黄土高原玉米膜孔沟灌水肥运移动力学及灌水技术指标研究

In order to develop low quota irrigation for loess plateau, which is a typical example of water deficient areas, and develop theory and technology of film hole irrigation, the maize in loess plateau is selected as research object,which is a typical crop in loess plateau. In this study, we are trying to constructe the water movement dynamical model for the maize in loess plateau by using numerical simulation and experiment, which is a systematic, continuous, dynamical model of soil-plant-atmosphere continuum system. Furthermoer, we will study the law for growth status and yield of maize under different conditions of soil and film hole irrigations, and the utilization of ferlilizer under different conditions of soil and film hole irrigations. Finally, the best humid morphology, the optimun water supply quantity and the best fertilizer rate will be carried out. More importantly, All of these studies will improve the theory of film hole irrigation, and provide theoretical support for agricultural water conservation, also a theoretical basis for low quota irrigation of drylands, whose typical example is loess plateau. Therefore, this project is a scientific problem, which both has theoretical value and production of practical significance.

为提高黄土高原低定额灌溉技术水平和发展具有我国特色的局部灌溉理论，本项目以黄土高原典型作物-玉米为研究对象，基于土壤水分溶质动力学和植物生理学理论，在研究膜孔沟灌水分入渗的水肥运移动力学机制与其简化模型；膜孔沟灌湿润体形态与根系发育耦合关系与SPAC系统水分运移动力学模型，玉米生育阶段膜孔沟灌的最佳水肥分布对玉米根系生长、蒸腾发量、产量影响规律、各生育阶段最佳灌水量分配策略；膜孔沟灌大田水流运动模型等的基础上，将其与黄土高原土壤分带特征有机结合，形成一套较完整的膜孔灌溉动力学模型体系，并确定黄土高原不同分区玉米膜孔沟灌的合理灌水技术指标。该研究将形成较为系统膜孔灌沟溉理论，丰富农业水土工程理论体系，为实现以黄土高原为代表的缺水地区低定额灌溉和发展高效节水农业提供理论依据。

针对黄土高原地区农业生产缺水实际，基于土壤水分、溶质运移等理论，深入研究得出了层状和夹层土壤膜孔灌、膜缝灌水分入渗和水分运移动力学机制及其特征，得出在膜孔灌和膜缝灌的灌水量范围内，其入渗与均质土壤没有显著差异，由于其灌水量小，模型参数主要受上层土壤特性控制，利用前期已研究的膜孔灌土壤累积入渗量简化估算模型，可直接估算层状和夹层土壤入渗平均水深，由此构建了完整的膜孔灌和膜缝灌水分入渗模型及参数估算方法。分析了气象因素对ET0的影响，建立了估算ET0双因子简化模型，估算精度较高；利用田间试验和作物生长模型研究了膜孔灌玉米需水规律和节水灌溉制度，得到关中河谷平原区西部地区玉米郑单958和秦龙14合理灌水量和施肥量。根据田间试验资料，分析了水流推进过程，结合数值模拟，确定膜孔灌田面综合糙率系数值为0.09；得出膜孔灌过程中的深层水量损失的范围。提出了黄土高原不同土壤质地的典型区域膜孔畦灌灌水技术要素优化组合，表明膜孔灌宜采用小流量，且须严格控制流量，可获得高的灌水效率和灌水均匀度。研发了土壤水肥运移有限元可视化模拟软件，其能够与田间灌水过程研究的其他相关软件更好地集成，为以后的研究中精细的分析灌水过程水肥运移规律，实现水肥调控提高水肥利用率提供了良好的技术支撑。同时还研究了土壤收缩特性、多因素对土壤入渗与水分特征参数的影响、田间土壤入渗与水分特征参数的空间变异性及尺度标定方法、田间土壤水分稳定性，不同下垫面潜水蒸发昼夜变化特性及土壤水分电磁测定方法，并取得了相应的研究成果。项目较为系统地研究了膜孔灌技术，为实现以黄土高原为代表的缺水地区低定额灌溉和发展高效节水农业提供理论依据。