棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟.pdf
《棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟.pdf(12页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023年7 月第54卷第7 期农业报学机械doi:10.6041/j.issn.1000-1298.2023.07.036棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟陆培榕邢玮麟杨玉杰刘文龙罗幼(扬州大学水利科学与工程学院,扬州2 2 50 0 9)摘要:微咸水覆膜滴灌在发挥节水效益的同时应避免土壤盐分的积聚,在缺乏大水淋洗的设施大棚内,覆膜对土表局部蒸发的抑制伴随滴灌湿润体的交汇,加剧了滴灌带带间水盐分布的不规则性,导致土壤积盐的潜在风险增加。针对上述问题,以布设形式为“两膜两行”的覆膜滴灌田间小区为试验对象,通过HYDRUS模型构建了不同滴头流量(0.5 3.0 L/h)及膜间裸地间距(
2、0 50 cm)组合情景下的二维土壤剖面模拟域,并针对滴头处的带间区域进行水盐动态分布的模拟研究。结果表明,所建模型能较为精确地描述带间剖面内水盐的分布状况,且模拟精度随与滴头水平距离的减小而提升。当膜间裸地间距从50 cm缩小至0 cm时,带间剖面土壤的平均含水率从2 5.12 cm/cm上升至2 8.7 6 cm/cm,平均土壤盐分质量浓度从9.53g/L下降至6.2 5g/L;滴头流量对带间区域内土壤水盐含量的影响程度相对较低,流量0.5、3.0 L/h下土壤体积含水率及盐分质量浓度的最大差异仅分别为0.14cm/cm和0.22g/L,且均出现在膜间裸地间距为50 cm的情景下。经多轮灌
3、水蒸发后,带外区积聚的盐分将向带间区扩散,并随膜间裸地间距的减小,土壤含盐量最低值的水平位置将从滴头处向带间区推移。研究成果可为设施大棚环境下选取适宜的低盐作物栽种位置提供理论依据。关键词:微咸水;覆膜滴灌;土壤水盐分布;数值模拟中图分类号:S275.5文献标识码:A文章编号:10 0 0-12 9 8(2 0 2 3)0 7-0 36 0-12OSID:Simulation of Soil Water and Salt Distribution Characteristics within Area betweenDrip Tapes under Mulched Brackish Water
4、 Drip Irrigation in GreenhousesLU PeirongXING WeilinYANGYujieLIU WenlongLUO Wan(College of Hydraulic Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China)Abstract:Film-mulched drip irrigation with brackish water should avoid soil salt accumulation tomaximize the benefits of water-saving
5、.However,soil leaching by rainfall or flood irrigation is lack undergreenhouses condition,the partial inhibition of surface evaporation by film mulching combined with thewetted volume intersection due to double-point source drip irrigation exacerbates the irregularity of waterand salt distribution i
6、n the area between drip tapes(ABDT),which is not conducive to the effectiveimplementation of salt control measures.Therefore,taking the field experimental plot of mulched dripirrigation with the layout of“two films and two rows as the research object,and using the HYDRUS-2D model to simulate the dyn
7、amic distributions of soil water and salt in ABDT based on the two-dimensional simulation domains considering different drip discharge fluxes(0.5 3.0 L/h)and bare soilspacing between films(0 50 cm).The results indicated that the established model can accuratelydescribe the water and salt distributio
8、n in ABDT,and reducing the horizontal distance from the emittercould obtain a high simulation accuracy.As the bare land between the films was decreased from 50 cm toO cm,the average moisture content of the soil in ABDT was increased from 25.12 cm/cm to28.76 cm/cm,and the average soil solute concentr
9、ation in ABDT was decreased from 9.53 g/L to6.25 g/L.The effect of drip discharge fluxes on soil water-salt distribution in ABDT was relatively low,the maximum differences in soil volume moisture content and salt mass concentration between treatments收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 55修回日期:2 0 2 3-0 5-17基金项目:国家自然科
10、学基金项目(52 10 9 0 6 8)、中国博士后科学基金面上项目(2 0 2 2 M712690)、江苏省博士后科研计划项目(2 0 2 1K 2 2 0 B)和扬州市科技计划项目(YZU202101)作者简介:陆培榕(19 9 2 一),男,讲师,博士,主要从事农田土壤水盐运移研究,E-mail:l u p e i r o n g y z u.e d u.c n通信作者:罗执(19 6 7 一),女,教授,博士生导师,主要从事农业水资源与环境保护研究,E-mail:l u o w a n y z u.e d u.c n361陆培榕等:棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟第7 期w
11、ith discharge fluxes of 0.5 h/L and 3.0 h/L were only 0.14 cm/cm and 0.22 g/L,respectively,andboth occurred in the bare soil spacing between films of 50 cm.Additionally,after long-term dry-wetalternation,salt accumulated on the outside of the drip belt might diffuse inward to ABDT,and with thedecrea
12、se of bare soil spacing between films,the horizontal position of the lowest soil salinity would movefrom the location of dripper to ABDT.Findings of this research can provide a theoretical basis forselecting suitable low-salinity planting locations for crop cultivation in greenhouse condition.Key wo
13、rds:brackish water;mulched drip irrigation;soil water-salt distribution;numerical simulation0引言覆膜滴灌是将具有保水保作用的地表覆膜与局部控制性供水的滴灌方式相结合的高效节水技术 。由于覆膜限制了土壤与外部大气的接触,降低了灌后土壤的水分蒸发及溶质上溯,使得即便在湿润淋洗程度有限的滴灌模式下,微咸水也能作为有效的灌水资源2-3。然而,滴灌属于典型的点源人渗,灌水受土壤基质势的影响将以湿润体的形式分布于土壤内,在蒸发过程中,微咸水输入的盐分将滞留于湿润体外侧,并随灌水次数增加而逐渐积聚4,导致土壤中水分
14、和盐分的动态分布过程存在明显的不一致性,当涉及地表覆膜时,土表蒸发与非蒸发面交替存在,水盐动态运移的复杂程度将进一步加剧5,尤其在缺乏雨水和漫灌淋洗的设施大棚内,盐分的积聚将存在局部叠加,对作物生长造成胁迫6 现阶段,随着农业种植模式的多样化以及设施大棚内滴灌布设模式的集约化,针对覆膜滴灌条件下的水盐运移研究由单点源人渗扩展至多点源交汇。研究的对象以多点源人渗形成的交汇型湿润体几何形态、收缩及扩张速率、脱盐及积盐区的划分为主。虎胆吐马尔白等7 以室内砂壤土土槽试验为基础,研究了滴头间距为30 cm时不同滴头流量和灌水量下湿润体交汇区的盐分分布特性,发现滴头下方的脱盐深度大于交汇区的脱盐深度,且
15、脱盐深度的差异随滴头流量的减小而增大。王卫华等8 以采用膜下滴灌的粉壤土棉田为研究区域,发现膜下湿润体交汇区的含水率随滴头流量的增大而增大,且两滴头间湿润体交汇区径向宽度与灌水历时呈幂函数关系。齐智娟等9 在轻度盐渍化的玉米田中对比了滴头间全膜覆盖和半膜覆盖的处理方式,发现使用微咸水滴灌时全膜覆盖处理中两滴头间0 30 cm的土层内形成了明显的脱盐带,而在半膜覆盖的条件下土壤脱盐区仅存在于膜下局部区域。为进一步可视化、定量化地描述土壤水盐的分布特征,数值模拟方法伴随计算机技术的发展得以在滴灌湿润体交汇下土壤水盐动态变化的研究中发挥作用,并以HYDRUS数值模型为主取得了一系列成果。例如,王维娟
16、等10 运用HYDRUS模型,对不同间距下的双点源滴灌湿润体交汇轮廓进行了三维状态下的动态模拟,结果显示,交汇区湿润体形状从初期的1个半球体逐步演变为2 个分离的近似半球体。CHEN等11 模拟研究了间作模式下采用膜下滴灌时土壤水盐的运移特征,分别对不同作物的膜下根系区以及膜间裸地进行子区划分,分析了各子区内的水分及溶质的动态形式以及各子区间的通量交互,发现瞬时的水平向通量交互多发生于灌水阶段,而缓慢的垂向通量交互主要存在于灌后蒸发阶段。GUO等12 模拟了全膜覆盖形式下湿润体存在交汇时棉田内土壤水盐的分布变化,结果表明,土壤盐分的垂向分布差异随灌水次数的增加而逐步显现,而改变滴头流量造成的影
17、响在不同生育期内表现不一。上述模拟研究表明,覆膜滴灌形成的湿润体交汇下水盐的分布变化具有瞬时性和局部性,在灌后蒸发过程中的变化则较为缓慢且一致。然而,个别的灌水蒸发过程对土壤水盐分布的改变不足以对长期的作物生长造成显著影响。因此,进行针对湿润体交汇区域内水分总体变化趋势以及盐分累积分布特征的研究将更具实用意义。本文以设施大棚内田间小区试验为基础,结合HYDRUS模型对微咸水膜下滴灌时土壤二维剖面内的水盐动态进行数值模拟。同时,为充分考虑滴头间湿润体交汇程度在灌水和蒸发过程中的空间多变性,采用剖面子区分析的方式,将存在滴头的滴灌带带间区域作为主要的分析对象,探究在不同覆膜宽度及滴头流量下带间剖面
18、水盐分布的动态变化及累积特征,以期为设施环境微咸水覆膜滴灌模式下创造适宜作物根系生长的低盐环境提供理论支撑与方案参考。1材料与方法1.1试验区概况与试验设计试验于江苏省扬州市沙头镇现代农业产业园(32 17 N,119 2 9 E)内的设施大棚中进行。棚内0100cm土层的质地为砂壤土,平均砂粒(粒径0.052mm)占比为55.36%,粉粒(粒径0.0 0 2 0.05mm)占比31.7 8%,粘粒(粒径0 0.0 0 2 mm)2023年农362机报学业械占比为12.8 6%;平均土壤容重为1.41g/cm,饱和导水率为47.2 8 cm/d,饱和含水率和田间持水率分别为0.42 cm/cm
19、和0.2 5cm/cm。试验期间棚内地下水埋深的波动范围为1.6 3 1.9 7 m。该设施大棚长期抽取地下水(平均电导率1.37 dS/m)进行滴灌,且缺乏雨水或漫灌的淋洗,导致棚内土壤呈轻度盐渍化,试验前0 10 0 cm土层的平均含盐量为1.52 g/kg。以田间小区试验为研究基础,在棚内划分2m2m的地块,采用“两膜两行”滴灌布置模式(图1),膜宽2 0 cm,滴头间距为35cm,两条滴灌带间距8 0 cm,由外接马氏瓶对小区内的滴灌系统进行恒压供水,并采用压力补偿式灌水滴头将流量统一控制为1.6 L/h。同时,由于取水井内地下水含盐量存在波动,故使用产业园内提供的自来水(平均电导率0
20、.2 2 0.30 dS/m)与氯化钠晶体(分析纯)配比质量浓度固定为3g/L的盐溶液进行灌水。各小区中均嵌人张力计,用于监测地表以下深度15cm处的土壤水势,试验设计两组灌水处理T20和T40,分别对应上一轮灌水后土壤基质势降至-20kPa和-40 kPa时进行下一轮滴灌的灌水制度,两组处理每轮的灌水持续时间均为2 h。此外,每组处理重复3次,在棚内共计划分6 块滴灌小区。试验于2 0 2 1年7 月中旬开始至10 月下旬结束,总时长为9 0 d,为避免作物根系随机性的扩张对土壤水盐动态分布的影响,试验期内未涉及作物的种植。试验过程中,设施大棚仅开启两侧部分的通风口,无降雨或其他形式的灌水。
21、564320cm280cm图1试验小区覆膜滴灌布设形式示意图Fig.1Schematic of mulched drip irrigation layoutpattern in each experimental pot1.地膜2.灌水滴头3.聚乙烯输水管4.橡胶软管5.供水马氏瓶6.高度调节托架7.张力计1.2观测指标与换算方法在每轮灌水前选用内径为2 cm的土钻对与滴头水平距离10、2 0、30、40 cm处,深度10、2 0、30、40cm处的点位进行取样,用于测定含水率及电导率。由于小区中各滴头对应的流量及灌水量相同,故每轮取样时选取不重复的滴头对相应的位置进行取样。每次取样完毕后,使
22、用试验小区内的土壤对取土孔进行回填,防止大孔隙优先流对灌水及蒸发过程中土壤水分及溶质运移的影响。采用干燥法测定不同取样点位的土壤质量含水率,并根据土壤容重换算成相应的体积含水率。部分取回的土样经风干、碾磨、过筛(孔径1mm)后,与蒸馏水混合(土水质量比1:5),制备土壤浸提液。采用电导率仪(D D BJ-350 型,上海雷磁创益仪有限公司)室温(2 0)下测定浸提液的电导率,并与蒸发结晶法进行比对,得出土壤含盐量与电导率的关系式为S=4.12ECI:5+0.23(1)式中S一土壤含盐量,g/kgEC:5一土水质量比为1:5的土壤浸提液电导率,dS/m土壤潜在蒸发量通过小型蒸发皿(DF-AM3型
23、,内径2 0 cm,北京东方鑫鸿科技有限公司)的蒸发量进行估测。根据已有研究理论,当土壤含水率较高(大于7 0%田间持水率)时,土壤处于非限制性蒸发状态,相应的蒸发量与大气蒸发力成正比,可用水面蒸发量乘以相应的系数进行估测(13-14)。然而,在实际田块中,维持大体积土壤的高含水率,并持续地监测蒸发造成的水分耗散量,实现起来较为困难。故采用100mL圆柱形环刀进行土壤取样(2 0 组),在环刀内饱和后底部加盖,埋置于田块中,并保证顶部与表土齐平。每隔3h对环刀进行称量,并换算成相应的蒸发量,直至环刀内土壤含水率小于田间持水率时停止观测。随后,将观测时段内土样的蒸发量与棚内的小型蒸发皿对应的蒸发
24、量建立拟合关系式E,=0.63E(2)pan式中E,棚内土壤潜在蒸发量,mm一E小型蒸发皿蒸发量,mmpan试验期内,棚内蒸发皿的日蒸发量及T20和T40两组处理的灌水量如图2 所示610584wu/鲁棚内蒸发皿蒸发量63T20处理灌水量-T40处理灌水量4220010 2030405060708090试验时间/d图2试验期棚内蒸发血蒸发量及T20和T40处理灌水量Fig.2Pan evaporation in experimental greenhouse andirrigation amount of treatments T20 and T40 duringexperimental du
25、ration363陆培榕等:棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟第7 期1.3HYDRUS-2D模型构建1.3.1模型原理及基本方程HYDRUS-2D是以有限元计算为基础的数值模型,可用于模拟二维条件下,变饱和介质中水分、热量及溶质的动态分布状况及边界处的瞬时及累积通量15。由于滴灌对应的点源人渗将在土壤中形成趋于轴对称的半椭球状湿润体16 ,故滴灌对应的含水率分布模拟可简化至二维垂向剖面内。基于此,以土壤均匀且各项同性为基本假设,并忽略土壤水分变化的滞后效应,模型采用修正后的Richards方程17 描述二维模式下的土壤水分运动,即ahah+1)dhK(h)K(h)-S(h)atxx
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 棚内微 咸水 滴灌 下带间 土壤水 盐分 特征 模拟
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。