轻度调亏涌泉根灌提高山地苹果产量、品质及水分利用效率

为探明陕北地区山地苹果优质高效生产的涌泉根灌灌溉模式,选择7年生山地苹果(寒富)为试材,以全生育期充分灌水为对照组CK,其灌水上、下限分别为100%Q_(f)和85%Q_(f)(Q_(f)为田间持水率).在萌芽展叶期(Ⅰ期)和果实膨大期(Ⅲ期)分别设置4个灌水水平(轻度调亏灌水DI_(L)、中度调亏灌水DI_(M1)、偏重度调亏灌水DI_(M2)和重度调亏灌水DI_(S),其灌水上、下限分别为对照组的90%,75%,60%和45%),采用完全随机区组设计,分析了陕北山地苹果光合、产量、品质和水分利用效率对调亏灌溉(regulated deficit irrigation,RDI)的响应规律.结果表明:苹果树Ⅲ期的叶片光合特性比Ⅰ期的强,且在同一物候期,与CK处理相比,DI_(L)处理的光合能力差异不具有统计学意义(P>0.05),其余处理有所减弱;与CK相比,Ⅰ-DI_(L)和Ⅲ-DI_(L)处理的产量、灌溉水利用效率和耗水利用效率差异不具有统计学意义(P>0.05),但其余处理均有所降低;其中Ⅲ-DI_(L)处理的产量最大(31358 kg/hm^(2)),其次是Ⅰ-DI_(L)处理(31239 kg/hm^(2));DI_(L)与CK处理的综合品质较优且差异不具有统计学意义(P>0.05).因此,在山地苹果萌芽展叶期轻度调亏灌水(Ⅰ-DI_(L)处理)和果实膨大期轻度调亏灌水(Ⅲ-DI_(L)处理),可提高苹果的产量和品质.

不同氮肥液浓度下微孔陶瓷根灌土壤水氮运移与流失特性的数值模拟研究

微孔陶瓷根灌(SICE)是一种新型地下节水灌溉技术,其可利用陶瓷灌水器内部微米级孔隙实现水肥液地持续微量供给,并以地下连续灌溉的方式为作物根区营造安全、稳定且适宜的土壤水分环境。区别于以间歇灌溉为主的水氮供施方式,目前利用SICE进行氮肥液持续微量供给时的土壤水氮运移及其流失特性尚不明晰,这限制了SICE在实际中的推广应用。因此,采用HYDRUS-2D建立了SICE持续微量供给下的土壤水氮联合运移模型,并于中国青海开展了微孔陶瓷根灌枸杞田间试验,用以模型校准和准确性验证,最后以地下滴灌(CK)为对照,利用模型研究了3种氮肥液浓度(211.54mg/L、169.23mg/L、126.92mg/L)下SICE土壤水氮运移与流失特性。研究结果表明,构建的土壤水氮联合运移模型在预测土壤水氮方面表现良好;与CK相比,SICE减缓了氮肥液进入土壤的速率,延长了水分与养分的有效供应时间(从6.67 h延长至480.00 h),降低了根层土壤中水分、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)的时间波动性,保证土壤水氮相对充足的同时还维持了土壤水氮环境的相对稳定,为枸杞水氮高效利用提供了有效保障;其次,在氮肥液持续微量供给期内,SICE将土壤水分、NH4+-N和NO3--N维持在枸杞根系密度最大处,充分保证了根、水、肥的高度匹配;此外,SICE在降低水分深层渗漏和氮素淋失方面表现明显优于CK,可将更多的水分和氮素保存在枸杞根系层中,增加氮素可用性的同时降低了硝酸盐污染地下水的风险。

PP棉孔径对涌泉根灌入渗特性的影响

为探明将PP棉作为黄土高原苹果涌泉根灌配套套管时的最佳孔径,以陕西延安黄绵土为例,开展室内土箱试验,采用对比试验设计,研究不同孔径PP棉(1μm、10μm、20μm和50μm)作为涌泉根灌套管时对土壤水分入渗特性的影响。结果表明:不同PP棉孔径时,水分入渗所形成湿润体的形状均近似为椭球形,各方向湿润锋的运移距离与入渗时间均符合幂函数关系(P<0.05);通过对比不同PP棉孔径的湿润体特性,确定PP棉孔径为50μm时,湿润体的湿润锋运移距离、湿润体体积和湿润体内高含水率区域均最大,且在再分布过程中,湿润体内土壤水分分布也最均匀。研究结果可为套管参数选取提供理论依据,对涌泉根灌技术在黄土高原地区苹果园大面积推广具有重要意义。

肥液浓度对双点源涌泉根灌土壤入渗特征及水分运移的影响

为探究不同肥液浓度对涌泉根灌双点源交汇入渗湿润体特性变化和水分运移规律的影响,在陕北榆林西北农林科技大学远志山试验基地,设置4个肥液浓度(质量浓度)(0、5、10和20g/L),开展了肥液浓度对土壤累积入渗量、土壤含水率影响的试验研究。结果表明:相同肥液浓度条件下,自由入渗处累积入渗量大于交汇入渗处累积入渗量,涌泉根灌交汇入渗累积入渗量随时间和肥液浓度变化存在显著的幂函数关系(R2>0.9,P<0.01)。采用Philip模型和Kosyiakov模型均能拟合双点源涌泉根灌入渗过程,肥液浓度越大,吸渗率S也越大,土壤的入渗能力越强。肥液浓度增加了双点源涌泉根灌的累积入渗量,与单点源涌泉根灌对比,双点源涌泉根灌累积入渗量有所减小,但交汇面土壤含水率有所提升。在双点源交汇入渗情况下,不同位置处土壤水分的变化差异小于自由入渗侧,而肥液浓度越大,交汇面处的湿润深度越深,土壤含水率大于自由入渗侧土壤含水率。在实际灌水过程中,肥液浓度过大将不利于水肥利用效率的提高。因此,在田间布设过程中,合理的双点源布置方式能更有效地提高涌泉根灌灌水器的灌水效率,同时提高水资源利用率。

涌泉根灌肥液入渗水氮运移特性研究

为了提高涌泉根灌模式下水肥利用率,减少氮肥流失与深层渗漏,通过涌泉根灌肥液入渗田间试验,研究了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗湿润体及其水氮运移特性,揭示了涌泉根灌土壤入渗量和湿润锋运移距离随肥液质量浓度的变化关系;建立了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗量和湿润锋运移经验模型;分析了入渗湿润深度范围内肥液质量浓度分别对土壤NO-3-N和NH+4-N含量分布特性的影响。结果表明:肥液质量浓度增大,单位面积累计入渗量随入渗时间增加而增大,并且入渗量和湿润锋运移距离均与入渗时间呈极显著幂函数关系,决定系数分别达到0.98和0.96,均大于临界相关系数rα(0.605 5);入渗再分布阶段,肥液质量浓度41.7 g/L能更好地保证枣树根系水分的吸收,而不同肥液质量浓度对土壤氮素转化率影响有所不同,硝态氮转化率基本不明显,而肥液质量浓度为33.3 g/L时铵态氮转化率最高。

土壤容重对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

在室内通过人工配置不同水平土壤容重(1.35、1.40、1.45、1.50 g/cm^3),用土箱进行水肥入渗模拟试验,研究土壤容重对累积入渗量、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮运移的影响,建立以土壤容重和入渗时间为自变量,累积入渗量和各向湿润锋运移距离为因变量的经验模型。结果表明:土壤容重对累积入渗量、各向湿润锋运移距离及湿润体内水分和氮素的分布、转化均具有较为显著的影响。随着土壤容重的减小,累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分、铵态氮及硝态氮含量均呈增大趋势。入渗系数K随着土壤容重的增大而减小,入渗指数α随着土壤容重的增大而增大;在同一时刻,湿润体内铵态氮和硝态氮含量的平均值、变化量及转化率均随着土壤容重的增大而增大。距离灌水器越近,铵态氮、硝态氮含量越高;湿润体内铵态氮分布主要集中在灌水器附近,随着再分布进行,湿润体内铵态氮含量、转化率逐渐减小,转化量逐渐增加。灌水结束、再分布3、5、10、15、20 d条件下,以灌水结束时刻为基准,铵态氮含量降幅依次为2.34%、11.41%、34.22%、59.06%和73.75%。湿润体内硝态氮分布区域与水分分布相似,随着再分布进行,湿润体内硝态氮含量、转化量逐渐增大,再分布15 d达到最大值;而转化率呈现出先增大后减小的趋势,再分布10 d转化率达到最大值。灌水结束、再分布3、5、10、15、20 d条件下,以灌水结束时刻为基准,湿润体内硝态氮含量依次增加0.76%、60.12%、156.95%、204.68%和180.51%。土壤容重对涌泉根灌土壤水分和氮素运移、分布及其转化的影响均较为显著。

涌泉根灌土壤湿润体运移模型

为了探明涌泉根灌土壤入渗湿润体运移的变化规律,以黏壤土为例,在室内选取不同土壤容重、初始含水率、灌水器套筒透水部长度和埋深等4个因素进行试验,研究这些因素对涌泉根灌土壤入渗湿润锋随时间运移关系的影响.结果表明:土壤入渗湿润锋运移速率随土壤容重的增大而减小,随土壤初始含水率的增大而增大,随套筒透水部管长的增长而增大,但不同埋深对灌水器湿润锋的推进速度无显著影响,涌泉根灌土壤入渗湿润体随时间的运移符合幂指数关系,幂指数在水平和垂直向分别为0.32和0.2.以此为基础分别建立了湿润锋在水平和垂直向运移距离的预测模型,并建立了包括土壤容重、初始含水率和灌水器套筒透水部长度的综合预测模型.用建立的综合模型对涌泉根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了比较后得出,综合模型的预测精度较高.

涌泉根灌湿润体特征值变化规律研究

在米脂山地微灌枣树示范基地进行原状土涌泉根灌入渗试验,研究了不同流量、不同灌水历时条件下涌泉根灌湿润体特征值的变化规律。结果表明:湿润体的水平扩散半径、向上入渗距离、向下入渗深度随流量的增大而增大,且均与入渗时间有显著的幂函数关系;在相同流量情况下,向上入渗最快,水平扩散次之,向下入渗最慢;湿润体体积受灌水量和流量的影响;在不同流量条件下,湿润体体积与灌水量间,湿润体水平扩散半径、垂直扩散距离与灌水量间均存在极显著的幂函数关系;针对五年生枣树根系分布特征,确定了枣树适宜灌水时间和灌水量。

涌泉根灌技术研究与应用

提出了一种新型涌泉根灌灌水方法,研究设计了一种灌水器,实现了直接将灌溉水输送到植物根系部位的研究目标,研制的涌泉根灌灌水器流态指数小于0.5,属紊流范畴.为了测得不同节水灌溉方式的应用效果,在陕北山地5年生枣树实施了管灌、滴灌和涌泉根灌等工程38.67hm2,对3种不同灌水方法的经济效益作了分析.结果表明,与不灌溉相比,管灌、滴灌和涌泉根灌的净增收入分别为4707.70,8446.00和10926.00元/hm2;管灌、滴灌和涌泉根灌每方灌溉水产值分别为1.90,11.30和14.60元/m3.涌泉根灌与滴灌相比,年成本降低2030元/hm2,净收入增加2480元/hm2,每方灌溉水产值提高3.30元/m3;涌泉根灌与管灌相比,年成本降低743.30元/hm2,净收入增加6218.30元/hm2,每方灌溉水产值提高12.70元/m3.不同节水灌溉方式均使得枣园净收入大幅度提高,尤其是涌泉根灌方式,净增值率高达235.0%.建议在山地经济林果中大面积推广应用涌泉根灌技术.

初始含水率对涌泉根灌土壤渗透特征的影响

为探索初始土壤含水率对涌泉根灌过程中湿润锋运移和土壤水分分布的影响,合理确定灌水技术参数,配置了5种不同初始土壤含水率,采用室内土箱模拟试验方法,研究了土壤初始含水率对涌泉根灌均质土壤水分扩散的影响.结果表明:涌泉根灌条件下,初始含水率对湿润体形状的影响不大,对其大小有明显影响;土壤表面湿润时间与初始含水率呈递减关系,土壤表面湿润半径、湿润体水平与垂直距离的增长速度均随着土壤初始含水率的增大而增大;土壤初始含水率越大湿润体内水分分布越均匀;试验拟合的根据土壤初始含水率计算地表湿润半径、最大湿润体水平半径与垂直深度的经验公式,计算值和实测值之间误差较小,整体误差分别为0.63%,0.4%,0.83%和0.59%,0.12%,0.73%,可用经验公式推算涌泉根灌土壤水分渗透参数,作为涌泉根灌系统设计依据.

涌泉根灌在黄土坡地的水分运移规律试验

为了了解涌泉根灌这项微灌技术灌水后的水分运移情况,在野外黄土坡地利用剖面法对涌泉根灌在不同孔径、孔深条件下土壤水分运移规律进行了研究.结果表明,在不同孔径、孔深处理下,湿润体水平扩散半径、向上入渗距离和向下入渗深度有不同的影响,且均与时间有显著的幂函数关系;涌泉根灌停止后24 h内的土壤湿润体水平及竖直方向扩散相对变化超过了47%,湿润体平均含水量相对降低了30%;24 h后的扩散较小,平均含水量下降较小.涌泉根灌停止后24 h时的湿润体特征值可作为涌泉根灌系统设计的依据;推荐涌泉根灌适宜的孔洞深度为30~40 cm,孔径为φ6 cm.研究结果可为涌泉根灌技术的实际应用提供理论参考.

山地梨枣树涌泉根灌适宜布置方式与灌水量研究

【目的】研究确定山地梨枣树涌泉根灌的适宜布置方式与灌水量。【方法】以5年生梨枣树为试验树种,设置了4种灌水器布置方式(每株梨枣树安装1,2,3或4个灌水器)和3种灌水量水平(单株梨枣树单次灌水60,80,100L)共12个处理(T1-T12),研究涌泉根灌的不同布置方式和灌水量对山地梨枣树耗水量、水分利用效率及产量的影响。【结果】涌泉根灌不同布置方式和灌水量对梨枣树耗水量有一定影响,各处理梨枣树的耗水量为368.5～423.9mm;不同布置方式和灌水量下,梨枣树的水分利用效率、产量、年净增效益有一定差别;各处理总水分利用效率(WUEET)为3.7～4.3kg/m3,灌溉水利用效率(WUEM)为22.5～38.0kg/m3,各处理之间差异显著;安装2或3个灌水器的布置方式与80,100L的灌水量组合,均可使梨枣树产量达到17000kg/hm2以上,且显著高于其他处理。【结论】山地梨枣树涌泉根灌时,每株2个灌水器的布置方式与单株单次80L的灌水量组合,梨枣树的增产效益最明显,净增效益达18856元/(hm2.年),是山地梨枣树涌泉根灌的最佳布置方式与灌水量水平。

涌泉根灌对山地梨枣产量形成及水分利用的影响

【目的】探讨不同灌水定额下涌泉根灌对山地梨枣树生理指标、产量和水分利用效率的影响,为山地梨枣的生产管理提供参考。【方法】以8年生梨枣树为对象,采用涌泉根灌方式,设33,132,264m3/hm2 3个灌水定额处理,同时在相同灌水定额下,以滴灌、管灌为对照,比较各灌水定额下不同灌水方式对梨枣产量形成及水分利用的影响。【结果】与滴灌和管灌相比,涌泉根灌能够维持甚至促进枣吊的生长,同时可以维持或者减少枣树的新梢生长量和落果率。随着灌水定额的增大,新梢生长量、枣吊和梨枣落果率总体上呈增加趋势,但因灌水方式不同而存在差异。在供试3个灌水定额条件下,枣树的产量、水分利用效率和灌溉水利用效率均表现为涌泉根灌和滴灌较管灌显著提高。不论采用何种灌水方式,随灌水定额的增加,枣树的产量和水分利用效率增大到一定程度后均不再持续增加,但灌溉水利用效率均随灌水定额的增大而减小。【结论】涌泉根灌是一种值得推广的高效节水灌溉技术。

基于Hydrus-3D模型的再生水涌泉根灌模拟及布置参数预测

为了探寻再生水果树涌泉根灌条件下灌水器的最优布设埋深和间距,以饱和―非饱和土壤水分运动理论为依据,选取了典型研究区一年和多年生桃树,利用Hydrus-3D模型对再生水涌泉根灌土壤水分入渗过程进行数值模拟,并将模拟结果与田间试验实测结果进行对比验证,同时预测了双源涌泉根灌灌水器的最优布置参数。结果表明,Hydrus-3D模型对再生水涌泉根灌湿润锋运移距离以及灌水结束后不同时刻含水量分布的模拟值和实测值之间决定系数R 2均大于临界决定系数,均方根误差RMSE分别小于1.5和0.05,且F检验P值均在0.05以上。说明Hydrus-3D模型可以用于再生水双源涌泉根灌土壤水分运移的模拟;利用Hydrus-3D模型预测结果表明,1,5,10年生桃树再生水双源涌泉根灌灌水器最优布设埋深分别为35,35,45 cm,最优布设间距分别为40,50,40 cm。

涌泉根灌土壤湿润体特性试验

为了进一步探明涌泉根灌土壤湿润体特性的变化规律,通过在陕北山地枣树微灌示范基地进行的大田涌泉根灌入渗试验,研究了不同流量条件下涌泉根灌土壤湿润锋运移距离和水分分布的变化规律,结果表明:湿润体水平扩散半径、向上入渗距离、向下入渗深度等随灌水器流量的增大而增大,且均与入渗时间之间呈显著的幂函数关系,其相关系数均高于0.97.提出了涌泉根灌土壤湿润锋运移距离计算式,经试验验证:湿润锋运移距离预测值和实测值的相对误差均小于5%.在上述研究的基础上,建立了涌泉根灌湿润体内土壤平均含水量的计算式,经试验验证:灌后土壤平均含水量预测值和实测值相对误差均小于8%.根据农田灌水的实际需要,假定在涌泉根灌垂向入渗深度与所设定的计划湿润层相等的条件下,建立了涌泉根灌水平扩散半径与计划湿润层之间的计算式,试验结果表明:水平扩散半径计算值与实测值误差小于10%.

土壤初始含水率对涌泉根灌土壤水分及氮素运移特性的影响

为了探究涌泉根灌水肥一体化灌溉在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(4.13%,7.21%,8.77%,11.06%,14.01%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离与不同土壤初始含水率之间的关系,提出了不同初始含水率下涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布、转化等均不同程度地受到土壤初始含水率的影响。同一时刻条件下,累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮和硝态氮的分布范围越广泛;距离灌水器出水孔越近,土壤中的铵态氮和硝态氮含量越高。入渗系数K随着土壤初始含水率的增大而减小,入渗指数α随着土壤初始含水率的增大而增大;水平湿润锋拟合参数a、b均随土壤初始含水率的增大而增大,竖直向下湿润锋运移指数c随着土壤初始含水率的增大而增大,入渗指数d随着土壤初始含水率的增大而减小。随着土壤水分再分布的持续进行,湿润体内水分分布越加均匀,采用克里斯琴森均匀系数Cu评价灌水结束、再分布1,3天条件下湿润体内水分分布均匀度依次为61.99%,74.27%和83.60%;湿润体内铵态氮含量逐渐减小,但铵态氮的分布区域基本无变化;湿润体内硝态氮分布区域变大,平均值呈增大,最值区域有下移趋势。研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10%以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.

涌泉根灌土壤湿润体影响因素的试验研究

滴头流量、灌水量及埋深与土壤湿润体的关系是涌泉根灌设计的依据。通过室内土槽试验,研究了涌泉根灌的滴头流量、灌水量及滴头埋深对均质粘壤土湿润体变化的影响。结果表明:涌泉根灌土壤入渗湿润体在垂直向下距离和水平扩散距离均与灌水时间成幂函数关系,相关系数达到0.98以上;滴头流量和灌水器埋深对土壤入渗湿润体影响较大,而灌水量对土壤入渗湿润体无显著影响。

肥液浓度对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

为了提高涌泉根灌水肥的利用效率,采用室内土箱入渗试验,探究了不同肥液浓度(0,15,30,60g/L)条件下湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律。结果表明:入渗相同时间时,随着肥液浓度的增大,湿润锋运移距离、湿润体内相同节点处的土壤含水率、铵态氮及硝态氮质量分数均增大;湿润锋运移距离与入渗时间具有显著的幂函数关系,其决定系数均达到0.99;随着肥液入渗再分布的进行,湿润体内含水率分布更加均匀,最大含水率位置下移,铵态氮量逐渐减小,再分布5d湿润体内硝态氮量达到最大值;硝态氮运移规律和水分相似,易随水分流失。该研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。

灌水器埋深对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

为了提高涌泉根灌水肥的利用效率,采用大田入渗试验,探究了不同灌水器埋深条件下涌泉根灌土壤湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律。结果表明,不同灌水器埋深对湿润锋运移距离以及扩散速率均具有较大的影响。随着灌水器埋深的增加,水平最大湿润峰和垂直湿润峰运移距离均呈递减趋势;湿润锋运移距离与入渗时间有显著的幂函数关系。灌水结束后,在灌水器处铵态氮及硝态氮量最高,距离灌水器越远,氮素量越低;随着再分布进行,铵态氮量逐渐升高,而硝态氮量逐渐降低。