干旱区枣园土壤水分运动及深层渗漏数值模拟

根据TRIME与Hydra土壤水分监测仪监测枣园土壤含水率、TRAC冠层仪测定叶面积指数、Vantagepro2气象站监测气象数据等资料,开展了枣园土壤水渗漏试验。借助HYDRUS-1D模型对枣园传统地面灌条件下的土壤水渗漏规律进行模拟,经检验,模型模拟土壤层20,40,60,80 cm时,土壤含水率模拟值与实测值相关系数分别为0.94,0.94,0.92,0.71。利用模型分析了研究区地面灌条件下的土壤水渗漏特征和田间灌溉水量的转化关系,改进灌溉模式可大幅减少灌溉水量,提高水分的利用效率。

干旱-半干旱地区深层渗漏研究方法综述

深层渗漏(DP)是水文循环的重要环节,准确评价DP对于分析水文循环规律,合理制定水资源规划和地下水可持续利用具有重大意义,尤其是在水资源短缺的干旱-半干早地区,开展该项研究更具价值。目前,干旱-半干旱地区DP的评价方法主要有经验方法、物理方法、示踪方法和数值模拟方法。由于经验系数需要校正,因而经验方法应用到其他区域受到限制;物理方法又可分为蒸渗仪法、土壤水分通量法、水量平衡法、达西方法以及地下水位动态监测法;示踪方法主要从示踪剂的峰值、剖面形状和总含量来计算DP,此方法不是对DP的直接测定,且没有考虑示踪剂的空间变异;数值模拟理论上可对各种条件下的DP进行模拟和预测,但获取参数的难度较大。针对各方法存在的优缺点,将现有评价方法相结合,相互验证,可提高模拟精度;鉴于DP的时空变异性,将现有方法与GIS等新技术集成,可评价大尺度DP的空间异质性;同时,进行长时间序列的野外观测,既可直接获取DP的动态信息,也可为各方法参数的获取提供数据支持。

地下铺膜对温室芹菜种植土壤深层渗漏的影响

为了探讨温室蔬菜种植过程中不同地下铺膜方式对深层渗漏的影响,选择芹菜作为试验样本,在试验区域布置了不同间隔宽度的平面条带和U型条带共四个试验组以及一个不铺膜的对照组,进行试验研究。试验时采用PR1分层水分探头和烘干法监测土壤水分变化过程,根据实测根层土壤水分含量确定各试区的灌水时间,在温室大棚内设置自动气象站收集环境气象数据,利用能量平衡法计算芹菜生育期的腾发量,最终通过水量平衡方程计算各种铺膜方式下的深层渗漏,分析地下铺膜对深层渗漏的影响。在各种地下铺膜方式下,芹菜均长势良好,并且都取得了不同程度的减少深层渗漏的效果,其中U型铺膜减小深层渗漏的效果好于平面铺膜,而相同铺膜方式下间隔越小效果越好。铺膜后,灌水间隔时间有所加长,大部分方案的总灌水量和灌水次数均有所降低,在最理想的情况下深层渗漏降低了50%。研究结果表明,温室大棚蔬菜种植,采用地下铺膜的方法可以有效降低深层渗漏,节约灌溉用水,但在不同条件下优化的布置参数仍需通过进一步的试验或数值分析才能得到。

地下水埋深较大条件下农田深层渗漏模拟研究

为了能够在设计灌溉制度时充分考虑深层渗漏的影响,以辽宁大连地区地下水埋深比较大的农田玉米种植为例,采用VADOSE/W程序建立一维有限元模型,在对多年长系列气象资料进行分析的基础上,对枯水年、中水年和丰水年3种典型年在雨养、喷灌、畦灌条件下农田土壤水分的变化过程进行了长历时的模拟,并与实测值进行对比,以分析深层渗漏的产生规律。结果表明,在地下水埋深较大的情况下,深层渗漏占有效降雨与灌溉水量的比例,雨养条件下小于5%,喷灌条件下为5%～9%,畦灌条件下为7%～13%;70%～95%的深层渗漏由灌溉引起;13%～28%的有效灌溉水量会转化为深层渗漏。在设计灌溉制度时,深层渗漏的影响不容忽视。

石羊河流域井灌区土壤水分深层渗漏研究

基于土壤水分亏缺、总有效水分和实际有效水分的概念,建立土壤水分水量平衡模型,通过计算作物根系层的深层渗漏量,来反映土壤水与地下水之间量的相互转化关系。研究结果表明,研究期间的总深层渗漏量为9 4.1 9 mm,占研究期间总灌水量和降雨量的2 0.1%,这部分水量通过根系层补给下层土壤,最终补给地下水。

浑善达克沙地土壤水分深层渗漏的动态特征

[目的]分析浑善达克沙地土壤水分深层渗漏的时空分布特征及饱和条件下的土壤水分入渗,为沙地水分循环、水量平衡、水资源评估提供理论依据。[方法]运用土壤深层渗漏水量记录仪对浑善达克流动沙地、小叶锦鸡儿(植被覆盖度20%~30%)半固定沙地和小叶锦鸡儿(植被覆盖度40%~50%)固定沙地200 cm以下深层渗漏情况进行连续监测。[结果]以小降雨事件为主的半干旱区浑善达克沙地流动、半固定、固定不同类型沙地的土壤水分深层渗漏特征与降雨特征均有一致性,但渗漏量存在时空分布差异。流动沙地渗漏量最大,饱和条件下的入渗率最快,持续时间最长,半固定沙地为次,固定沙地为后。流动沙地深层渗漏与月降雨量呈显著相关(p<0.05),而固定沙地深层渗漏与降雨量在时间上没有一致性,无明显集中渗漏补给期。[结论]半固定、固定沙地的植被影响了深层渗漏,植被覆盖度越高影响力度越大,流动沙地更能有效储存水分,并对地下水有补给作用。

风沙土条件下滴灌灌水定额与深层渗漏量关系研究

保水、保肥性极差的风沙土广泛分布于和田地区,为探明滴灌条件下其灌水定额与深层渗漏量的关系以及确定适宜灌水定额,为和田地区设施农业的科学灌溉提供理论依据。以和田风沙土条件下日光温室萝卜地为研究对象,设置了5个灌水水平,开展定周期、变定额的灌溉试验,同时利用深层渗漏仪监测地面60 cm深度以下的深层渗漏量,分析了深层渗漏量与灌水定额之间的响应关系,结果表明:①试验条件下萝卜不同生育期发生深层渗漏的灌水定额临界值依次为苗期8.1 mm/次,叶部生长盛期与肉质根生长盛期10.4 mm/次;②T1~T5处理全生育期的深层渗漏量在26.0~254.7 mm之间变化;③风沙土条件下日光温室萝卜地深层渗漏量与灌水定额之间的关系可用以灌水定额为变量的一次与二次函数进行拟合,所得相关指数均在0.9以上,其中二次函数拟合效果较优。

灌水均匀度与深层渗漏量关系的研究

以实测单喷头水量分布为依据,用电子计算机模拟叠加计算组合均匀度,然后根据各点的灌水深度计算深层渗漏量,以研究灌水均匀度与深层渗漏量的关系。在研究中,分析了土壤质地,灌水上、下限和作物根系交错对相对深层渗漏量的影响。

中国沙漠(地)土壤水分深层渗漏研究进展

随着人工固沙植被防治土地沙漠化的需要,沙漠(地)的土壤水分深层渗漏动态的研究显得尤为重要。通过详细查阅中国沙漠(地)土壤水分深层渗漏的近年研究成果,综合分析了深层渗漏量的研究方法、时空分布特征及影响因素,指出不足,指明未来研究工作的发展方向与重点领域。认为今后研究工作的重点应通过模拟降雨等试验建立深层渗漏模拟模型;利用水量平衡公式模拟计算土壤蒸发动态等方面进行深入研究与探讨。

毛乌素沙地4种土地类型土壤水分深层渗漏特征

土壤水分是沙区治理与植被建设的关键因素,了解沙区土壤水分动态变化特征对于荒漠化防治以及沙区治理将有着重要意义。本研究在毛乌素沙地腹地的乌审旗选择北沙柳人工灌木林、农田、油蒿天然灌丛草地以及裸沙地4种典型土地类型,对0~200 cm土层进行土壤水分观测和深层渗漏(200 cm)数值模拟。结果表明:(1)生长季内(5-10月),裸沙地累计深层渗漏量为139.77 mm,占同期降雨量(263.40 mm)的53.06%;农田累计深层渗漏量11.92 mm,占同期降雨量(263.40 mm)和灌溉量(292.40 mm)的4.53%;北沙柳人工灌木林和油蒿天然灌丛草地则均无深层渗漏发生。(2)裸沙地月累计深层渗漏量与降雨量的大小波动基本呈现出一致的变化规律。(3)降雨量、植被以及土壤质地均会对土壤水分的深层渗漏量产生影响。(4)相对较高的土壤含水量会提升土壤水分的下渗速率,进而导致深层渗漏滞后时间缩短。

不均匀喷灌条件下的深层渗漏——农田数据Ⅱ

深层渗漏理论在不均匀灌溉条件下失去作用。与其相关的实例,必须用实验结果加以检验。本文定量地评价了因灌溉方式的不同而影响深层渗漏的各种因素,研究了灌溉水量与某一点水量平衡之间的关系。通过6 hm^2农田的实地实验,对灌水量、蒸腾量、土壤贮水量、深层渗漏量进行了水量平衡计算,用实测及计算的结果对上篇所提出的深层渗漏理论推测模型的可靠性进行了验证。

中国沙漠(地)深层渗漏量及动态特征

土壤水分深层渗漏是沙区水循环的重要环节,深层渗漏的定量测定对沙区水资源评估及水量平衡研究具有重要意义。本文采用YWB-01型土壤深层水量渗漏测试记录仪对中国毛乌素沙地等六大沙漠(地)降雨入渗到深层土壤的渗漏水量进行实时动态监测。结果表明:流动沙丘降雨渗漏补给量存在明显的时空差异,与降雨时空变化特征具有相对一致性,降雨格局是影响深层渗漏过程的主要因素,随降雨增大渗漏补给量增加,半干旱区降雨量与渗漏量显著正相关(p<0.05),干旱区相关性不显著(p>0.05);观测期内正镶白旗、伊金霍洛旗、阜康流动沙丘土壤200cm以下渗漏量为48.5、146.8、1.0mm,分别占同期降雨的21.4%、33.3%、1.3%;乌审旗、磴口150cm以下渗漏量为1009.6、52.6mm,分别占同期降雨的55.7%、12.7%。不同气候区固定沙丘渗漏量基本没有差异,降雨格局不是影响水分深层渗漏的主导因素,而植被覆盖的影响占主要作用,且沙丘植被盖度>45%时深层渗漏量不超过同期降雨的2.0%。中国沙区深层土壤水分补给主要来自于强降雨或高频次小降雨事件,特别是干旱区降水少、频次低,其深层土壤水分补给更加依赖于强降水。

我国典型沙漠(地)流动风沙土的深层渗漏量及动态变化

土壤水分是干旱生态系统的重要制约因素,一直是干旱区研究和生态建设的热点和难点问题,对降雨的深层土壤渗漏水量仍缺少定量观测研究。本文采用作者自主研发的YWB-01型土壤深层水分渗漏计量仪对毛乌素沙地等4大沙漠（地）的流动沙地测试记录了降雨入渗到150 cm以下深层土壤的渗漏水量,连续2年的资料表明：（1）降雨的深层渗漏水量自东向西由半干旱区向干旱区递减,其中：乌审旗流动沙地渗漏水总量高达508.4 mm,占同期降雨量58。4%,磴口的渗漏水量为23.8 mm,占降雨量13.9%,而阿拉善左旗和右旗未测试到渗漏水量,但≥25 mm的强降水对干旱和半干旱区流沙地深层土壤水分的渗漏补给具有重要作用;（2）渗漏水量的季节变化与降水的变化趋于一致,但有一定滞后,在降雨量较大地区,二者变化的相似性更强;（3）单次较强降雨在降雨开始的40～55 h后出现一个渗漏水量峰值,渗漏速率增加较快但其减少相对缓慢,持续渗漏过程长达150 h左右,降雨量越大,渗漏水量峰值就越高,渗漏水量所占降雨量的比例也越高;受降雨强度、雨量和历时的共同作用,就低强度、长历时和单次降雨量大的降雨事件更有利于降雨对沙地深层土壤的渗漏补给;（4）受土壤冻融作用的影响,在快速消融期3月份出现一个小的渗漏补给峰值。研究结果对我国干旱和半干旱区沙地水资源的准确评估和合理利用及生态建设具有现实指导意义。

乌兰布和沙漠灌溉农田深层渗漏特征与水量平衡

中国干旱区分布着大面积的灌溉农田,改造沙漠(包括戈壁)为灌溉农田仍为治沙的重要途径,深层渗漏是地表水温过程及优化灌溉制度的重要参数。针对乌兰布和沙漠熟化的灌溉农田,保留50 cm的耕作层熟化土壤,分别客换50~150 cm砂土、壤土和黏土,配置成为3种土壤类型样地,实时监测了当地农民对农田的实际灌溉量与灌水量、土壤含水率及深层渗漏量。结果表明:(1)2017年4月17日的单次灌水量118.64 mm后,砂土、壤土、黏土样地150 cm深层出现渗漏的时间分别为灌溉后的13、72、257 h。(2)单次灌水量118.64 mm的15 d后,砂土、壤土、黏土样地150 cm深层渗漏量分别为110.87、12.2、0.8 mm。(3)2017年生长季内(4月1日至10月30日)5次灌溉水总量为641.53 mm时,渗漏水总量为砂土449.60 mm、壤土270.60 mm;土壤的蓄水量变化为砂土-48.79 mm、壤土-35.32 mm。(4)砂土、壤土和黏土的渗漏水量差异是影响灌溉水量和频率的重要因素。

科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量

沙丘水分的深层渗漏和侧向运移与深层土壤水、地下水及相邻丘间低地的水分状况密切关联。以科尔沁沙地典型流动沙丘迎风坡坡底\,迎风坡坡中、坡顶、背风坡坡中和背风坡坡底监测点为例,采用自制的水分渗漏量及侧向运移量的监测装置,测定了科尔沁沙地流动沙丘各坡位入渗到0~100 cm土层雨水沿坡面的侧向运移量及入渗到100 cm以下的深层渗漏量。结果表明:生长季(5-10月)流动沙丘坡顶、迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处累积深层渗漏量分别为44.46、78.65、61.84、147.6 mm,分别占同期降雨量的17.03%、30.12%、23.68%、56.53%;迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处的累积侧向运移量分别为32.35、96.47、82.59mm,分别占同期降雨量的12.39%、36.95%、31.63%。迎风坡坡中(P<0.01)和坡顶(P<0.05)的月深层渗漏量与月降雨量均显著正相关;背风坡坡中(P<0.01)和背风坡坡底(P<0.05)的月侧向运移量与降雨量均显著正相关。

毛乌素沙地与浑善达克沙地水分深层渗漏特征对比

深层渗漏是沙地地表水和地下水连通性的重要指标。为了深入分析不同沙地深层渗漏的特征,采用渗漏仪实时监测流动沙丘降雨对200 cm深层的补给水量。结果表明:浑善达克沙地2017—2019年降雨量为229.9±45.6 mm,年渗漏量8.2±7.4 mm、年渗漏量占同期降雨量3.1%±2.3%;毛乌素沙地2013—2015年降雨量328.1±61.1 mm,年渗漏量64.1±58.3 mm、年渗漏量占同期降雨量17.0%±13.7%。浑善达克沙地流动沙丘的渗漏主要为持续而少量的水分补给,其中<0.25 mm的渗漏补给日数最多;毛乌素沙地主要来自于>0.25 mm的渗漏补给,降雨量大小及其分布格局是影响沙地深层渗漏的主要因素。当降雨量较小时深层渗漏是以持续、长时、量小的补给方式为主;降雨量较大或者连续的小降雨事件不但会明显增加渗漏的补给量,而且会减小水分渗漏滞后性,使其波动与降雨变化更为一致。

Hydrus-2D模拟起垄覆膜处理对夏玉米生育期水量平衡的影响

为探究起垄和覆膜处理对辽西北半干旱区夏玉米生育期水量平衡的影响,该研究在建平县节水灌溉试验站将田间试验与Hydrus-2D模拟相结合,探究各典型年夏玉米生育期水量平衡的变化规律。结果表明:Hydrus-2D模型能够有效地对起垄和覆膜处理后夏玉米生育期的下垫面降雨入渗过程进行模拟,各下垫面实测值与模拟值的R^(2)均不小于0.87,均方根误差均小于0.01 cm^(3)/cm^(3);覆膜后各典型年的蒸发量平均减少52.24 mm,蒸腾量平均增加31.84 mm;覆膜会抑制多日持续降雨期间的深层渗漏速率,促进单日超过40 mm降雨的雨后深层渗漏速率;覆膜能减少作物生育期的农田耗水量(蒸发量,蒸腾量和深层渗漏量之和),使各典型年的平均农田耗水量减少25.74 mm,增加覆膜垄作处理的覆膜宽度能够进一步减少作物生育期的农田耗水量。因此,在辽西北半干旱区进行起垄和覆膜对缓解该地区的农业缺水紧张情势,丰富农田生育期水分转化结构的相关理论具有重要作用。

科尔沁沙地樟子松人工林土壤水分动态及其对降雨的响应

在科尔沁沙地采用“两行一带”种植模式低密度栽培樟子松进行生态修复后,林地土壤水分动态及其对降雨的响应影响了同类型地区是否可以持续使用樟子松进行生态修复。为了研究科尔沁沙地南缘植被修复后土壤水分动态特征,本研究综合运用原位观测、数值模拟的方法,基于土壤水分实测数据校正Hydrus-1D模型,探究降雨-土壤水分响应关系。结果表明:(1)樟子松人工林显著改变了地区水分分布,裸沙地2.0 m处深层渗漏量占降雨量的44.16%,而樟子松林地深层渗漏量仅占降雨量的0.7%。(2)监测期内,0.4 m深度以下土壤水分对小雨无响应,土壤水分对中雨的响应深度可达1.0 m,对大雨和暴雨的响应深度涉及整个观测剖面。随着土壤深度的增加,水分波动幅度呈现减小的趋势。(3)降雨量和深度较浅的土壤体积含水量之间存在较强的相关关系,周期为周、半月的累计降雨量与各层土壤体积含水量显著相关;降雨量大于50 mm时,能保证对2.0 m处土壤水分的补给。(4)模型的决定系数范围在0.61~0.85,均方根误差范围在0.0061~0.0096 cm^(3)·cm^(-3),能较好地模拟研究区土壤水分的动态变化特征,且深层模拟精度高于浅层。研究结果对科尔沁沙地雨养型植被造林、生态恢复和水资源管理具有重要的意义。

黄土区长武塬土地利用变化对土壤水平衡的影响

[目的]揭示土地利用变化对土壤水平衡中各水文变量的影响,明确黄土区水循环演变机制,进而为相似研究提供技术支撑。[方法]以黄土区长武塬为研究区,采集农地、18 a和26 a苹果园下20 m土样,测定了土壤水及其稳定性和放射性同位素含量,分解量化了土壤水平衡中各分量,评估了其对土地利用变化的响应。[结果]以农地为基准,18 a和26 a苹果园土壤水储量减少7.3%~14.3%,深层渗漏量减少41.2%~80.0%,蒸散发量增加5.0%~9.6%。蒸散发中,蒸发量减小8.6%~17.2%,而蒸腾量增加了12.9%~25.4%。[结论]3种土地利用方式下土壤水含量存在显著差异,土壤水氧同位素剖面总体呈现先减小后稳定的变化趋势,农地条件下土壤水受到的蒸发最强。深根植物苹果树主要通过增加蒸腾耗水而减少其他水文变量的通量,显著影响水文过程。

甘薯滴灌节水节肥生产技术

甘薯是一种粮菜兼用的高效经济作物,近几年来,随着农业结构调整的加速,甘薯种植规模得到了较快发展,栽培模式也不断创新,滴灌施肥技术在甘薯生产中得到了推广应用。甘薯滴灌是根据甘薯的水肥需求,通过主管道、支管道以及铺设在覆垄中间或地膜下的滴灌带,将甘薯需要的养料和水分缓慢而又均匀地滴入甘薯根部的灌水方法。甘薯滴灌技术有效保护了土壤原有结构,使甘薯根部的水、肥、气、热保持有利于甘薯生长发育的最佳状况,蒸发量少,也不会产生地表径流和深层渗漏,是一种节水节肥的绿色灌溉模式。