微咸水膜下滴灌对土壤和棉花元素组成及产量的影响

通过微咸水和淡水膜下滴灌对比试验,研究灌溉水质对土壤和棉花元素组成及产量的影响.结果表明:微咸水灌溉处理,土壤窄行和膜间微量元素(尤其是铜、铁、锌)含量明显高于宽行,Na+增长率低于宽行;多数棉花器官中钾钠比、钙钠比并未因灌溉水质的区别而产生显著差异;微咸水滴灌有利于促进棉花前期营养生长及后期生殖生长,棉花干物质、单铃重、单位面积铃数及籽棉产量均高于淡水处理;棉株内锰、硼与钙元素间存在显著的相关关系,在一定阈值内,硼、锰促进棉花对钙的吸收.试验证明:微咸水中含有一定量的微量元素,合理利用微咸水灌溉,不会对棉花生长造成胁迫,相反能有效抑制土壤中Na+增长,增强棉花对盐分胁迫的抵抗能力、提高棉花产量.      

冬小麦田咸水灌溉与土壤盐分调控试验

利用浅层咸水灌溉，可使浅层咸水分布区无效降水转化为有效水资源，缓解北方水资源紧缺的矛盾；通过王瞳试验场进行的咸水灌溉与土壤盐分调控试验表明，利用3g/L左右的微咸水连续灌溉5a，根层土壤溶液浓度未超过小麦的耐盐能力，且作物增产；多年盐分变化趋势为：1994－1997年1m深度内土壤总含盐量在一定范围内波动，总体变化不大，连续干旱的1997－1998年略呈上升趋势；麦秸覆盖和施有机肥能减少根层土壤盐分，对土壤盐分具有有利的调控作用，具有增产效果。     

环渤海平原土壤盐分不同聚型的水动力学特征

为了解环渤海低平原微咸水灌溉的土壤容盐能力问题,对大量野外监测和采样测试数据进行了研究。结果表明,该平原的土壤盐分剖面分布特征具有表聚型、中聚型和底聚型3种类型,其与蒸发、降水或灌溉入渗影响和潜水位埋深变化相关。不同聚型剖面形成的水动力特征各不相同：表聚型土壤盐分剖面的水势梯度指向地表,其绝对值远大于1.0 cmH₂O/cm;中聚型土壤盐分剖面上部的水势梯度指向地下水面,剖面下部的水势梯度指向地表;底聚型土壤盐分剖面的水势梯度指向地下水面,水势梯度大于1.0 cmH₂O/cm。表聚型土壤盐分剖面不利于微咸水灌溉农田和作物生长。     

膜下滴灌棉花根系发育特征及其与土壤水盐分布的关系

为探讨膜下滴灌条件下水分和盐分对棉花根系空间发育的影响,在花铃期选择相同灌溉制度、咸淡水灌溉的两个膜下滴灌处理田块采集距滴灌带不同距离、不同深度上的根系样品144 件。用1 mm 土筛和手拣将棉花根系从土壤中筛分出来,去除死根,冲洗干净后用扫描仪扫描成tif 格式图像,再用DT-SCAN 软件计算根长密度。对比分析发现膜下滴灌及盐胁迫条件下,咸水灌溉的根系分布范围较大,其总根长密度比淡水大31.69 mm/cm3,根系生长深度也远大于淡水灌溉。咸水灌溉根系分布主要受盐分胁迫,淡水灌溉根系分布主要受水分胁迫。水平方向上距滴头40 cm以远,水分胁迫对根系发育起主导作用。土壤体积含水率在20% 以上、电导率在2 000 μs/cm 以下时可以满足根系的正常生长发育。     

微咸水膜下滴灌灌溉制度试验研究

为了探讨科学合理的微咸水膜下滴灌灌溉制度,在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处国家重点灌溉试验站进行了不同灌溉定额、灌水频次的微咸水膜下滴灌大田试验。研究结果表明:①灌溉定额4500m3/hm2、灌水频次10次,灌溉定额3000m3/hm2、灌水频次7次,均有利于保持土壤水分。②当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,土壤积盐越严重;在灌溉定额一定时,灌溉次数越多,土壤积盐越严重。③当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,棉花产量越高,微咸水灌溉影响棉花产量的灌溉定额上限在4500m3/hm2左右;灌溉定额多时,灌水次数多棉花产量高,灌溉定额少时,灌水次数少棉花产量高。④灌溉水分生产率随着灌溉定额的增大而减小,在灌溉定额大时,采用少量多次灌溉,在灌溉定额小时,采用多量少次灌溉,均可提高灌溉水分生产率。⑤以节水、控盐和高产为优选标准,当地较为理想的微咸水膜下滴灌模式为灌溉定额3750m3/hm2、灌水次数20次、灌水间隔为7d。     

微咸水膜下滴灌对沙漠温室黄瓜产量的影响研究

膜下滴灌技术在干旱地区得到了广泛的推广。黄瓜是目前种植面积最大的温室蔬菜之一。此外,水分是影响黄瓜生长和品质的重要因素。西北干旱地区淡水资源总量不足,但咸水资源丰富,因此,在我国西北找到适合黄瓜咸水灌溉方案至关重要。在沙漠温室膜下滴灌条件下,采用咸水灌溉黄瓜。本研究揭示了黄瓜产量及黄瓜水盐生产模型。本文研究了黄瓜产量与作物需水量、土壤电导率等生产函数的估算问题。利用田间试验数据估算作物水盐生产函数,为在我国西北干旱地区,特别是宁夏回族自治区推广咸水膜下滴灌技术提供了科学依据。     

葡萄地下滴灌包气带水分特征分析

通过对葡萄地下滴灌和葡萄常规灌溉试验分析得出,地下滴灌灌溉后土壤含水率上（浅层）小下（深层）大分布特征具有显著的保水和节水性。地下滴灌81%的灌溉水量主要灌在20~60 cm的土层中,地下滴灌水分沿土层深度分布与作物根系一致,更具保水性和作物吸收利用性,从而最终达到作物的增产及节水的目的。试验结果对地下滴灌设计具有参考意义。     

关于发展农业节水灌溉的建议

我国北方地区干旱缺水 ,农田灌溉用水量占总用水量 80 %以上。农业节水的主要潜力在河水灌区。要按农业用水量控制灌溉水量 ,要在河水灌区积极开发利用浅层地下水和微咸水。在河水灌区打井 ,发展井渠结合灌溉 ,地表水地下水联合运用 ,是优化利用水资源 ,防治灌区土壤盐碱化的根本途径。必须统一管理水资源并改革水价。     

华北平原深层淡水在开采条件下接受上覆咸水越流补给——以天津平原为例

分析物探测井曲线和地下水位动态发现，天津平原深层孔隙地下淡水在开采条件下接受上覆咸水的越流补给，而且咸水底界未大量向下位移。本文讨论了咸质含水组底部钙化粘土微观粘粒与水溶液的相互作用，提出了“滤盐层”的概念。     

南疆棉田表层土壤盐分的空间变异特征分析与应用

通过研究土壤盐分的空间变异,快速准确获取土壤盐分的空间分布是精准农业和环境保护的基础。使用土壤电导率仪(PET2000)网格法在50 m×70 m面积的田块内布点(网格边长5 m),测量棉田表层土壤(0~25 cm深度,每5 cm为一层)电导率;应用ArcGIS9.2中地统计学模块构建、筛选和验证模型;利用地统计学方法研究表层土壤盐分的空间变异规律,进行空间分布预测,并针对棉田表层积盐问题提出了相应的解决措施。结果表明:克里格(Kriging)插值方法中的Rational Quadratic模型适宜预测表层土壤电导率,区内棉田表层盐分的空间变异特征明显,变异系数达到0.578,土壤盐分的空间变异性随深度增大逐渐降低;产生空间变异的主要原因是土壤岩性的空间差异和微咸水灌溉;解决棉田局部积盐的措施是根据土壤盐分空间差异特征的分析与预测进行适时定位灌溉,从而合理利用水资源并改善作物生长环境。     

膜下滴灌微区环境对土壤水盐运移的影响

基于膜下滴灌特有的"膜中"、"膜间"、"膜边"、"膜外"微区环境,利用2011—2013年田间对比试验方法获取的5 960个数据,运用柯布-道格拉斯模型,构建膜下滴灌环境土壤层次、灌水定额、土壤水分、气温、蒸发综合因素与土壤水盐关系及影响效应分析模型.结果表明,在气候干旱、蒸发强烈灌区,地膜覆盖与滴灌结合的地表介面灌溉形式下,土壤水盐具有水平方向由"膜中"向"膜边"地表裸露区定向迁移,垂直方向土壤水盐则由下向上层运移且趋于"膜外"边界积累的趋势,尤其是气温与蒸发因素交互作用,推进膜下滴灌土壤水盐在地膜覆盖与土壤裸露区域空间运移,研究结果进一步揭示了膜下滴灌"土壤水盐定向迁移"形成机理,为膜下滴灌土壤水盐地表排放模式应用提供了依据.     

膜孔灌溉下土壤入渗特征的多因素分析

为了研究土壤容重、初始含水率、压力水头、黏粒含量和入渗时间5个因素对膜孔灌自由入渗特性的影响,根据正交试验设计12组试验（9组试验,3组验证试验）。通过开展室内膜孔灌试验,研究了多因素交互对膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量、入渗率及平均体积含水率增量的影响,并分别建立了单位膜孔面积累积入渗量和湿润体内平均体积含水率增量与各影响因素之间的经验模型。两模型的均方根误差分别为0.032 cm、0.006 cm3/cm3,相关系数均大于0.97,决定系数均大于0.95（P<0.01）,经验证模型计算值与实测值相对误差均在±13%范围以内。研究表明:压力水头对单位膜孔面积累积入渗量影响不显著（P>0.05）,初始含水率对其影响显著（P<0.05）,而土壤容重、黏粒含量和入渗时间对其影响极显著（P<0.01）,其影响程度由大到小依次为入渗时间、黏粒含量、土壤容重和初始含水率;湿润体内平均体积含水率增量不受入渗时间影响,4个因素对其影响均极显著（P<0.01）,其影响程度由大到小依次为初始含水率、土壤容重、压力水头和黏粒含量。研究成果可为进一步优化膜孔灌灌水技术要素组合提供理论依据。     

ISS加固红色黏土的孔隙分布试验研究

武汉市汉阳区存在着大量由冲洪积所形成的网纹状红色黏土,它遇水膨胀、软化,失水收缩、开裂。为了减小红色黏土不良性质对土路、公路路基和防渗工程造成的危害,采用离子土壤固化剂（ISS）对红色黏土进行处理。对经ISS处理前后的红色黏土,调成液限状态,进行液氮冷冻真空升华干燥,分析比表面及孔隙分布,观察微结构并统计裂隙。试验结果表明：经ISS处理后,红色黏土的结合水膜减薄,土粒之间的吸引力增强,从而使红色黏土的相对密度增大。减薄结合水膜的土颗粒在ISS连接力作用下,使红色黏土团聚结构和堆叠结构更加紧密,比表面积减小、累积孔隙体积和平均孔直径减小,从而提高了红色黏土的无侧限抗压强度和抗剪强度。     

单一裂隙优势渗流对黏土层防渗性能的影响分析

垃圾填埋体不均匀沉降等容易引起压实黏土防渗层开裂,显著降低其防渗性能。将裂隙作为高渗透性的多孔介质材料,建立了含单一裂隙压实黏土层的饱和/非饱和渗流模型,数值研究了含裂隙黏土层中的优势渗流过程,对比分析了裂隙位置、深度、宽度和渗透系数对压实黏土层水分击穿时间和稳定渗漏量的影响。结果表明,含裂隙压实黏土层的渗流过程可分为3个阶段：初始阶段、击穿阶段和稳定阶段;底部裂隙对压实黏土层防渗性能的影响较小,而顶部裂隙和贯通裂隙的影响较大;水分击穿时间随裂隙深度增大而迅速缩短,为保证黏土层防渗性能,宜将裂隙深度控制在0.1倍土层厚度以内;水分击穿时间和稳定渗漏量随裂隙宽度、渗透系数的增大而分别缩短和增加,且当其达到一定值后逐渐趋于稳定;裂隙贯通后将显著降低压实黏土层的防渗性能,其稳定渗漏量随裂隙宽度和渗透系数的增大而呈线性增长。     

沟灌土壤湿润体空间矩特征参数估算模型

为进一步增加矩分析理论在研究沟灌土壤湿润体运移特性方面的实用性,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,定量分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽和边坡系数等因素对沟灌自由入渗条件下土壤湿润体空间矩特征参数的影响,并建立了其与主要影响因素间的函数关系式。结果表明,土壤初始含水率、入渗水深和沟底宽对垂直向土壤水分分布的质量重心影响较大;水平向湿润锋的平均离散度主要受土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽和边坡系数的影响,而垂直向对土壤初始含水率和入渗水深变化的敏感性较高;选取不同土壤质地对所建模型的可靠性进行了验证,结果表明所建模型估算不同入渗时刻的空间矩特征参数值与根据HYDRUS软件模拟结果所得计算值具有高度一致性,所有验证组合条件下两者相对误差绝对值均值均低于8.5%,且无显著性差异,说明所建模型估算沟灌土壤湿润体空间矩特征参数具有高度可靠性。研究结果可为沟灌灌水方案设计和管理提供理论基础和技术支撑。     

高温-高含冰量冻土压缩变形特性研究

高温-高含冰量冻土属于塑性冻土, 荷载作用下具有较强的压缩性.为了研究高温-高含冰量冻土的压缩变形特性, 采用恒温-变载的试验方法得到了不同温度(-0.3、 -0.5、 -0.7、 -1.0、 -1.5℃), 不同含水量(40%、 80%、 120%)条件下冻土试样的体积压缩系数.结果表明: 1)高温-高含冰量冻土具有极大的压缩性, 青藏黏土40%含水量试样在-0.3℃时的体积压缩系数可达0.328 MPa^-1, 属于高压缩性土; 2)高温-高含冰量冻土在压缩过程中存在渗滤变形, 且主要发生于加载的初始阶段; 3)温度与含冰量是影响高温-高含冰量冻土压缩性的主要因素, 它们决定了冻土中体积未冻水的含量, 从而控制了冻土的压缩性; 4)在试验条件下, 高温-高含冰量冻土的压缩性随着温度的升高而增大, 随着含水量的增大而减小.高温时含水量对压缩性的影响比较显著, 低温时影响较小.     

基于染色示踪的膜下滴灌棉田水盐运移规律

采用亮蓝FCF染色示踪剂, 研究膜下滴灌条件的水盐运移规律; 分别在灌溉前、灌溉中和灌溉后等不同时间段共开挖13个时刻的剖面, 观察膜下滴灌湿润面的运移情况; 以10 cm间隔的网格, 用MP406土壤水分探测器原位测定3 120个点的土壤体积含水率, 同时取1 430份土样, 利用1∶5土水比浸提法测定土壤盐分; 并利用WATCHDOG气象站监测研究区气象要素.结果表明: 染色示踪能直观表征土壤水盐运动轨迹; 膜下滴灌条件下, 垂直滴灌带方向土壤水流呈点源入渗特征、沿滴灌带方向近似呈线源入渗特征; 现行灌溉模式下, 壤质砂土湿润锋横向运移速率约为8 cm/h; 滴灌对滴头附近土体有一定洗盐效果, 未覆膜区域地表土体出现盐分积累; 灌水时间越长, 湿润锋越深, 横向扩展速率接近无作物小区(8 cm/h); 从土壤水合理利用角度考虑, 满足研究区一膜一带四行的种植模式和土质的单次合理灌水量应为29.4~69.8 mm.      

沟灌土壤水分运动数值模拟与入渗模型

为进一步探明沟灌二维土壤水分运动规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了沟灌土壤水分运动数学模型,用多组试验资料对模型模拟结果进行验证,两者基本吻合,表明模型可用于模拟沟灌二维土壤水分入渗过程.用所建模型对不同因素组合下沟灌土壤湿润体特性进行模拟分析,结果表明:土壤初始含水率、沟间距对沟灌累积入渗量影响较小,土壤质地、容重、沟底宽和沟中水深对其影响较为显著;沟底宽、土壤初始含水率对土壤湿润体水分分布影响较小,土壤质地、容重对其影响较大,沟间距、沟中水深对其影响主要在零通量面附近,当入渗发生交汇后,零通量面处垂向湿润锋运移加快.以此为基础,建立了包含湿周在内的沟灌累积入渗量计算模型.     

一种沟灌累积入渗量简化计算方法

为简化沟灌二维累积入渗量的数值计算,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素对沟灌边界效应和拟合系数γ的影响,并建立了系数γ与主要影响因素间的函数关系式,提出了沟灌累积入渗量简化计算方法.结果表明,土壤初始含水率、沟底宽和边坡系数对沟灌边界效应的影响较小,而入渗水深、土壤质地和容重对沟灌边界效应的影响显著;拟合系数γ主要与入渗水深的变化有关,随入渗水深的增大呈现减小趋势,但对初始含水率、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素变化的敏感性较低,可忽略其影响;建立了估算拟合系数γ的计算式,结合已有文献资料对其可靠性进行了验证,结果表明黏壤土和砂壤土不同入渗时间内,其沟灌累积入渗量计算值与实测值和HYDRUS软件模拟值具有高的一致性,说明文中所建公式估算拟合系数γ值可靠.研究结果可为简化沟灌累积入渗量的数值计算提供理论依据和技术支撑.     

云南压实黏土层对油类污染物的防渗性能实验研究

目前在压实黏土层(CCL)应用于油类污染物的防渗工程设计中,以水在CCL中的渗透系数低于10-7 cm/s为依据,该依据可能存在偏颇。文中以0#柴油和93#汽油作为典型油类污染物,在云南CCL中进行油相水相交替渗流实验。结果表明：(1)不同渗透压力下,水在云南CCL中的渗透系数为(0.41~2.52)×10-8 cm/s,云南黏土压实后可作为天然防渗衬层。(2)0#柴油和93#汽油穿透饱水的云南CCL时,存在临界水力梯度,分别为0.05和0.02 MPa;一旦突破临界水力梯度,CCL的渗透性急剧增大,0#柴油和93#汽油在CCL中的渗透系数较水在CCL中的高出1~3个数量级。(3)水相驱替0#柴油和93#汽油的过程中,CCL的渗透系数为10-7～10-6 cm/s;被油浸透过的CCL不能继续作为防渗衬层使用。(4)针对油类污染物的CCL防渗工程设计,以水在CCL中的渗透系数低于1.0×10-7 cm/s为标准是不适用的,需要提高CCL防渗的设计等级。