蓄水坑灌果园根区土壤水分动态与高效利用研究

蓄水坑灌法是适用于我国北方干旱半干旱地区果林灌溉的一种新方法。蓄水坑灌的土壤水分分布具有表层含水量低中深层含水量大的特点，这种土壤水分分布必然会影响果树根系分布、根系吸水、棵间蒸发和水分动态变化。项目拟采用田间试验、理论分析与数值模拟相结合的方法对蓄水坑灌条件下果园根区土壤水分动态和高效利用进行研究。主要内容包括：在田间进行蓄水坑灌棵间蒸发规律研究，揭示蓄水坑灌法的节水机理；进行蓄水坑灌果树根系动态分布和根系动态吸水模型研究，揭示蓄水坑灌法诱导果树根系深扎的特性；进行时间尺度上蓄水坑灌田间水分动态研究，建立蓄水坑灌土壤水分高效利用的计算方法，揭示蓄水坑灌的保水、抗旱机理；考虑灌溉、降雨、蒸发、根系吸水、坑内水位变化过程，建立蓄水坑灌果园根区土壤水分运动三维数学模型，提出蓄水坑灌的合理灌溉模式。研究成果将为果林蓄水坑灌灌溉制度的制定和田间水分管理提供决策依据。

蓄水坑灌法是适用于我国北方干旱半干旱地区果林灌溉的一种新方法。项目采用田间试验、理论分析与数值模拟相结合的方法对蓄水坑灌条件下果园根区土壤水分动态和高效利用进行研究。研究结果为：（1）蓄水坑灌棵间蒸发包括棵间地表和坑壁蒸发两部分，蓄水坑灌棵间地表蒸发强度比地面灌溉小，不同坑深和灌水量条件下的蓄水坑灌棵间地表蒸发没有显著差异，灌后坑壁蒸发强度随时间呈先增大后减小的趋势，在此基础上建立了基于最小二乘支持向量机的蓄水坑灌棵间地表蒸发模型和坑壁蒸发模型。（2）分析了不同天气条件下蓄水坑灌苹果树树干日液流量变化规律，利用液流-微型蒸渗仪、FAO56推荐双作物系数法和水量平衡计算了蓄水坑灌条件下苹果树的蒸发蒸腾量，发现三者结果有较好的一致性。说明用液流-微型蒸渗仪对蓄水坑灌条件下苹果树的蒸发蒸腾量测算具有一定的可行性。（3）地面灌溉和蓄水坑灌（坑深60cm）的根长密度随深度均呈现先增大后减小趋势，地面灌溉根系主要分布在0-110cm范围内，蓄水坑灌果树根系主要分布在0-150cm范围内，蓄水坑灌果树根系在根区中深层60cm-150cm处根长密度明显大于地面灌溉根长密度，是地面灌溉的1.67倍；坑深越深果树根系分布越深，树冠越大根长密度越大。建立根据土壤含水率资料反求根系吸水模型参数的优化模型，采用混合遗传算法对优化模型进行求解，并根据含水率资料确定了蓄水坑灌条件下果树根系吸水模型参数。（4）对蓄水坑灌条件下土壤贮水量分布和动态变化进行分析，在不同时期内的垂向分布均随深度的增加呈先增大后减小趋势，在径向上蓄水坑附近的土壤贮水量较大；地面灌溉条件下土壤贮水量在垂向上随着深度依次递减，在径向土壤贮水量无明显差异；蓄水坑灌条件下各土层土壤贮水量随着时间的变化趋势基本一致，均呈现一定波动性。（5）建立了蓄水坑灌条件下果园三维水分运动数学模型，该模型考虑了根系吸水、地表蒸发、坑壁蒸发以及坑内水位变化过程，采用有限单元法对模型进行求解，采用试验资料进行验证，表明该模型可以用于蓄水坑灌果园土壤水分运动模拟。研究成果可为果林蓄水坑灌灌溉制度的制定和田间水分管理提供决策依据。