农田土壤入渗特性研究

以陕西杨凌一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土所选典型田块的双环入渗试验为基础,对不同土壤质地条件下的土壤入渗特性进行了研究。结果表明：两种土壤质地条件下描述其入渗过程的最优入渗公式为修正Kostiakov公式;土壤入渗试验合理的设计观测时间一级阶地砂壤土条件下不应小于90 min,三级阶地粘壤土条件下不应小于120 min;根据各入渗参数的最大相关距离,计算了典型田块入渗试验的合理测点数,一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土试验田块均为42个测点;可在一定程度上借助稳定入渗率f₀的变异特征描述土壤入渗性能和衡量土壤入渗能力,但同时还应考虑入渗参数k的空间变异特征。     

基于水量平衡原理的畦灌下渗水形状系数变化规律研究

以往水量平衡模型应用中,通常认为在同一次灌水过程中的下渗水形状系数为恒定值,使模型精度受到一定影响。基于此,本试验以水量平衡原理为基础,结合量纲分析,研究了畦灌过程中的下渗水形状系数变化规律并提出了估算其值的经验计算式。结果表明,同一次畦灌过程中下渗水形状系数并非恒定值,而是随灌水时间和水流推进距离等因素变化的。结合已有文献资料验证,结果表明采用水量平衡模型模拟畦灌水流运动过程,同时考虑动态的地表储水形状系数和下渗水形状系数取值,可有效提高模型的计算精度。同时也表明采用本文所建经验计算式估算畦灌下渗水形状系数值是可靠的。     

多因素影响下土壤上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

基于饱和—非饱和土壤水分运动理论,通过HYDRUS-1D软件对多因素作用下的土壤上升毛管水运动进行模拟,研究土壤容重、黏粒含量、初始含水率、地下水埋深和时间5个因素对上升毛管水运动特性的影响。分别建立上升毛管水补给量和毛管水上升高度与各影响因素之间经验模型,其均方根误差均为0.003 cm,相关系数均大于0.99,决定系数均大于0.98(P0.01),计算值与实测值相对误差均小于11.25%。各影响因素对上升毛管水补给量的影响程度由大到小依次为时间、土壤容重、初始含水率、黏粒含量、地下水埋深,对毛管水上升高度的影响程度由大到小依次为时间、初始含水率、黏粒含量、土壤容重、地下水埋深。采用截距为0的线性函数对毛管水上升高度与上升毛管水补给量之间的关系曲线进行拟合,其决定系数均在0.96以上,表明其两者之间呈显著线性关系。该研究成果可为制定灌溉和排水以及盐碱地改良等措施提供理论依据。     

嵌入地下水动力模型的井灌区机井布局耦合优化模型

为探索井灌区适宜的机井布局方法,降低井灌区提水能耗,构建了以取水费用最小为目标的机井布局优化模型并把地下水动力模型(Modflow-2000)嵌入其中,通过2模型中的公共参数进行数据交换,从而形成机井布局耦合模型。利用实测资料对模型中相关参数进行率定,最后以通辽井灌区为研究对象,采用黄金分割搜索法对灌区机井位置进行寻优。应用结果表明,利用该耦合模型可以精准模拟灌区地下水位,模拟值与观测值的相对误差绝对值的平均值为0.88%,RMSE值为0.135 3 m;与灌区目前机井布局方式相比,优化后的机井布局方式可以有效减小区域机井水位降深,单次提水灌区井群地下水位累积降深值可减少5.96 m(降深平均值减少0.134 m);构建的耦合模型在确保模拟精度的前提下寻优速度快(单次运行时间仅需40 s)。为基于灌区地下水采补协调的机井空间布局优化提供了新的思路。     

膜上灌水技术的生态环境效应研究

该文依据膜上灌水技术室内外试验数据,分析探讨了膜上灌水对作物生长要素中土壤水、肥、气、热环境的影响。研究结果表明：膜上灌水技术与传统的沟畦灌相比,地膜覆盖灌水法在减少地面蒸发,实现节水的同时,可调节土壤温度,减少灌溉水的深层渗漏和保持土壤肥力,提高了水分利用率,增加作物产量。膜上灌水不仅节约用水,同时也为作物的生长发育创造了适宜的根部生态环境。     

光碳核肥对设施豇豆生理特性、水分利用率及矿质营养的影响

为探求光碳核肥对豇豆生理特性、水分利用率及矿质营养的影响,以‘之豇28-2’为试材,分析豇豆各项生育指标对不同施肥处理的响应。试验共设4个处理:CK处理不施肥,设为对照;T_1施商品有机肥4500 kg/hm~2;T_2施无机肥(N 176.3 kg/hm~2+P_2O_568.1 kg/hm~2+K_2O 144 kg/hm~2);T_3豇豆生育过程中喷施光碳核肥。结果表明,T_3处理喷施光碳核肥将游离于大气中的CO_2捕集到植物的叶茎周围,CO_2浓度富集增加,作物生长状况良好,光合强度大幅度增加且午休现象消失,叶片气孔开张度下降,叶边界阻力增加,蒸腾速率减小,叶片水分利用率较对照提高20%,达到显著水平(P0.05);叶片温度上升,同时激活叶片内部酶系统活性,经测定POD、SOD同工酶活性分别增加11.6%~34.5%、11.6%~19.3%,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)及叶绿素(a/b)较CK分别降低了4.3%、2.76%、3.92%和0.6%,但差异性不显著;矿质元素含量有所减少,N、P、K、Ca、Mg较CK分别降低27.6%、35.7%、54%、1.9%、6.18%。综合分析,光碳核肥对于促进设施豇豆的生长发育、提高水分利用率以及品质的改良都有重要意义。     

膜孔灌单向交汇入渗减渗量和交汇界面面积试验研究

通过室内膜孔单点源自由入渗和单向交汇入渗试验资料,分析了膜孔灌单点源自由入渗量和单向交汇入渗量的变化规律,研究了膜孔灌单向交汇入渗减渗量和交汇界面面积之间的关系,建立了基于减渗量和交汇界面面积的膜孔灌单向交汇入渗量数学模型。该模型具有明确的物理意义,计算精度较高,是计算膜孔灌单向交汇入渗量的有效模型。该研究为膜孔灌理论与技术要素的进一步研究奠定了科学基础。     

均质土壤毛管水上升特性室内试验研究

针对西北地区因过量灌溉而引起的土壤盐渍化问题,通过室内模拟土柱试验,对地下水埋深较浅(仅为地面以下70 cm)的均质土上升毛管水运动特性进行了研究,分析了毛管水上升高度、地下水毛管补给量与时间之间的关系,以及毛管水上升高度与地下水补给量之间的关系,探明了地下水毛管上升的运动机理。结果表明,均质土壤毛管水上升高度和地下水补给量与时间之间均为幂函数关系,毛管水上升高度与地下水毛管补给量之间呈明显的线性关系。     

单膜孔点源肥液入渗水氮分布特性试验研究

该文通过室内试验,研究了膜孔灌肥液单点源自由入渗湿润体内水分和NO^－₃-N浓度的分布特性,提出了膜孔肥液自由入渗湿润体内水分和NO^－₃-N浓度分布的数学模型。研究结果表明：水分和NO^－₃-N浓度分布模型计算精度较高,并符合点源湿润体内土壤含水率和NO^－₃-N的分布规律;根据湿润体内水分和NO^－₃-N浓度分布模型,推求得到了湿润体中土壤含水率、NO^－₃-N浓度和湿润半径三者之间的关系。以上成果为进一步研究膜孔肥液入渗的影响因素和灌水技术提供了理论基础。     

肥液浓度对单膜孔入渗NO-3-N运移特性影响的室内试验研究

该文通过室内入渗试验,研究了不同浓度的单膜孔肥液入渗NO-3-N的分布特性.研究表明:不同浓度的膜孔肥液入渗土壤NO-3-N浓度的湿润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NO-3-N浓度锋运移距离越大,土壤剖面NO3--N浓度最大值越大,相同深度处土壤NO3--N浓度也越大.肥液入渗土壤NO-3-N浓度分布特征与湿润体深度符合分段函数模型.供水入渗过程中,NO-3-N浓度锋运移距离和浓度最大值均随时间的延长而增大;再分布过程中,NO-3-N浓度锋运移距离继续增大,而NO-3-N浓度最大值逐渐减小.