极端干旱区垂直线源灌方式对葡萄生长及水分利用效率的影响

灌溉方式对根系湿润方式的不同会影响作物生长及其对水分的利用效率。以常规滴灌方式为对照,通过田间试验研究了垂直线源灌方式对葡萄生长和水分利用效率的影响,结果表明:葡萄生育关键期灌水前后垂直线源灌方式根层土壤平均含水率可达到田间持水率的75.1%和82.8%,常规滴灌方式为田间持水率的60%和72%;垂直线源灌条件下净光合速率,蒸腾速率,气孔导度均较常规滴灌高,净光合速率均经历了气孔限制和非气孔限制,其中由水分胁迫引起的非气孔限制,垂直线源灌晚于常规滴灌出现,且表现不明显;垂直线源灌方式在地上生物量生长方面略好于常规滴灌方式,但两者未表现出明显差异;垂直线源灌方式较常规滴灌方式在产量上提高了1.2%;叶片水平上的水分利用效率,垂直线源灌方式较常规滴灌方式提高了57.4%。

垂直线源灌线源长度对湿润体特性的影响

垂直线源灌可将水分直接输送到果树的根系,减少土面蒸发损失,以提高水分利用效率。通过模拟试验,研究了线源长度对土壤湿润体变化特性的影响。结果表明,不同线源长度土壤表面水平湿润半径、最大水平湿润半径和垂直湿润深度均与入渗时间的平方根呈线性关系,线源长度对土壤表面水平湿润半径和最大水平湿润半径的影响不明显,土壤表面水平湿润半径与最大水平湿润半径的比值和入渗时间的平方根符合线性关系,土壤表面水平湿润半径与垂直湿润深度的比值随入渗时间的增加而增大,随线源长度的增加而减小。这些研究结果可为垂直线源灌技术参数确定提供参考。

垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型研究

基于HYDRUS-2D模型建立了垂直线源灌土壤水分运动数学模型,设置81种情景,模拟获得不同土壤质地、初始含水率以及线源长度、线源直径和埋深条件下的湿润体变化过程。湿润体尺寸主要受土壤质地影响,土壤质地越粗,湿润锋运移越快,线源长度、线源直径和埋深对其影响较小。土壤湿润锋运移过程符合幂函数关系,幂函数指数在水平和垂直向上方向上变化较小,而在垂直向下方向上随饱和导水率(Ks)的增大而增大;幂函数系数随Ks的增大而增大。提出了包含Ks在内的垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型,试验验证了所建模型的可靠性,MAE和RMSE接近0,PBIAS在-4%~9%之间,NSE不小于0.929,说明预测效果良好。所建模型仅需Ks即可推求,试验设计简单,初步实现了由土壤物理参数预测垂直线源灌土壤湿润锋运移距离的可能。

垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律及其模型适用性研究

为了提高垂直线源灌的水分利用效率,探明垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律,通过模拟试验,研究了垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律,比较了三种常规入渗模型的适用性。结果表明,随着线源直径的增加,入渗率和累积入渗量均增大;三种模型均能模拟不同线源直径下的入渗规律,其中Kostiakov入渗公式和Philip入渗模型较精确,Horton(变形)入渗公式更适合于入渗中期和后期的模拟;得出不同线源直径3种入渗模型的经验公式。该研究结果可为垂直线源灌技术推广应用提供理论依据。

入渗模型对垂直线源灌线源长度的适用性

为了分析垂直线源灌下土壤水分的入渗规律,探明不同线源长度的入渗率和累积入渗量,通过室内土箱模拟试验,研究了3种常规入渗模型对垂直线源灌下不同线源长度入渗规律的适用性.结果表明,随着线源长度的增加,入渗率和累积入渗量均增大;3种模型均能模拟不同线源长度下的入渗规律,其中Kostiakov入渗公式最精确,Philip入渗模型更适合于入渗前期和中期的模拟,Horton(变形)入渗公式更适合于入渗中期和后期的模拟,并且更适合于线源长度大于20 cm的情况;得出不同线源长度下3种入渗模型的经验公式,3种入渗模型入渗率的经验公式精确度均高于累积入渗量的精确度,3种入渗模型累积入渗量的计算值均高于实测值.该研究结果可为垂直线源灌技术的推广应用提供理论依据.

充分供水条件下垂直线源灌入渗模型简化研究

为了定量预测和分析充分供水条件下垂直线源灌土壤入渗特性,基于HYDRUS-2D模型,设置了144种模拟情景,模拟得到了9种土壤在不同线源直径和线源长度条件下的累积入渗量。采用Philip入渗公式对模拟数据进行拟合,从而获得吸渗率和稳渗率。在此基础上,研究了吸渗率和稳渗率与灌溉参数间的关系,建立了考虑线源渗水面积和饱和导水率的充分供水垂直线源灌土壤累积入渗量简化计算模型。最后,利用试验数据验证了简化入渗模型的准确性。结果表明:同一土质的吸渗率与稳渗率均随线源渗水面积的增大而增大,且吸渗率与线源渗水面积符合线性函数关系,稳渗率与线源渗水面积符合幂函数关系。土壤累积入渗量的简化计算模型的统计指标E_(MAE)与E_(RMSE)分别介于1.57~2.05 L与2.38~2.88 L之间,E_(NSE)≥0.92,计算值与实测值一致性较好,简化计算模型预测效果较好,可初步实现仅通过饱和导水率K s这个物理参数来预测充分供水垂直线源灌的入渗量。