膜袋灌溉条件下土壤水分入渗规律研究

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膜袋灌溉是在覆膜保墒技术与适时适量精细控制灌溉技术的基础上研制的一种新型旱作高效节水灌溉技术。该技术改变了传统“将灌溉水蓄于田间土壤水库中”的灌溉理念,将灌溉水储蓄于灌水膜袋中,在0.3m恒定水头作用下通过出水孔出流灌溉的一种田间灌水方法。它利用农用塑料薄膜作为材料,根据不同种类作物的用水需求确定其出水孔的布置方式、孔径、出水孔间距等规格参数,通过铺设在作物行间将灌溉水由滴入至喷射再至滴入到田间缓慢浸润作物根区土壤,以满足作物根系的吸收与利用。与地面灌溉相比,具有能够减少棵间蒸发、减小深层渗漏、调节田间小气候、改善作物根区土壤环境、防止土壤次生盐碱化、操作方式简单、运行成本低、出水孔不易堵塞等优点,适宜旱作物生长发育对土壤水分的需求。基于膜袋灌溉出流水力特性,其出流方式近似于小孔出流与滴灌之间,亦称之为点源入渗,膜袋灌溉是依靠喷射出的灌溉水自身重力和土壤水吸力为主的主动供水方式,与常规的地面灌溉、点源滴灌入渗相类似,作为一种新型的高效节水灌溉技术,膜袋灌溉尚缺乏完整的灌溉试验参数。为了探究膜袋灌溉条件下土壤水分运移规律及分布状况,本文进行了膜袋灌溉条件下的模拟试验。本文主要分析研究了灌水膜袋孔径、孔距、灌水定额等因素对膜袋灌溉湿润锋特性的影响,包括湿润锋运移规律,供试土壤剖面内土壤水分分布规律以及灌溉后土壤水分湿润程度的评价。主要研究成果如下:  (1)对于I型灌水膜袋,在0.3m恒定水头作用下,进行多点源入渗,在灌水0-300min时土壤界面积水面积与入渗时间呈显著的多项式关系。湿润锋近似呈两个关于H坐标轴对称的半椭圆形。其椭圆的圆心并不位于R-H坐标系的坐标原点,而是沿着R坐标轴左右平移一个参数c的距离。在入渗0-300min内湿润锋水平运移距离、湿润锋垂直运移距离与入渗时间呈显著的乘幂型函数关系,累计入渗量与湿润锋运移距离符合幂函数关系。  (2)对于I型灌水膜袋,在粉黏壤土大田,采用灌水定额为450m3/hm2时,其水平控制距离为160.32cm左右,竖直方向控制距离为43.38cm左右;灌水后土壤水分分布均匀程度高达90%以上,大部分土壤相对含水率介于60%~85%之间,能够满足大田旱作物的生长发育需水要求。  (3)对于土壤干容重为1.35g/cm3、土壤初始含水率为11.30%的粉黏壤土运用Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型灌水膜袋采用灌水定额450m3/hm2、525m3/hm2、600m3/hm2进行点源入渗土壤水分运移规律研究,其湿润锋形状呈半椭圆形。  (4)膜袋灌溉条件下点源入渗土壤水分运移规律研究表明,灌溉72h后土壤剖面内土壤水分再分布比较均匀,梯度不大,均介于供试土壤有效水范围。灌水后土壤水分湿润均匀程度均达到90%以上,属于高均匀度节水灌溉技术。能够满足河南省引黄灌区大田旱作物生长发育对土壤水分的需求。  (5)采用无交互作用拟水平正交试验法对旱作膜袋灌溉条件下点源入渗土壤水分运移规律进行室内物理模拟试验研究。运用直观分析法选出对于土壤干容重为1.35g/cm3、土壤初始含水率为11.30%的粉黏壤土采用孔径为0.5mm、孔距为30cm、出水孔沿着灌水膜袋中线两侧对称布置的Ⅰ型膜袋采用灌水定额为450m3/hm2时为最优组合。
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