滴灌施肥条件下土壤湿润锋变化规律研究

针对宁夏旱区枸杞滴灌施肥系统设计、水肥管理方案等不完善问题,研究了滴灌施肥条件下湿润锋的运移变化规律,为大田滴灌施肥系统设计提供参考依据。通过室内土箱实验模拟大田点源滴灌,试验以滴头流量和施氮浓度为变量,以计划湿润层为控制量,采用完全随机组合设计,研究湿润锋变化规律。灌水氮素浓度一定的条件下,滴头流量越大灌水到达计划湿润层的时间就越短,形成的湿润体体积越大,灌水结束后湿润体水分再分布的距离越大;滴头流量一定的条件下,灌水氮素浓度越大越有利于水分在竖直方向的迁移扩散,水分到达计划湿润层的时间越短,形成的湿润体体积相对较小,灌水结束后土壤水分再分布的距离越小;水平湿润锋和垂直湿润锋运移距离与时间之间满足幂函数关系,幂指数b随流量q和施肥浓度c无明显变化,幂函数系数a随滴头流量的增大而变大,随施肥浓度的增大而变小。滴头流量和施肥浓度都会影响水分在土壤中的运移分布状况,滴头流量起主要作用。水分运移距离与时间满足幂函数关系,可以通过函数关系式来预测土壤水分运移深度。     

多点源滴灌条件下红壤水分溶质运移试验与数值模拟

为了掌握红壤多点源滴灌条件下水分溶质运移规律,为红壤丘陵地区脐橙滴灌灌溉设计和管理提供参考,建立了5个不同红壤容重下滴灌水分和硝态氮运移的数学模型。借助Hydrus-3D模型模拟了不同红壤容重、同一滴头流量和施氮量时土壤水分溶质分布特征和湿润锋推移和交汇过程。模拟结果与试验对比表明:模拟的湿润锋运移交汇过程、湿润体内土壤含水率以及NO_3~--N含量与实测值之间的偏差均在9.5%以内;模拟值和实测值具有很好的一致性,并显示在湿润锋交汇处土壤含水率和NO_3~--N含量低于同一深度滴头下方的土壤,另外高容重红壤阻碍湿润锋的推进速度。总体而言,Hydrus-3D可以用于红壤滴灌施肥灌溉条件下湿润体范围以及水分和氮素运移和分布的模拟。     

间接地下滴灌条件下 红黏土水分入渗特性试验研究

植物护坡效果与根系在土壤中的空间造型和分布(即根系构型)密切相关,研究不同土壤初始含水率和滴头流量对红黏土内水分运移的影响规律,对合理匹配土壤湿润体与植物根系分布情况,准确调控植物根系构型,提高植物边坡固土能力具有重要意义。采用室内试验的方法,在间接地下滴灌的条件下,观测土壤初始含水率和滴头流量对土壤湿润体特征值、湿润锋运移速度和含水率分布情况的影响。试验研究发现湿润锋运移的形状近似椭圆形,而湿润体的形状则近似为椭球体。随着土壤初始含水率的增加,湿润体水平方向对称轴不断下移,水分趋于垂直向下运移,随时间呈对数函数变化。在相同的滴灌量条件下,流量较小的湿润体的范围稍大于流量较大的湿润体范围,但湿润锋的半径均随时间呈幂函数变化。滴灌初期,同一时刻湿润锋运移速度随滴头流量的增大而增大,但随滴灌时间的延长,这一现象逐渐减弱。滴头流量大时,水分向水平方向运移的趋势明显,而滴头流量小时,水分向垂直方向运移的趋势更优。不同滴头流量和土壤初始含水率会形成不同形状和大小的湿润体,也会导致湿润体含水量分布不同。在调控所需的植物根系构型时,可通过控制滴头流量和土壤初始含水率来控制植物根系分布情况,提高植物根系固土的能力。     

毛管埋深对地下滴灌线源入渗土壤水分运移影响研究

通过室内试验,对地下滴灌土壤水分分布进行了观测分析。结果表明,在流量和灌水量一定的情况下,无论是在水平方向还是垂直方向上,随着毛管埋深的增加,湿润锋运移的速度减慢,且湿润锋在垂直方向和水平方向的运移距离也随着埋深的增大而减小。对于同一埋深而言,滴头二侧的含水率分布对称;对于不同的埋深,埋深越大,在距滴头一定距离内,含水率越高,并且随着滴灌带埋深的增加,湿润体饱和区域在不断增大,特别是在垂直方向上。     

土壤初始含水率对地下滴灌线源入渗土壤水分运动影响的试验研究

通过室内试验,分析了4种土壤初始含水率对地下滴灌线源入渗土壤水分运动规律的影响,结果表明,随着初始含水率的增大,湿润锋向下运移的速度变大,向上和水平方向运移的速度均减小,且滴头下方的土壤含水率相对较高;水平方向在滴头左右相同位置处的土壤含水率基本相同,呈左右对称分布。在相同灌水量情况下,初始含水率越大,湿润锋向上运移的距离越小,向下运移的距离越大。     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

水肥一体化膜下滴灌水肥及速效氮分布特征研究

【目的】提高水肥一体化条件下水肥利用率。【方法】通过不同流量膜下滴灌水肥入渗试验,研究了滴灌结束时及再分布后的土壤含水率、电导率运移规律,并测定氮素在土壤中的动态分布特性。【结果】(1)滴灌结束时,各滴头流量下土壤含水率随着离滴头距离的增大而减小,流量为2 L/h的土壤含水率、电导率在垂直方向运移距离大于流量为3、4 L/h的;再分布后,不同滴头流量下土壤含水率的分布差异不大,流量2 L/h与流量为3、4 L/h的土壤电导率集中分布在不同区域,流量为3、4 L/h的土壤电导率在土体内主要分布区域相近。(2)不同滴头流量下土壤铵态氮质量分数随时间的延长逐渐减小,土壤硝态氮质量分数则表现为相反的变化趋势;土壤铵态氮质量分数在径向和垂向上随着离滴头距离的增大而减小。24 h土壤硝态氮质量分数在径向和垂向上随着离滴头距离增大而增大,72 h后呈减小的趋势。【结论】滴灌后不同流量下土壤电导率集中分布区域不同,土壤氮素随时间呈动态变化,可根据作物生长特点选择合适的滴头流量,制定合理的施肥时间。     

不同初始土壤含水率和滴头流量下滴灌土壤湿润体特征及其有效性评价

【目的】研究滴灌条件下土壤湿润体水分分布。【方法】开展单点源入渗试验,探究了不同初始土壤含水率和滴头流量对滴灌土壤湿润体特征及湿润体内含水率分布的影响。【结果】灌溉结束24 h后,湿润体内的含水率达到相对稳定的状态,湿润体体积基本保持稳定;随灌水及再分布时间增加,湿润体宽深比逐渐降低,再分布过程中,宽深比随初始含水率减小而增大,随滴灌流量减小而减小;各处理湿润体体积与入渗时间呈良好的线性函数关系,灌水结束24 h后,各处理实际湿润体积均已超出计划湿润体积;计划湿润体内含水率60%θFC～80%θFC区间占比随初始含水率增大而减小,随滴头流量的增大而增大,其余各区间占比变化规律与之相反,相同滴头流量下,50%θFC初始含水率处理超出计划湿润体的体积最少。【结论】再分布后的湿润体体积主要受灌水量的影响,可以选择较小的初始含水率及较大的滴头流量以提高湿润体内水分有效性。     

滴灌施肥条件下土壤水分运移规律的研究

针对宁夏中部干旱地区水资源不足、水肥管理不合理等问题,开展了同一滴头流量,不同氮肥浓度下土壤水分运移规律的研究。利用点源入渗的方式,设置了滴头流量(0.3、0.5、0.7、0.9 L/h)和氮肥浓度(200、300、400、500 mg/L) 2个因素开展试验研究。结果表明:(1)0～20 cm土层土壤平均含水率基本不受氮肥浓度的影响,在20～40cm土层土壤平均含水率与施氮浓度呈负相关。(2)氮肥浓度的大小对径向土壤含水率大小变化没有显著影响。(3)纵向土壤含水率的变化受滴头流量和氮肥浓度的影响,且两者对含水率大小变化的影响顺序为:滴头流量氮肥浓度。综上所述,氮肥浓度的变化对纵向较深层土壤水分运移有较大影响,但对于径向土壤水分运移无显著影响。     

低压微润灌灌水均匀性及土壤水分分布特性

采用低压微润灌和滴灌进行西瓜灌溉对比试验,分析不同断面不同土层土壤水分分布特征及灌水均匀性。研究表明:滴灌土壤水分在垂直方向上分层明显,灌后土壤水分主要集中在0~40cm土层,水平方向上土壤含水率随着离滴头距离的增大逐渐降低;微润灌土壤水分在垂直方向上微润带下层土壤含水率大于上层土壤含水率;微润灌呈立体供水状态,微润带左右土壤水分分布特征相似,灌水均匀度较高;微润灌表层土壤形成干土层,起到覆膜作用,减少了表层土壤蒸发,提高了灌溉水利用系数;生育期内,微润灌短时间内各个土层土壤水分动态变化较小,减小了灌溉工作强度;微润灌0~30cm土层土壤含水率变异系数较小;表层土壤含水率变异系数微润灌及滴灌均较大;微润灌土壤主要湿润区在5~30cm土层,土壤水分在5cm和30cm土层相对均匀;滴灌土壤主要湿润区在0~50cm土层,土壤水分在10~40cm土层相对均匀。     

滴灌下不同灌水处理对马铃薯水氮运移及产量的影响

通过大田膜下滴灌试验,研究了不同灌水处理下马铃薯根区水分和硝态氮的运移规律以及不同灌水处理对马铃薯产量的影响,为宁夏干旱地区防止土壤中硝态氮淋移渗漏、提高土壤水肥利用效率提供理论依据。该试验以灌溉定额900、1 260、1 620 m^3/hm^2为变量,采用随机区组试验方法,试验结果表明:土壤含水率随着灌溉定额的增大而增加且随着土层深度的增加不断减少;随着灌水后天数的推移,各个处理不同深度土壤含水率不断降低;表层土壤(0～20 cm)含水率随着灌溉定额的增加而增大,30～40 cm土壤含水率不断降低,50～100 cm土壤含水率不断降低的幅度随着灌溉定额的增加而降低; 30～50 cm土层硝态氮含量低于0～20 cm土层的,60～100 cm土层硝态氮的含量在0.2 mg/kg基础上以0～0.11 mg/kg上下浮动;在该试验中,灌溉定额在一定范围内可以促进马铃薯产量的增加,但是当灌水量超过1 620 m^3/hm^2时,产量与灌水量呈负相关关系。试验条件下,灌溉定额为1 260 m^3/hm^2时,马铃薯产量最高,高达25.88 t/hm^2,不同深度土层含水率和硝态氮含量均为马铃薯生长发育对水分的最优需求。     

宁夏干旱风沙草原区紫花苜蓿地下滴灌水肥耦合试验研究

针对宁夏干旱风沙草原区紫花苜蓿地下滴灌灌溉制度、水肥协同效应不明确的问题。通过田间试验,对不同水肥组合下地下滴灌紫花苜蓿株高、土壤水分、产量及水分生产效率等指标进行综合分析,结果表明,处理D11条件下地下滴灌紫花苜蓿生长状况较好。研究提出了宁夏干旱风沙草原区苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度为:灌溉定额为3150m3/hm^2,灌水次数为12次,施肥量N为90kg/hm^2、P2O5为126kg/hm^2、K2O为108kg/hm^2。     

灌溉方式对宁夏枸杞园土壤碳库特征及枸杞生长的影响

通过3年田间定位的枸杞灌溉试验,分析了滴灌和漫灌2种灌溉方式对旱区枸杞园土壤活性有机碳库及枸杞生长的影响。结果表明,滴灌对土壤总有机碳含量影响整体呈现出提升的作用,碳库管理指数高于漫灌处理,尤其是0~10和10~20cm表层土壤中易氧化态有机碳含量显著增加,分别提高12.99%和18.67%,且在120~140cm土层易氧化态有机碳有明显累积,提高幅度达到38.17%。采用滴灌和漫灌两种灌溉模式,枸杞总产量无明显差异,但滴灌模式下水生产率较漫灌提高112.12%,且果实等级率也有所提高。因此,针对研究区域枸杞生产管理现状,通过滴灌模式,有利于土壤有机碳质量提升,培肥枸杞果园土壤,能够满足生长需求,对实现长期可持续生产提供科学依据。     

宁夏节水型县区考核评价标准研究

2011年5月宁夏节水型社会建设领导小组制定并发布实施了《宁夏节水型社会载体考核标准(试行)》,规范了节水型载体建设、节水型社会载体考核,为节水奖惩的实施提供了技术支撑,为促进全社会合理用水,推动节水技术进步,提高节约用水管理水平做出了积极贡献。但随着节水型社会的推进、节水技术的发展、节水器具的广泛应用,该标准已不能适应新时期对节水型载体的要求,起不到促进节水的强烈作用。在充分吸纳国内研究的最新成果,结合宁夏实际,研究制订宁夏节水型县区评价标准,构建评价指标体系。在评价指标设置过程中,尽可能使指标能够全面反映节水型县区的各个侧面,保证指标的完整性、针对性和可操作性。节水型县区评价指标分为基本要求、管理指标、综合节水指标、农业节水指标、工业节水指标、生活节水指标、水生态环境保护指标共7类31项,采用百分制,并将考核评定的基本条件实行一票否决制。同时对评价指标体系构建原则、评价项目与评价标准设置、打分标准与计算方法也做出了明确规定。     

基于半定量方法的施肥管理模型

AquaCrop模型利用半定量的方法代替具体施肥量数据,该模型与遥感数据结合能有效减小区域施肥管理措施的空间差异性带来的模拟误差。利用盈科灌区2012-2013年田间试验数据对AquaCrop模型进行率定和验证,并对模拟结果进行了精度分析。结果表明:2012年和2013年土壤储水量模拟值和观测值的决定系数R^2分别达到0.83和0.89,RMSE均在合理范围内;冠层覆盖度模拟值和观测值的决定系数R\+2均大于0.90,RMSE分别为7.50%和7.90%;地上干物质量模拟值和观测值的决定系数R^2分别为0.97和0.74。进一步利用该模型的半定量方法对作物生长指标在不同施肥水平情景下的生长状况进行模拟,量化了不同施肥水平下与肥胁迫状况相关的压力系数,为模型区域化应用奠定基础。     

盐碱地滴灌玉米体内Na+、K+、Ca2+、Mg2+的分布及运移特征

探求作物体内盐分离子的分布及运移特征对盐碱地作物产量提高具有重要意义。以玉米为试验材料,研究2种灌水处理下(IS:40mm;ID:80mm)Na^+、K^+、Ca^2+、Mg^2+含量在玉米不同生育期和不同器官的分布及运移特征。结果表明:全生育期内玉米体内Na^+、K^+含量均为IS>ID,Na^+、K^+含量随灌水量增大而减少;2种灌水处理下玉米体内阳离子含量均表现为K^+>Ca^2+>Mg^2+>Na^+;玉米不同器官的Na^+、K^+、Ca^2+、Mg^2+含量不同,2种灌水处理下Ca^2+、Mg^2+含量均为根>叶>茎,Na^+含量为根>茎>叶,K^+含量与Ca^2+、Mg^2+相反;在根向茎运输离子的过程中,玉米主要通过K^+抑制Na^+向上运输,体内保持较高的K^+含量/Na^+含量值,在茎向叶运输离子的过程中,玉米主要通过Ca^2+抑制Na^+;ID处理下玉米体内盐分阳离子含量较小,运输选择性系数较小。     

中小尺度流域洪水模型模拟比较研究

中小尺度流域洪水模拟是水文预报和防洪减灾的重要基础工作,选择适宜的水文模型对制定水文预报方案具有重要意义。以长江上游支流沿渡河流域为研究对象,对比分析了3种不同类型的水文模型(新安江模型、TOPMODEL、人工神经网络模型)对场次暴雨洪水过程的模拟效果及适用性。结果表明:各模型在模拟场次和验证场次的平均NSE效率系数均超过0.7,平均径流深误差均低于12%,可见3种模型在沿渡河这一湿润地区典型中小尺度流域均有较好的适用性。在验证期,新安江模型模拟的径流深相对误差均未超出许可误差20%的范围,且NSE系数均值达到0.826,然而Topmodel和BP模型模拟下各场次洪水的NSE系数虽均大于0.6,但个别场次结果精度较低。此外,新安江和BP模型的实测与模拟流量点群更接近1∶1线,在流量模拟方面更好,Topmodel的流量模拟整体偏大。总的来说,新安江模型在流域的适用性更好,Topmodel和BP模型次之。     

湖北省晚稻灌溉定额计算参数与修订方法研究

针对湖北省现行灌溉定额标准存在问题,采用灌溉试验成果和典型县实地调研资料,计算分析了不同分区晚稻灌溉定额计算参数及其变化规律。考虑耕作方式与灌溉模式对晚稻灌溉定额影响,计算了湖北省不同分区不同频率4种组合模式(人工耕作+浅灌适蓄、机械耕作+浅灌适蓄、人工耕作+间歇灌溉、机械耕作+间歇灌溉)晚稻灌溉定额,并进行了合理性分析。经分析,该计算成果能够更全面真实反映湖北省晚稻灌溉用水水平,并提出了不同类型灌溉定额适用条件。该研究成果对湖北省水资源管理与其他区域晚稻灌溉定额修订具有重要指导意义。     

基于DSSAT模型和正交试验相结合的春小麦灌溉模式优化研究

利用DSSAT模型模拟和田间试验相结合的方法,对宁夏引黄灌区春小麦节水灌溉模式进行了研究。采用4因素2水平L16(215)正交试验设计方法,筛选确定了适合宁夏引黄灌区DSSAT模型的春小麦品种宁春50号的10个生长参数和7个遗传参数;模拟了16种不同灌水情景的春小麦产量和灌水生产率,结合田间试验对DSSAT模型的适用性进行了评价。综合分析模拟和田间试验结果表明:(1) DSSAT模型对春小麦宁春50号产量模拟的相对均方根误差、绝对相对误差和平均误差分别为RRMSE=10.32%,ARE=9.79%,ME=2.23 kg,表明该模型模拟灌水效果较好;灌溉次数和灌溉时间对春小麦的产量和灌水生产率有显著影响。(2)宁夏引黄灌区春小麦的节水灌溉模式为降雨正常年份可控三水(A1B1C2D1)或控四水(A1B1C1D2),产量和灌水生产率分别为5 907 kg/hm^2、1.41 kg/m^3和6 102 kg/hm^2、1.45 kg/m^3,较完全灌溉(产量6 635 kg/hm^2,灌水生产率1.30 kg/m^3)减产幅度不大,但灌水生产率有较大的提高;降雨偏多年份可选择只灌2次水(A1B1C2D2),可获得较高的产量和灌水生产率(为6 368 kg/hm^2和1.93 kg/m^3)。研究结论可为宁夏引黄灌区春小麦的节水灌溉方案的决策提供依据和参考。     

宁夏荒漠草原不同平茬方式柠条林带间土壤水分动态变化

分析宁夏荒漠草原不同平茬方式柠条林带间土壤水分动态变化,进而为该区域生态文明建设,畜牧业生产建设提供新的参考。选取未平茬带(WP)、隔一带平茬一带(G1P1)等5个柠条林带作为研究对象,对不同平茬方式下柠条林带间土壤水分变化进行了分析比较。结果表明:1)宁夏荒漠草原不同平茬方式对柠条林带间土壤水分影响差异显著(P<0.05),其中各月份G3P3土壤水分含量均高于其余平茬方式,G3P3柠条平茬方式对减缓土壤水分消耗具有明显的效果;2)土壤水分垂直方向上整体表现为先上升后降低的趋势,峰值出现在60～80cm。