滴灌土壤水分水平运移模型的辨识

在滴灌条件下,滴头流量对土壤的水分运移影响很大,是影响作物生长的主要因素。依据滴灌条件下土壤水分水平运移的观测数据,建立滴头流量与水分水平运移距离的传递函数模型,利用粒子群优化(PSO)算法对模型的各个参数进行辨识与优化。在同一滴头流量下,比较不同土壤水分水平运移模型的动态变化,验证了传递函数模型在不同流量下的有效性,提出了实现实时调控滴头流量与水平运移距离的传递函数模型,为实现作物根系所需水分水平运移距离的反馈调节,有效地保证作物根系所需的水分,减小了水资源的浪费创造了条件。     

不同土壤质地的滴灌点源入渗规律研究

以试验为基础,测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的点源入渗运动过程,研究滴灌点源入渗土壤水分分布与运移规律。研究表明点源湿润锋的水平、垂直距离与入渗时间之间符合良好的幂函数关系,湿润锋水平、垂直运移速率与入渗时间均满足良好的幂函数关系,土壤含水率与湿润锋水平、垂直运移距离之间具有良好的线性函数关系,该研究结果对滴灌系统的科学设计和合理运用起到指导作用。     

基于MATLAB的土壤水分运移数值模拟

土壤水分运移曲线是模拟水分在土壤中运移的关键.基于水分运移RICHARDS方程的二维数值模型,采用MATLAB对膜下滴灌的点源和线源土壤水分运移过程进行数值模拟,以砂壤土的膜下滴灌为试验和仿真的对象,利用MATLAB中的PDE工具,对土壤水分运移过程进行数值模拟,得到滴灌条件下土壤水分的水平运移和垂直运移曲线,并将实测曲线和拟合曲线进行了比较,结果表明偏差较小.     

不同灌溉方式对土壤盐分、氮素分布和棉花生长的影响

通过盆栽试验研究2种灌溉方式下土壤水分、盐分、氮素分布特征及对棉花生长的影响进行了研究。对土壤水盐的监控结果表明：土壤水分、盐分分布受灌溉方式影响显著,滴灌处理水分下渗较深,使盐分主要分布在30cm以下土壤,同时由于覆膜减少蒸发,有效的抑制了土壤返盐,在距滴头纵向30cm、水平15cm范围内根区形成脱盐区,棉花根系更容易获得生长所需水分、养分,因此棉花比浇灌处理生长旺盛。     

城市污水不同土地处理条件下土壤-作物系统中氮净化模拟模型与模拟分析

通过温室条件下冬小麦不同种植方式、污水不同土地处理状态下水氮运移吸收和净化过程模拟试验,分析了作物生长、根系生长与分布、根系对水分氮素吸收规律以及根系竞争吸收与土壤中水、氮含量的关系,以及氮净化规律等．在此基础上,建立了作物生长→根系生长与分布→根系吸水、吸氮→土壤中水氮运移转化→作物生长循环计算联合模型．以模拟试验为背景,用数值模拟分析了城市污水不同水氮土地处理条件下作物生长与土壤─作物系统中水氮运移吸收转化过程和土壤中氮净化机理．为建立环境地学工程的分支模型──污水土地处理控制模型提供了基础模拟计算方法．     

地下滴灌条件下土壤水盐运移特点的试验研究

为探讨新疆盐碱土地下滴灌条件下土壤水盐运移的特点,进行了一定供水条件下地下滴灌入渗实验,并观测了大田地下滴灌条件下土壤水分和盐分数据,结果表明地下滴灌条件下土壤水盐运移的特点是：滴头附近含水量最高,并向周围湿润锋处逐渐降低,对于均质中壤土,则均匀降低,湿润体近似圆柱,垂直方向土壤含水量和含盐量的分布图类似抛物线,而含盐量的分布则是在滴头附近最低,向周围湿润锋处逐渐升高,即含水量和含盐量的分布范围基本相同,含量高低相反。     

地表滴灌条件下土壤湿润体运移经验方程

为给滴灌制度提供设计依据,研究了地表滴灌下土壤湿润体的运移规律。设置33种情景,采用SWMS_2D模型进行数值模拟实验,建立了描述土壤饱和导水率、初始含水率和滴头流量等影响湿润体运移规律的经验关系式。结果表明:湿润体体积与灌水量成正比,比例系数与土壤饱和含水率和初始含水率正相关,与滴头流量负相关;湿润锋比和灌水量之间呈幂函数关系,主要受地表积水入渗半径的影响,地表积水半径由滴头流量与土壤饱和导水率的比例决定。与其他试验数据对比表明,本经验关系式具有较高的模拟精度。     

不同灌溉方式对樟子松生长、光合特性及土壤水分运移的影响

【目的】研究滴灌、漫灌和对照3种处理方式下樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)生长状况和土壤水分运移规律,探讨其生长、光合、蒸腾特性和水分运移对不同灌溉技术的响应,为在干旱、半干旱地区高效栽培樟子松提供参考。【方法】以内蒙古大青山国家级自然保护区的樟子松林为研究对象,基于单因素方差分析比较不同灌溉方式下樟子松的生长(地径、树高、冠幅、抽穗长和生物量)与光合特性[光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)和水分利用效率(E_WUE)];采用土壤剖面观测法比较不同灌溉方式和灌溉时间下土壤水分垂直和水平运移的变化规律,并利用经验模型对土壤水分运移轮廓进行模拟。【结果】①滴灌处理下樟子松的地径、树高、冠幅、抽穗长和生物量分别比漫灌方式下高1.5 cm、0.5 m、10.0 cm、5.9 cm和11.5 kg,分别比对照高3.4 cm、0.9 m、60.0 cm、7.2 cm和2.5 kg;②滴灌处理下樟子松的光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO₂浓度显著高于漫灌和对照(P < 0.05),各种灌溉方式下的上述指标大小具体表现为滴灌>漫灌>对照;水分利用效率大小表现为对照>滴灌>漫灌,表明樟子松可在较低的土壤含水量条件下生长;③在灌溉2、4和6 h后,樟子松林地滴灌比漫灌处理下土壤湿润锋的垂直运移距离和停灌后最终垂直运移距离深,两种灌溉方式下3种不同灌溉时长的土壤湿润锋的最大水平运移距离都出现在0~20 cm土层,然而停灌后的垂直运移距离以滴灌>漫灌;④利用经验模型对土壤湿润体轮廓进行模拟,设定:为垂直方向上任意位置处土壤水分水平运移距离(i=1,2,3,4);L_MR为土壤水分水平最大运移距离;R_MH为垂直方向上任意位置处土壤水分垂直运移相对距离;a_i为模型参数。则滴灌和漫灌的最优模型分别为多项式模型(M_R1)和Baldwin模型(M_R4), $M_{\mathrm{R} 1}=L_{\mathrm{MR}}\left[a_{1}\left(R_{\mathrm{MH}}-1\right)+a_{2}\left(R_{\mathrm{MH}}^{2}-1\right)+a_{3}\left(R_{\mathrm{MH}}{ }^{3}-1\right)+a_{4}\left(R_{\mathrm{MH}}^{4}-1\right)\right]$; $M_{\mathrm{R} 4}=a_{1}+\left[\left(R_{\mathrm{MH}}-1\right) /\left(R_{\mathrm{MH}}+1\right)\right]+a_{2}\left(R_{\mathrm{MH}}-1\right)$。【结论】在北方干旱区,滴灌区樟子松的生长和光合特性明显优于漫灌;在持续灌溉2、4和6 h后,滴灌试验区60 cm土层以上的土壤湿润锋在最终水平运移距离上均大于漫灌区。将滴灌技术应用于樟子松林木培育,有利于根系吸收水分和促进树木生长,且樟子松的光合特性受水分利用效率影响,合理的灌溉可改善林木的生长机制。     

地面滴灌龙脑香樟人工林的土壤水分运动规律

【目的】研究在滴头流量恒定、不同滴灌时长下香樟人工林地黄红壤中水分的运动规律。【方法】以浙江余杭地面滴灌方式栽培的1年生龙脑香樟(Cinnamonmum camphora)人工林为对象,通过开挖土壤剖面,布设土壤湿度传感器,测定不同滴灌时长和停灌后土壤湿润锋的运移、土壤体积含水量的变化,以及最终形成的土壤湿润体的形态。【结果】(1)持续滴灌1~6 h,土壤湿润锋在垂直方向和水平方向上的转移速率均与入渗时间有极显著的幂函数关系,R~2值均在0.97以上,各滴灌时长的湿润锋最终水平运移距离最大值均在地表;(2)不同滴灌时长条件下,停灌后土壤湿润锋在垂直方向和水平方向上继续运移1~2 h,土壤湿润体的形状近似从1个平卧的圆锥体向直立的半椭球体转变;(3)持续滴灌6 h过程中,20和40 cm土层各测点土壤体积含水量都呈现先急速后缓慢增长到趋于平稳的变化规律,分别滴灌1.5、3.0、6.0 h可使20 cm土层的点源正下方、距点源水平20 cm和30cm的含水量达到田间持水量水平以上;分别滴灌2.0和4.0 h可使40 cm土层点源正下方、距点源水平20 cm的含水量达到田间持水量水平以上;停灌后48 h内各测点含水量均保持在田间持水量的70%以上。【结论】对于龙脑香樟人工林的栽培,地面滴灌的合理设计是滴头流量应为2 L/h,滴头间距应为40 cm;容器苗造林应在生根期每次滴灌2~3 h,高生长期每次滴灌4~5 h;灌溉应适时适量,以保证林分生长需要。     

滴灌条件下土壤渗流数值模拟研究

基于弹性不稳定渗流过程的基本特征,考虑了土壤及水的压缩性影响,建立了单点源滴灌条件下渗流微分方程,根据数值计算方法可以模拟不同灌溉时间及滴头流量条件下土壤水头分布和润湿锋距离。计算结果表明:随着滴头流量的增大和灌溉时间的延长,土壤压降漏斗前缘不断向外扩展;在相同的滴头流量条件下,润湿锋距离增加的幅度随着灌溉时间的延长而减小。     

点源滴灌滴头流量设计模式的试验研究

以室内试验为基础,测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的点源人渗运动过程,通过对点源人渗特性的单因子分析表明,湿润锋水平、垂直扩散距离不仅与滴头流量、灌水量关系密切,与土壤特性(土壤容重、初始含水率)也存在良好的幂函数关系,得出了以土壤物理参数和湿润比及湿润深度为基础的点源滴灌滴头流量的设计模式。     

地下水埋深对玉米滴灌的影响研究

以春玉米为研究对象,探求不同地下水位条件下(0.5m～3.0m)地表滴灌与地下滴灌对作物需水量、土体中盐分的运移规律及玉米产量的影响,以期为类似地域的科学灌溉与可持续发展提供理论依据。     

根区交替滴灌方式对葡萄根系形态特征与根系活力的影响

研究不同交替滴灌方式对葡萄根系形态、分布与根系活力的影响,为构建高效根区交替滴灌方式提供一定理论依据。以当年扦插的葡萄幼苗为试材,通过在植株东西两侧安装滴灌设备,模拟根系分区交替灌溉,探讨树体两侧均采用地面滴灌方式(处理1),树体两侧均采用地下滴灌方式(处理2),树体东侧为地面滴灌方式,西侧为地下滴灌方式(处理3)3种交替滴灌方式根系直径、重量、长度、表面积、体积的分布规律及根系活力随灌水时间的变化特点。结果表明:根系总重、总长、总表面积与总体积均以处理3最大,处理2次之,处理1最小;各处理西侧的根系总重、总长、总表面积与总体积均大于东侧;处理1葡萄根系长度在土层深度0~20 cm处分布最多,占总根长的55%,处理2在土层深度20~40cm处分布最多,占总根长的49%,处理3的根长分布规律东侧与处理1一致,西侧与处理2一致;不同交替滴灌方式对不同土层深度内根系活力的影响不同,处理1在0~20 cm处根系活力最大,处理2在20~40 cm处最大,处理3对东侧土层内根系活力的影响与处理1相同,西侧与处理2相同。由此可见,处理3和处理2对根系构型的建成诱导效应优于处理1,促进根系下扎,使根系在土层内分布更加均匀,保持根系活力在较高水平。     

膜下滴灌加工番茄田间小气候的特征

以里格尔87-5番茄为材料,研究了膜下滴灌与沟灌两种方式的田间小气候特征,结果表明：滴灌番茄生育前期提高土壤温度,旺盛生育期有降温效应,保持土壤湿度,防止灌溉水渗漏,光照强度和光合速率优于沟灌,明显改善了番茄生育期的生态小气候条件。     

膜下滴灌新疆棉田土壤盐分的运移规律

主要通过定时定点取样与室内化验就不同土壤质地和不同滴灌年限两方面对新疆棉田膜下滴灌盐分运移规律进行研究,结果表明:对于不同土壤质地,壤土中的盐分分布较粘土中的呈更规律的变化;不同滴灌年限中滴灌年限越长,棉田中的盐分积累就越多,分析结果显示,定期大水漫灌洗盐、做好春灌水工作以及恢复排碱渠作用是土壤脱盐的必要手段。     

作物非充分灌溉制度的模拟优化方法

非充分灌溉条件下作物灌溉制度优化可以有效地提高作物产量及水分利用率。以农田水量平衡模拟模型、作物水分生产函数和水分敏感指数累积函数为基础,建立了以灌溉日期为决策变量的非充分灌溉制度模拟优化模型,利用单纯形搜索法来确定最优灌溉制度(以作物产量最高为目标)。针对北京1999年冬小麦返青后的实际情况,利用以上方法对冬小麦灌溉制度进行了模拟与分析。结果表明,随着灌溉定额的增加,最优灌溉制度下的田间腾发量和冬小麦产量也相应增加,但其增加幅度却逐渐减小。在灌溉水量不足的条件下,应首先保证抽穗初期的灌溉,然后考虑在拔节期进行灌溉,可以达到较好的增产效果。     

不同灌溉方式下秋冬萝卜(Raphanus Sativus L.)的生长分析

本文对两种不同灌溉方式(滴灌和沟灌)下的秋冬萝卜(Raphanus Sativus L.)生长情况进行了比较研究.结果表明:秋冬萝卜的生长、产量与灌溉方式有较密切关系.与沟灌方式相比,滴灌下萝卜的相对生长速率、净同化率、叶面积比率、比叶面积、叶重比、根冠比等指标以及产量都明显提高;采用滴灌方式,也有利于萝卜品质的提高.