负压灌溉下不同质地土壤水盐运移规律研究

发布时间：2017-12-15 02:21

  本文关键词：负压灌溉下不同质地土壤水盐运移规律研究

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【摘要】：负压灌溉是针对目前水资源的紧缺性与用水效率低下的普遍性提出的一种新型灌溉方式。早地作物和设施农业中,在土壤水分非饱和条件下,灌溉时将供水压力控制为负值,靠土壤基质吸力为动力供水,可实现土壤水分的精确和持续控制,提高水分利用效率。但负压灌溉条件下,土壤质地剖面构型对水分运动和溶质运移的影响,以及土壤初始条件、灌水器饱和导水率、供水压力等管理参数对水、盐运移的影响尚不明确,针对以上问题本文采用了室内土箱试验与数值模型结合的方法展开了研究。首先,利用土箱试验观测了负压灌溉下不同质地土壤中水盐运移特征；然后,利用实验所取得的数据验证了数值模型在负压灌溉中的适用性；接着,利用所验证了的模型对不同质地剖面构型土壤中水分分布、累积入渗量、水分入渗速率、盐分分布和蒸发量进行了情景模拟研究；最后,以供水压力、初始土壤基质吸力、灌水器的导水率和时间为变量,建立负压灌溉下总供水量和土壤脱盐体积的数量化模型。本研究得到的主要结论如下：(1)负压灌溉中供水压力降低,土壤水分入渗量减少,盐分淋洗程度下降。灌溉的负压相同时,土壤粘粒含量越多,灌溉后土壤所能维持的体积含水量越高,土壤水分的入渗速率越快,稳定入渗速率和湿润范围内的土壤湿度为壤土粉质壤土砂质壤土壤质砂土；24 h水分总入渗量为壤土砂质壤土粉质壤土壤质砂土；盐分的淋洗程度表现为粉质壤土砂质壤土壤土壤质砂土。(2)数值模型能够较准确的模拟负压灌溉下的水分和盐分运移情况。土壤体积含水量、NaCl浓度、土壤累积入渗量、土壤最大水平和垂直湿润距离的模拟结果与实测结果有很好的一致性,模型效率系数在0.94-0.98之间；同时在负压灌溉的模拟中,灌水器管壁饱和导水率的设置,可有效提高模型模拟精度,使模拟结果与实测结果一致性更好。(3)通过分析不同质地剖面构型土壤中水、盐运移发现：1)负压灌溉中,灌水器位于壤土层,下方为粗质地的壤质砂土层时,水分不易入渗到下层土壤中,供水168 h有97%的灌溉水分布在表层土壤中,导致蒸发量较均质壤土处理增加22%；壤土层下方为细质地的粉质粘壤土和粉质壤土层时,更利于负压灌溉中的水分向下层入渗,在增加土壤水分入渗量的同时可有效降低地表蒸发,这与0压灌溉结果相反。负压灌溉中,t=168 h,壤土-壤质砂土(21.8 g kg-1)中盐分浓度较高的位置发生在两土层交界面上方的壤土层中,而在壤土-粉质粘壤土(23.8 g kg-1)和壤土-粉质壤土(20.08 g kg-1)剖面中则发生在交界面下方的粉质粘壤土和粉质壤土,因此一定时间内土层交界面处粘粒含量较高的土层易发生盐分积累。2)负压灌溉条件下,当灌水器位于壤土剖面的夹层土壤中,夹层为粉质壤土时,土壤剖面的水分分布范围、脱盐区范围、水分入渗量和水分入渗速率最大,大于夹层为粉质粘壤土剖面,夹层为壤质砂土时最小,三个处理中水分对土壤盐分淋洗强度和积盐带的盐分浓度依次降低。以上结果也说明负压灌溉不适用于壤质砂土中。(4)分析不同土壤基质吸力、供水压力和灌水器导水率条件下的供水量和脱盐范围发现：1)负压灌溉下相同质地土壤中,土壤基质吸力和供水压力增加,土壤总供水量和脱盐范围体积增大；总供水量和脱盐体积与灌水器饱和导水率分别呈对数关系,随着灌水器饱和导水率的增加,二者大幅增加后缓慢增加；供水压力降低,初始土壤基质吸力和灌水器饱和导水率对水盐运移的影响明显减小；初始土壤基质吸力的变化对粉质壤土供水量的影响大于壤土,初始土壤基质吸力在200-700 cm范围内变化对脱盐影响较大。2)结合供水压力、初始土壤基质吸力、灌水器的导水率和供水时间,建立了负压灌溉下壤土和粉质壤土中总供水量与土壤脱盐范围体积的数量化模型,模型估算值与实测值之间的一致性较好,标准均方根误差在0.13-0.15之间,线性回归方程的斜率和决定系数接近于1,因此可将该模型应用到负压灌溉水分入渗和土壤脱盐情况的计算中。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152.7;S275

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本文编号：1290265