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日光温室滴灌土壤水分变化特点分析

来源:www.daxuelw.org  发布时间:2017-07-03  
随着设施农业的迅速发展,微灌或滴灌水肥一体化这一种高效节水农业技术也得到广泛应用[1 -3].滴灌的土壤水分运移规律和分布特性是指导生产微灌灌溉的关键[4].我国从20 世纪90 年代才开始对滴灌水分运动研究[5],近些年来,对滴灌条件下水分在土壤中入渗规律和土壤湿润体的变化进行过室内、田间的研究,较多的研究还是在室内土柱条件下进行的[6].实际上田间土壤存在着很大的变异性,研究和分析田间滴灌条件下土壤水分沿水平、垂直方向运移和土壤含水量分布特性,对于合理地确定滴灌设施布置、灌溉时间、灌溉定额等有重要的理论和实际意义。滴灌在土壤中形成湿润锋,其大小与滴头流量、灌水量、土壤土质、土壤初始含水量等多因素有关[7],滴头中心处湿润锋、交汇条件下湿润锋的移动距离、运移速率,及其土壤含水量的分布[8 -11]也有研究,但上述研究只是在室内条件下的点源滴灌湿润锋的运移规律[12 -14],其数学模型或研究结果与实际应用还有一定距离[2].较少的田间单滴头土壤水分运移特征研究,也以大田作物[14 -20]研究较多。

  在生产实践或试验中,日光温室滴灌的滴头流量、灌水量和滴头间距等对土壤水分运动、蔬菜生长产生影响[21 -24],研究表明,0 ~30 cm 土层土壤水分变化比较活跃,而且灌水次数少,消耗土壤水易造成表层土壤水分亏缺[25].既能保障蔬菜需水,又不会造成灌溉水向土壤深层渗漏和土壤水分亏缺[4,26]是节水的需要,提出这样适当的滴灌时间间隔、灌水量,需要研究滴灌条件下土壤水水平、垂直运移特性和土壤含水量的分布。土壤水运移规律因地域、土壤和气候的不同而有很大的变化。黏重土壤条件下日光温室滴灌水分运移特性和土壤含水量分布研究报道较少。

  本研究采用田间试验,进行日光温室滴灌土壤水分运移规律的研究,以期为黏重土壤设施蔬菜滴灌灌溉制度的确定提供参考依据。

  1 材料和方法。

  1. 1 试验地基本情况。

  试验地位于天津市武清区天津市农业科学院创新基地(39°25'N,116°57'E) ,海拔 9 m,属暖温带半湿润大陆性季风气候,全年平均温度 11. 6 ℃,全年日照总量2 810. 4 h,全年无霜期203 d ,自然降雨总量 586 mm,集中在 7 - 8 月。

  试验地土壤类型为潮土,0 ~ 30 cm 层重壤土,30 ~ 75 cm 黏土,地下水埋深为 1. 5 m.土壤有机质16. 63 g / kg、水解氮 152. 4 mg / kg,其他土壤基本理化性状见表 1.另外,0 ~20 cm 土层土壤初始含水量为 27. 72%,20 ~ 40 cm 为 28. 37%,40 ~ 60 cm为 25. 11%,60 ~80 cm 为 29. 45%,田间持水量为34. 67% .

  1. 2 试验设计。

  在试验日光温室内相距 5 m 挖6 个深1. 0 m 的土壤剖面,剖面长的方向与畦平行,宽的方向与滴灌管垂直,整体呈南北走向,剖面长能跨 5 个滴孔,靠近滴灌的一侧与滴管的水平距离为 15 cm,用厚20 mm密度 80 g / cm3的 PVA 海绵吸水材料紧贴剖面的观察采样面,再用塑料布覆盖,两者均至底部,并将其在剖面底部和顶部压实,剖面中间用秸秆把抵住吸水材料,避免剖面的侧渗出水沿剖面流动。

  灌溉采用滴灌,滴灌管为滴孔间距 30 cm 的16 PE 管,流量为 2. 0 L / h,滴灌管与输水管道连接处设有旁通阀,间隔 60 cm 铺设在高畦上。灌水 定 额 设 2 个 处 理,分 别 为 135,180m3/ hm2,每个剖面一个灌水定额,同时开始灌溉。

  开始灌溉后立即连续调查和监测 19 d,除第 1 天分别在灌溉后 0. 5,1,3,6,10 h 监测外,第 2 ~19 天每天上午 10: 00 监测一次。采用高畦栽培,高畦宽 80 cm,定植作物为西红柿,株距 45 cm,行距 50 cm.试验时间为 3 月 15 日至 5 月 30 日。

  1. 3 测定项目及方法。

  1. 3. 1 垂直方向土壤含水量 用烘干法测定土壤含水量。分别在 0 ~20,20 ~40,40 ~60,60 ~80 cm土壤层次采集土壤样品,每层分 3 点重复采样。每个采样点位于滴孔的下方,用取土钻垂直于剖面呈水平钻入取土,土钻钻入深 15 cm,取得土样立即阴凉密封保存,供室内分析。取土后用挖剖面的同层土壤填实。

  1. 3. 2 水平方向土壤含水量 用烘干法测定土壤含水量。分别在离滴孔水平距离 0,10,15 cm 处,采集 20 ~40 cm 土层的土壤样品,取得土样立即阴凉密封保存,供室内分析。取土后用挖剖面的同层土壤填实。

  1. 3. 3 湿润锋移动距离 湿润锋水平移动距离: 测量滴孔在地面投影处到湿润锋的水平方向距离,连续监测。湿润锋垂直移动距离: 测量滴孔在地面的1水平和垂直移动距离,监测时用剖面刀从上至下均匀削去局部剖面 10 ~15 cm 厚的剖面表面,平整再测量,测量工具用高精度的钢尺,精确到 0. 01 cm.

  1. 4 统计分析。

  用 Microsoft Excel 2007 和 SPSS 17 进行单因素方差分析及显著性检验(P <0. 05) .

  2 结果与分析。

  2. 1 滴灌的湿润锋水平移动距离变化动态在流量 2. 0 L/h 的情况下,以灌水定额 135m3/ hm2(约滴灌 1. 5 h) 为例(图 1-A) ,灌水 0. 5 h,30 cm 深 处 的 湿 润 锋 水 平 移 动 距 离 已 经 达 到10. 33 cm,平均移动速度达到 20. 67 cm / h; 在灌水后 1,3 h,30 cm 深处的湿润锋水平移动距离分别达到12. 17,13. 67 cm,平均移动速度分别达到 12. 17,4. 56 cm / h; 在灌水后 1. 5 d,30 cm 深处的湿润锋水平移动距离达到14. 67 cm.灌水后30 cm 深处湿润锋水平移动距离,1 h 较 0. 5 h 增加了 1. 83 cm,3 h较 1 h 增加了 1. 50 cm,6 h 较 3 h 增加了 0. 33 cm,6 h到 10 h 仅增加了 0. 25 cm.灌水后3 h的湿润锋水平移动距离的增加量迅速缩小。

  灌水定额 180 m3/ hm2(约滴灌 2. 0 h) 的湿润锋水平移动距离与灌水定额 135 m3/ hm2有相同的动态特点。灌水后 0. 5 h 湿润锋水平移动距离迅速增加,达10. 17 cm,在灌 水 后 3 h 接 近 最 大 值,为13. 75 cm,灌水后 1. 5 d 达到 14. 75 cm(图 1-B) .

  灌水定额 135 m3/ hm2条件下,在灌水后 3,6 h的 30 cm 深处湿润锋水平移动距离为 13. 67,14. 00 cm; 灌水定额 180 m3/ hm2条件下,在灌水后3,6 h 的 30 cm 深处湿润锋水平移动距离为 13. 75,14. 26 cm.说明灌水定额的增加或滴灌时间延长有增加 30 cm 深处湿润锋水平向外移动距离的效果。

  2. 2 滴灌的湿润锋垂直移动距离变化动态在流量2.0 L/h 情况下,以灌水定额135 m3/ hm2为例,灌水 0. 5 h,湿润锋垂直移动距离已经达到滴孔正下方深 31. 33 cm 处(图 2-A) ,平均移动速度达到 62. 67 cm/h; 在灌水后 1,3,6 h,湿润锋垂直移动距离分别达到 38. 00,42. 33,49. 50 cm 深处,平均移动速度分别达到 38. 00,14. 11,8. 25 cm/h; 在灌水后 1. 5 d,湿润锋垂直移动距离达到 52. 67 cm.灌水后的湿润锋垂直移动距离,1 h 较 0. 5 h 增加了6. 67 cm,3 h 较 1 h 增加了 4. 33 cm,6 h 较 3 h 增加了 7. 17 cm,运移速度有所加速,6 h 到 10 h 仅增加了 3. 17 cm.灌水后10 h 的湿润锋垂直移动距离增加量迅速缩小。

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