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。     

肥液浓度对涌泉根灌湿润体点源入渗影响研究

在陕北米脂山地微灌枣树示范基地进行了不同肥液浓度条件下涌泉根灌点源入渗试验,研究了肥液浓度对涌泉根灌湿润体特征值的影响。结果表明:涌泉根灌肥液入渗的累积入渗量可由Kostiakov模型进行拟合,入渗速率与时间符合幂函数关系。肥液入渗形成的湿润体形状近似为椭球体,在水平剖面与竖直剖面上的湿润锋运移距离与时间的关系均符合幂函数关系,拟合结果较好。相同流量条件下,肥液浓度越大,涌泉根灌入渗能力越强。入渗肥液浓度越大,湿润体的形状越宽而深。同一土层深度处,土壤含水量随肥液浓度的增加而增加,且随着水分再分布时间的增长,表现为表层低、中层高、底层低的分布特征。     

涌泉根灌下灌水器埋深对水氮运移特性影响的研究

在陕北米脂县西北农林科技大学试验基地进行了涌泉根灌肥液入渗试验,研究了不同灌水器埋深条件下湿润体特征值的变化规律及水氮运移特性。结果表明:涌泉根灌肥液入渗累积入渗量、入渗率及各向湿润锋运移距离均随灌水器埋深增加而减小;累积入渗量与入渗时间之间符合Kostiakov幂函数模型;水平方向和竖直方向湿润锋运移距离均随入渗时间增长而增加。随着埋深增加,土壤含水率峰值出现位置越低,湿润体上部含水率越低,这有助于减小地表蒸发损失,土壤NH_4~+-N含量峰值出现位置越低;以NH_4~+-N峰值为界限,峰值以上,灌水器埋深增加,相同位置处NH_4~+-N含量越低,峰值以下,相同位置处NH_4~+-N含量越高。不同灌水器埋深条件下,土壤剖面NH_4~+-N含量分布差异较大,随埋深增加,入渗结束后NH_4~+-N含量峰值越深,但随着时间的延长,土壤表层NH_4~+-N含量升高速度更快。     

膜孔肥液单向交汇入渗水、氮运移特性试验研究

通过室内试验,研究了膜孔肥液单向交汇入渗土壤水分及NO-3-N的分布特性与运移规律。研究表明,供水入渗过程中,相同深度处膜孔中心垂向的土壤含水率大于交汇中心垂向的土壤含水率;土壤NO-3-N浓度锋运移距离和最大值随入渗时间的延长而增大。再分布过程中,土壤剖面含水量的最大值随再分布时间的延长而逐渐减小,整个湿润土体的土壤含水率随时间的延长变得相对均匀;NO-3-N浓度锋运移距离继续增大,而NO-3-N浓度最大值逐渐减小。     

灌水器埋深对红壤区涌泉根灌双点源入渗水氮运移的影响

【目的】研究红壤区涌泉根灌双点源入渗土壤水氮运移分布规律,为提高涌泉根灌水氮利用效率和灌水器合理埋深提供理论依据。【方法】在大田通过灌水器埋深分别为30、45、60cm的硝酸铵钙溶液入渗试验,研究了灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分以及铵态氮和硝态氮运移特性的影响,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋运移距离与入渗历时的关系模型。【结果】灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,红壤累计入渗量和稳定入渗率分别为18.84 L和0.035 cm/min、17.09 L和0.031 cm/min以及14.37 L和0.024 cm/min,即灌水器埋深越大,土壤的累计入渗量和稳渗率就越小,且累计入渗量与入渗历时之间均符合幂函数关系;灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,交汇入渗发生的时间分别为168、187和197 min,交汇发生时间增幅依次为10.16%和5.56%,湿润锋运移距离随埋深的增大而减小,运移距离与入渗历时之间均符合对数函数关系,且竖直向下的运移距离均大于竖直向上;土壤含水率均随着土层深度的增加而先增加后减小,对于同一土层,灌水器处土壤含水率最大,其次为交汇面处,而距离灌水器12.5cm处土壤含水率最小;土壤铵态氮和硝态氮均随土层深度的增加而先增加后减小,在水平方向,距离灌水器越近,铵态氮的质量浓度越大,对于硝态氮而言,灌水器埋深不同,硝态氮的分布存在明显差异。【结论】灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗红壤的水氮运移分布均有显著影响,且埋深超过60 cm时,氮肥淋失风险较大,且对作物吸收不利。     

地面灌施条件下土壤水氮运移规律研究

为了解地面灌施条件下土壤水氮运移的规律,通过室内垂直土柱试验,研究了不同土壤体积质量(1.3、1.4、1.5g/cm3)和不同肥液浓度(300、500、700、900mgN/L)对水氮运移的影响。结果表明:0~55cm范围内同一土层土壤含水率随着土壤体积质量的增加而增加,55cm以下的土壤,土壤体积质量越大含水率越小,肥液浓度对含水率分布规律基本没有影响;0~60cm范围内硝态氮含量小于本底值,75cm以下,硝态氮含量为本底值的5~8倍,同一土层硝态氮含量随着体积质量的增大而降低。肥液浓度对硝态氮分布影响不大,但在湿润峰处,硝态氮含量随着肥液浓度的增大而减少;地表铵态氮含量随着时间的增加而降低,铵态氮含量随深度先增大后减小,地表铵态氮含量大于本底值,距离地面15cm达到最大,之后逐渐减小,湿润峰处铵态氮含量小于本底值。0~25cm范围内,体积质量越大铵态氮含量越高,25cm以下的土壤则相反。肥液浓度对铵态氮分布影响不大,但对铵态氮含量影响显著,肥液浓度越大,铵态氮含量越高,肥液浓度差值越大,铵态氮含量相差也越大。该研究对提高地面灌施条件下的水氮利用率具有重要意义。     

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.     

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.     

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%.     

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%.     

溶质种类和浓度对棕壤土水分扩散率的影响

通过水平土柱入渗法,采用KCl、KH2PO4、(NH4)2SO43种不同溶质,配制成浓度分别为5‰、10‰、20‰、35‰、50‰的入渗溶液,对溶质种类和溶液浓度对棕壤土水分扩散率的影响进行了研究。结果表明,同一溶质,体积含水率θ<30%时,土壤水分扩散率随浓度降低而增大。入渗溶液浓度相同时,入渗溶液为KCl的土柱的土壤水分扩散率始终大于入渗溶液为KH2PO4的。对扩散率与含水率之间的关系采用多种曲线拟合的结果表明,指数函数拟合效果最佳。     

水肥光耦合对小粒咖啡生长特性及水肥利用的影响

为探明小粒咖啡灌溉、施肥和遮荫高效管理模式,设置灌水(W_L:0.8ET_P,W_M:1.0ET_P和W_H:1.2ET_P,其中ET_P为水面蒸发量)、施肥(F_L∶N∶P₂O₅∶K₂O=90.8∶90.8∶90.8 kg/hm²,F_M∶N∶P₂O₅∶K₂O=181.6∶181.6∶181.6 kg/hm²和F_H∶N∶P₂O₅∶K₂O=272.4∶272.4∶272.4 kg/hm²)和遮荫(NS:自然光照和S:30%遮荫度)三因素完全组合试验,研究不同灌溉、施肥和遮荫对小粒咖啡冠层结构、光合特性、水肥利用以及干物质累积的影响,同时拟合不同水肥光条件下光合指标日变化.结果表明,提高灌溉水平和遮荫度会显著降低冠层开度,增加叶面积指数、净光合速率和蒸腾速率.与NS相比,处理S光合特性日变化拟合曲线为“单峰”,同时对干物质累积量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力分别提高6.24%,11.21%和11.54%.提高灌溉水平能增加干物质累积量与肥料偏生产力,但降低了灌溉水分利用效率.与F_L相比,F_H提高干物质累积量和灌溉水分利用效率分别为20.59%,6.94%,F_M分别提高23.00%和7.63%.由极差分析及综合评分法得出,W_MF_LS组合的小粒咖啡干物质累积量与水肥利用的综合效益最大.研究结果可为小粒咖啡高效生产提供实践参考.     

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...     

氮肥溶液磁化灌溉下土壤入渗特征和水氮迁移规律研究

为探明不同浓度氮肥溶液磁化前后土壤入渗特征和水氮迁移规律,采用恒定磁场强度300 mT对质量浓度分别为0、0.4、0.7、1.1 g/L的硝酸钾溶液进行磁化处理,以未磁化处理为对照,测定各处理溶液的电导率、pH值、溶氧量、表面张力、累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗后不同土壤剖面水氮迁移分布。试验结果表明：磁化处理溶液溶氧量显著提高,电导率和表面张力显著减小,并随溶液浓度变化有显著影响,但对pH值无显著影响。氮肥溶液磁化入渗增大了相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,Philip、Green-Ampt、一维代数入渗模型拟合所得参数土壤吸渗率S、饱和导水率K_s以及有效土壤水扩散率■均增大,湿润峰处的土壤水吸力S_f、土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数m均减小,增渗效果随氮肥溶液浓度增大而增大。磁化氮肥溶液可提高土壤持水能力,且随溶液浓度增大持水能力增强,一维代数入渗公式可较好描述不同磁场强度下各浓度溶液土壤入渗结束时的土壤含水率分布情况。氮肥溶液和磁化作用对土壤硝态氮含量的影响呈显著正相关关系,二者共同作用下,磁化高浓度溶液硝态氮含量...     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

施氮对不同质地滴灌棉田土壤硝态氮分布及棉花产量的影响

为了探究施氮对不同质地滴灌棉田硝态氮分布及产量的影响,采用温室土柱模拟的方法,研究了滴灌条件下不同质地土壤硝态氮分布迁移特征,分析了施氮对NO_3-N和棉花产量的影响。结果表明,在灌水量一定的条件下,在砂土、壤土中施氮量分别为256.00、287.34 kg/hm~2时,相应的氮素积累量最大,皮棉产量最高,土壤硝态氮主要集中分布在30~40 cm土层,有利于棉花根系的吸收,且分别比不施氮增产43.87%和44.92%。一定施氮量下,壤土硝态氮分布的均匀性优于砂土,并且根层20~40 cm土层硝态氮量高于砂土,且比砂土平均增产6.16%。砂土、壤土中硝态氮量在各生育期总体呈现"降-增-降"的变化趋势,并且收获前期施纯氮340 kg/hm~2处理60cm土层砂土硝态氮量的第二个峰值较壤土提高15.98%,在生育期末端砂土在深层的氮素积累高于壤土,存在继续向下淋失的风险。     

地下水浅埋下层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为进一步揭示地下水浅埋下的层状土波涌畦灌间歇入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土Brook-Corey和Green-Ampt（BC-GA）改进入渗模型,推导出层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润锋运移深度的函数关系,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数。周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大。根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性,对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大;供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。     

初始含水率对斥水黏壤土入渗特性的影响

为了探究初始含水率对斥水土壤入渗过程的影响规律,通过室内二维土箱的滴灌模拟试验,设置6个初始含水率水平(4.78%,7.28%,9.97%,13.64%,16.07%,19.02%),研究了初始含水率对湿润锋运移距离、宽深比、累积入渗量、入渗速率和土壤水分分布的影响,并评价了不同入渗模型的适用性.结果表明:随着初始含水率的提高,湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势,两者较好满足幂函数关系,湿润锋宽深比逐渐减小;累积入渗量变化趋势为先减小后增大;入渗速率整体趋势为逐渐减小,其中斥水程度峰值含水率附近的处理出现入渗速率短暂提高的现象;Kostiakov模型能够较好反映斥水黏壤土的入渗规律,且斥水程度越大,模型拟合精度越低;随着斥水程度增加,土壤水分逐渐向湿润体垂向中间区域集中,并出现过度饱和现象.该研究可为斥水土壤的入渗理论奠定一定的基础.