本文關鍵詞：負壓灌溉下不同質(zhì)地土壤水鹽運移規(guī)律研究

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【摘要】：負壓灌溉是針對目前水資源的緊缺性與用水效率低下的普遍性提出的一種新型灌溉方式。早地作物和設施農(nóng)業(yè)中,在土壤水分非飽和條件下,灌溉時將供水壓力控制為負值,靠土壤基質(zhì)吸力為動力供水,可實現(xiàn)土壤水分的精確和持續(xù)控制,提高水分利用效率。但負壓灌溉條件下,土壤質(zhì)地剖面構型對水分運動和溶質(zhì)運移的影響,以及土壤初始條件、灌水器飽和導水率、供水壓力等管理參數(shù)對水、鹽運移的影響尚不明確,針對以上問題本文采用了室內(nèi)土箱試驗與數(shù)值模型結合的方法展開了研究。首先,利用土箱試驗觀測了負壓灌溉下不同質(zhì)地土壤中水鹽運移特征；然后,利用實驗所取得的數(shù)據(jù)驗證了數(shù)值模型在負壓灌溉中的適用性；接著,利用所驗證了的模型對不同質(zhì)地剖面構型土壤中水分分布、累積入滲量、水分入滲速率、鹽分分布和蒸發(fā)量進行了情景模擬研究；最后,以供水壓力、初始土壤基質(zhì)吸力、灌水器的導水率和時間為變量,建立負壓灌溉下總供水量和土壤脫鹽體積的數(shù)量化模型。本研究得到的主要結論如下：(1)負壓灌溉中供水壓力降低,土壤水分入滲量減少,鹽分淋洗程度下降。灌溉的負壓相同時,土壤粘粒含量越多,灌溉后土壤所能維持的體積含水量越高,土壤水分的入滲速率越快,穩(wěn)定入滲速率和濕潤范圍內(nèi)的土壤濕度為壤土粉質(zhì)壤土砂質(zhì)壤土壤質(zhì)砂土；24 h水分總入滲量為壤土砂質(zhì)壤土粉質(zhì)壤土壤質(zhì)砂土；鹽分的淋洗程度表現(xiàn)為粉質(zhì)壤土砂質(zhì)壤土壤土壤質(zhì)砂土。(2)數(shù)值模型能夠較準確的模擬負壓灌溉下的水分和鹽分運移情況。土壤體積含水量、NaCl濃度、土壤累積入滲量、土壤最大水平和垂直濕潤距離的模擬結果與實測結果有很好的一致性,模型效率系數(shù)在0.94-0.98之間；同時在負壓灌溉的模擬中,灌水器管壁飽和導水率的設置,可有效提高模型模擬精度,使模擬結果與實測結果一致性更好。(3)通過分析不同質(zhì)地剖面構型土壤中水、鹽運移發(fā)現(xiàn)：1)負壓灌溉中,灌水器位于壤土層,下方為粗質(zhì)地的壤質(zhì)砂土層時,水分不易入滲到下層土壤中,供水168 h有97%的灌溉水分布在表層土壤中,導致蒸發(fā)量較均質(zhì)壤土處理增加22%；壤土層下方為細質(zhì)地的粉質(zhì)粘壤土和粉質(zhì)壤土層時,更利于負壓灌溉中的水分向下層入滲,在增加土壤水分入滲量的同時可有效降低地表蒸發(fā),這與0壓灌溉結果相反。負壓灌溉中,t=168 h,壤土-壤質(zhì)砂土(21.8 g kg-1)中鹽分濃度較高的位置發(fā)生在兩土層交界面上方的壤土層中,而在壤土-粉質(zhì)粘壤土(23.8 g kg-1)和壤土-粉質(zhì)壤土(20.08 g kg-1)剖面中則發(fā)生在交界面下方的粉質(zhì)粘壤土和粉質(zhì)壤土,因此一定時間內(nèi)土層交界面處粘粒含量較高的土層易發(fā)生鹽分積累。2)負壓灌溉條件下,當灌水器位于壤土剖面的夾層土壤中,夾層為粉質(zhì)壤土時,土壤剖面的水分分布范圍、脫鹽區(qū)范圍、水分入滲量和水分入滲速率最大,大于夾層為粉質(zhì)粘壤土剖面,夾層為壤質(zhì)砂土時最小,三個處理中水分對土壤鹽分淋洗強度和積鹽帶的鹽分濃度依次降低。以上結果也說明負壓灌溉不適用于壤質(zhì)砂土中。(4)分析不同土壤基質(zhì)吸力、供水壓力和灌水器導水率條件下的供水量和脫鹽范圍發(fā)現(xiàn)：1)負壓灌溉下相同質(zhì)地土壤中,土壤基質(zhì)吸力和供水壓力增加,土壤總供水量和脫鹽范圍體積增大；總供水量和脫鹽體積與灌水器飽和導水率分別呈對數(shù)關系,隨著灌水器飽和導水率的增加,二者大幅增加后緩慢增加；供水壓力降低,初始土壤基質(zhì)吸力和灌水器飽和導水率對水鹽運移的影響明顯減�。怀跏纪寥阑|(zhì)吸力的變化對粉質(zhì)壤土供水量的影響大于壤土,初始土壤基質(zhì)吸力在200-700 cm范圍內(nèi)變化對脫鹽影響較大。2)結合供水壓力、初始土壤基質(zhì)吸力、灌水器的導水率和供水時間,建立了負壓灌溉下壤土和粉質(zhì)壤土中總供水量與土壤脫鹽范圍體積的數(shù)量化模型,模型估算值與實測值之間的一致性較好,標準均方根誤差在0.13-0.15之間,線性回歸方程的斜率和決定系數(shù)接近于1,因此可將該模型應用到負壓灌溉水分入滲和土壤脫鹽情況的計算中。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S152.7;S275

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本文編號：1290265