层状土壤条件下地下滴灌水氮运移模型及应用

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程,考虑地下滴灌灌水器流量随时间的变化,建立了层状土壤地下滴灌施用硝酸铵(NH4NO3)条件下水氮运移的数学模型。利用均质砂土(S)、均质壤土(L)、上砂下壤(SL)和砂土夹层(LSL)四种土壤的试验数据对模型进行了验证。结果指出,考虑土壤中灌水器流量随时间变化可稍改善土壤含水率和硝态氮的模拟精度。利用验证后的数学模型研究了灌水器流量(1.1、1.75和2.6L/h)、灌水器与犁底层相对位置对地下滴灌水氮分布的影响,模拟结果表明灌水器流量对含水率分布的影响不明显,但灌水器流量的增大可明显增加20~40cm土层硝态氮含量;灌水器与犁底层相对位置对水氮分布影响显著,灌水器位于犁底层中(埋深25cm)土壤表层干土层较薄、水氮向下运移深度较小,有利于减小土壤蒸发和避免水氮淋失。     

滴灌系统运行方式对砂壤土水氮分布影响的试验研究

以一种砂粒含量高达95%的砂土为对象，开展了滴灌施肥灌溉条件下，灌水器流量、灌水量和系统运行方式对水分、硝态氮和铵态氮分布影响的室内试验。灌水器流量的变化范围为0.5～2.0L/h，灌水量为6～7.7L；系统运行方式包括不同灌水和施肥次序组成的4种方案。研究结果表明，径向和垂直湿润距离随灌水量的增加呈幂函数关系增加；灌水量相同时，随灌水器流量的增大，灌水器周围的土壤含水率增加，垂直湿润距离减小，而径向湿润距离变化不大；灌水器流量一定时，垂直湿润距离随灌水量的增大而明显增加。对氮素分布的测试结果表明，硝态氮在湿润体边界存在累积现象；铵态氮在灌水器附近出现浓度高峰，且铵态氮集中在灌水器周围15cm范围内。滴灌施肥灌溉系统运行方式对硝态氮在土壤中的分布影响明显，建议采用最初用灌水施肥总时间的1/4灌水，再用1/2时间施肥，最后用1/4时间冲洗管道的运行方式，以便将施入土壤的氮素最大限度地保留在作物根区内，防止硝态氮淋失。     

滴灌施肥灌溉的水氮运移数学模拟及试验验证

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程，建立了不同土壤中地表滴灌施硝酸铵（NH4NO3）时水分和硝态氮运移的数学模型及边界条件。利用商业化软件HYDRUS-2D对模型进行了求解。为了验证所建立的模型，分别在壤土和砂土两种土壤上进行了不同滴头流量、灌水量和肥液浓度下的湿润距离、土壤含水率和硝态氮分布试验。模拟结果与试验数据的对比表明，利用HYDRUS-2D求解所建立的模型得到的湿润距离随时问的变化过程、土壤含水率和硝态氮分布与实测值吻合良好。因此，HYDRUS-2D软件可以作为预测滴灌施肥灌溉条件下水分和氮素在土壤中运移的有效工具。     

灌施条件下土壤氮素分布规律研究综述

为了深入了解灌施条件下土壤氮的运移规律,对近年来关于灌施条件下土壤氮素运移的影响因素和分布规律的研究进行归纳,可知土壤氮在土壤中的分布与灌水方法、灌溉水量、施肥量和土壤的初始含水率有关。通过论述溶质运移模型的研究方法,深化土壤氮素运移数学模型的计算和研究方法。     

灌溉施肥条件下土壤水氮运移特性研究综述

对近年来灌溉施肥条件下水氮运移的研究进展进行了归纳和总结。许多研究表明,氮元素在土壤中的运移分布及淋失与灌水施肥量、土壤质地和本底值有关,因素水平不同,结论也不同;数值模拟是研究水氮运移特性的又一有效方式,确立适宜的定解条件和参数便能得出精度较高的数值解。提出考虑氮素挥发损失与转化吸收作用及制定节水灌溉施肥评价指标是今后应当努力的方向。     

冬小麦生长条件下土壤氮素运移动态的数值模拟

将土壤溶质运移理论和土壤微生物化学、植物生理学有机地结合起来,建立了农田土壤氮素运移、转化与吸收的综合数学模型。运用该模型对中德合作项目试验田1999～2000年冬小麦优化施肥与传统灌溉和优化施肥与优化灌溉两小区的土壤水分和氮素运移动态及干物质产量进行了模拟。模拟结果与实测数据吻合较好。两小区土壤剖面埋深165cm处硝态氮淋失量的计算结果表明：与传统灌溉方式相比,优化灌溉方式的土壤硝态氮的淋失量明显减少。用验证后的数学模型在计算机上进行了几种不同灌溉方案下土壤水氮运移动态及干物质产量变化的数值试验,结果表明：在喷灌条件下,冬小麦以每l0d灌溉一次,每次20mm水量的灌溉方式较优。     

地下滴灌灌水器堵塞特性田间评估

以运行2年的日光温室番茄地下滴灌系统为对象,通过对灌水器流量进行测试,分析了滴灌带埋深、施肥次数、施肥量和土壤层状结构等对灌水器堵塞程度及灌水均匀性的影响.滴灌系统包括滴灌带埋深为0、15和30cm的33个小区,2年累计施肥次数的变化范围为0～19,累计施尿素量变化范围为0～1 023kg/hm2.结果表明,运行2年后地表和地下滴灌灌水器发生了轻微堵塞,其中流量降低超过25%的灌水器占2.7%,完全堵塞的灌水器占2.1%;施肥次数、施肥量和土壤层状结构对堵塞的发生没有明显影响,地表滴灌比地下滴灌堵塞略为严重;未发现根系入侵造成的灌水器堵塞.对发生堵塞灌水器在系统中的位置进行调查后发现,大部分堵塞灌水器位于毛管的最末端.为了定量评价灌水器堵塞程度对灌水均匀性的影响,建立了灌水器流量变差系数与流量降低百分数之间的回归关系,结果表明灌水器流量均匀系数随堵塞引起的流量降低百分数的增大而线性增大.     

干旱扬黄灌区漫灌方式下土壤水盐运移模拟

干旱扬黄灌区田间灌溉过程的水盐运移具有独特性。选取甘肃景电灌区的典型试验点,构建基于HYDRUS-2D软件的土壤水盐运移模拟模型,模拟了间歇性定额灌水-蒸散发条件下饱和-非饱和土壤盐分的运移过程。结果表明,经过两次灌水-蒸散发循环试验,各试验点耕作层土壤平均含盐量均大幅下降,土壤盐分缓慢下移,耕作层土壤脱盐趋势明显。各试验点耕作层土壤在灌水压盐及蒸散发返盐双重作用下,交替发生了脱盐和积盐现象。灌溉和蒸散发是影响干旱扬黄灌区田间土壤水盐运移的重要因素。灌水定额取4 000~6 000 m3/hm2的土壤脱盐效率较高,且首轮灌溉使田间0~100 cm土层含水率达到饱和、后几轮灌溉逐步增加灌水量的灌溉方案更有利于排出田间土壤盐分。     

红壤多点源滴灌不同间距条件下湿润锋推移特性研究

为了研究红壤多点源滴灌不同间距条件下湿润锋的推移特性,在江西省赣州市寻乌县澄江镇赣南脐橙种植示范基地进行双点源滴灌入渗试验,双点源滴灌滴头间距分别为20 cm、40 cm和60 cm,对湿润锋运移情况、交汇时间、交汇面积进行研究试验。数据表明:水平湿润锋最大运移距离和垂向湿润锋最大运移距离与灌水历时之间有着紧密的多项式关系。还发现双点源滴灌入渗条件下交汇作用、滴头流量、滴头间距对湿润锋运移特性均有一定的影响。滴头间距对水平和垂向湿润锋扩散速率影响不大,但双点源滴灌交汇入渗条件下的水平湿润锋交汇面积与水平湿润锋总面积的百分比随着滴头间距的增大先增长再减小。并且增大滴头流量、灌水历时及保持双点源滴头间距为20～40 cm均能有效改善土壤湿润体的均匀性和有利于湿润锋运移。     

引黄滴灌滴灌器堵塞室内模拟试验研究

针对内蒙古乌海市农林灌溉工程中滴灌带堵塞的问题,取用该地区引黄滴灌原水进行室内模拟试验,在不同水质及环境状况下研究滴灌器堵塞情况,分析滴灌器堵塞的主要影响因素。经6组对比试验研究确定,影响滴灌器堵塞的主要水质指标是浊度和微生物总数,且二者有很高的相关性;主要环境因子是水温。含沙量越大,灌水均匀度越小,滴灌器堵塞速度越快。温度越高,灌水均匀度变化幅度越大,进而对滴灌器流量的影响越明显。微生物(主要测定细菌总数)附着在泥沙颗粒上,与泥沙协同作用造成对滴灌器的堵塞;而浊度的增大和水温的升高促使微生物的数量增加。     

地下滴灌条件下水热运移数学模型与验证

基于土壤水、热运动基本方程,结合地下滴灌水分运动特点,建立了地下滴灌水热运移数学模型。利用HYDRUS-2D软件对模型进行了求解,并用田间实测数据进行验证。模拟和验证结果表明,模型对地下滴灌条件下的土壤水分和土壤温度运移变化动态的模拟效果较好,该水热运移数学模型可以用来监测和调控作物生长所需的土壤水、热环境条件。模拟值和实测值的结果对比表明,上层土壤的水分和温度的模拟值较下层土壤值差异较明显,且数值波动大,主要原因是上层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。     

节水灌溉条件下土壤水氮运移特性研究综述

对近年来节水灌溉施肥条件下土壤水氮运移的研究进展进行了归纳和总结。许多研究表明,土壤氮素的分布规律与灌水施肥量、土壤质地和本底值等有关,土壤NO3--N淋溶深度及淋失量主要受地面接纳水量(降水+灌溉水)影响,还与土壤质地、耕作方式、氮肥类型、作物种类、生长密度、降雨以及地下水位有很大的关系。     

滴灌系统灌水器堵塞机理与控制方法研究进展

滴灌系统灌水器堵塞问题直接影响灌水均匀度、系统运行效益和使用寿命,是滴灌领域的国际难题之一,而地下滴灌系统中负压吸泥作用与根系入侵效应使得灌水器堵塞机理更为复杂。尤其是水资源短缺与水污染并重的现状迫使滴灌水源多元化、滴灌系统由单一灌溉功能逐步向灌溉施肥等多功能转变以及滴灌技术在高附加值的多年生作物上的应用等因素,对灌水器抗堵塞能力提出了更高的要求。本文通过回顾滴灌系统灌水器堵塞问题研究历程,系统总结了灌水器堵塞类型、测试与评价方法以及发生特征与预报方法,通过建立堵塞物质提取与精细测试方法,分别从堵塞物质形成与生长过程、水源中多物质运移过程两个角度,揭示了灌水器堵塞耦合诱发机制与持续增长机理,通过综合控制堵塞物质来源(前控)、提升自身抗堵塞能力(中排)和有效清除堵塞物质(后清)等多角度建立了灌水器堵塞控制方法,最终提出该领域急需进一步研究的问题和方向。本文旨在为解决滴灌系统灌水器堵塞问题及推动滴灌技术规模化应用与推广提供理论支撑。     

间接地下滴灌土壤水分运移规律研究

通过室内试验,探究间接地下滴灌条件下砂子粒径分别为1～2mm、2～ 3mm、3～5mm,灌水结束24h后对湿润锋及土壤含水率的影响.试验结果表明:湿润锋运移形状均呈椭球体;2～3mm砂子处理下湿润锋的运移距离最大,土壤含水率最高,能够更好地指导河西地区的实际生产.     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型Ⅱ田间检验与应用

本文通过冬小麦春季生长阶段的田间试验检验了土壤水、热和氮素联合模拟模型，结果表明土壤含水量、土壤温度以及土壤无机氮含量的模拟计算值与实测值吻合程度较好．应用经检验的模型和有关参数，模拟计算了不同灌水条件下土壤氮素动态，结果看出：在本试验条件下，在冬小麦返青到收获期间，各灌水处理１ｍ深处总体上不存在土壤无机氮淋洗渗漏，而是不同程度的上升补给．反硝化和氮挥发是氮素损失的主要途径．     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型II田间检验与应用

本文通过冬小麦春季生长阶段的田间试验检验了土壤水，热和氮素联合模拟模型，结果表明土壤含水量，土壤温度以及土壤无机氮含量的模拟计算值与实测值吻合程度较好，应用经检验的模型和有关参数，模拟计算了不同灌水条件下土壤氮素动态，结果看出：在本试验条件下，在冬小麦返青到收获期间，各灌水处理１ｍ深处总体不存在土壤无机氮淋洗渗漏，而是不同程度的上升补给，反硝化和氮挥发是氮素损失的主要途径。     

不同灌水量下土壤水氮运移及氨挥发特性研究

为了解地面灌施条件下土壤水中氮素运移及氨挥发特性,通过直径为14 cm的垂直土柱模型试验模拟地面灌施条件下不同灌水量对土壤水中氮运移以及氨挥发的影响。结果表明:垂向0~55 cm范围内硝态氮含量均低于土壤初始值;铵态氮呈先增大再减小的分布规律,深15 cm处土层的铵态氮含量较高;湿润区内的土壤硝态氮含量低于初始值,随水运移的硝态氮积聚在湿润锋处,硝酸根离子浓度锋推进距离随着时间的推移而逐渐增大;灌水量为2.6 L时土柱土壤的氨挥发损失量最小。     

无压条件下微孔陶瓷灌水器入渗特性模拟

为探究微孔陶瓷灌水器在地下灌溉的入渗特性,基于土壤水动力学原理,在前人对微孔陶瓷灌水器周围土壤水势分析的基础上,建立了无压条件下微孔陶瓷灌水器在土壤中的出流模型,并通过室内土桶试验验证了模型的准确性。结果表明:该文提出的出流模型可以较好地模拟无压条件下微孔陶瓷灌水器土壤中的出流现象。在0m工作水头下,灌水器周围土壤含水率变化是造成灌水器流量变化的根本原因,土壤含水率较低时,灌水器可以较大流量出流;随着灌溉的进行,土壤含水率逐渐增加,使得灌水器流量减小;当土壤含水率达到饱和后,灌水器就会停止出流。而当土壤水分耗散时,灌水器又可恢复出流,灌水器出流量与土壤水分耗散量基本相当,因此灌水器出流可以实时补充土壤水分。本研究可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。     

盐碱地膜下滴灌土壤水盐变化规律试验分析

膜下滴灌技术是一种既节约水资源又能适时调控土壤水盐运移的灌溉技术,在新疆已得到普及推广。在田间情况下,研究盐碱地膜下滴灌土壤水盐变化规律,对合理控制盐碱地土壤盐分具有重要的指导意义。试验结果表明,随着灌水时间和灌水量的增加,盐碱地上层土壤水盐整体呈现下降趋势,待灌水期结束后,盐分又逐步回升。     

冷凉地区复播油葵滴灌土壤水分运移特性试验研究

在北疆冷凉地区进行了复播油葵滴灌土壤水分运移特性试验,结果表明,复播葵田土壤基质势起主导作用,滴水后在径向、 垂向土壤水分扩散趋势相似;土壤水分径向运移速率在灌水始终下降的较为平缓,而在土壤重力势作用下,土壤水分垂向运移速率在灌水之初2h内下降的最为剧烈;一管两行模式能够满足复播油葵对土壤水分供应的要求,从节约工程材料角度看,有利于该地区复播油葵滴灌节水技术的推广.