东北半干旱区膜下滴灌覆膜起垄对降雨再分配影响研究

Drip irrigation under mulch has been widely used because of its large function of water saving and products increasing. While there is little research about the impact of field water cycles and water ecological environment results from drip irrigation under plastic mulch and ridge forming in present.The mulched and ridged field underlying surface using drip irrigation system will be observed in NE of China. The simulated rainfall and plot experiments will be designed for the research which we focus on the process changing character and main factors of rainfall infiltration, runoff generation and evaporation under 4 different conditions such as flattening field, ridged field, mulched field and ridged-mulched field of respectively. Under the different rainfall process and initial soil moisture content conditions, the rainfall redistribution process under the influence of mulching and ridging will be disclosed by using the mathematical statistics and soil hydrodynamic.The influence of the mulched-ridged width will be discussed. In order to increase the rainfall filtration and decrease the evaporation, the rainfall redistribution model under the mulched-ridged condition will be built by HYDRUS-2D software to find the optimal width of mulching and ridging.The result of research could be the reference for the mulched under irrigation assessment in hydrology and environment influence. It can increase the understanding for water cycling in semi-arid influence by mulched under irrigation in theory. It can provide the technique for the rainwater resources optimal using in practice at the same time.

膜下滴灌因节水增产效益显著在东北半干旱区得到大面积推广，覆膜及起垄改变了农田自然下垫面，将雨水入渗过程从一维转换为二维，影响降雨再分配，但对此过程的影响特征还没有系统研究。针对东北半干旱区玉米膜下滴灌实施对农田水循环的影响问题，研究通过室外模拟降雨试验和小区玉米试验，监测起垄不覆膜、平地覆膜、起垄覆膜及平地4种下垫面的降雨入渗、产流和蒸发过程，定量评价膜下滴灌对农田水平衡要素的影响作用；采用数理统计及土壤水动力学理论，分析覆膜和起垄对降雨入渗及蒸发的影响特性，揭示膜下滴灌对土壤水运移的动力学机制。建立基于HYDRUS-2D的覆膜起垄条件下的降雨再分配数值模拟模型，探讨覆膜及垄沟宽度对降雨再分配的影响，在灌溉和降雨共同作用下，寻求增加入渗、减少蒸发的最优覆膜宽度及垄沟宽度。研究成果将深化膜下滴灌对农田水循环影响的认识，完善膜下滴灌技术要素及农田水分调控理论，并为雨水资源优化利用提供技术支撑。

膜下滴灌在干旱区得到大面积推广，覆膜及起垄改变了农田自然下垫面，将降雨入渗过程从一维转换为二维，影响降雨再分配。针对东北半干旱区玉米膜下滴灌实施对降雨入渗特征的影响问题，研究通过人工降雨土箱试验和农田小区试验，以平整裸地为参照，设置起垄无膜、无垄覆膜、起垄覆膜3个下垫面处理，监测分析降雨在土壤中的入渗及分布特征；建立基于HYDRUS-2D的覆膜起垄条件下的降雨再分配数值模拟模型，探讨覆膜及垄沟宽度对降雨再分配的影响。通过项目的实施，研究得到以下结论。（1）通过双因素方差分析可以看出，降雨量和下垫面处理对入渗量的影响都达到了显著的程度（P<0.05），但下垫面对降雨量的影响程度小于降雨量，且下垫面的影响随着降雨的结束而不断减小，但大部分都达到了显著水平。（2）通过降雨等值线图及入渗量计算结果得出，垄沟在任何降雨条件下都会增加降雨的入渗量。雨量较小时，垄沟汇集雨水并促进土壤储存水分的作用非常显著，但随着雨量的增加，该作用有一定程度的减弱；垄沟有明显促进降雨快速入渗的作用，且此作用随着垄沟宽度的增加而增强；不同垄沟宽度水平下，垄沟越宽，促进降雨向土壤深层入渗发生的时间则越早，入渗量也越大。（3）在雨量小于40mm时，不同覆膜宽度水平的覆膜处理都会促进降雨入渗；而雨量达到40mm及以上时，除了膜间剖面入渗量增多外，受入渗能力限制，总入渗量有所减少；对于不同膜宽水平，当覆膜宽度为40 cm时，膜边和膜中剖面在雨量最多，入渗深度也最大。（4）起垄覆膜处理在垄沟集雨和膜的不透水共同作用下，在雨量（雨强）较小时，窄沟宽膜促进入渗明显，而随着雨量的增加，窄沟宽膜由于入渗通道太少，不能满足入渗要求，需要增加沟宽减少覆膜宽度来促进入渗过程，因此宽沟水平的入渗量较大；随着雨量（雨强）的继续增加，宽沟窄膜依然不能满足入渗速率的要求，产生了产流，入渗水量减少，且小于参照，不再具备增渗作用。该研究对全面评估膜下滴灌的效用，深化膜下滴灌对农田水循环影响的认识，完善膜下滴灌技术要素及农田水分调控理论，并为雨水资源优化利用提供技术支撑。