裂隙影响下的微润灌水分运移和分布规律

为研究裂隙发育对微润灌水分运移和分布特征的影响规律,进行了室内土箱水分入渗试验.通过人造裂隙方式,设置不同裂隙间距(6,8 cm)和裂隙深度(5,10,15 cm)处理,同时以无裂隙处理(CK)为对照,测定了入渗过程中入渗量变化、湿润体形态演变和入渗结束时水分分布特征.结果表明:裂隙对微润灌水分入渗速率基本无影响,各处理之间累积入渗量随入渗时间变化趋势接近,最终累积入渗量差异不显著.裂隙改变湿润体形态演变和水分分布特征,湿润锋到达裂隙区域后,在裂隙毛管阻隔效应影响下,水分水平运动受到抑制,向上运动得到加强,最终导致湿润体上部呈近似矩形、下部呈近似椭圆,剖面水分分布呈指状特征.裂隙深度对湿润体规则度、湿润锋向上运移距离和灌后水分分布均匀度影响显著,而裂隙间距对其影响不显著.相比CK,裂隙深度15 cm时湿润体分散度约增加了34.5%,湿润锋最终向上运移距离约增加了12.9%,水分分布均匀度约降低27.5%.综合考虑,在微润灌实际应用过程中应控制田间裂隙深度发育,以降低其不利影响.

变温度-风速模拟条件下微润灌工况自适应调节机理

通过模拟光照、吹风改变蒸发强度,对比分析了4种蒸发条件(CK、光照(L)、吹风(W)、光照+吹风(LW))下微润灌入渗速率以及湿润体变化特征。结果表明,常温下微润灌累积入渗量与时间呈显著线性相关关系(决定系数R2>0.99),符合Philip入渗模型水平吸渗项入渗规律;微润管出流速率因多孔介质管壁穿透入渗、管周土壤水分入渗分别随时间呈现出初期骤增、线性减小的演变规律;改变上边界条件后各处理蒸发均显著增大,然而入渗速率只随温度增加而提高,吹风带走土表热量,入渗速率反而减小;光照期间,L、LW处理入渗速率分别增长56.56%、29.51%;撤去光照2 h后,LW处理蒸发强度不变,入渗速率骤降5.90%,揭示了微润灌对温度响应的敏感性远高于上边界蒸发。湿润锋运移距离与时间呈显著幂函数关系,温度提高后入渗速率增加促进了湿润锋运移,温差和重力势共同驱动下水分向背离热源方向移动,光照处理中湿润锋水平运移距离D_(horiz)、垂直向下运移距离D_(down)较预测值分别增长75.81%、99.30%。该研究揭示了源于辐射的地温变化在微润灌入渗中的关键驱动效应,有效补充了微润灌在温差、辐射骤变区域的管出流及土壤水分动态运移机理,研究结果可为基于气象数据、作物需水和墒情的微润灌智慧调控模式设计提供理论依据。

微润灌多重变水头下土壤水分动态演变与数值模拟

为研究水头多重调控下微润管出流与土壤水分运移规律,进行了不同水头调控模式下微润灌入渗试验,设置调增(0→1 m(水头由0 m调节到1 m,以下类推)、0→2 m、1→2 m)和调减水头(1→0 m、2→0 m、2→1 m),研究微润管出流、湿润体及含水率变化规律;将微润管假定为多孔介质重黏土,利用HYDRUS 2D模型对水头多重调控下微润管出流和土壤水分运移进行了模拟,据此分析了多重变水头情景下微润灌土壤水分动态规律。结果表明,水头调节显著改变累积入渗量、入渗率与时间关系曲线,累积入渗量曲线呈折线型,曲线斜率随着调增或调减而有规律增减;水头调节导致入渗率发生骤增或骤降,稳定入渗率与水头存在线性正相关关系。调增水头时湿润锋内含水率骤升,正向反馈显著;水头调减后管周含水率微弱下降后逐渐回升。将微润管模拟为质地黏重的多孔介质,基于HYDRUS 2D模型较好地模拟了微润管出流及水分运移,优度较好(决定系数R2≥0.90,纳什效率系数(NSE)大于等于0.70,相对标准偏差(RSR)趋近于0)。构建了多重水头调控模式(0→1→2 m、0→2→1 m、1→0→2 m、1→2→0 m、2→0→1 m、2→1→0 m),分析了多情景下微润灌土壤水分动态规律,发现水头调增后入渗率随时间呈现“指数减小后稳定”规律,而调减后入渗率表现为“指数增加后稳定”;连续调增0→1→2 m方案下,最终累积入渗量最大;连续调减下(2→1→0 m)累积入渗量较调增方案降低3.7%,可通过调控水头控制湿润锋推移和湿润体内含水率分布,且微润管附近含水率对水头调控响应更为显著。研究可为微润灌动态水头调控提供科学依据,并与智慧灌溉相融合实时调控水头,适量地补给作物需水并维系根区适宜水分环境,实现精准灌溉。

不同施肥模式对微润灌黄瓜土壤养分及产量、品质的影响

为了揭示微润灌溉下土壤速效养分在土层中的运移分布规律,并筛选出适宜设施黄瓜种植的施肥模式,试验采用微润灌溉模式,采用随机区组设计,设置低浓度无机肥(T1)、中浓度无机肥(T2)、高浓度无机肥(T3)、低浓度无机肥+低浓度生物有机肥(T4)、低浓度无机肥+中浓度生物有机肥(T5)、低浓度无机肥+高浓度生物有机肥(T6)和不施肥对照(CK)7个处理,测定土壤中硝态氮、速效磷、速效钾、产量及果实品质等指标。结果表明:微润灌溉模式下可溶性生物有机肥配施无机肥可以显著提高可供黄瓜利用的0~40 cm土壤中速效养分的含量,并且促进黄瓜植株对速效养分的吸收;降低40~60 cm土壤中的硝态氮和速效钾含量,对40~60 cm土壤中速效磷含量无显著影响;T6(低浓度无机肥+高浓度生物有机肥)处理对比CK处理增产69.27%,维生素C含量增加了29.68%,可溶性糖含量提升了55.91%,可溶性蛋白含量提高了32.5%,T6处理与T3(高浓度无机肥)处理相比产量无显著性差异,硝酸盐含量降低了15.97%。可溶性生物有机肥配施无机肥可以很好的和微润灌溉技术相结合,在获得高产的同时还可以减少施肥对环境带来污染的风险,达到节水节肥保护生态环境的目的;综合黄瓜果实的产量和品质,T6处理为较适宜微润灌设施黄瓜种植的施肥模式。

基于熵值—TOPSIS—灰色关联度模型的青椒微润灌适宜技术参数研究

为了探明微润灌溉青椒最适宜的技术参数,采用熵值—TOPSIS—灰色关联度模型对青椒生长发育的各项指标进行了综合评价。进行了管带埋深为10 cm(D10)、15 cm(D15)、20 cm(D20)和压力水头为100 cm(H100)、150 cm(H150)、200 cm(H200)条件下的微润灌青椒生长试验。结果表明:不同管带埋深处理后的青椒各项单指标均表现为D20>D15>D10。不同压力水头处理后的株高、茎粗及产量表现为H150>H200>H100,株高生长速率和茎粗生长速率表现为H200>H150>H100,灌溉水生产率表现为H100>H150>H200。选择的指标不同,得出的最佳微润灌溉技术参数也不相同。采用熵值—TOPSIS—灰色关联度模型分析微润灌对青椒生长影响得出:当压力水头一定时,综合贴近度随着管带埋深的增大而升高;当管带埋深一定时,综合贴近度会随着压力水头的增大先升高后降低。青椒微润灌最适宜的技术参数为:压力水头为150 cm,管带埋深为20 cm。

微润灌有机肥配施对土壤硝态氮和番茄生长的影响

以设施番茄为试材,以不施肥为对照(CK)、设置低水平无机肥T1(N∶P∶K=150∶60∶120 kg·hm^(-2))、中水平无机肥T2(N∶P∶K=300∶120∶240 kg·hm^(-2))、高水平无机肥T3(N∶P∶K=450∶180∶360 kg·hm^(-2)),以及低水平无机肥分别配施低水平有机肥M1(75 kg·hm^(-2))、中水平有机肥M2(225 kg·hm^(-2))、高水平有机肥M3(375 kg·hm^(-2))共7个处理,进行了微润灌溉水肥一体化栽培试验,研究了无机肥减量配施可溶性有机肥对土壤硝态氮和番茄生长的影响,以期为设施番茄绿色高效生产提供参考依据。结果表明:少量无机肥配施有机肥能显著降低土壤硝态氮累积,还能使番茄保持优良的生长状况,提高番茄果实品质,其中M2处理下土壤硝态氮累积量低、生长情况良好、果实品质最优,为最佳施肥比例。

微润灌毛管不同布设方式对新定植红枣生长的影响

【目的】探明微润灌毛管6种布设方式对新定植红枣生长的影响规律,为低压微润灌工程设计、技术应用和生产管理提供技术依据。【方法】采取不同的毛管布设方式,针对新定植红枣进行微润灌应用研究,观测微润灌溉条件下的土壤含水量分布状况及新定植红枣的各项生理指标。【结果】处理四(管距30 cm埋深30 cm)红枣幼苗成活率及根系生长幅度较优于其他处理,成活率达49.6%、根幅范围达50 cm。株高累计生长量达4.04 cm。综合评价其指标,最优的微润灌毛管布置方式为处理四。【结论】微润灌作为一种新的灌水技术,有其一定的技术优势,但在大田作物上推广应用,还需做大量的试验来进行验证。

微润管不同埋深对番茄生长、产量、品质的影响

为寻找对番茄生长、产量、品质最有利的微润管埋深,设置了3个埋深处理,分别为T1(10 cm)、T2(15 cm)、T3(20 cm),并设置了常规地表自流灌CK处理作为对照,考察各处理对番茄的株高、茎粗、叶面积等生长指标,光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量等生理指标,以及产量、综合品质的影响。结果表明:(1)进入开花与果实膨大期后,微润灌各处理各生长指标除叶面积为T1<CK外,其余生长指标均为CK处理最小,且T2处理各生长指标值最大;光合速率为:T2>T1>CK>T3;蒸腾速率为:T2>T3>T1>CK;气孔导度为:T2>T3>T1>CK;胞间二氧化碳浓度为:T1>T3>CK>T2。(2)微润灌各处理番茄的单果质量均大于CK,T2产量最大。(3)综合品质评价值排序结果为:T2>T3>T1>CK。研究得出结论:T2处理(埋深15 cm)是番茄种植时微润管适宜埋深。

建平县新型果树微润灌溉技术试验研究

通过对新型微润灌溉条件下果树生育期性状、产量和品质等方面进行试验测产,并对新型微润灌溉方式与普通沟灌方式进行多方面对比,以期为新型微润灌溉技术今后在果树种植中广泛应用提供重要理论支撑。

不同微润灌溉处理对玉米生长和产量的影响

以膜下滴灌作对照,共设5个处理,研究了微润灌溉条件下不同埋设深度、间距和压力对玉米生长及产量的影响.结果表明,微润灌溉的玉米单株干物质积累趋势异于膜下滴灌;玉米茎粗、株高和产量随耗水量的增加而增加;膜下滴灌(CK)的产量最高,与微润灌溉处理有极显著差异,分别比T1、T2、T3和T4高33.13%、34.48%、26.82%和63.94%;微润灌溉的水分利用效率较膜下滴灌高,各处理无极显著差异,最高的为T2处理,且与膜下滴灌有显著差异;微润灌溉有利于玉米籽粒发育,使籽粒饱满,百粒质量增加;在不同的微润灌溉处理下,微润管的埋设深度、间距和压力对玉米的产量和水分利用效率都有显著的影响,其中压力对玉米产量和水分利用效率影响最大,间距对耗水量的影响较大.

微润管埋深对设施黄瓜土壤水肥分布及生长和产量的影响

为获得微润灌溉技术在设施黄瓜生产中的适宜参数。于2018-2019年考虑微润管埋深进行设施黄瓜微润灌溉试验,设置15、25和35 cm等3个试验水平,以当地设施蔬菜普遍应用的沟灌作为对照,研究了微润管埋深对设施黄瓜土壤水肥分布及生长和产量的影响。结果表明,相比沟灌,微润灌溉能够有效节水节肥的同时更有利于黄瓜的生长以及产量和水氮利用效率的提高,并且能够有效降低渗漏量,且有减少土壤深层硝态氮和速效磷的累积的趋势,以微润管埋深25和35 cm时效果最佳。

埋深与压力对微润灌湿润体水分运移的影响

为探明微润灌土壤湿润体特性，设置5个不同埋深，6个不同压力水头，通过室内土箱试验研究了微润灌土壤水分运动规律。结果表明：压力水头是决定微润灌流量的重要因素；微润带埋深显著影响土壤湿润体的形状，湿润锋水平运移距离与宽深比γ均随埋深的增大而减小，垂直运移距离随埋深的增大而略微增大；土壤累计入渗量与埋深呈负相关关系；累计入渗量随灌水时间的变化过程符合Kostiakov人渗模型，建立了不同埋深累计入渗量预测模型，并用实测值进行了验证，实测值与预测值具有较高的相关性；土壤湿润均匀系数与埋深呈正相关，粘壤土微润灌最适埋深为15—20cm。

微润灌溉土壤湿润体运移模型研究

为探明微润灌溉土壤入渗湿润体运移的变化规律,采用室内土箱模拟的方法,以粘壤土为例,选取不同土壤容重、初始含水率、管带埋深和压力水头等4个因素进行试验,研究这些因素对微润灌土壤入渗湿润锋随时间运移关系的影响。结果表明:在相同入渗时间内,湿润锋运移距离随土壤容重的增大而减小,随土壤初始含水率和压力水头的增大而增大,但不同管带埋深对湿润锋运移无显著影响;湿润锋垂直和水平方向运移距离与时间的1/2次方呈线性函数关系,以此为基础建立了包括土壤容重、初始含水率和压力水头的综合预测模型,用建立的综合模型对微润灌土壤入渗湿润锋运移距离进行预测,并对预测值与试验值进行比较,结果表明综合模型的预测精度较高。

不同水头和土壤容重下微润灌湿润体内水盐分布特性

为探明微润灌溉施肥的湿润体内水盐分布规律,开展不同压力水头和土壤容重下室内微润灌溉入渗试验。设置3个水头(H1.0:1.0 m、H1.5:1.5 m和H2.0:2.0 m)和3个土壤容重(D1.00:1.00 g/cm^3、D1.15:1.15 g/cm^3和D1.30:1.30 g/cm^3),以质量分数0.3%的硝酸钾溶液为入渗溶液,研究微润灌湿润体内水盐空间分布规律和变异特征。结果表明:微润管入口水头和土壤容重对湿润体内含水率、NO_3^--N与K^+含量均值影响显著。同一土壤容重下,H1.5和H2.0与H1.0相比,湿润体剖面面积增大13.50%~21.61%,湿润体内含水率、NO_3^--N与K^+含量均值分别增大3.69%~10.71%、7.80%~10.95%和7.29%~17.49%,均匀系数分别增大7.65%~18.63%、5.22%~13.63%和9.34%~21.89%;同一水头下,D1.15和D1.30与D1.00相比,湿润体剖面面积减小5.76%~9.21%,含水率、NO_3^--N含量均值分别减小15.73%~21.54%、8.08%~10.97%,而K^+含量均值增大34.89%~64.79%,三者均匀系数分别减小9.02%~11.45%、4.04%~7.25%和7.09%~11.54%。K^+在微润管周围分布较集中,K^+聚集分布面积约占湿润体剖面面积的40.80%~61.41%。微润灌湿润体内含水率、NO_3^--N和K^+含量均值与至微润管的水平距离符合四参数Log-logistic模型。

压力水头对微润灌土壤水分运动特性影响的试验研究

基于室内土箱模拟试验,分析了4种压力水头下土壤水分运动特性。结果表明,土壤累积入渗量与压力水头正相关,且土体微润带入渗量大于空气中;湿润锋运移距离随压力水头增大而增加,不同压力水头下湿润体横剖面都近似为"圆形",且湿润锋运移速率初期较快,后期逐渐变慢;土壤含水率最大值均出现在微润带附近,且压力水头越大,土壤水分分布范围越广,土壤平均含水率越高。

微润管出流特性和流量预报方法研究

为探明影响微润管流量的主要因素,确定微润管压力与流量关系,通过田间试验,研究不同土壤初始质量含水率(13.83%、15.49%、16.27%、17.72%)和不同土壤容重(1.18、1.21、1.24、1.26 g/cm^3)条件下不同压力水头(0、0.1、0.3、0.7、1.1、2.1 m)对微润管流量的影响。结果表明:微润管流量随土壤质量含水率变化有一定的自我调节作用,但微润管流量受土壤质量含水率变化影响较小,自我调节时间约为44 h。随着灌水时间增加,微润管流量呈先快速增加再减小后趋于稳定平缓的趋势,灌水后约48 h趋于稳定状态。工作压力、土壤容重和初始质量含水率均对微润管流量有显著影响,在一定工作压力范围内(0~2.1 m水头),压力与流量呈显著性线性关系(P<0.05),模型决定系数R^2大于0.85,随土壤初始质量含水率与容重增加,微润管流量呈减小趋势,微润管流量变化对工作压力的敏感度逐渐下降;在压力与流量线性回归模型中微润管的流量系数和压力为零的流量b均非单纯由产品自身特性决定,土壤初始质量含水率和容重与流量系数呈显著负相关关系(P<0.05),容重与压力为零的流量均存在显著负相关关系(P<0.05),可用土壤初始质量含水率和容重确定流量系数和压力为零时的流量值,最终实现微润灌出流预报。通过灰色关联分析发现,压力是影响微润管流量的最主要因素,土壤容重次之,土壤初始质量含水率对微润管流量影响最小。

微润灌溉线源入渗湿润体特性试验研究

为探明微润灌溉线源入渗水分运移规律,通过室内土箱试验对微润灌溉土壤水分分布进行研究,分析土壤质地和土壤密度对湿润体特性的影响。结果表明:微润灌溉湿润体是以微润带为轴心的柱状体,黏壤土为近似圆柱体,砂土湿润体横剖面为"倒梨"形,黏壤土R:X:H(R为水平运移距离,X为垂直向上运移距离,H为垂直向下运移距离)平均为1.00:0.90:0.99,砂土为1.00:0.81:0.95。湿润锋水平和垂直(向上和向下)运移距离均与灌水时间呈显著的幂函数关系,土壤密度和质地是影响湿润体特性的主要因素;微润带流量小,单位长度流量不超过210 mL/(m.h),可适应土壤含水率变化自动调整,累计入渗量与灌水时间呈线性关系;湿润体内含水率以微润管带为轴心呈同心圆面分布,大部分土壤含水率介于田间持水量的80%～90%之间,微润灌溉均匀度高,达95.62%。因此,微润灌溉技术节水效果显著,适宜旱区作物用水需求。

初始含水率对微润灌溉线源入渗特征的影响

为探明微润灌土壤湿润体特性的变化规律,以扰动均质土壤为研究对象,采用室内模拟试验的方法,分析了不同初始含水率(2.1%,5.6%,8.0%,10.1%)条件下微润灌土壤湿润锋运移距离和水分分布的变化规律.结果表明:土壤初始含水率对微润灌溉线源扩散有较大的影响,湿润锋推进速率、地表湿润时间随着初始含水率的增大而增大,并与灌水时间呈幂函数关系;湿润体形状受初始含水率影响非常小,其横断面为近似圆形;一定灌水时间内,累计入渗量、平均入渗率与初始含水率呈正相关性,且到达稳定入渗率的时间与初始含水率呈负相关性,湿润锋推进速率与初始含水率呈正相关关系,扩散系数与初始含水率成指数递增关系,不同初始含水率的不同方向土壤水分扩散指数介于0.50~0.60之间;湿润体内水分呈同心圆分布,含水率梯度随着初始含水率的增大而减小;微润灌均匀系数随初始含水率的增大而增大.研究结果可为微润灌溉技术推广应用提供理论依据.

地埋微润管入渗试验研究

【目的】探明微润管地埋条件下的水分入渗和分布规律,为微润灌溉的工程设计和技术应用提供依据。【方法】设置3 m、2 m两种压力水头,在室内土槽中进行微润灌入渗试验,观测湿润锋随时间的运移规律及横断面的土壤含水量分布状况。【结果】形成以微润管为中心的圆形湿润体,湿润锋运移距离、推进速度与入渗时间存在良好的幂函数关系;土壤含水率以微润管为中心对称分布,离微润管距离越远含水率越低。【结论】微润管地埋出流条件下的湿润锋运移受重力作用影响较小,湿润锋和土壤含水量以微润管为圆心对称分布。

微润管埋深与密度对日光温室番茄产量及品质的影响

为了探寻微润灌溉在日光温室的适宜应用技术参数,以膜下滴灌为对照(CK),设置3种微润管埋深(10 cm、20 cm、30 cm)和3种密度[2行番茄埋设1条(1管2行)、2条(2管2行)、3条(3管2行)微润管],研究了微润管不同埋深及密度对日光温室番茄生长、产量及品质的影响。试验结果表明,与CK相比,微润灌溉更有利于日光温室番茄的生长。番茄的果实横径、单果质量、单果体积、总产量及灌溉水分利用效率增加显著,分别较CK平均增加8.58%、11.99%、18.79%、60.93%和103.40%,平均节水37.73%。微润灌溉显著提高了番茄果实维生素C、可溶性糖及糖酸比的含量,较之CK平均增幅分别为27.07%、4.48%和21.38%。相同微润管密度下,番茄的综合品质表现为:埋深30 cm>埋深10 cm>埋深20 cm;相同埋深下,表现为:1管2行>2管2行>3管2行。番茄的株高、茎粗、果实形态及总产量,随微润管埋深的增加而减小,随微润管密度的增加而增加,茎粗与灌溉水分利用效率随微润管密度的增加而减小。综合考虑番茄的总产量、灌溉水分利用效率、品质以及微润管的经济成本等因素,埋深10 cm,1管2行(番茄总产量为87.38 t·hm-2,灌溉水分利用效率为108.91 kg·m-3,品质综合排序第3)为日光温室番茄种植较为适宜的微润灌溉技术参数。