分叉角与回转半径对双向流道灌水器水力性能影响模拟研究

为研究双向流道灌水器水力性能，将其结构单元作为研究对象，以分叉角和回转半径两个结构参数为影响因素，采用正交试验设计16种结构参数组合方案，利用计算流体动力学软件Ansysfluent对流道内部流体的流动状态进行数值模拟，通过量纲分析建立流道结构参数与流道单元局部水头损失的回归模型。结果表明：双向流道单元局部水头损失与分叉角、回转半径和流道流速有关，分叉角与局部水头损失呈负相关关系，回转半径和速度与局部水头损失呈正相关关系；当入口流速为固定值时，分叉角为32.4°、回转半径为1.72 mm，流道单元局部水头损失最大；当设置10个流道单元时，交叉排列方式组合的灌水器流态指数较优。     

浑水膜孔灌多向交汇入渗及减渗特性

浑水灌溉是我国黄河流域引黄灌区灌溉的主要特点,其中浑水中的泥沙含量对土壤入渗特性有较大的影响,为揭示浑水膜孔灌交汇入渗的减渗特性,通过开展浑水及清水膜孔灌入渗试验,建立了浑水膜孔灌自由入渗相对于清水的减渗率及浑水膜孔灌多向交汇入渗相对于自由入渗的减渗率与入渗时间之间的量化关系,提出了由清水膜孔灌自由入渗量推求浑水膜孔灌多向交汇入渗量的模型。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗较清水的减渗量随入渗时间的延长而增大,但增大幅度慢慢变小,入渗后期其减渗量基本呈线性增加,其减渗率随时间的增大先快速增大后缓慢减小,入渗后期减渗率基本稳定;当入渗产生交汇后,入渗能力明显减小,多向交汇入渗和单向交汇入渗相对自由入渗的减渗率均随入渗时间的增长而增大,多向交汇入渗相对单向交汇入渗也存在减渗作用,3条减渗率曲线的变化率随着时间的增长而逐渐减小。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌肥液自由入渗水氮运移特性影响

为了探究浑水膜孔灌肥液入渗在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(6.02%,7.40%,8.23%,10.08%和13.20%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了浑水膜孔灌肥液入渗累积入渗量、各向湿润锋运移距离与土壤初始含水率之间的关系,提出了不同土壤初始含水率的累积入渗量以及各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布规律均受到土壤初始含水率的影响;同一入渗时刻,累积入渗量随土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出随时间增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮以及硝态氮分布范围越广;土壤初始含水率越大,入渗系数K值越小,入渗指数α越大。灌水结束时,湿润体内铵态氮绝大部分分布在湿润体半径r≤5cm范围内,而湿润体半径10cmr5cm范围的土壤铵态氮含量随土层深度的增加而降低,当湿润体半径r≥10cm时,铵态氮含量明显降低;硝态氮主要集中分布在由膜孔中心至半径为10cm范围内,水平方向和垂直方向硝态氮含量均随着膜孔中心距离的增加而降低,距离膜孔中心越近硝态氮含量越高;在同一位置处,铵态氮和硝态氮质量分数均随土壤初始含水率的增大而增大;随土壤水分再分布,湿润锋逐渐下移,湿润体内铵态氮逐渐向下运移且其含量呈现降低趋势;随时间继续运移,上层土壤硝态氮含量逐渐减小,下层新湿润体中硝态氮含量逐渐增加,整个湿润体内硝态氮含量分布趋于均匀。研究成果为进一步研究浑水膜孔灌肥液入渗氮素运移及转化奠定了基础。     

γ-聚谷氨酸对土壤结构、养分平衡及菠菜产量的影响

通过盆栽试验研究了土壤增施γ-PGA(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)对土壤团聚结构、土壤养分平衡、菠菜产量与经济效益的影响。结果表明:随γ-PGA施量增加,水稳性团聚体(WR0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均显著增大,而团聚体破坏率(PAD)与分形维数(D)均减小,说明γ-PGA对改善土壤团聚结构具有显著的效果;随γ-PGA施量的增加,菠菜对氮、磷、钾的吸收量减少,土壤养分残留量与盈余量增加,养分表观损失量减小;5组处理中,0.1%施量的土壤养分平衡状况最优,0.4%施量对作物养分吸收与土壤养分的平衡产生负效应;菠菜产量及经济效益均随γ-PGA施量增加而显著减小,0.4%施量时较未施γ-PGA减产42.98%;菠菜经济效益拟合结果表明γ-PGA在0～0.1%施量范围内菠菜获利高于不施加γ-PGA处理。综上,0.1%施量对改善土壤结构与养分状况、促进作物增产及作物养分吸收效果较优,这对进一步将γ-PGA应用于实际生产中提供了理论参考。     

肥液浓度对浑水膜孔灌多点源入渗水氮运移的影响

为了探究浑水膜孔灌多点源入渗多向交汇下水氮运移特性,利用浑水膜孔灌入渗装置进行了室内试验,研究了不同肥液浓度(0,1,2,3,4 g/L)的硝酸铵钙溶液对浑水膜孔灌多向交汇入渗规律、单向交汇和多向交汇发生时间、膜孔中心和各交汇点(植株交汇中心、行间交汇中心和4点源交汇中心)垂直方向的含水率和NO_3~-—N的分布规律等的影响。结果表明:各肥液浓度下膜孔单位面积累积入渗量与入渗时间呈幂函数关系,入渗参数a随肥液浓度的增大而减小,入渗参数b随肥液浓度的增大而增大;随着肥液浓度的增加,单向交汇和多向交汇发生时间均提前;10 cm土层深度处,肥液入渗各中心含水率较0 g/L处理分别增加10.42%,13.94%,16.38%,24.74%;各中心垂直方向含水率随土壤深度呈现不同的变化规律;NO_3~-—N在土壤上层分布均匀,而在湿润锋处出现峰值;4点源交汇中心处NO_3~-—N含量高于其他3个中心。研究结果可为浑水膜孔灌的技术研究奠定科学基础。     

基于Green-Ampt的膜孔灌三维入渗模型建立与验证

在膜孔灌入渗方面研究中的入渗模型缺少明确的物理意义,针对这一问题,该文以一维Green-Ampt公式为基础进行探讨。对公式中概化湿润锋为平面的假设条件进行深化讨论,结合膜孔灌三维入渗特点,建立了包含膜孔直径、表征导水率和湿润锋面水吸力的膜孔灌入渗模型,利用室内入渗试验和以不同土壤质地（典型砂壤土、典型壤土和典型粉壤土）的Hydrus-2D软件数值模拟结果对其进行验证。结果表明：试验观测和数值模拟得到的单位面积累积入渗量随时间的变化规律与模型计算得出的结果一致,二者均方根误差和平均绝对误差接近于0,偏差百分比小于10%,数值相差不大;由模型计算得出的概化湿润锋由试验及模拟结果在入渗前期相差很小,在入渗后期差别逐渐变大;另外,相较于水平方向,垂直方向的概化湿润锋计算结果更加接近试验观测值和数值模拟值。建立的模型可为准确计算膜孔灌累积入渗量、预测湿润锋形状提供依据。     

含沙率对层状土浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性影响

为揭示土壤初始含水率对浑水膜孔灌单点源自由入渗的影响,通过开展不同初始含水率的室内浑水膜孔灌试验,研究了土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性、减渗特性以及土壤含水率分布的影响,并建立了基于土壤初始含水率和累积入渗时间的浑水膜孔灌自由入渗模型和减渗模型。研究表明:当浑水的含沙率和膜孔的直径一定时,随土壤初始含水率的增大,相同时间内的单位膜孔面积累积入渗量呈逐渐减小的趋势,初始含水率为4.96%,7.43%,10.07%和12.40%的分别较风干条件下的减少了19%,33%,45%和56%,减渗效果明显。通过对含水率分布特征研究发现,在靠近和远离膜孔的部位含水率变化梯度较大,平均含水率梯度达到了2%/cm,而中间部位含水率变化较小,平均含水率变化梯度仅为0.65%/cm。     

不同水分处理的三峡库区柑橘品质综合评价

为探究库区柑橘各生长期不同土壤水分处理模式对果实品质的影响,于2019-2021年在三峡大学仓屋榜试验基地进行柑橘控水试验,采用27种水分处理分别应用在幼果期、膨大期、转色增糖期,其中幼果期体积含水率为低水（18%～21%）、中水（21%～24%）、高水（24%～27%）,膨大期含水率为低水（17%～21%）、中水（21%～24%）、高水（24～27%）,转色增糖期含水率为低水（16%～20%）、中水（20%～23%）和高水（23%～26%）。测定了全果重、果汁率、可食率、平均果形指数、可溶性固形物、可溶性总糖、可滴定酸、Vc、固酸比、糖酸比这10项品质指标,并基于主成分分析法,建立了各生育期内不同土壤水分含量处理对柑橘果实品质的综合评价模型。结果表明：不同水分处理下,果汁率的变异系数值最小,维生素C的变异系数值最大;基于主成分分析提取出了3个主成分,且前3个主成分累计贡献率占87.028%,其PC （主成分） 1为口感因子,PC2为可食因子,PC3为营养因子;通过对不同处理下果实品质的综合评价,得到T10 （土壤水分含量在各生长期依次为21%～24%,17%～21%,16%～20%）...     

幼果期调亏对不同覆膜柑橘产量品质及水分利用效率的影响

调亏灌溉具有节水保肥、提质增效等特点,该研究尝试在调亏灌溉基础上引入地表覆膜技术,利用覆膜的保水控水作用,解决水分亏缺带来的土壤水分不足及后期减产问题。以鄂西地区树龄10 a的柑橘树（红肉脐橙,枳砧）为研究对象,探究覆膜条件下水分亏缺对柑橘品质、产量及水分利用效率（water use efficiency, WUE）的影响。试验于2019－2021年在幼果期设置轻度（L：80%～90%田间持水量）、中度（M：70%～80%田间持水量）、重度（S：60%～70%田间持水量）3个程度水分亏缺水平,另设置A（日本透湿性膜）、B（杜邦特卫强膜）、C（中国银黑双色膜）和不覆膜4个覆盖水平,以不覆膜充分灌溉为对照进行试验。结果表明：水分亏缺和覆膜均可显著改善柑橘果实品质（P<0.05）,其中M-A和M-B处理是提高柑橘品质的最优处理。水分亏缺和覆膜对产量及WUE的影响也达到显著水平,两者均能有效提高WUE,L和M处理均显著增加了柑橘产量,而S处理显著减小了柑橘产量,且两者的交互作用对产量及WUE影响也显著,其中M-A和M-B处理的产量和WUE均达到最高水平,2019、2020、2021年M-A和M-B处理的产量分别为44 793.6、45 325.1、43 126.8 kg/hm2和44 870.5、44 727.7、41 783.5 kg/hm2,WUE分别为7.31、7.68、7.08 kg/m3和7.47、7.47、6.89 kg/m3。因此,最优处理为柑橘品质、产量和WUE均达到较高水平的M-A和M-B。该研究可为鄂西地区柑橘产业的灌溉管理和提质增效提供理论依据。