冬小麦不同灌溉方式适用性评价及田间土壤水分分布规律研究

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发展节水灌溉是农业节水的有效途径,目前已有多种较成熟的节水灌溉技术(如滴灌、微喷带喷灌等)在实际生产中应用,地下膜调控润灌是由地下滴灌改进而来的灌水新技术,具有节水、节肥、增产等优点,与较成熟的节水灌溉方式相比,哪种方式在华北地区主要粮食作物冬小麦生产中更加适用、哪种方式土壤水分空间分布更有利于提高灌溉水利用效率还有待于深入研究探明。基于此,本文首先对膜调控润灌、地表滴灌、地下滴灌和微喷带喷灌四种节水灌溉方式对冬小麦的适用性进行了评价,然后构建不同节水灌溉方式土壤水分运移模型,并利用田间试验和数值模拟相结合,研究了灌水量对不同灌溉方式湿润锋运移的影响,最后利用构建的模型分析了不同灌溉方式下灌水量对土壤水分空间分布的影响规律,取得主要结论如下:(1)通过查阅文献和实地调研,选取技术评价指标(灌溉水利用系数、灌水量、灌水时间)、经济评价指标(作物产量、管理难易程度、用工管理费用、工程投资)、社会评价指标(农民欢迎程度、推广难易程度)、生态评价指标(土壤改善程度、地下水改善程度、环境污染程度)共12个指标,选用层次分析法和灰色关联度分析法对不同灌溉方式对冬小麦的适用性进行评价,结果得出膜调控润灌加权关联度为0.7438、地下滴灌为0.5733、地表滴灌为0.5676、微喷带喷灌为0.5399,即将膜调控润灌用于冬小麦是最优的灌溉方式,其次依次为地下滴灌、地表滴灌和微喷带喷灌。(2)构建了不同灌溉方式下的土壤水分运移模型,利用田间试验数据对模型中土壤水力特性参数进行了率定与验证,得出:膜调控润灌模拟值与实测值之间的误差为0.41%~15.4%、地表滴灌为0.34%~10.71%、地下滴灌为0.86%~11.56%,三种灌溉方式大多数误差在10%以内。(3)本研究设定20、30和40m3/亩3个灌水量,利用评价结果优选的膜调控润灌方式的模型开展数值模拟,分析对比了不同灌水量土壤湿润锋在水平和垂直两个方向的运移距离,结果得出灌水量为20m3/亩时,能够使主要根系层(10~40cm)土壤达到全面湿润。(4)在灌水量20m3/亩时利用构建的模型对地下滴灌和地表滴灌分别开展数值模拟,对比在相同灌水量条件下不同灌溉方式土壤湿润锋运移范围。结果表明,在水平方向上膜调控润灌>地表滴灌>地下滴灌;在垂直方向只对比膜调控润灌和地下滴灌,其中垂直向上是膜调控润灌>地下滴灌,垂直向下是地下滴灌>膜调控润灌。由此得出,在灌水量相同条件下,膜调控润灌方式根系层土壤的湿润范围要大于其他两种灌溉方式,该方式既可以使作物主要根系层全面湿润还减少了重力作用下灌溉水的深层渗漏。
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