張國祥，申麗霞，郭云梅

(太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院， 山西 太原 030024)

壓力水頭與土壤容重對微潤灌溉水分入滲的影響

張國祥，申麗霞，郭云梅

(太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院， 山西 太原 030024)

為探究微潤灌溉條件下水分在不同壓力水頭、不同容重土壤中的入滲情況，通過室內(nèi)土箱模擬試驗(yàn)，分別設(shè)置h=2.0、1.5、1.0 m的壓力水頭，土壤容重γ分別為1.20、1.30、1.40 g·cm-3，測定累計(jì)入滲量、濕潤鋒及土壤含水率3個指標(biāo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水分累計(jì)入滲量與壓力水頭為正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重為負(fù)相關(guān)關(guān)系；微潤管在空氣和地埋出流情況下的流量與壓力水頭均為線性增函數(shù)關(guān)系，相同壓力下，微潤管的空氣出流量明顯大于地埋流量,微潤灌溉系統(tǒng)更適宜采用地下埋管方式；濕潤鋒是以微潤管為中心的近似圓形，水平運(yùn)移距離與垂直向下運(yùn)移距離均大于垂直向上運(yùn)移距離，重力對微潤灌條件下水分運(yùn)移有一定的作用，但該作用隨著土壤容重的增加逐漸減?。粷駶欎h運(yùn)移距離與時間的關(guān)系近似為冪函數(shù)關(guān)系,入滲指數(shù)約為0.5；土壤容重越大，水分在土壤中的入滲速率越小，土壤對水分的蓄持能力越弱；經(jīng)計(jì)算，微潤灌溉的灌水均勻性符合要求。

微潤灌溉；壓力水頭；土壤容重；水分入滲

作為一項(xiàng)全新的節(jié)水灌溉技術(shù)，微潤灌溉是充分利用半透膜的特殊性能，借助一定的壓力水頭，以連續(xù)出流方式為作物根區(qū)適時、適量地提供水分，使周圍土壤始終保持濕潤狀態(tài)，從而達(dá)到灌溉目的。微潤灌溉的設(shè)備投資低，結(jié)構(gòu)簡單，不消耗動力，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，可以有效地降低農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本[1]。與滴灌、微噴灌及噴灌等其他高效節(jié)水灌溉措施相比，可調(diào)節(jié)水頭控制土壤水勢，滿足作物不同生長階段土壤水分需求，實(shí)現(xiàn)對作物水、肥、氣、熱的精準(zhǔn)控制，具有更節(jié)水、節(jié)能、增產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2]。

微潤灌灌水器的出流量主要受壓力、土壤容重及質(zhì)地影響。由于微潤灌溉只依靠低壓作為驅(qū)動力實(shí)現(xiàn)灌溉，而不需要消耗其他能量，故壓力水頭對微潤管出流及水分在土壤中的入滲過程具有重要影響。隨著壓力水頭的增加，入滲界面處壓力勢也隨之增大，有利于增大土壤入滲作用，因而，相同入滲時間內(nèi)濕潤鋒水平和垂向運(yùn)移距離隨著壓力水頭的增大而增大[3]。容重作為重要的土壤參數(shù)之一，它反映了土壤堅(jiān)實(shí)度和孔隙度的大小，對土壤的透氣性、入滲性能、持水能力、溶質(zhì)遷移特征以及土壤的抗侵蝕能力都有非常大的影響[4]。研究表明，導(dǎo)水率與土壤粘性呈正比，濕潤鋒運(yùn)移距離隨著土壤容積密度增大而減小[5]；而同一質(zhì)地的土壤，其水分入滲率會隨容重的增大而減小，因?yàn)殡S土壤容重的增加，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)喪失、土壤孔隙減小、土壤變得緊密堅(jiān)實(shí)導(dǎo)致入滲能力降低[6]。

目前國內(nèi)外學(xué)者對不同灌溉方式下土壤水分運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行的研究，主要集中在土壤水分運(yùn)移的數(shù)值模擬和入滲模型的解析方面[7-10]。而關(guān)于微潤灌溉的研究，則集中于對水分入滲影響因素的分析及入滲模型的建立上，而關(guān)于微潤管地埋與空氣出流兩種方式的流量對比試驗(yàn)，以及壓力與土壤容重對灌溉參數(shù)影響的研究尚不充分。故本試驗(yàn)通過室內(nèi)土箱模擬試驗(yàn)，探究壓力與土壤容重對微潤灌水分入滲的影響，得出相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，以期為微潤灌溉技術(shù)的進(jìn)一步推廣提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤取自山西省太原市尖草坪區(qū)芮城村。將土自然風(fēng)干、碾壓后均勻混合，并過2 mm孔徑篩。用MS2000型激光分析粒度儀測定，不同粒徑級0.02 mm

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置主要由活動支架、馬氏瓶、水室、輸水管、微潤管、土箱及閥門組成?；顒又Ъ転楦叨瓤烧{(diào)節(jié)的鐵支架，高約2 m，上部水平。馬氏瓶與水室由有機(jī)玻璃管制成，內(nèi)徑均為100 mm，兩者通過一根帶有閥門的硬管連接，馬氏瓶上標(biāo)有刻度，試驗(yàn)時通過讀取刻度變化計(jì)算耗水量；水室中裝有定量的水，其液面與微潤管之間的高差即為所需壓力水頭，馬氏瓶內(nèi)部通過一根細(xì)玻璃管與大氣連通，玻璃管下端與水室中液面齊平，用以維持水室中水位恒定。作為該技術(shù)的核心部件，微潤管是具有雙層結(jié)構(gòu)的軟管狀給水器，內(nèi)層為厚度0.06 mm的特制半透膜，其表面采用化學(xué)溶解方式，形成均勻而密集的微孔，孔密度約為10萬個·cm-2[11]。本次試驗(yàn)所用輸水管為φ16黑色PE管，微潤管長度均為1 m，內(nèi)徑為16 mm，壁厚1 mm，均由深圳市微潤灌溉技術(shù)有限公司提供。土箱由有機(jī)玻璃板制成，尺寸為100 cm×40 cm×40 cm(長×寬×高)，在其兩個側(cè)面中心位置各開一個直徑為18 mm的圓孔。

圖1 試驗(yàn)裝置圖

Fig.1 Schematic of experimental equipment

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行。

微潤管空氣出流試驗(yàn)：將微潤管水平置于空氣中，一端通過輸水管與水室連接，將水室水位調(diào)至特定高度(與微潤管垂直距離分別為2、1.75、1.5、1.25、1、0.75、0.5、0.25 m)，打開所有閥門，趕出管內(nèi)全部空氣后，將微潤管另一端用堵頭堵死，記錄馬氏瓶當(dāng)前刻度，每隔2 h記錄一次刻度，共觀測24 h。

微潤管地埋試驗(yàn)：為排除其他影響入滲的因素的干擾，本試驗(yàn)采用控制其他因素不變，研究某一因素對入滲影響的方法。試驗(yàn)設(shè)置了不同土壤容重γ(1.20、1.30、1.40 g·cm-3)和不同壓力水頭h(2.0、1.5、1.0 m)2個因素，共5組試驗(yàn)。試驗(yàn)前根據(jù)所需容重稱取一定量土樣，按每層5 cm厚度振搗，層間打毛，以確保土壤充分接觸。裝土厚度為20 cm時鋪設(shè)微潤管，使其穿過兩個對稱圓孔，一端與輸水管相連。待土箱裝滿后，土體表面用塑料膜覆蓋，防止外界水滴入及水分蒸發(fā)。打開所有閥門，將水室中水位調(diào)至所需高度(與微潤管的垂直距離分別為2.0、1.5、1.0 m)并趕出管內(nèi)全部空氣后，用堵頭將微潤管另一端封閉，同時開始記錄馬氏瓶刻度。前12 h內(nèi)每隔2 h記錄1次馬氏瓶刻度，此后每隔12 h記錄1次馬氏瓶刻度，并用筆在土箱穿管側(cè)面上描繪濕潤鋒位置。入滲192 h后關(guān)閉直通閥門，記下馬氏瓶刻度，根據(jù)內(nèi)徑計(jì)算耗水量。將不同時刻的濕潤鋒用Auto CAD描繪至計(jì)算機(jī)中，以濕潤體橫剖面左右方向的1/2(水平向右)為研究對象，記濕潤體水平向右運(yùn)移距離為X，垂直向上運(yùn)移距離為Y+，垂直向下運(yùn)移距離為Y-。用內(nèi)徑為1 cm的土鉆在濕潤體橫剖面垂直向上、垂直向下、水平向右三個方向，從濕潤鋒到微潤管處垂直橫剖面等間距各取5個土樣，取土深度為10 cm。共測定三個橫剖面，取平均值，用烘干法計(jì)算上述土壤含水率。

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，上述每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 壓力對微潤管空氣出流及地埋出流的影響

2.1.1 壓力對微潤管空氣出流的影響 通過微潤管的空氣出流試驗(yàn)，可以直觀地觀察其出流的過程，為探究微潤灌灌水器的水力性能及地表鋪設(shè)管帶方式提供理論參考。

將微潤管在不同壓力下的流量進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)二者之間的關(guān)系為：

q=110.16h+30.2

式中，q為流量(mL·h-1)；h為壓力水頭(m)。

可見在空氣出流條件下，微潤管流量與壓力為線性關(guān)系，而區(qū)別于其他微管灌水器的冪函數(shù)關(guān)系[12]。

圖2 微潤管流量與壓力水頭關(guān)系

Fig.2 Relationship between pressure heads and discharge of moistube

2.1.2 壓力對微潤管地埋出流的影響 在土壤容重為1.30 g·cm-3水平下，各壓力水頭的水分累計(jì)入滲量如圖3所示?？梢钥闯?，累計(jì)入滲量隨時間的變化關(guān)系近似為線性關(guān)系，分別對其進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，壓力水頭h分別為2.0、1.5、1.0 m的趨勢線斜率分別為61.984、45.483、32.501，對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.9934、0.9952、0.9989，均為顯著相關(guān)。說明入滲量與時間的變化關(guān)系為線性增函數(shù)，在該容重下三種壓力水頭的入滲率分別為61.984、45.483、32.501 mL·h-1·m-1。壓力越大，水分入滲速率越快。壓力水頭與流量之間關(guān)系如圖4所示，近似為線性增函數(shù)。

圖3 不同壓力水頭下累計(jì)入滲量隨時間變化

圖4 地埋微潤管流量與壓力水頭的關(guān)系

Fig.4 Relationship between pressure heads and discharge of buried moistube

水分入滲速率隨壓力的增大而增大是因?yàn)殡S著入滲水頭的增加，入滲界面壓力勢增大，有增大導(dǎo)水率的作用，增大了入滲速率；另一方面，入滲水頭的增加又使得入滲界面土壤骨架變形而不斷地密實(shí)，導(dǎo)水率減小，使入滲速率有減小的趨勢。入滲速率正是在兩種作用彼此消長之下，隨壓力水頭的變化呈現(xiàn)出相對平穩(wěn)與顯著性變化的交替變化趨勢[13]。此外供水壓力越大，飽和區(qū)水流壓力勢就越大，達(dá)到穩(wěn)定入滲階段時總的土水勢梯度越大，入滲率越大，反映到累計(jì)入滲曲線上，則表現(xiàn)為曲線斜率隨壓力水頭的增大而增大[14]。實(shí)際生產(chǎn)中宜根據(jù)不同作物種類、不同土壤質(zhì)地選擇合適的壓力水頭，以更大發(fā)揮微潤灌溉技術(shù)的節(jié)水效益。

本試驗(yàn)在探究壓力水頭對微潤管出流影響的同時，更加側(cè)重于分析在空氣和地埋條件下微潤管出流的異同。通過對比發(fā)現(xiàn)，相同壓力下，微潤管在空氣中的流量要明顯大于地埋流量，且壓力越大這種差異越明顯。這可能是因?yàn)榈芈袂闆r下，微潤管被土壤包裹，滲出膜外的水分在有限的基質(zhì)勢下，并不能及時地擴(kuò)散出去，減小了膜內(nèi)外的水勢梯度，從而抑制了水分的出流?？梢娤啾扔诘乇恚櫣喔认到y(tǒng)更宜采用地下埋管方式，以更大程度提高灌溉水的利用效率。

2.2 土壤容重對累計(jì)出流量的影響

圖5為2 m壓力水頭下，各容重等級的土壤水分累計(jì)入滲量隨時間的變化關(guān)系?？梢钥闯?，入滲量隨時間的變化關(guān)系近似為線性關(guān)系，分別對其進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，容重γ分別為1.20、1.30、1.40 g·cm-3的趨勢線斜率分別為78.994、61.984、40.443，對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.9949、0.9898、0.9914，均為高度相關(guān)。說明入滲量與時間的變化關(guān)系為線性增函數(shù)，微潤管在各種容重的土壤中均為均勻出流，且在該水頭下三種容重水平的入滲率分別為78.994、61.984、40.443 mL·h-1·m-1。土壤容重越大，水分入滲越慢，這與以往的研究結(jié)果一致。

出現(xiàn)以上規(guī)律的原因在于，土壤孔隙是土壤水分運(yùn)動的空間，孔隙度的大小直接影響著土壤的導(dǎo)水特性。大孔隙是水分流動的主要通道，水分的移動能力、運(yùn)動狀態(tài)受土壤較大尺度孔隙含量及分布狀況的直接影響。土壤的孔隙度是土壤容重的函數(shù)，因此土壤容重就成為影響土壤導(dǎo)水特性的重要因素[15-16]。容重越大，土壤被壓實(shí)地越緊密，內(nèi)部的孔隙率，尤其是大孔隙率越小，水分在土壤中的運(yùn)動通道越小，入滲受阻，故入滲率減小。

圖5 不同土壤容重下累計(jì)入滲量隨時間變化

Fig.5 Change of accumulative infiltration with time under different soil bulk density

2.3 土壤容重對濕潤鋒形狀的影響

與傳統(tǒng)滴灌表現(xiàn)出來的上小下大型不同，微潤灌的濕潤鋒是以微潤管為中心的近似圓形，如圖6為容重γ=1.30 g·cm-3時濕潤鋒隨時間的變化圖，說明濕潤體是以微潤管為中心的近似圓柱體。從圖中可以看出，隨著灌水時間的延長，濕潤體橫剖面的半徑在不斷增大，但相同時間內(nèi)濕潤半徑增大的幅度在不斷減小，即濕潤鋒的擴(kuò)展速度在減緩。灌水結(jié)束時，水平運(yùn)移距離與垂直向下運(yùn)移距離相差較小，但均大于垂直向上運(yùn)移距離，且土壤容重分別為1.20、1.30、1.40 g·cm-3的垂直向下運(yùn)移距離比垂直向上運(yùn)移距離分別大8.28%、6.00%、3.10%。

圖6 不同時刻的濕潤鋒/cm

Fig.6 Wetting front of different time

濕潤鋒形狀為近似圓形，說明微潤灌溉過程為典型的非飽和土壤入滲過程，土壤基質(zhì)勢在水分入滲時起到?jīng)Q定性作用。灌水結(jié)束時濕潤鋒的運(yùn)移仍未停止，此結(jié)論區(qū)別于謝香文等[17]的試驗(yàn)結(jié)果，即在灌水10 d后，濕潤鋒基本停止發(fā)展，這可能是因?yàn)樗粗须s質(zhì)堵塞微潤管微孔所致。不同方向運(yùn)移距離出現(xiàn)差異，且該差異隨容重的增大而減小，則是因?yàn)槌寥阑|(zhì)勢外，重力對水分在土壤中的運(yùn)移過程也有一定的作用，濕潤鋒的運(yùn)移過程在二者彼此消長中進(jìn)行。隨著土壤容重的增加，基質(zhì)勢在水分入滲過程中所起的作用相對越來越大，相反重力的作用相對越來越小，故各方向運(yùn)移距離之間的差異呈減小趨勢。

2.4 土壤容重對濕潤鋒運(yùn)移距離及速率的影響

通過圖7不難看出，隨時間推移，濕潤鋒運(yùn)移距離均呈增大趨勢。隨著土壤容重的增大，濕潤體的范圍逐漸減小，同一時刻各方向的濕潤鋒運(yùn)移距離在逐漸減小，說明土壤容重越大，濕潤鋒運(yùn)移速率越慢，這是因?yàn)橥寥浪秩霛B過程中大孔隙及傳導(dǎo)孔隙是水分流動的主要通道[18]，而土壤容重是反映土壤緊密程度的一個重要指標(biāo)，它直接影響著土壤的孔隙狀況[19]。隨著土壤容重的增大，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變得緊密，內(nèi)部空隙減小，阻礙了水分在空隙中的入滲，故濕潤鋒的運(yùn)移速率減慢。而根據(jù)宋自影等[20]的研究，土壤容重越大，水分入滲的速度越慢，進(jìn)而導(dǎo)致土壤內(nèi)部的壓力值變化也比較慢，即壓力差越小，推動濕潤鋒運(yùn)移的驅(qū)動力減小，也使得運(yùn)移速率降低。此結(jié)論與薛萬來等[3]的研究結(jié)果一致。

圖7 不同方向濕潤鋒運(yùn)移距離隨時間變化

Fig.7 Change of wetting front’s movement distance of different direction with time

各土壤容重下的不同方向濕潤鋒運(yùn)移距離與時間t的關(guān)系均近似為冪函數(shù)關(guān)系，即X與t、Y±與t符合X=atb、Y±=atb，其中a為入滲系數(shù)，表征的是濕潤鋒在首個單位時間末的運(yùn)移距離，b為入滲指數(shù)。對各曲線進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)二者高度相關(guān)，擬合結(jié)果見表1。各方向的入滲系數(shù)a均隨著容重的增大而減小，而入滲指數(shù)b則無明顯變化，且基本穩(wěn)定在0.5左右。這為微潤灌溉系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

表1 濕潤鋒運(yùn)移距離與時間的擬合結(jié)果

對以上擬合結(jié)果進(jìn)行求導(dǎo)，即得到水分在不同容重土壤中的運(yùn)移速率與時間的變化關(guān)系，如圖8為垂直向下方向的濕潤鋒運(yùn)移速率與時間的變化關(guān)系圖?？梢钥闯觯\(yùn)移速率與時間t仍為冪函數(shù)關(guān)系，但為減函數(shù)，說明濕潤鋒的運(yùn)移速率均隨時間逐漸減小。這是因?yàn)樵谌霛B初期，濕潤半徑較小，濕潤鋒處土壤含水率較高，濕潤鋒兩側(cè)水勢梯度較大，水吸力大，濕潤鋒推進(jìn)速率較快；隨著灌水時間的推移，濕潤半徑越來越大，濕潤鋒處的土壤含水率卻越來越小，其兩側(cè)水勢梯度相應(yīng)減小，水吸力小，故濕潤鋒推進(jìn)速率減慢。

濕潤鋒推進(jìn)速率在灌水約10 h前變化明顯，灌水約40 h后運(yùn)移速率均下降到0.1 cm·h-1以下。三個容重水平的運(yùn)移速率有：1.20 g·cm-3>1.30 g·cm-3>1.40 g·cm-3，但總體相差不大，初始推進(jìn)速率依次為0.7273、0.6287、0.5686 cm·h-1。

圖8 濕潤鋒運(yùn)移速率隨時間變化

Fig.8 Change of wetting front's movement velocity with time

2.5 容重對土壤水分分布的影響

各方向土壤含水率的分布情況大致相同，如圖9為三個容重水平的土樣在灌水結(jié)束時垂直向下方向的土壤含水率分布圖。可以看出，從微潤管附近到濕潤鋒，土壤含水率均隨運(yùn)移距離的增大呈線性下降趨勢，且保持在9%～24%之間，說明土壤含水率與運(yùn)移距離之間有著良好的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤容重越大，同一取樣點(diǎn)的含水率越小。這也說明，隨著土壤容重的增大，水分在土壤中的入滲越來越困難，同時土壤對水分的蓄持能力越來越弱，這與李卓、吳普特等[21]的研究結(jié)果一致。

注：1～5依次為從微潤管附近到濕潤鋒處等間距的5個取樣點(diǎn)。

Note: 1～5 are the five equidistant sampling points from nearby moistube to wetting front one by one.

圖9 不同容重土壤含水率分布

Fig.9 Distribution of water content under different soil bulk density

作為衡量灌水質(zhì)量的重要指標(biāo)，灌水均勻性常用于評價灌溉系統(tǒng)的優(yōu)劣，一般采用克里斯琴森(Christiansen)均勻系數(shù)來評價土壤水分的灌水均勻性，即：

三種容重條件下灌水均勻系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 土壤含水率及灌水均勻系數(shù)

根據(jù)現(xiàn)行《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》[22]中的規(guī)定，Cu須滿足Cu>70%，從上表可知，微潤灌溉系統(tǒng)符合灌水均勻性要求。

除灌水均勻度外，還可用配水均勻度Du來評價灌溉水在田間的實(shí)際均勻狀態(tài)。灌水均勻度是設(shè)計(jì)時擬定的值，而配水均勻度才是灌溉系統(tǒng)的后驗(yàn)值，且配水均勻度更加重視最不利灌水處土壤水分分布狀況的評價，對作物生長的影響更大，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的意義也更明顯[23]。其計(jì)算公式為：

經(jīng)計(jì)算，土壤容重為1.20、1.30、1.40 g·cm-3的配水均勻度分別為80.5%、77.6%、77.9%。

3 討論與結(jié)論

自微潤灌溉技術(shù)提出以來，不少專家、學(xué)者對其進(jìn)行了不同方面的試驗(yàn)研究，本文通過室內(nèi)試驗(yàn)，探究微潤灌溉條件下水分在不同壓力下的入滲情況，測定累計(jì)入滲量、濕潤鋒和土壤含水率在不同土壤容重條件下的異同，得出以下主要結(jié)論：

1) 微潤管在空氣出流情況下的流量q與壓力水頭h為線性增函數(shù)，且二者之間關(guān)系為q=110.16h+30.2，這與朱燕翔[24]、祁世磊[25]等的結(jié)論基本一致，但不同于竇超銀等[26]的結(jié)論，即微潤管的流量與壓力水頭為冪函數(shù)關(guān)系，且二者關(guān)系為q=130.4H0.84，此結(jié)論尚需進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。微潤管在地埋條件下的流量與壓力水頭呈線性正相關(guān)關(guān)系，相同水頭下，其在空氣中的流量要明顯大于地埋流量。以往研究認(rèn)為，流態(tài)指數(shù)反映了灌水器內(nèi)水流的流態(tài)，較小的流態(tài)指數(shù)有利于提高灌溉系統(tǒng)的灌水均勻度和降低系統(tǒng)造價。綜合以上兩種結(jié)果，微潤灌灌水器的流態(tài)指數(shù)要略大于其他灌水器，但這并未影響微潤灌溉技術(shù)優(yōu)良的節(jié)水性能。

2) 不同土壤容重條件下，水分累積入滲量與時間的變化關(guān)系為線性增函數(shù)，且土壤容重越大，水分入滲越慢。濕潤鋒水平運(yùn)移距離與垂直向下運(yùn)移距離相差較小，但均大于垂直向上運(yùn)移距離，重力對水分在土壤中的運(yùn)移過程有一定的作用，但隨著土壤容重的增加，該作用逐漸減??；土壤容重越大，濕潤鋒運(yùn)移越慢，各土壤容重下的不同方向濕潤鋒運(yùn)移距離與時間t的關(guān)系均近似為冪函數(shù)關(guān)系，入滲指數(shù)約為0.5；灌水約10 h前濕潤鋒運(yùn)移速率下降較快，約40 h后運(yùn)移速率下降到0.1 cm·h-1以下。從微潤管附近到濕潤鋒，土壤含水率均隨濕潤半徑呈線性下降趨勢；土壤容重越大，同一取樣點(diǎn)的含水率越小；微潤灌溉系統(tǒng)的灌水均勻性符合相關(guān)規(guī)定。

[1] 何玉琴，成自勇，張 芮，等.不同微潤灌溉處理對玉米生長和產(chǎn)量的影響[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012,33(4):566-569.

[2] 邱照寧，江培福，肖 娟，等.微潤管空氣出流及制造偏差試驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉，2015,(3):12-14.

[3] 薛萬來，牛文全，羅春艷，等.微潤灌溉土壤濕潤體運(yùn)移模型研究[J].水土保持學(xué)報，2014,28(4):49-54.

[4] 呂 剛，吳祥云.土壤入滲特性影響因素研究綜述[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2008,24(7):494-499.

[5] 牛文全，張 俊，張琳琳，等.埋深與壓力對微潤灌濕潤體水分運(yùn)移的影響[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013,44(12):128-134.

[6] 李 卓，吳普特，馮 浩，等．容重對土壤水分入滲能力影響模擬試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009,25(6):40-45.

[7] Bhatnagar P R, Chauhan H S. Soil water movement under single surface trickle source[J]. Agricultural Water Management, 2008,95(7):799-808.

[8] Gardenas A I, Hopmans J W, Hanson B R, et al. Two-dimensional modeling of nitrate leaching for various fertigation scenarios under micro-irrigation[J]. Agricultural Water Management, 2005,74(3):219-242.

[10] Neelam Patel. Dynamics and modeling of soil water under subsurface drip irrigated onion[J]. Transactions of the CSAE, 2008,95(12):1335-1349.

[11] 張 俊，牛文全，張琳琳，等.微潤灌溉線源入滲濕潤體特性試驗(yàn)研究[J].中國水土保持科學(xué)，2012,10(6):32-38.

[12] 張 琛，朱德蘭，李嵐斌，等.星形微管灌水器水力性能試驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉，2010,(8):11-17.

[13] 馬娟娟，孫西歡，李占斌．入滲水頭對土壤入滲參數(shù)的影響[J].灌溉排水學(xué)報，2004,23(5):53-55.

[14] 李海燕.供水壓力對地下點(diǎn)源水分入滲過程的影響研究[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2007,5(4):301-304.

[15] 呂殿青，邵明安，潘 云.容重變化與土壤水分特征的依賴關(guān)系研究[J].水土保持學(xué)報，2009,23(3):209-216.

[16] 吳繼強(qiáng)，張建豐，高 瑞．大孔隙對土壤水分入滲特性影響的物理模擬試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009,25(10):13-18.

[17] 謝香文，祁世磊，劉國宏，等.地埋微潤管入滲試驗(yàn)研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014,51(12):2201-2205.

[18] 傅 斌，王玉寬，朱 波，等．紫色土坡耕地降雨入滲試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008,24(7):39-43．

[19] 趙勇鋼，趙世偉，曹麗花，等．半干旱典型草原區(qū)退耕地土壤結(jié)構(gòu)特征及其對入滲的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008,24(6):14-20．

[20] 宋自影，王 飛.水分入滲對土壤內(nèi)部綜合壓力影響的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012,(7):191-195.

[21] 李 卓，吳普特，馮 浩，等.容重對土壤水分蓄持能力影響模擬試驗(yàn)研究[J].土壤學(xué)報，2010,47(4):611-620.

[22] 李英能，黃修橋，沈秀英，等.SL207-98.節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，1998.

[23] 宰松梅，仵 峰，溫 季，等.大田地下滴灌土壤水分分布均勻度評價方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009,25(12):51-57.

[24] 朱燕翔，王新坤，程 巖，等.半透膜微潤管水力性能試驗(yàn)的研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2015,(5):23-30.

[25] 祁世磊，謝香文，邱秀云，等.低壓微潤帶出流與入滲試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報，2013,32(2):90-92.

[26] 竇超銀，李春龍，李光永，等.吸力式微潤灌水器水力特性試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報，2012,31(4):83-86.

Effect of pressure heads and soil bulk density on water infiltration under moistube irrigation

ZHANG Guo-xiang, SHEN Li-xia, GUO Yun-mei

(CollegeofWaterConservancyandEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan,Shanxi030024,China)

In order to investigate the relationship between water's infiltration and different pressure heads and bulk density under moistube irrigation, treatmenst of three pressure heads (2.0、1.5、1.0 m) and three bulk density (1.20, 1.30,1.40 g·cm-3) were conducted by soil culture experiments. Three indicators, accumulative infiltration, wetting front and soil water content were measured. The result revealed that the accumulative infiltration of water was positively related with pressure heads, but negatively with soil bulk density. The discharge of moistube was linearly related with pressure heads under air and burying. The wetting front was an approximate circle with a moistube centre. The horizontal movement distance and the vertical upward movement distance were larger than the vertical downward movement, and gravity had certain effect on water movement under moistube irrigation. However, the effect was weaker and weaker with the increasing soil bulk density.

moistube irrigation; pressure heads; soil bulk density; water infiltration

1000-7601(2017)04-0067-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.11

2016-04-20

國家自然科學(xué)基金(31271645)；山西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20140311007-4)

張國祥(1991—)，男，河北衡水人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉技術(shù)。 E-mail:1101960669@qq.com。

申麗霞(1968—)，女，山西長子人，教授，主要從事水肥資源高效利用研究。 E-mail: shenlixia919@sohu.com。

S274

A