施氮时序对盐碱土入渗特征参数影响的试验研究

为提高膜下滴灌的水肥一体化的水肥利用效率,以石河子周边农田盐碱土为研究对象,开展室内土箱入渗试验,对不同施氮时序W、W-N、N-W、W-N-W、W-W-N、N-W-W、N-W-N-W、N-W-W-N、W-N-N-W(W-纯水灌溉,N-肥液灌溉)条件下的湿润锋、累积入渗量及入渗率进行观测,从而分析不同施氮时序对入渗特征参...     

滴灌施肥时序对不同质地土壤水氮分布的影响

【目的】探究不同滴灌施肥时序下不同质地土壤水、氮的运移规律和分布特征。【方法】通过室内土槽试验,设置3种土壤质地：砂土、壤土、黏土,分别记为S1、S2、S3,4种施肥时序：仅灌水、1/2N-1/2W（前1/2时间施氮肥）、1/4W-1/2N-1/4W（前1/4时间灌水后在中间1/2时间施氮肥）、3/8W-1/2N-1/8W（前3/8时间灌水后在中间1/2时间施氮肥）,分别记为T1、T2、T3、T4,分析了土壤湿润锋的运移以及水分、硝态氮在土体内的分布特征。【结果】在灌水量和滴头流量均相同的条件下,3种土壤的湿润锋分布特征存在明显差异。湿润锋的最大入渗深度：砂土（29.5 cm）>壤土（21 cm）>黏土（15 cm）。硝态氮在湿润体边缘累积,并且随着施肥次序向前推移,硝态氮向湿润体边缘运移的趋势越来越明显。不同施肥时序下,硝态氮在3种土壤中的分布存在差异。S1T4处理的硝态氮在砂土下层的比例最低;S2T3处理下壤土的硝态氮分布最均匀;S3T2处理可以降低硝态氮在黏土表层堆积。【结论】对于砂土、壤土和黏土,分别采用3/8W-1/2N-1/8W、1/4W-1/2N-1/4W和1...     

灌施条件下波涌灌溉土壤间歇入渗硝态氮运移特性试验研究

通过室内土壤灌施间歇入渗试验,研究了灌施条件下波涌灌溉土壤间歇入渗硝态氮的运移与分布特性,并与灌施条件下土壤连续入渗进行了对比。肥液入渗硝态氮主要保存在浅层土壤中,间歇入渗较连续入渗硝态氮锋面运移速度慢,湿润范围内间歇入渗浅层土壤中入渗硝态氮量占总入渗量的比例较连续入渗的高,间歇入渗有利于将硝态氮保持在浅层土壤之中。研究成果为进一步研究施肥条件下波涌灌溉土壤间歇入渗盐分、养分等溶质运移规律奠定了基础。     

不同施肥时序滴灌双点源交汇下土壤水氮分布研究

【目的】探究不同施肥时序下滴灌双点源交汇水、氮的运移规律和分布特征,为滴灌系统施肥装置的合理运行提供技术支撑。【方法】通过室内土槽试验,设置3个硝态氮质量浓度(300、600、900 mg/L)和3种施肥时序(1/2N-1/2W、1/4W-1/2N-1/4W、3/8W-1/2N-1/8W),分析了土壤湿润锋的运移以及水分、硝态氮在土体内的分布情况。【结果】交汇前湿润锋在水平和垂直方向上的运移距离与时间t符合幂函数关系,在交汇面垂直方向上的湿润锋运移距离与时间t可用二项式拟合。各处理的水分分布规律基本相同,随深度的增加,土壤含水率降低,从0～10 cm的30%～35%缓慢降低至10～15 cm土层的19%～25%。在交汇面上的土壤含水率不大于相同土层其他位置的含水率,但硝态氮量比相同土层其他位置的大。增加肥液质量浓度,土体内相同位置的硝态氮量增加。不同施肥时序下,硝态氮在点源交汇区域的内部和边缘的量存在差异。【结论】综合考虑硝态氮的分布规律和减少淋失,在点源交汇情况下,采用水-肥-水的施肥时序(即1/4W-1/2N-1/4W、3/8W-1/2N-1/8W)较肥-水的施肥时序(1/2N-1/2W)能减少硝态氮在点源交汇区域的边缘积累,控制氮肥的淋失。     

负压灌溉下土壤水分运移特性及氮素分布规律研究

[目的]揭示负压水肥一体化灌溉对红壤水分及氮素运移特征的影响。[方法]配置6种不同质量浓度硝酸铵溶液(0、10、15、20、25、30mg/L),设置无压(负水头高度为0)和负压(1/2极限负水头高度)2个水平进行红壤入渗试验,分析了其入渗特性及氮素分布规律。[结果]硝酸铵溶液促进水分入渗,无压和负压状态下,入渗溶液质量浓度为25mg/L和15mg/L时水平与垂直方向湿润锋运移均达到最大,与相应CK相比累积入渗量最大分别增长2.69倍和3.00倍,平均入渗率分别增长2.38倍和2.18倍;土壤硝态氮和铵态氮量显著增加(p<0.05),与相应CK相比无压和负压状态下硝态氮量最大分别增长8.05倍和7.75倍,铵态氮量最大分别增长13.37倍和10.42倍。停渗时刻,同一质量浓度入渗溶液无压状态下水平与垂直方向湿润锋运移距离、累积入渗量均显著高于负压状态,各处理最大分别高出2.01、2.148和4.69倍;距出水点相同的距离,无压状态下土壤含水率、硝态氮和铵态氮量均高于负压状态。[结论]负压灌溉显著缩短水平与垂直方向湿润锋运移距离,降低土壤累积入渗量、含水率、硝态氮和铵态氮量。2种入渗条件下,土壤硝态氮量随入渗距离增加而增加,而土壤铵态氮量随入渗距离增加则呈下降趋势。     

施氮量对土壤水氮盐分布和玉米生长及产量的影响

【目的】探究盐渍化土壤下玉米适宜的施氮量。【方法】试验于2019年5—9月在太原理工大学水利科学与工程学院试验地的遮雨棚进行,采用桶栽方式种植玉米,设置4个施氮量水平N0(不施氮)、N1(225 kg/hm²)、N2(275 kg/hm²)和N3(325 kg/hm²)。【结果】施氮会明显改变水氮盐在土壤中的分布,0～40 cm土层的体积含水率随施氮量增加而显著(p<0.05)减小。各测定时期的土壤电导率随施氮量增加而增大,拔节—抽雄期比苗期升高0.968～1.542 dS/m,完熟期比抽雄期降低4.740～5.471 dS/m。土壤硝态氮和铵态氮量随玉米生育期推进而降低,且在各时期随施氮量增加而增大。施氮显著促进了玉米生长,提高其耗水量及水分利用效率,且各指标均随施氮量增加而增大,N2处理和N3处理间无显著差异(p>0.05)。与N3处理相比,N2处理节约肥料50 kg/hm²,且氮肥偏生产力高3.4 kg/kg,差异显著(p<0.05)。【结论】综合考虑不同施氮量对土壤水氮盐分...     

精确灌溉喷头变量调节器结构参数设计

为使喷头能根据灌溉面积形状变化的要求实现喷洒域和喷洒量同步可控,提出一种精确灌溉喷头变量喷洒调节器的设计.该变量调节器采用上阻水片和下阻水片式结构,上下阻水片由中央通孔和扇形通孔及扇形阻水片组成.喷头转动时上阻水片和下阻水片发生相对转动,导通时过水面积增大,射程增加,封闭时过水面积减小,射程降低.设计了使喷头能量损失达到最小的扇形通孔中心角及中央通孔等的结构参数.采用水流运动的局部阻力理论设计了变量调节器的上下阻水片中央通孔的直径.结果表明:研究的变量调节器过水通孔的结构和参数可以保证过水断面阻力损失最小,通过射程及水量分布试验,发现其射程周线由圆形变为近似方形,射程最大时基本能达到原喷头射程,水量分布较为均匀,能够满足喷头流量和射程的变化规律按需求控制,实现喷头的变量喷洒精确灌溉.     

不同施氮量对土壤无机氮素及烤烟干物质的影响

通过大田试验,探讨在不同施氮量条件下烤烟土壤中硝态氮与铵态氮的变化情况以及施氮量对烤烟地上部分干物质累积量的影响。试验根据烤烟生育期设置不同阶段,定期对土样中无机氮素以及烤烟植株干物质进行测定。结果表明,施氮量对烤烟土壤中硝态氮和铵态氮随生育期以及土层深度的变化趋势影响较小,施氮量仅明显影响同时期同深度下硝态氮和铵态氮含量。同时施氮量的增加会增强烤烟后期地上部分干物质累积强度,使得烤烟生长持续旺盛。     

不同潜水埋深污水灌溉氮素运移试验研究

随着污水灌溉的迅速发展,污水灌溉对土壤环境及地下水的影响日益受到人们的关注。通过污水灌溉田间试验,探讨了不同潜水埋深条件下,污水灌溉对土壤及地下水中硝态氮和铵态氮的影响。结果表明:硝态氮的淋溶深度与潜水埋深及灌水量呈良好的正相关;相同灌水水平,地下水中硝态氮浓度与潜水埋深成负相关,地下水埋深2、3、4 m地下水硝态氮分别增加33.99%、15.49%、7.50%;相同潜水埋深,灌水水平越高,土壤中硝态氮淋溶深度越深。     

规模化牛场废水灌溉对冬小麦土壤速效氮迁移的影响

研究了牛场废水灌溉冬小麦土壤速效氮迁移特征。结果表明,冬小麦全生育期灌溉2次或3次牛场废水是较优灌溉模式,小麦收获后不会造成土壤硝态氮过量积累。在小麦生育期内,1m土壤剖面上含硝态氮量整体呈"哑铃"形,含铵态氮量随土壤深度增加逐渐降低;牛场废水灌溉下部土层含硝态氮量比正常施肥处理低,说明牛场废水灌溉土壤硝态氮淋溶下渗强度小;但因牛场废水中铵态氮质量浓度较高,牛场废水灌溉处理土壤含铵态氮量在1m土壤剖面高于正常施肥处理。     

控制灌溉稻田土植系统Cd,Cr迁移转化

为研究不同灌溉模式下稻田土壤Cd,Cr淋失量差异及其对Cd,Cr迁移转化的影响,基于田间小区试验对土壤和水稻植株中Cd,Cr含量进行了分析.研究结果表明:与淹水灌溉相比,控制灌溉可减少水稻全生育期稻田土壤Cd,Cr淋失量53.3%和19.3%.控制灌溉降低了稻田土壤Cd,Cr含量,但处理间稻田土壤Cd,Cr含量不具有统计学意义.与淹水灌溉相比,控制灌溉0～20 cm土壤Cd,Cr含量分别下降了1.2%和0.6%.由于水分管理不同,导致控制灌溉表层土壤Cd,Cr的赋存形态与淹水灌溉的差异.大部分时间里控制灌溉的稻株地上部和地下部Cd,Cr累积量均高于淹水灌溉,说明控制灌溉增大了土壤Cd,Cr在植株体内的吸收.无论是控制灌溉还是淹水灌溉,稻穗Cd含量低于我国食品安全国家标准(0.2 mg/kg),而稻穗Cr含量略高于我国食品安全国家标准(1.0 mg/kg),存在着Cr超标的潜在风险.因此,这2种灌溉方式在预防重金属污染方面不可取,会影响人类健康.     

猪场废水灌溉对土壤氮素时空变化与氮平衡的影响

利用地中渗透仪测坑开展了田间灌溉试验,研究了猪场废水和等氮投入清水处理土壤铵态氮、硝态氮含量在时间、剖面上的变化规律,根据氮平衡原理对不同处理氮输入和氮输出项进行对比分析,估算了不同处理的氮矿化量。结果表明:各处理土壤铵态氮和硝态氮含量在时间上的变化规律基本一致,表现为追肥期出现峰值,随后下降的趋势;土壤铵态氮含量随土层深度的增加而迅速下降,土壤硝态氮含量随土层深度的增加变化规律不明显,且易淋移至下层土壤并累积。PWH(猪场废水高氮)处理土壤铵态氮、硝态氮含量在追肥期出现峰值后下降的幅度较慢,而CKH(清水高氮)处理下降的幅度较快。猪场废水高氮处理PWH作物吸氮量及氮矿化量比等氮清水处理CKH分别高6.91%和21.29%,表明该处理有利于土壤有机氮的矿化,但同时硝态氮深层淋溶量也较大,比CKH高出11.82%。     

无压地下灌溉条件下土壤水分入渗特性研究

通过室内土箱试验,研究了不同供水压力(-3、0、3cm)和灌水器孔径(4、6、8mm)对无压灌溉下累积入渗量、湿润峰动态变化以及土壤含水率分布的影响。结果表明,不同供水压力和灌水器孔径下累积入渗量、土壤湿润体水平向和垂直向最大湿润距离均随入渗时间的增加以幂函数形式增大,湿润体内土壤含水率沿湿润球体半径方向以二次抛物线形式逐渐减小。随着供水压力的增大,相同时段内的土壤入渗量增大,湿润锋的迁移速度也随之变快;在供水压力相同的条件下,大孔径灌水器在相同时段内的土壤入渗量、水平向和垂直向最大湿润距离均比小孔径灌水器情况下的数值要大。在中大灌水器孔径条件下,土壤含水率随供水压力增大而增大,而小孔径情况下差异显著。     

波涌灌溉土壤水氮分布的田间试验研究

采用小区试验研究了不同施肥方式下连续畦灌和波涌畦灌的土壤水氮空间分布状况及变化趋势,分析了灌水施肥后不同土层内土壤水氮分布的均匀性。结果表明,灌水后波涌灌较连续灌土壤水分分布均匀,尤其是表层土壤;灌溉施肥处理下土壤中硝态氮分布的均匀性明显大于撒施处理,波涌灌灌施结合效果更佳。     

同步滴灌施肥条件下根际土壤水氮分布试验研究

通过室内土槽试验,探讨了停灌后不同时间,同步施肥滴灌对土壤水分及土壤硝态氮在土壤剖面分布的影响。结果表明:停灌后,各处理土壤水分以滴头为中心沿径向向四周扩散;由于水分在横向及纵向运动,上下层土壤水势梯度随径向距离增加而逐渐减少。停灌后,氮浓度3、2 g/L处理硝态氮的含量与径向距离及土层深度成反比;氮浓度0 g/L处理硝态氮的含量随径向距离及土层深度增加先增大后减小,氮浓度0 g/L处理硝态氮在深度分布表现为"上低中高下稳定"抛物线分布。     

黄土高原雨水资源化潜力与时空分布特征

为了缓解黄土高原干旱缺水与水土流失并存的现状,基于可变下渗容量模型计算了整个黄土高原近40 a逐月雨水资源化潜力,并对各分区可利用潜力大小、构成及其时空变化特征进行了对比分析.结果表明:黄土高原可利用雨水资源化潜力总量较为可观;土壤有效水是雨水资源化潜力的主要组成部分;雨水资源化潜力较丰富的黄河河龙区间、泾洛渭流域和汾河-伊洛沁河流域,其地表径流占雨水资源化潜力比例相对较高,该区域同时又是黄河泥沙主要来源地,可重点研发和应用降雨径流汇集、蓄存和集雨补灌等技术,以达到合理调控利用地表径流、减缓水土流失的双重目的;近40 a各分区雨水资源化潜力均呈现出略微下降趋势,但该趋势并不显著;黄土高原雨水资源化潜力空间上呈由东南向西北递减趋势,可利用潜力较大的区域主要分布在黄河中游地区.     

施氮对不同质地滴灌棉田土壤硝态氮分布及棉花产量的影响

为了探究施氮对不同质地滴灌棉田硝态氮分布及产量的影响,采用温室土柱模拟的方法,研究了滴灌条件下不同质地土壤硝态氮分布迁移特征,分析了施氮对NO_3-N和棉花产量的影响。结果表明,在灌水量一定的条件下,在砂土、壤土中施氮量分别为256.00、287.34 kg/hm~2时,相应的氮素积累量最大,皮棉产量最高,土壤硝态氮主要集中分布在30~40 cm土层,有利于棉花根系的吸收,且分别比不施氮增产43.87%和44.92%。一定施氮量下,壤土硝态氮分布的均匀性优于砂土,并且根层20~40 cm土层硝态氮量高于砂土,且比砂土平均增产6.16%。砂土、壤土中硝态氮量在各生育期总体呈现"降-增-降"的变化趋势,并且收获前期施纯氮340 kg/hm~2处理60cm土层砂土硝态氮量的第二个峰值较壤土提高15.98%,在生育期末端砂土在深层的氮素积累高于壤土,存在继续向下淋失的风险。     

不同水氮调控模式对稻田土壤氮素分布与有效性的影响

为了进一步阐明寒地黑土区不同水氮调控模式对铵态氮、硝态氮在不同土层累积及土壤氮素有效性的影响,以田间小区试验为基础,结合~(15)N示踪微区试验,研究了不同水氮调控模式下土壤剖面的无机氮以及肥料氮素的NH_4~+-~(15)N和NO_3~--~(15)N累积情况,并根据同位素测定结果分别计算了土壤氮素有效性“A”值,从不同角度分析了不同水氮调控模式对土壤氮素有效性的影响。研究结果表明:控制灌溉和常规灌溉两种灌溉模式下土壤无机氮和以无机氮形态残留的肥料氮素在土壤剖面的累积量均随施氮量的增加而增大,并随土层深度的增加而减少。不同施氮量下稻作控制灌溉模式表层土壤(0～20cm)中无机氮和以无机氮形态残留的肥料氮素的累积量均高于常规灌溉,20～40cm和40～60cm土层的无机氮和NO_3~--~(15)N总累积量均低于常规灌溉,不同灌溉模式间20～60cm土层中NH_4~+-~(15)N的累积量差异不显著(P0.05)。相同施氮量下常规灌溉模式20～40cm土层的NO_3~--~(15)N累积量较控制灌溉模式增长了10～11倍;40～60cm土层的NO_3~--~(15)N累积量较控制灌溉模式增长了近3倍。不同施氮量下稻作控制灌溉模式水稻成熟期氮素积累量中77.77%～84.51%来自于土壤氮素,较常规灌溉提高了12.91%～23.12%,且相同施氮量下稻作控制灌溉模式土壤氮素有效性“A”值较常规灌溉模式分别提高了9.41%、5.65%和3.69%。不同施氮量下与常规灌溉相比,稻作控制灌溉模式可以有效提高稻田土壤氮素有效性,减少肥料氮素的淋溶损失,起到了节水减排的作用,研究结果可为制定黑土区稻田合理的水氮调控措施提供参考。     

文丘里施肥器的空化特性试验研究

为了研究文丘里施肥器在压差较大的情况下产生的临界空化对微灌系统灌水器的工作压力影响,试验选取并研究了DN25型文丘里施肥器在吸肥过程中发生的空化现象,测试了7个不同进口压力水平下文丘里施肥器的吸肥流量随进出口压差变化的规律,同时采用动态应变仪测得了对应工况下施肥器喉部和扩散段外侧的应变数据,比较分析了应变数据的标准差与吸肥流量之间的关系,以及文丘里施肥器发生空化时内部流动特性变化规律.试验结果表明,当进口压力在0.20 MPa以下时,文丘里施肥器内部未发生空化;当进口压力在0.20 MPa以上时,吸肥流量增大至某稳定值时所对应的临界最大压差与进口压力呈线性关系,此时文丘里施肥器内部发生临界空化.当进口压力超过临界最大压差时,应变标准差随进出口压差变化的趋势曲线呈M型,且M型曲线的3个特征拐点对应的进出口压差均与其进口压力呈线性关系.