斜率,印巴湿润土体内入渗水分所占的容积百分数定义为湿润系数,提供了所测壤土的湿润系数-负水头曲线;建立了负水头供水过程中土壤含水量空间分布模型;观察到湿润锋含水量与供水吸力闸的依赖关系.     

滴灌条件下侧柏林地根区土壤水分运动规律研究

在山地造林试验区,选择了5种滴头流量,研究了侧柏林地根区土壤滴灌条件下地表积水区半径、湿润锋水平扩散半径、湿润锋垂直入渗深度、湿润体大小等表征滴灌水分入渗的特征值。分析试验数据表明:地表积水区半径、湿润锋水平扩散半径与灌水延续时间的关系可用对数函数描述;湿润锋垂直入渗深度与灌水延续时间之间的关系可用幂函数描述,树木根系是影响湿润锋垂直入渗的因素之一。在灌水过程中,湿润锋水平扩散速度总大于垂直入渗速度,湿润体为平卧的椭球体。     

微咸水灌溉下滴头流量及灌水量对压砂土壤入渗及水盐分布的影响

为探讨滴头流量及灌水量对微咸水灌溉条件下覆砂土壤入渗规律及水盐分布的影响,开展室内土槽试验研究了微咸水灌溉下相同灌水量时3种滴头流量(0.85、1.70、3.40 L·h^-1)及相同滴头流量下3种灌水量（5.88、6.60、10.00 L）对压砂土壤湿润锋迁移以及灌溉后土壤水盐分布特征,以期为压砂地合理利用微咸水提供理论依据。结果表明：滴头流量越大,湿润锋在水平和垂直方向上运移距离越大,湿润锋水平和垂直入渗距离与入渗时间存在幂函数关系。供试土壤在0.85 L·h^-1和3.40 L·h^-1滴头流量下湿润体稳定的垂直/水平的比值为1.1,而1.70 L·h^-1滴头流量下其比值为0.9。覆砂条件下高含水率及低盐分区出现在距滴头较远的区域,并随着滴头流量增加逐渐向滴头靠近;随灌水量增加该区域范围不断扩大,土壤水分及盐分分布模式则越接近无覆砂条件模式。因此,砂层覆盖改变了微咸水滴灌条件下土壤水分、盐分的分布规律。     

微润带埋深对温室番茄生长和土壤水分动态的影响

为探明微润灌溉对番茄生长和土壤水分的影响,设置了3种不同埋深和2种不同工作压力,研究了微润带埋设深度和压力对番茄生长、产量及水分利用效率的影响。结果表明:定植后94天,微润带压力水头为180cm、埋深为15 cm时的番茄株高分别比埋深10 cm和20 cm的处理增加9.17%和7.55%;此时番茄气孔导度最小,光合速率和水分利用效率最大,分别比埋深为10 cm和20 cm的处理增产3.24%和7.45%;不同埋深土壤含水率垂直分布随时间的变化存在差异,15 cm埋深时的土壤含水率最大。微润带埋深是影响土壤水分时空变化的主要因素;压力对土壤含水量时间变化影响不显著。     

肥液浓度对膜孔单向交汇入渗水分运移特性的影响

通过清水与不同肥液浓度的膜孔单向交汇室内入渗试验,研究了不同浓度的膜孔肥液单向交汇入渗量、湿润锋运移距离及土壤含水量分布.提出了土壤入渗量和湿润锋运移距离随肥液浓度的增加而增大的规律;建立了不同肥液浓度膜孔入渗量和湿润锋运移距离经验模型.经实测资料验证,模型精度较高;肥液浓度越大,相同时间的湿润锋运移距离越大,相同深度处的土壤含水量也越大.     

风沙土水分入渗与再分布过程中湿润锋运移试验研究

利用室内模拟试验系统,对塔克拉玛干沙漠腹地风沙土在滴灌条件下的水分入渗与水分再分布过程中湿润锋的运动规律进行了模拟试验研究。根据模拟试验描述了风沙土在滴灌条件下水分入渗与再分布情况下湿润体的形状变化,研究了在水平方向上与垂直方向上风沙土的湿润锋推进规律及运动特征,揭示了随着累计入渗量的增加,湿润锋推进过程在入渗初期速率较大,逐渐成减小趋势,并最终达到稳定入渗状态;在土壤水分再分布过程中土壤湿润锋面不断向外部推移,最后达到相对稳定;对风沙土水分入渗及再分布过程中其湿润锋的推进距离与时间做了函数关系拟合,其中乘幂函数关系式拟合最好。     

吉林西部苏打盐碱土在不同添加物下水分入渗特性

依据土壤水动力学理论,基于室内一维土柱入渗试验,选用稻壳、玉米秸秆、河沙3种材料作为添加物,分别将添加物以不同掺量与土壤均匀混合对苏打盐碱土进行入渗试验,从累计入渗量、入渗速率、湿润锋运移距离等方面研究苏打盐碱土在不同添加物及不同掺量下水分的入渗特性。结果表明:对照组土壤入渗量为3 mm·d~(-1),混掺1%稻壳、玉米秸秆时土壤入渗量分别为7.08、7.37 mm·d~(-1),混掺3%稻壳、玉米秸秆时土壤入渗量分别为18.9、23.07 mm·d~(-1),混掺5%稻壳、玉米秸秆时土壤入渗量分别为21.17、28.5 mm·d~(-1)。对照组土壤稳定入渗速率为0.04 mm·h~(-1),混掺1%、3%、5%稻壳土壤稳定入渗速率分别为0.17、0.55、0.60 mm·h~(-1),混掺1%、3%、5%玉米秸秆土壤稳定入渗速率分别为0.25、0.70、1.00 mm·h~(-1),混掺25%、40%、55%河沙土壤稳定入渗速率为0.08、0.09、0.10 mm·h~(-1)。对照组土壤湿润锋运移距离为4.9 cm,混掺1%、3%、5%稻壳土壤湿润锋运移距离分别为10.1、30、38.3 cm,混掺1%、3%、5%玉米秸秆土壤湿润锋运移距离分别为11.6、32、47 cm,混掺25%、40%、55%河沙土壤湿润锋运移距离分别为6.5、7.8、9 cm。混掺5%玉米秸秆可以大幅度增加土壤累计入渗量,提高水分入渗速率,浸润范围可以到达作物根系。因此选用5%玉米秸秆掺量与土壤混掺,可提升吉林西部苏打盐碱土入渗效果,有利于综合提高土壤水分入渗和保水性能。     

模拟垄沟灌溉土壤水分入渗特性试验研究

采用土箱进行模拟垄沟灌溉入渗试验,探索垄沟灌溉条件下土壤水分的入渗特性.研究结果表明:垄沟灌溉入渗时,湿润锋水平方向与垂直方向的运移距离与入渗时间呈幂函数正相关,其垂向运移距离明显大干一般沟灌;灌水时沟中与垄坡剖面的含水率迅速增加,再分布过程中在水平向水势梯度的作用下垄上剖面的含水率也不断增加,适当减小垄宽可以减少灌溉...     

基于HYDRUS-2D的雨水集聚深层入渗系统土壤水分运移模拟

为了解雨水集聚深层入渗(RWCI)系统土壤水分的入渗规律,设置不同灌水量(10 L、21 L和36 L)和RWCI设计坑深(40 cm和60 cm)的室内土箱试验,观测不同灌水量与不同水头变化情况土壤含水率变化和土壤湿润锋在径向和垂直方向上运移过程,依据非饱和土壤水动力学理论,建立HYDRUS-2D变水头边界条件土壤水分二维入渗模型。通过与实测数据对比,结果表明模型模拟值和实测值具有较好一致性:垂向湿润锋相对均方差(R_E)、平均绝对误差(MAE)和纳什系数(NE)分别为0.019、0.011 cm和0.994,径向湿润锋R_E、MAE和NE分别为0.018、0.851 cm和0.977,土壤含水率R_E、MAE和NE分别为0.188、0.016 cm~3·cm~(-3)和0.916。相比于设计深度为40 cm的RWCI系统, 60 cm RWCI系统在不同灌水量下能够更有效地增加果树根系分布层的土壤含水率,增加土壤水分入渗深度;相同灌水量下RWCI系统设计深度的径向湿润锋分布间无明显差异,而垂直方向的分布具有明显差异;RWCI系统在相同的设计深度下,随着灌水量增大湿润锋在垂向与径向的运移距离差异逐渐增大。     

间歇供水条件下点源入渗规律研究

对间歇供水和连续供水方式下的杨凌粘壤土点源入渗进行了室内对比研究。结果表明:间歇供水地表点源入渗水平和竖直方向的最大入渗距离与入渗时间存在显著的幂函数关系;在灌水定额相同的条件下,大滴头流量(4L/h)间歇滴灌与小滴头流量(2L/h)连续滴灌相比较,间歇供水能有效增加水平湿润距离,同时垂向入渗距离降低15%;对应于同一灌水量,采用30min、60min和120min等3种间歇周期对点源入渗的水平和垂向入渗距离无明显影响。     

不同流量对滴灌土壤湿润体特征的影响

在米脂山地微灌枣树示范基地进行原状土的滴灌入渗试验,研究了不同流量、不同灌水历时条件下,地表滴灌湿润体特征值的变化规律及滴灌结束时的水分分布规律。结果表明: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,相关系数均大于0.99;湿润体的体积及湿润体内土壤含水率的分布同时受滴头流量和灌水量的控制,相同灌水量情况下,湿润体体积随滴头流量的增加而变小,平均含水率变大;并且建立了预测湿润体特征值和湿润体体积的经验模型。     

滴灌条件下土壤水分再分布过程研究

对均质风干砂壤土在滴灌条件下水分再分布过程进行研究发现:距离供水滴头较近的点,水分再分布过程开始后该点土壤含水量突然下降1~2个百分点,随后该点土壤含水量随时间延长而减少,前期较快,后期变缓;原湿润锋边缘处各点的土壤含水量在再分布过程前期表现为继续增加,后期则随时间的延长而缓慢减少。土壤水分的再分布运动使得湿润体内的土壤含水量均有不同程度的下降,土壤水分由高含水区向低含水区运移。在试验条件下水平湿润锋增长幅度6%,垂直方向增长幅度为9%,垂直方向大于水平方向;灌溉结束24 h后土壤水分运动达到暂时的平衡,此后土壤含水量变化很小,土壤湿润锋几乎不再扩展。     

Effects of biochar on water movement characteristics in sandy soil under drip irrigation

Biochar addition can improve the physical and hydraulic characteristics of sandy soil. This study investigated the effects of biochar on water holding capacity and water movement in sandy soil under drip irrigation. By indoor simulation experiments, the effects of biochar application at five levels (0%, 1%, 2%, 4%and 6%) on the soil water retention curve, infiltration characteristics of drip irrigation and water distribution were tested and analyzed. The results showed thatbiochar addition rate was positively correlated with water holding capacity of sandy soil and soil available water. Within the same infiltration time, with an increasing amount of added biochar, the diffusion distance of the horizontal wetting front (HWF) tended to decrease, but the infiltration distance of vertical wetting front (VWF) initially declined and then rose. The features of wetted bodies changed from "broad-shallow" to "narrow-deep" type. The relationship between the transport distance of HWF and VWF and the infiltration time was described by a power function. At the same distance from the point source, the larger was the amount of added biochar, the higher was the soil water content. Biochar had a great influence on the water content of the layer with biochar (0-200mm) and had some effects at 200-250mm without biochar; but had less influence on the soil water content deeper than 250mm. For the application rate of biochar of 4%, most water was retained within 0-250mm soil layer. However, when biochar application amount was high (6%), it would be helpful for water infiltration. During the improvement of sandy soil, biochar application rate of 4% in the plow layer had the best effect.     

One-dimensional horizontal infiltration experiment for determining permeability coefficient of loamy sand

A knowledge of soil permeability is essential to evaluate hydrologic characteristics of soil, such as water storage and water movement, and soil permeability coefficient is an important parameter that reflects soil permeability. In order to confirm the acceptability of the one-dimensional horizontal infiltration method(one-D method) for simultaneously determining both the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand, we first measured the cumulative infiltration and the wetting front distance under various infiltration heads through a series of one-dimensional horizontal infiltration experiments, and then analyzed the relationships of the cumulative horizontal infiltration with the wetting front distance and the square root of infiltration time. We finally compared the permeability results from Gardner model based on the one-D method with the results from other two commonly-used methods(i.e., constant head method and van Genuchten model) to evaluate the acceptability and applicability of the one-D method. The results showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the wetting front distance, suggesting that it is more appropriate to take the soil moisture content after infiltration in the entire wetted zone as the average soil moisture content than as the saturated soil moisture content. The results also showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the square root of infiltration time, suggesting that the Philip infiltration formula can better reflect the characteristics of cumulative horizontal infiltration under different infiltration heads. The following two facts indicate that it is feasible to use the one-D method for simultaneously determining the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand. First, the saturated permeability coefficient(prescribed in the Gardner model) of loamy sand obtained from the one-D method well agreed with the value obtained from the constant head method. Second, the relationship of unsaturated permeability coefficient with soil water suction for loamy sand calculated using Gardner model based on the one-D method was nearly identical with the same relationship calculated using van Genuchten model.