竖管地表滴灌下风沙土稳定入渗率与湿润体估算模型

为了量化解决竖管地表滴灌过程中滴头流量与竖管结构参数(竖管直径和竖管埋深)、土壤湿润体与植物根系的匹配问题,该研究通过12组竖管内积水(2 cm水头)入渗试验(9组率定,3组验证),测定不同竖管直径(8.8、10.6、12.6、14.2 cm)和竖管埋深(15、20、25 cm)条件下风沙土累积入渗量变化过程,并采用Philip入渗模型拟合。结果表明:竖管直径一定时,稳渗率随埋深的增大而减小,竖管埋深一定时,稳渗率随管径的增大而增大,稳渗率与竖管直径和竖管埋深之间符合幂函数关系(决定系数R2>0.99),幂函数指数分别为2.01和-0.64。利用所建稳定入渗率估算式确定与竖管结构参数相匹配的滴头流量(保证竖管内无积水),设计9组竖管地表滴灌室内试验(7组率定,2组验证),观测不同滴头流量(0.9、1.2、1.5 L/h)、竖管直径(10.6、12.6、14.2 cm)和竖管埋深(15、20、25 cm)条件下风沙土湿润锋运移过程,并进行幂函数拟合,发现滴头流量对垂直向下湿润锋运移距离显著,滴头流量越大,垂直向下湿润锋运移距离越大,而水平方向和垂直向上湿润锋运移距离差异较小;在3个方向上湿润锋运移距离均随竖管直径的增大而减少;随竖管埋深增加,垂直向上和垂直向下湿润锋运移距离均有所减小,但水平方向湿润锋运移距离变化很小。确定了灌溉水到达竖管底孔所需时间计算式,在此基础上,构建了包括滴头流量、竖管直径、竖管埋深和灌水时间在内的竖管地表滴灌湿润体预测模型,验证所建模型的可靠性,平均绝对误差和均方根误差平均值分别为0.74和0.92 cm,纳什效率系数均大于0.91,说明预测效果良好。该研究所建稳定入渗率和湿润体预测模型对于竖管地表滴灌优化设计具有重要意义。

竖管地表滴灌与普通地表滴灌土壤水分运移特性对比试验研究

为探究竖管地表滴灌和普通地表滴灌土壤水分运动规律及区别,在室外同步进行2种滴灌模式下风沙土入渗和蒸发试验,对比分析了土壤水分分布、蒸发规律和土壤湿润锋运移特性。结果表明:(1)灌水量为2 L,2种滴灌模式下,随着滴头流量的增大,湿润体体积和灌水均匀度逐渐减小,湿润体含水率平均值逐渐增大,当滴头流量一定,竖管地表滴灌的湿润体体积大于普通地表滴灌,而灌水均匀系数小于普通地表滴灌;(2)不同滴头流量处理(0.3,0.4,0.6 L/h)蒸发7天结束后,普通地表滴灌土壤蒸发量分别占灌水量的32.5%,35.0%和40.0%,而竖管地表滴灌土壤蒸发量仅占灌水量的22.5%,说明竖管地表滴灌对土壤蒸发有明显的抑制作用;(3)相同灌水量(2 L)时,普通地表滴灌水平和垂直湿润锋运移距离均随滴头流量的增大而略有减小,竖管地表滴灌垂直向下湿润锋运移规律与普通地表滴灌相同,而水平和垂直向上方向运移规律相反;随着时间的延长,普通地表滴灌与竖管地表滴灌水平和垂直方向湿润锋比值均呈不断减小趋势,最后趋于稳定;(4)构建了包括滴头流量和灌水时间在内的普通地表滴灌湿润锋运移距离经验公式,验证所建经验公式的可靠性,均方根误差介于0.24~0.27 cm,纳什效率系数均大于0.985。研究结果可为竖管地表滴灌技术应用提供理论参考。

不同灌溉防护措施下梭梭根系生物量及形态特征

梭梭是防风固沙和改善生态环境的先锋树种,但在种植过程中存在成活率偏低和生长缓慢的瓶颈问题,科学合理的灌溉防护是保障梭梭幼苗成活并健康生长的关键。多年来,关于梭梭灌溉防护技术的研究主要集中在单一的灌溉方法或防护措施上,对于多种灌溉防护措施的综合比较和差异分析缺乏足够认识,这在一定程度上制约了人们对灌溉防护措施的优化选择和合理应用。鉴于此,设置了4种灌溉防护措施:传统地表滴灌(TSDI)、无灌溉竖管防护(NIPP)、竖管地表滴灌(PSDI)和无灌溉无防护(NINP),通过野外筒栽试验,比较了不同措施下土壤水分分布及梭梭幼苗成活率的差异,分析了不同措施及竖管参数(管径和埋深)组合下梭梭根系性状特征。结果表明,4种措施下土壤水分均随深度的增大而增大,同一时期相同深度处土壤含水率大小表现出PSDI>NIPP>TSDI>NINP的规律;移栽1年后,梭梭在不同措施下其成活率存在显著差异,PSDI措施下的成活率最高,达到88.9%,NINP措施下的成活率最低,仅为11.1%,而NIPP和TSDI措施下的成活率介于PSDI和NINP之间,分别为81.5%和44.4%;4种灌溉防护措施中,PSDI的梭梭根系生物量、主根增长量及各形态指标(总根长、总根表面积、总根体积、根平均直径和根尖数)均为最大值,NIPP的根系生物量、主根增长量及各形态指标优于TSDI但不及PSDI,而NINP措施的均为最小值;PSDI措施下竖管参数对梭梭根系的生长有显著影响(P<0.05),相同管径时,根系生物量、主根增长量及根系形态指标均随埋深的增大呈先增大后减小的趋势,根冠比则呈先减小后增大的规律;同一埋深时,根系生物量、主根增长量及根系形态指标均随管径的增大而增大,而根冠比则随管径的增大而减小。综合分析,4种措施下PSDI措施最有利于1年生梭梭根系的生长发育,3种管径(9、11 cm和16 cm)和埋深(10、15 cm和20 cm)下竖管参数最优组合为管径16 cm、埋深15 cm。