Soil Water Distribution and Irrigation Uniformity Under Alternative Furrow Irrigation

Field experiments were conducted to investigate the spatial-temporal distribution and the uniformity of soil water under alternative furrow irrigation in spring maize field in Cansu Province. Results showed that during the crop growing season, alternative drying and wetting furrows could incur crops to endure a water stress. thus the adsorptive ability of root system could be enhanced. As there was no zero flux plane between irrigated furrows and non-irrigated furrows under alternative furrow irrigation, lateral infiltration of water was obviously increased, thus decreasing the deep percolation. Compared with the conventional irrigation, although the water consumption in alternative furrow irrigation was reduced, the uniformity of soil water was not obviously affected.

滴灌灌水量对风沙土大豆根区硝态氮及水分分布的影响

为合理进行风沙土地区灌溉管理,将水肥控制在根区范围内并满足大豆生长需求,以灌水量为试验因素,基于作物冠层蒸发皿蒸发量设置0.4(W1)、0.6(W2)、0.8(W3)、1.0 E_(pan)(W4)和1.2 E_(pan)(W5)5个灌溉水平,研究不同灌水量对大豆根区硝态氮和水分分布的影响。结果表明:增加灌水量会使土壤水分入渗深度增加10~30 cm,增大根区土壤水分分布的不均匀性,苗期W5处理剖面水分平均值较W1处理增大40.22%,W4、W5处理能够维持大豆根区6%~7%的土壤含水率。硝态氮有明显表聚现象,随着灌水量的增大,淋洗深度增加且不均匀性增大,根区土壤硝态氮平均含量降低,当灌水量高于1.0 E_(pan)时,硝态氮含量低于10 mg·kg^(-1)。W2、W3和W4处理能保证大豆根区在生育前、中、后期处于15~22 mg·kg^(-1)的硝态氮浓度区间,垂直方向上灌水量与硝态氮呈负相关关系。风沙土土壤剖面含水率均在4%~10%之间,灌水量是影响风沙土硝态氮含量和分布的主要因素之一;各处理硝态氮含量在10~30 mg·kg^(-1)之间。综合考虑作物对根区土壤水分和硝态氮含量的需求,以及土壤水分和硝态氮在根层的分布特征,推荐灌溉水量为1.0 E_(pan)。

秸秆复合管埋设参数

以开沟参数(深、宽)及回填土容重为试验因素,在室内进行了3因素3水平正交试验,依据剖面土壤湿润体、水分分布均匀度、土壤湿润比等,研究了秸秆复合管埋设参数的合理性.结果表明:秸秆复合管灌水后湿润体剖面形状近似为一个半椭圆形,其中,短轴为水平方向运移距离,长轴为垂直地面方向运移距离.当沟深为20 cm、沟宽为15 cm、回填土容重为1.1 g/cm^(3)时,秸秆复合管的灌溉储水率最大;当沟深为10 cm、沟宽为25 cm、回填土容重为1.2 g/cm^(3)时,灌水水分分布均匀度最高;当沟深为20 cm、沟宽为25 cm、回填土容重为1.3 g/cm^(3)时,土壤湿润比最大.综合考虑秸秆复合管的灌溉储水率、水分分布均匀度和土壤湿润比可以得出,沟深对灌溉效果影响最优.当沟深为20 cm、沟宽为25 cm、回填土容重为1.3 g/cm^(3)时,秸秆地下灌溉的灌溉效果最好,即此埋设参数较为合理.以上结论可为秸秆地下灌溉时秸秆复合管的合理埋设提供一定的参考依据.

覆膜方式和滴灌带布设对春玉米根区土壤水氮均匀度及根冠生长及产量的影响

为探求不同覆膜方式及滴灌带布设对作物产量及收获系数的影响,设置不同滴灌带间距(A1:1 m;A2:0.5 m)与覆膜方式(M1:全覆盖;M2:半膜覆盖),通过2年田间试验研究其对根区土壤水氮分布均匀度(CU_(w),CU_(N))及春玉米根冠生长及产量的影响。结果表明:膜下滴灌条件下,根区土壤含水率与其分布均匀度具有一致性;高频滴灌施肥虽提高根区土壤NO_(3)^(-)含量却降低其分布均匀度,表现出不一致性。提高土壤水、氮分布均匀度未显著影响作物根长密度,但增加地上部叶面积,从而降低作物根冠面积比。相比滴灌带布设,覆膜方式对春玉米产量和收获系数的影响更为显著。低频灌溉条件下,全膜覆盖处理提高春玉米根区土壤水分和NO_(3)^(-)含量及均匀度,其作物产量较部分覆膜处理提高37.4%;而高频灌溉下,部分覆膜处理的作物产量较全膜覆盖处理提高7.7%。当根表面积与叶面积之比(RSA/LA)趋于4时,作物产量和收获系数最高,RSA/LA过高或过低均会降低作物产量和收获系数。综合考虑作物产量、收获系数和滴灌带成本,低频灌溉下建议选择A1M1处理,高频充分灌溉条件下建议选择A1M2处理。

桑干河流域典型粮果农田土壤水盐氮分布特征

桑干河流域是建设首都水源涵养功能区和生态环境支撑区的主要流域,针对目前流域内面源污染和土壤退化等生态问题,探究不同农田系统土壤水盐氮分布特征对于区域科学管理土地资源和调控水盐肥具有重要意义。以桑干河流域3种典型的农田利用方式(杏园、雨养玉米和灌溉玉米)为研究对象,通过野外取样与试验分析对不同农田利用方式土壤剖面水、盐和硝态氮分布规律进行研究,进而明晰土壤盐氮潜在淋溶风险。结果表明:①不同农田类型中灌溉玉米土壤含水率和电导率均值最高,杏园含水率最低,而电导率接近于雨养玉米。②土壤盐分离子组成以Na^(+)和SO_(4)^(2-)为主,K^(+)、Mg^(2+)和Cl^(-)相对较少,灌溉玉米中Na^(+)、K^(+)和Mg^(2+)均显著高于杏园。③土壤水盐分布因农田利用方式的不同而存在明显差异且分布复杂,杏园土壤电导率与盐分离子垂直分布呈橄榄形,雨养玉米SO_(4)^(2-)和电导率表现为中上多、底部少,灌溉玉米Na^(+)呈S形波动。④灌溉玉米NO_(3)^(-)-N平均累积含量明显高于雨养玉米和杏园,剖面分布为上下多、中间少的特点,且深层土壤NO_(3)^(-)-N均值达14.6 mg/kg,具有潜在的硝态氮淋溶风险。⑤不同利用方式土壤Mg^(2+)和SO_(4)^(2-)分别与含水率和电导率呈极显著正相关,其是控制区域水盐变化的重要因子。综上,不同农田利用方式对土壤水盐氮分布特征影响差异明显,灌溉玉米土壤水盐氮含量明显最高,需采取合理的水肥管理措施,减缓环境污染风险。

秸秆混掺对石漠化地区土壤水氮分布的影响

氮素流失已成为石漠化地区修复治理过程中亟待解决的重要问题,以小麦秸秆为添加物,典型石漠化地区土壤为供试土壤进行水肥入渗试验,探究灌溉施肥下石漠化地区土壤水、氮的运移规律和分布特征。结果表明:(1)一维积水入渗试验中,秸秆混掺对石漠化地区土壤水分下渗具有阻碍作用,处理组相较于对照组累积入渗量降低5.07%~59.32%,其中累积入渗量及湿润锋运移距离与秸秆施加量成反比,而秸秆长度水平间变化并不规律。(2)入渗过程符合Philip入渗模型,拟合系数均在0.99以上,吸渗率S对施加量响应为在施加量0.7%水平下较CK提升,后随施加量增长,吸渗率降低,其中对比对照组最低减少31.11%,最高减少48.92%,秸秆长度对吸渗率的影响在3 cm长度水平下更显著,对比对照组降低47.21%,为所有处理中最低值。(3)各土层硝态氮含量在0~5 cm范围内高,后随湿润锋运移逐渐降低,而秸秆施加量的增长提高了1 cm、2 cm、3 cm长度水平下硝态氮在湿润土体下部的含量,对比对照组最高上升44.7%,不同于上述规律,秸秆粉末水平下,硝态氮含量随施加量增长而降低,A3对比A1最高降低47.55 mg/kg,秸秆长度对硝态氮分布同施加量水平下,2 cm、3 cm长度处理均高于1 cm处理。综上所述,对于石漠化浅薄的土层而言,秸秆混掺减缓了硝态氮随水分下渗的趋势,使得肥液在运移过程中,硝态氮得以在湿润锋上部累积,对于石漠化地区的浅薄土层修复治理有积极作用。

土壤带状湿润均匀性对膜下滴灌棉花生长及水分利用效率的影响

为探明膜下土壤带状湿润均匀性在膜下滴灌技术应用中的重要性,该文设置滴头流量1.69(W169)、3.46(W346)和6.33 L/h(W633)3种土壤湿润区处理,研究不同膜下土壤带状湿润均匀性对棉花行间土壤基质势、株高、叶面积、根系生长、籽棉产量和水分利用效率的影响。结果表明:随着土壤湿润区由窄深型(W169)向宽浅型(W633)过渡,膜下土壤带状湿润均匀性越好,行间棉花根系分布和植株生长也愈加均匀、产量及水分利用效率也越高。窄深型土壤湿润区的膜下内、边行棉花根长密度、籽棉理论总产和实际总产差值分别为386.3 m/m3、976和509.3 kg/hm2,其水分利用效率分别为7.2和14.8 kg/(mm·hm2)。宽浅型土壤湿润区的膜下内、边行棉花根长密度、籽棉理论总产和实际总产差值分别为142.01 m/m3、171和190.6 kg/hm2,其水分利用效率分别为9.2和11.0 kg/(mm·hm2)。初步证明了宽浅型土壤湿润区能在保持水分利用效率不降低的情况下,显著提高了棉花产量。表明在膜下滴灌技术设计中应关注膜下土壤带状湿润均匀性指标。该指标还是确定滴灌带间距依据。

喷灌水量分布均匀性评价指标的试验研究

利用多喷头组合喷洒试验研究了分布均匀系数ＤＵ 与喷灌均匀系数ＣＵ 之间的关系。试验表明，ＤＵ 随ＣＵ的增大而线性增加，当ＣＵ等于规范规定值７５％ 时，ＤＵ值约为６６％ 。通过田间试验探讨了喷灌均匀系数对水量在土壤中分布均匀程度的影响。发现喷灌水量在土壤中的分布比其在地表的分布均匀得多，这一结果为合理降低喷灌均匀系数设计值提供了一个新的研究空间。该文还对作物冠层对喷灌水量分布的影响进行了田间试验，结果指出，冠层截留可以使喷灌水量分布的均匀性得到一定程度的改善。

华北平原春玉米滴灌均匀系数对土壤水氮时空分布的影响

【目的】研究滴灌均匀系数及土壤特性对土壤水氮时空分布的影响,定量评价现行标准的适宜性。【方法】试验在华北平原进行,供试作物为春玉米,滴灌均匀系数(CU)设置0.66(低)、0.81(中)和0.99(高)3个水平,灌水量设置灌溉需水量的50%(低)、75%(中)和100%(高)3个水平,监测不同生育阶段的土壤水分和硝态氮含量。【结果】土壤含水量均匀系数在生育期内大于0.85(2009年)和0.80(2010年),低灌水均匀系数处理与中、高灌水均匀系数处理没有明显区别,远大于滴灌均匀系数(0.66),初始含水量均匀系数的影响大于滴灌均匀系数,灌水量的影响较小。滴灌均匀系数对硝态氮均匀系数的影响不显著。【结论】在华北平原半湿润地区,滴灌均匀系数不是影响春玉米生育期内土壤水氮分布的主要因素,现行微灌均匀系数标准(CU≥0.80)可适当降低,以降低系统投资。

考虑滴头堵塞位置的灌水均匀系数模型优化

为准确评价堵塞对滴灌工程灌水均匀性的影响,从确定采样点布置方式入手,利用HYDRUS-2D模拟不同堵塞情况下的土壤水分状况,首先分析灌水均匀性与土壤水分分布均匀性之间的关系,然后以土壤水分分布均匀系数为依据,在考虑滴头堵塞位置的基础上对灌水均匀系数模型进行优化,最后通过温室灌溉试验进行验证。结果表明,取样点布置方式对土壤水分分布均匀系数影响显著,适宜的取样间距和深度分别为60 cm及地表下20 cm。土壤水分分布均匀系数与不同灌水均匀系数之间存在良好的线性关系,且随着堵塞滴头数量的增加,堵塞滴头位置分布情况对土壤水分分布均匀性的影响增大。小区灌溉试验结果表明,当堵塞滴头数量较多时,土壤水分分布均匀系数与考虑滴头堵塞位置的优化灌水均匀系数具有较高的相关性,优于原指标,可较好反映由堵塞滴头位置改变引起的土壤水分分布均匀性变化,故在评价滴灌系统灌水均匀性时宜使用优化均匀系数。

沟灌棉花根区土壤水氮均匀性分析

通过棉花沟灌试验，分析了土壤水氮沿灌水沟和土壤剖面分布的均匀性。结果表明，沟灌灌水后，沿灌水沟土壤水氮均为中等变异，土壤含水率的均匀性较自然降水低，硝态氮和铵态氮的均匀性低于土壤含水率的均匀性；在垂直灌水沟的土壤剖面上，距离灌水沟较近的土壤剖面含水率均匀性较低，0-40cm土层水氮的差异较大，硝态氮的均匀性高于铵态氮；花铃期施氮后，0-40cm土层氮素增加较多，且施氮量越大，硝态氮增加量越大。全生育期内棉花土壤氮素的变差系数为0．3-1．0，高于土壤含水率的变差系数。

大田滴灌系统灌水均匀度评价方法的探讨

通过水力学计算和大田试验,分析了设计均匀度(Cu)与田间实测均匀度(Cuw、Du)的差异以及不同水肥耦合模式对土壤水分均匀度的影响。结果表明,在试验所用滴灌带的制造技术水平下,在平坡铺设时,根据现行的微灌技术规范设计的毛管极限长度存在着一定的加长空间;在冬小麦的返青期和拔节期,根系层的Cuw接近或者高于系统设计均匀度Cu,在进行配水均匀度Du与Cuw的相互换算时,建议适当考虑空间变异性对均匀度折算系数的影响;水肥耦合模式基本不影响土壤水分均匀度。

水分非均匀分布条件下土壤CO_2的排放特征

为了研究水分非均匀分布条件下旱地土壤CO2的排放特征,采用静态箱-气相色谱法测定了SI、SDI12、SDI15及SDI18共4个处理的CO2排放通量。结果表明：总体上CO2排放通量平均值表现为SI〉SDI12〉SDI15〉SDI18,但仅SI处理与SDI18之间的差异具有显著性;2次灌水后SDI处理土壤CO2排放较高的WFPS范围分别是25.9%~33.8%和31.5%~33.0%,低于SI处理出现高峰排放的WFPS分别为47%和34.1%;由于温度的影响第2次灌水后CO2排放通量总体上高于第1次灌水后,但第1次灌水后CO2排放通量与温度具有较强的相关性,而第2次灌水后两者之间相关关系不显著,可能存在过高温度下的土壤呼吸抑制。此外降雨发生时空气湿度的增加对微生物的呼吸有刺激作用,各处理降雨后出现了短期的CO2排放通量的小高峰。

肥液浓度和生物质掺混比例对微润灌溉湿润体内水肥分布的影响

微润灌溉作为一种新型地下连续灌溉节水技术,可为农业水肥一体化提供有效载体。为探明不同生物质掺混比例下竖插式微润灌溉施肥湿润体内水分和养分的分布规律,开展室内入渗试验,设置3个肥液浓度(清水F_0:0g·L^(-1);低浓度F_L:0.2 g·L^(-1);高浓度F_H:0.4 g·L^(-1))和4个土壤生物质(花生壳粉末)掺混比例(无掺混B_0:0;低掺混B_L:1.5%;中掺混B_M:3.0%;高掺混B_H:4.5%),研究微润灌溉施肥湿润体内土壤含水率、硝态氮、速效磷和速效钾的分布特性。结果表明:掺混生物质后湿润体内水肥分布范围显著增大,而肥液浓度对水肥分布范围的影响不显著。土壤水肥含量随着与微润管水平距离的增加而逐渐减小,水肥含量最大值出现在微润管周围。在与微润管水平距离为0～10 cm范围内,土壤含水率和硝态氮分布较均匀,速效磷和速效钾则形成累积区。肥液浓度和生物质掺混比例对湿润体内水肥含量均值影响显著。与F_0相比,增加肥液浓度提高土壤含水率和养分(硝态氮、速效磷和速效钾)含量均值3.94%～14.09%和124.92%～458.05%;与B_0相比,增大生物质掺混比例提高土壤含水率和养分含量均值12.89%～33.32%和28.37%～115.44%。微润灌溉施肥湿润体内土壤含水率和硝态氮的分布均匀性较高,而速效磷和速效钾分布均匀性较低。增大肥液浓度和生物质掺混比例可提高湿润体内土壤含水率和硝态氮的分布均匀系数,而降低速效磷和速效钾的分布均匀系数。微润灌溉施肥湿润体内水肥含量均值与至微润管水平距离的关系符合四参数Log-logistic模型。总之,在土壤中掺混生物质有利于微润灌溉施肥下水分和养分的运移,增加肥液浓度和土壤生物质掺混比例可显著提高湿润体内的水肥含量,增大水分和硝态氮的分布均匀性,促使速效磷和速效钾在微润管周围的累积量增多。研究结果可为微润灌溉水肥一体化技术提供理论依据和实践参考。

河西畦田春小麦不同生育期灌水对土壤水氮空间分布的影响

试验采用规格为30 m×3 m条田，分别沿畦长中心位置布设了5个测点(每个测点距畦首依次为3、9、l5、21、27 m)用于定点测定不同生育期春小麦0 100 cm土层深度内灌前2 d和灌后2 d土壤含水量和硝态氮的含量，评价了土壤水氮空间分布的变异性、土壤水氮贮存效率和土壤水氮沿畦长空间分布均匀性。结果表明：不同生育期内不同处理间灌前2 d和灌后2 d土壤水分空间分布均为中等变异性，灌后2 d的变差系数小于灌前2 d的变差系数；土壤硝态氮空间分布状况除拔节期灌前2 d灌水量90 mm和灌水量60 mm 为强变异性外其余均为中等变异性；不同生育期灌水对不同处理间的土壤水贮存效率无显著影响，成熟期春小麦不灌水处理的土壤水贮存率明显低于灌水处理；不同生育期灌水对不同处理间土壤硝态氮贮存率有显著影响，其中成熟期不灌水处理能使土壤硝态氮的贮存率增加，灌水减少了根系层内土壤硝态氮的贮存率；不同生育期灌水对不同处理间土壤水分和土壤硝态氮含量沿畦长的空间分布均匀性均无显著影响，其中成熟期不灌水处理对土壤水分沿畦长的空间分布均匀性的影响显著小于成熟期灌水处理。

波涌灌溉土壤水氮分布的田间试验研究

采用小区试验研究了不同施肥方式下连续畦灌和波涌畦灌的土壤水氮空间分布状况及变化趋势,分析了灌水施肥后不同土层内土壤水氮分布的均匀性。结果表明,灌水后波涌灌较连续灌土壤水分分布均匀,尤其是表层土壤;灌溉施肥处理下土壤中硝态氮分布的均匀性明显大于撒施处理,波涌灌灌施结合效果更佳。

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm3)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.

水氮耦合下小桐子的生长特性及其根区土壤的水氮迁移

采用3个滴灌灌水水平(10、20、30 mm,分别记为W1、W2、W3)和3个施氮水平(尿素)(0、90、180 g/株,分别记为N0、N1、N2)的耦合方式对1年生小桐子进行灌溉和施肥处理,研究小桐子的生理生长特性,并探索小桐子根区土壤的水氮迁移规律。结果表明:水氮耦合对小桐子的株高、茎粗和生物量具有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的影响,且二者间存在着一定的互作效应;在W1低水处理下,施加适量的氮肥可促进小桐子的生长和干物质积累;当灌水水平相同时,N1处理的小桐子的茎粗、株高和所测生物量指标值均较大;当施氮水平相同时,W2处理的小桐子的茎粗、株高和所测生物量指标值均较大;纵向上,2016年6、9月根系所在中层(>20~40 cm)土壤含水率均值最高,深层(>40~60 cm)的其次,浅层(0~20 cm)的最小,2017年6、9月各土层深度水分分布比较均匀,在施氮处理(N1、N2)下,2016年6月深层土壤的硝态氮质量分数随着灌水水平的增加而提高,W3处理对比W1和W2处理更容易导致硝态氮的淋失;横向上,距树干10 cm测量点的硝态氮质量分数始终低于距树干30 cm测量点的,2016年6、9月水分的横向分布保持与硝态氮的分布规律一致,处理1年后由于小桐子须根生长,受导流作用影响,使得2017年6、9月水分在中层土壤中横向分布发生改变。在本研究条件下,施尿素90 g和滴灌20 mm灌水水平的处理为有利于小桐子生长的最优水氮耦合处理。

施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤水氮分布的影响

为探索适用于微孔陶瓷根灌水肥一体化的高效水氮模式,以青海柴达木地区枸杞为对象,研究了微孔陶瓷根灌条件下不同施肥方式和施氮量对土壤含水率、土壤硝态氮含量和枸杞产量的影响。结果表明:在灌水量相同情况下,微孔陶瓷根灌的湿润体与枸杞根系的高密度区匹配较好,在降低渗漏损失的同时有利于根系吸水。在施氮量相同情况下,微孔陶瓷根灌穴施施肥和微孔陶瓷根灌水肥一体化处理分别较地表滴灌处理增产20.3%、10.9%;微孔陶瓷根灌水肥一体化进行减氮处理时,中氮和低氮下的土壤硝态氮量分布更均匀,氮肥利用效率更高,但减氮处理会降低土壤硝态氮的含量,影响枸杞产果,中氮和低氮处理的产量分别为高氮处理产量的87.7%和79.7%。因此,枸杞微孔陶瓷根灌时,建议采用穴施施肥方式,施氮量为390 kg/hm2,这样有利于枸杞获得较高的产量。

考虑初始孔压非均布及起始坡降的黏土流变固结解

外荷载引起的土中初始超静孔压往往沿深度非均匀分布。软黏土的流变特性以及黏性土中渗流存在起始坡降的现象也已被认识。但能同时考虑起始坡降及初始孔压非均布的软黏土流变固结解还鲜见报道。采用Merchant三元件模型描述黏土的流变特性,在初始孔压沿深度非均布条件下建立考虑起始坡降的软黏土一维流变固结控制方程及求解条件,采用拉普拉斯变换方法获得其解析解答。在验证解可靠性的基础上,开展大量的分析计算。结果表明:起始坡降(i0)越大,渗流移动边界移动速度越慢,土层平均固结度和最终沉降量越小。土层顶面处初始超静孔压(qT)和底面处初始超静孔压(qB)的比值(λ)越大,移动边界下移速度越慢,土层固结速率越快,平均固结度最终稳定值越小,土层最终沉降量越大。流变模型中Kelvin体弹簧的弹性模量(E1)和独立弹簧弹性模量(E0)的比值(a)在固结前期对固结性状影响很小;固结后期,a值越大,土层固结速率越快,最终沉降量也越大。固结前期,黏滞系数(η1)的变化对固结性状影响不大;固结后期,η1值越大,土层固结速率和沉降速率越快,但η1值的变化并不影响土层的最终沉降量。