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1、滴灌交汇土壤入渗试验中土壤水分的运移特征 滴灌属于局部灌溉,其湿润范围小,湿润深度浅,作物根系主要从湿润体内吸取水分,同时根系分布形状又受湿润体形状的影响[1-3].砾土质戈壁滴灌条件下红枣(Fructusjujubae)根系主要分布在20~80cm土层中,尤其20~60cm土层根系占全部根系的65%~80%[4];因此,土壤湿润体含水率的变化不仅对作物有效耗水起决定作用,而且影响滴灌工程的布置形式、灌水质量、投资及运行管理[5]. 国内外许多学者采用理论分析和试验模拟的方法对自由入渗特性进行了理论和试验方面的研究[6-9],土壤非饱
2、和带水分运动的达西定律[6]表达式为q=-K(θ)(dψ/dL). 式中:q为土壤水分通量,cm/min;θ为土壤体积含水率,cmm³/cmm³;K(θ)为非饱和土壤的导水率,cm/min;ψ为非饱和土壤的总土水势,cm;L为路径的直线长度,cm. 在单点源滴灌入渗情况下,滴灌不致产生深层渗漏,且有利于植物对水肥的吸收利用[10];湿润体形状和大小受初始含水率、土壤密度和灌水量的影响[11];湿润体的形状近似为椭球体,湿润锋的水平、垂向入渗距离分别与入渗时间具有极
3、显着的幂函数关系[12].单点源滴灌所形成的土壤湿润锋之间不衔接,不相互影响,而在大田使用中,由于滴灌的滴头间距较小,相邻滴头之间的湿润锋会形成交汇现象,在滴头下方的土壤湿润区相连形成一条沿滴灌管方向的湿润带;滴灌点源交汇入渗比点源入渗复杂得多,受到多种因素的综合影响:因此,有必要对滴灌交汇条件下湿润锋前移速度、湿润体内水分分布等进行深入研究.笔者通过滴灌交汇土壤入渗试验,研究土壤水分运移规律,为滴灌系统的科学设计和田间运用提供参考,并研究相应试验所用粉壤土植物栽种的土壤保水信息,为农业生产和景观植物栽种提供依据. 1材料与方法 1.
4、1试验装置 试验在自行研制的装置上进行,由供水系统和试验土槽2部分组成.点源供水系统由滴灌带、滴头和压力系统组成.试验土槽如图1所示,规格为90cm40cm65cm(长宽高),采用1cm厚的有机玻璃板制作,纵向剖面分A、B、C、D、E、F;在土槽的正面设圆孔24个,其中在距土槽顶部10cm处钻第1行圆孔,安装负压计陶土头.在对应正面圆孔处的背面钻3个并列的小圆孔,安装24个时域反射仪(timedomainreflectometry,TDR;CampbellScientificInc.,Logan,Utah)[13]探头;土槽两侧底部钻有
5、2个排水口;土槽上部5cm的地方不填土.滴灌带安装在紧贴土层的表面,2个点源滴头(与B、E探头陶土头分处同一纵向剖面)间距为45cm,滴灌带进水端与高于试验土槽10m处的水箱之间由供水管道相连,并由阀门控制. 1.2供试土壤 试验用土取自北京市大兴区北臧村镇.为便于室内装填,共分5层取土,每层厚度均为12cm,并用环刀取原状土样,然后在实验室测定其物理性质,各层密度、颗粒组成、初始含水率θ0、饱和含水率θs和田间持水率θfc等指标如表1所示.根据颗粒分析,各层土质较为均匀,参照我国土壤质地分类[1
6、4],试验土壤均为粉壤土.供试土壤经风干、碾碎,过1mm的筛子,经计算适当加水,按原土层含水率、密度分层装入试验土槽,总厚度60cm. 1.3试验方法和观测内容 在试验之前,曾于2011年5月2日和12日试供水,滴头流量分别为1.05L/h和1.5L/h,持续时间分别为5h和4h,滴灌水量分别为5.25L和6L,分别相当于29.17mm和33.33mm.正式试验于2011年5月27日供水,灌水开始时刻为14:10,供水停止时刻为19:10,滴头流量1.5L/h,供水持续时间5h.供水停止后土壤表面继续处于蒸发状态,而室内空气流动缓慢,
7、为模拟田间灌溉的实际情况,在土槽上方设置风扇,以促进空气流动;停止灌水后观测土壤水分再分布.根据土壤各个横剖面及纵剖面的含水率及土壤水势的变化值,计算湿润锋的运移速率. 在土槽背面安装24个TDR探头(A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4等,详见图1),监测频率为10min,监测点源入渗过程中不同时刻不同点位土壤的含水率.TDR测量是基于不同物质的介电常数,包括水(80),空气(1)和土壤颗粒(约8).介电常数计算所用的函数,其自变量为光速、平行棒(插入到被测介质)之间的TDR信号传播时间和平行棒的长度,并通过下式转化为土壤体
8、积含水率: 式中x为缆线检测器的介电常数的校正值.利用张力计测定相应深度的土壤基质势,测量点位如图1所示,与TDR100测量时间同步.张力计由陶土头、水银压力计、除气室等组成(图1).张力计
