膜孔灌充分供水点源入渗研究进展

膜孔入渗为充分供水条件下的空间三维入渗,可分为三种类型:膜孔自由入渗、膜孔单向交汇入渗和膜孔多向交汇入渗。在已有研究成果的基础上,综述了膜孔点源入渗影响因素、入渗模型特性、水分分布特征、湿润体浸润形状、湿润锋运移的规律、数学模型等,提出了膜孔灌今后应研究的主要问题。     

膜孔肥液多向交汇入渗特性及数学模型研究

通过室内入渗试验,分析了膜孔肥液多向交汇入渗特性,在此基础上,提出了4个膜孔肥液多向交汇入渗模型。减渗量模型建立在膜孔肥液自由入渗参数和减渗量参数已知的条件下,分段函数模型建立在膜孔肥液多向交汇入渗各阶段入渗模型均为幂函数的条件下,增渗率模型建立在膜孔肥液多向交汇入渗相对膜孔清水多向交汇入渗增渗率和清水入渗参数已知的条件下,减渗率模型建立在膜孔肥液单向交汇入渗相对膜孔肥液自由入渗的减渗率、膜孔肥液多向交汇入渗相对膜孔肥液单向交汇入渗的减渗率和膜孔肥液自由入渗参数已知的条件下。经实测资料验证,所提出的4个模型计算精度均较高。     

膜孔肥液单向交汇入渗特性及数学模型研究

通过室内入渗试验,分析了膜孔肥液单向交汇的入渗特性。在此基础上,根据已知试验资料,提出了Kostiakov模型、分段函数模型、减渗量模型和增渗率模型等4个膜孔肥液单向交汇入渗模型。Kostiakov模型建立的条件是膜孔肥液单向交汇入渗参数均为已知;分段函数模型建立的条件是膜孔肥液自由入渗和单向交汇入渗参数均为已知;减渗量模型建立的条件是膜孔肥液单向交汇入渗相对于膜孔肥液自由入渗的减渗量参数和膜孔肥液自由入渗参数已知;增渗率模型建立的条件是膜孔肥液单向交汇入渗相对膜孔清水单向交汇入渗增渗率和清水单向交汇入渗参数已知。模型验证表明,所提出的4个模型均为描述膜孔肥液单向交汇入渗的有效模型,其中分段函数模型的计算精度相对最高,Kostiakov模型、减渗量模型和增渗率模型稍次之。在实际应用中,可根据不同的已知资料情况加以选用。     

施肥方式对土壤间歇入渗特性的影响

通过不同施肥方式土壤间歇入渗试验,研究了施肥方式对土壤间歇入渗特性的影响。结果表明,不施肥与采用深施施肥方式对土壤间歇入渗能力影响不大,灌施间歇入渗量略大于深施,而表施间歇入渗量明显大于灌施与深施,不同施肥方式间歇入渗量的差异主要表现在第一周期。建立了不同施肥方式土壤间歇入渗模型,实例计算表明,该方法可简单而有效地确定土壤间歇入渗量。     

膜孔灌溉条件下入渗规律的研究

对重粉质粘土进行了4种孔径的膜孔灌水及垂直一维入渗试验，观测了膜孔点源入渗过程中的累积入渗水量、水平湿润范围及速度、点源下渗速度等。结果表明，膜孔点源累积入渗水量符合考斯加可夫模型，并且得出了膜孔直径与入渗系数、入渗指数的关系。膜孔直径与湿润深度及膜孔直径与湿润半径间的关系。     

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.     

肥液浓度对膜孔单向交汇入渗NO-3-N运移特性的影响

通过室内入渗试验,研究了不同浓度的膜孔肥液单向交汇入渗NO3--N的分布特性。研究表明,不同肥液浓度的膜孔入渗湿润体膜孔中心和交汇界面中心垂向土壤NO3--N的浓度锋运移距离与土壤水分运动的湿润锋一致;肥液浓度越大,相同入渗时间的NO3--N浓度锋运移距离越大,土壤NO3--N浓度最大值越大,相同深度处土壤NO3--N浓度也越大。建立了肥液交汇入渗湿润体膜孔中心和交汇界面中心垂向土壤NO3--N浓度分布特征与湿润体深度之间的分段函数模型,经实测资料验证表明,该模型精度较高。入渗供水过程中,NO3--N浓度锋运移距离和浓度最大值随时间的延长而增大;再分布过程中,NO3--N浓度前锋运移距离随时间延长而增大,而NO3--N浓度最大值逐渐减小。     

膜孔肥液自由入渗土壤铵态氮运移和分布特性试验研究

通过室内膜孔肥液自由入渗试验,观测分析不同入渗时间和再分布过程中铵态氮运移和分布特性,结果表明:在肥液自由入渗过程中,铵态氮锋面运移滞后于土壤水分锋面,但土壤铵态氮含量和土壤含水率以膜孔为中心向外逐渐减小;在再分布初期,土壤铵态氮锋面和土壤水分锋面运移一致,土壤铵态氮含量和含水率以膜孔为中心向外逐渐减小,减小的速度变慢,但随着再分布时间延长,土壤铵态氮开始硝化成硝态氮,铵态氮含量减小,硝态氮含量增加。     

尿素肥液间歇入渗土壤水氮运移特性试验研究

通过连续和间歇一维垂直入渗试验,研究了波涌灌灌施尿素下铵态氮和硝态氮在土壤和地下水中的迁移转化特性,表明波涌灌间歇入渗较连续入渗有保肥和减小地下水污染等优点,可以有效缓解农业施肥带来的地下水环境污染。该研究成果为进一步研究波涌灌溉水氮运移特性和波涌灌溉对地下水环境的影响奠定基础。     

膜孔灌灌施条件下硝态氮迁移分布规律研究

利用自行研制的膜孔点源入渗装置,测试膜孔灌灌施条件下硝态氮的迁移和分布规律。结果表明:在肥液连续入渗过程中,硝态氮浓度锋运移与水分湿润锋是一致的;随着距离膜孔中心距离的增加,NO3-N含量减小,在湿润锋位置处土壤NO3-N含量急剧减小到本底值;进入再分布过程后,土壤水分运移速度减慢,整个湿润土体内的含水量分布更加均匀;再分布1~7天内,硝态氮含量略有下降,再分布10天后,硝态氮反硝化作用增强,径向处的反硝化作用弱于垂向处,硝态氮含量明显降低。     

玉米膜孔灌农田土壤水氮分布特性

通过大田玉米灌水试验,研究了畦灌和膜孔灌条件下农田土壤水氮运移特性。结果表明:在相同灌水定额条件下,膜孔灌土壤剖面含水率比畦灌土壤剖面含水率变化均匀,0~30 cm土层灌水后1天和灌水后5天膜孔灌土壤含水率比畦灌土壤含水率高19.2%和18.3%;在相同灌水定额条件下,土壤铵态氮含量受土壤水分运动的影响较小,主要分布在30 cm以上土壤层,膜孔灌条件下土壤铵态氮含量随时间分布比畦灌均匀,其含量最大值为41.6 mg/kg,同畦灌相比铵态氮含量增加了4.3%;硝态氮含量受灌水方式的影响较大,在相同灌水定额条件下,10~50 cm各土层硝态氮含量膜孔灌比畦灌分别增加了41.3%、96.3%、55.3%、50.7%和46.5%,膜孔灌土壤硝态氮含量随时间和垂直土壤剖面分布均匀,其硝态氮含量主要集中在0~50 cm土层,有利于作物对氮素的吸收,提高氮素利用率。     

膜孔灌夏玉米耗水特性和水分生产效率试验研究

通过测坑试验,研究了膜孔灌灌水频率和灌水量对夏玉米耗水量、产量和水分生产效率产生的影响。结果表明,拔节期和抽穗期是玉米需水的关键阶段;相同灌水频率时,耗水量随灌水量的增加而增大,相同灌水量时,耗水强度随灌水频率的增加而增大;玉米产量与玉米生育期总耗水量之间呈良好的抛物线关系;膜孔灌夏玉米产量和水分生产效率较佳的需水量是2546～3410 m3·hm-2;灌水条件相同时,玉米膜孔灌比常规畦灌的耗水量减少6．2％,水分生产效率提高23．3％,增产15．9％。