砂壤土夏玉米地下滴灌土壤水分和湿润峰运移模拟及设计参数优选

摘要

为优化地下滴灌系统,探索适宜的系统设计参数,探究了砂壤土不同滴灌带埋深对土壤水分及湿润峰运移变化规律的影响。首先通过室内试验验证HYDRUS-2D模型模拟土壤水分及湿润峰运移变化的可靠性,其次运用验证后的模型对不同滴灌带埋深下土壤水分及湿润峰运移进行预测,最后将优选的系统设计参数进行田间试验验证。室内试验模拟结果表明,砂壤土滴灌带埋深为20 cm时,整个灌溉过程中湿润峰水平运移速度和垂直下移速度相似,但在灌溉4 h后,湿润峰垂直下移速度高于水平运移速度;在灌溉6 h后,土壤水分运移到土壤表面。通过滴灌带埋深为20 cm时的实测数据对HYDRUS-2D模型进行评价。土壤体积含水量模拟值和实测值R2、ME、RMSE分别为0.98~0.99、0.90~0.93、0.029~0.032 cm3/cm3,湿润峰运移距离的模拟值和实测值R2、ME、RMSE分别为0.96~0.99、0.91~0.96、0.690~2.170 cm,实测值和模拟值的一致性较好。HYDRUS-2D模拟结果表明,滴灌带埋深为20 cm时,土壤水分垂直运移的区域为距地表0~60 cm土层,但水平方向上距滴灌带20~30 cm处的土壤体积含水量较低;滴灌带埋深为30 cm时,在土壤水分平衡后(灌溉结束后3 d),较湿润[含水量>75%FC(田间持水量)]土体距地表5~55 cm;滴灌带埋深为40 cm时,土壤水分能够向上运移到距地表10 cm处,下渗到距地表90 cm处,侧渗到距滴灌带30 cm处,较湿润(含水量>75%FC)土体距地表30~75 cm。田间试验表明,与传统地表滴灌相比,地下滴灌(滴灌带埋深30 cm、铺设间距60 cm)能够增加中下层土壤体积含水量,使夏玉米产量显著提高8.6%。综上,砂壤土夏玉米地下滴灌较适宜的滴灌带埋深和铺设间距分别为30、60 cm。