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Evaluation of irrigation water salinity and leaching fraction on the water productivity for crops

International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2020年第1期13卷 170-177页

作者： Songrui Ning Beibei Zhou Quanjiu Wang wanghai tao State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China Xi’an University of TechnologyXi’an 710048China

In arid and semi-arid irrigated croplands,the excessive accumulation of soluble salts in the root zone is an extensive problem that seriously limits crop yield and water productivity(WP).To avoid affects the yield potential of crops,the application of extra irrigation for leaching of excessive salts from the root zone was *** knowledge of effects of the irrigation water salinity and leaching fraction(LF)on the relative yield(RY)and the unit water productivity of crop evapotranspiration(UWPET)and the unit water productivity of irrigation water(UWPI)were becoming gradually *** article provided theoretical models for estimating the UWPs(UWPET and UWPI)and optimizing leaching fraction according to irrigation water *** the present study,eight levels of irrigation water salinity(ECw=0.25,0.50,0.75,1,2,3,4,and 5 dS/m)and 39 levels of LF values ranging from 0.04 to 0.80 were set and tested to assessing their effects on the RY and UWPs for four typical crops(barley,bean,wheat,and maize)with different salt tolerance *** every curve determined between the UWPs and LFs for the four crops had an inflection *** was indicated that the UWPET and UWPI could be maximized by optimizing the LF under different irrigation water ***,the linear regression relationships were established to estimate the maximum values of UWPs and their corresponding optimal LFs for four crops by using the irrigation water ***,the theoretical models for estimating the UWPs were validated by data of wheat from previous literature,and the models could be suitable with acceptable relative errors when LFs ranging from 0.07 to 0.17.

关键词： irrigation water salinity leaching fraction salt-tolerant crop salt stress crop yield water productivity

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坡地产流产沙规律数值模拟研究

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水土保持学报 2016年第1期30卷 54-57页

作者：陶汪海吴军虎西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地西安710048 中科院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

联立并求解降雨入渗模型、坡面产流模型及泥沙输运模型,并利用matlab编写模型计算程序,模拟计算了坡地的产流产沙过程。通过野外模拟降雨试验数据与模型计算值之间的对比验证了模型的可靠性,最后利用模型模拟了在不同雨强、坡度、坡长... 详细信息

联立并求解降雨入渗模型、坡面产流模型及泥沙输运模型,并利用matlab编写模型计算程序,模拟计算了坡地的产流产沙过程。通过野外模拟降雨试验数据与模型计算值之间的对比验证了模型的可靠性,最后利用模型模拟了在不同雨强、坡度、坡长及土壤前期含水率条件下的坡面出口处的单宽流量、含沙率、总产沙量及坡面平均流速、平均水深的变化规律。结果表明:雨强及坡长的增大均会导致产流量及产沙量的显著增大;坡度的增大会导致产流量减小,而产沙量则出现先增大再减小的规律;土壤前期含水率的增大会导致产流量及产沙量有一定程度增大,但影响并不显著。

关键词：降雨入渗降雨径流径流产沙数值模拟

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羧甲基纤维素钠对土壤团粒结构及水分运动特性的影响

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农业工程学报 2015年第2期31卷 117-123页

作者：吴军虎陶汪海王海洋王全九中科院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨陵712100 西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地西安710048

土壤改良剂的应用研究对改善土壤环境,促进作物生长有着重要意义。该文通过向土壤中添加不同质量的羧甲基纤维素钠(sodium carboxyl methyl cellulose,简称CMC),研究了不同含量的CMC对土壤团粒结构及水分运动的影响。结果表明:随着CMC... 详细信息

土壤改良剂的应用研究对改善土壤环境,促进作物生长有着重要意义。该文通过向土壤中添加不同质量的羧甲基纤维素钠(sodium carboxyl methyl cellulose,简称CMC),研究了不同含量的CMC对土壤团粒结构及水分运动的影响。结果表明:随着CMC含量的增大,土壤水稳性团聚体含量增大,土壤分形维数减小,土壤黏粒和粉粒比例减少,砂粒比例增多,黏粒和粉粒均与土壤分形维数呈正相关关系,砂粒与分形维数呈负相关关系,黏粒含量对土壤分形维数影响最为显著,土壤中<0.1 mm的颗粒含量减少,而≥0.1 mm的颗粒含量均有不同程度的增加;随CMC含量的增大,土壤的入渗能力减弱,稳定入渗率显著减小,Philip公式中吸渗率减小,Kostiakov公式中的经验系数减小,经验指数增大;随着CMC含量的增大,土壤的持水能力增强,van Genuchten公式中土壤滞留含水率、饱和含水率及与进气值相关的系数均有所增大,形状系数逐渐减小。该研究对可为CMC的田间土壤改良应用提供理论依据。

关键词：土壤水分土壤改良剂羧甲基纤维素钠团粒结构分形维数

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添加γ-聚谷氨酸减少土壤水分深层渗漏提高持水能力

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农业工程学报 2015年第23期31卷 94-100页

作者：史文娟梁嘉平陶汪海谭帅王全九西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地(西安理工大学) 西安710048 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid,γ-PGA)是一种高分子聚合物,具有超强的吸水能力和生物降解性。为探明γ-PGA在土壤改良方面的应用及对土壤水分运动的影响,该文基于室内垂直一维入渗土柱试验,研究了不同γ-PGA施量配比(0、0.5%、1%... 详细信息

γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid,γ-PGA)是一种高分子聚合物,具有超强的吸水能力和生物降解性。为探明γ-PGA在土壤改良方面的应用及对土壤水分运动的影响,该文基于室内垂直一维入渗土柱试验,研究了不同γ-PGA施量配比(0、0.5%、1%、2%、4%)对土壤水分入渗及持水特性的影响。结果表明:与对照组相比,添加4%的γ-PGA的累积入渗量、入渗率和湿润锋分别减少了57.95%、53.89%、59.58%;四种入渗模型参数的模拟结果显示,与对照组相比,随着γ-PGA施量的增加,Kostiakov公式中的经验系数从0.808减小到0.538,经验指数从0.530增大到0.623;Philip入渗公式中的吸渗率从0.704减小到0.292;Green-Ampt公式中,饱和导水率从0.0043减小到0.0011 cm/min,湿润区有效的土壤水扩散率从1.19减小到0.16 cm^2/min,湿润锋处的土壤水吸力无明显变化;垂直一维入渗代数模型中,饱和导水率从0.0044减小到0.001 cm/min,非饱和土壤吸力分配系数和土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数均无明显变化趋势。土壤的持水特性结果表明:随着γ-PGA施量的增加,土壤饱和含水率增加,且与对照相比,表层土壤(0~10 cm土层)的含水率呈显著增加趋势,深层土壤(≥10~40 cm土层)的含水率则呈减小趋势。同时,湿润土层的厚度逐渐减小,说明γ-PGA不仅可增强土壤的持水能力,而且还可改变土壤剖面水分的分布形态,使更多水分蓄积在作物根区土层区域。该研究为γ-PGA的田间土壤改良及应用提供了理论支撑。

关键词：土壤水分入渗 γ-聚谷氨酸入渗特性土壤持水特性

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基于RUSLE模型因子的坡地土壤硝态氮地表径流流失经验公式

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水土保持学报 2018年第2期32卷 19-26页

作者：唐湘伟王全九陶汪海西安理工大学水利水电学院西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地西安710048 中科院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

为了方便有效地预测坡地土壤养分流失,以硝态氮流失为研究对象,根据大量国内外文献资料中的试验数据,通过修正通用土壤流失方程,研究分析硝态氮地表径流流失的特征和影响因素,初步建立了坡地土壤硝态氮地表径流流失预测经验公式。结果表... 详细信息

为了方便有效地预测坡地土壤养分流失,以硝态氮流失为研究对象,根据大量国内外文献资料中的试验数据,通过修正通用土壤流失方程,研究分析硝态氮地表径流流失的特征和影响因素,初步建立了坡地土壤硝态氮地表径流流失预测经验公式。结果表明:硝态氮流失量与五大影响因子之间均呈幂函数正相关关系。利用相关资料对经验公式预测准确性进行检验得出,硝态氮流失量预测值与实测值之间的相对误差为30.28%,模型确定性系数为0.772,模型计算结果与实测结果较为接近。因此,通过分析影响因子与硝态氮流失量之间的定量关系,所建立的硝态氮地表径流流失预测经验公式,可用于不同条件下的坡地地表径流硝态氮流失量预测,为坡地土壤硝态氮流失量预测分析和控制措施优化提供有效手段。

关键词：地表径流养分流失经验模型

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基于群智能优化算法的土壤水动力参数反演

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农业机械学报 2023年第5期54卷 324-334页

作者：苏李君郭媛陶汪海张亚玲单鱼洋王全九西安理工大学理学院西安710054 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 西安理工大学水利水电学院西安710048

土壤水动力参数是模拟田间土壤物质传输过程的基本参数,准确确定土壤水动力参数对实现农田生境精准调控具有重要意义。基于一维垂直入渗试验数据,采用代数方法和数值方法,构造3个不同的目标函数,并分析鲸鱼优化算法和灰狼优化算法反演Br... 详细信息

土壤水动力参数是模拟田间土壤物质传输过程的基本参数,准确确定土壤水动力参数对实现农田生境精准调控具有重要意义。基于一维垂直入渗试验数据,采用代数方法和数值方法,构造3个不同的目标函数,并分析鲸鱼优化算法和灰狼优化算法反演Brooks-Corey-Mualem模型参数的适用性。结果表明:通过选择合适的目标函数,两种群智能优化算法均可用于反演土壤水动力参数。在代数方法中,鲸鱼优化算法在目标函数2下(由累积入渗量、入渗时间、含水率构成的相对误差)固定参数θr、θs优化得到的土壤水动力参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在9.74%以下,决定系数都在0.9040以上,反演时间为70 s;在数值方法中,灰狼优化算法在目标函数3下(由累积入渗量、湿润锋深度、含水率构成的相对误差)固定参数θr、θs优化得到的参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在2.53%以下,决定系数都在0.9917以上,反演时间为115 s。因此,代数方法所用时间短、精度相对较低,数值方法所用时间较长、精度相对较高,在反演土壤水动力参数时,可根据误差精度需求,选择合适的优化方法。

关键词：土壤水动力参数参数反演智能优化算法 Brooks-Corey-Mualem模型

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微咸水膜下滴灌不同灌水量对水盐运移和棉花生长的影响

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水土保持学报 2015年第3期29卷 272-276,329页

作者：吴军虎陶汪海赵伟王全九西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地西安710048 中科院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 汉中市水利水电建筑勘测设计院陕西汉中723000

在新疆巴州水管处重点灌溉试验站进行了不同微咸水灌水量(分别为300mm,337mm,375mm和412.5mm)的棉田膜下滴灌试验,研究了不同微咸水灌水量对棉田不同水平位置和垂直深度处的土壤水盐运移影响,分析了在不同灌水量下棉花生长及产量的变化... 详细信息

在新疆巴州水管处重点灌溉试验站进行了不同微咸水灌水量(分别为300mm,337mm,375mm和412.5mm)的棉田膜下滴灌试验,研究了不同微咸水灌水量对棉田不同水平位置和垂直深度处的土壤水盐运移影响,分析了在不同灌水量下棉花生长及产量的变化,以寻求适宜棉花生长的膜下滴灌灌溉制度。结果表明:在棉花生育期内,土壤0—40cm深度宽行土壤含水量随灌水量变化波动较小,窄行及膜间土壤含水量随灌水量变化波动较大,膜间土壤含水量较宽行窄行要小;棉花生育期内滴头下方0—20cm的土壤含盐量均有减小,20—40cm土层的土壤含盐量随灌水的波动较大,灌水量较小的土壤含盐量较大,375mm灌水量对棉花根区土壤盐分淋洗的效果最好;随着灌水量的增加,宽行0—40cm土壤盐分均有一定程度的累积,窄行土壤均表现为脱盐,而膜间土壤由脱盐转变为积盐;种植区总的脱盐率分别为-12.8%,-33.3%,89.0%和94.4%;微咸水灌水量较大的棉花株高和茎粗变化较快,叶片数越多,叶面积越大;在棉花生育期末不同灌水量处理对铃重影响较大,且灌水量越大棉花产量越大,籽棉产量分别为4 681.35,5 052.45,5 006.85,5 817.90kg/hm2。

关键词：微咸水灌溉膜下滴灌灌水量水盐运移棉花生长

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不同改良剂对黄土坡耕豆地水土及氮磷流失的影响

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中国水土保持科学 2017年第6期15卷 117-125页

作者：李虎军王全九陶汪海柴晶赵光旭西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地西安710048 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

土壤改良剂对改善土壤结构、减少土壤及养分流失有着重要意义。通过野外人工模拟降雨试验,研究在暴雨(100 mm/h)条件下,不同改良剂(聚丙烯酰胺PAM、羧甲基纤维素钠CMC和腐殖酸HA)对坡耕大豆地的水土和氮磷流失过程的影响。结果表明:与... 详细信息

土壤改良剂对改善土壤结构、减少土壤及养分流失有着重要意义。通过野外人工模拟降雨试验,研究在暴雨(100 mm/h)条件下,不同改良剂(聚丙烯酰胺PAM、羧甲基纤维素钠CMC和腐殖酸HA)对坡耕大豆地的水土和氮磷流失过程的影响。结果表明:与对照处理CK相比较,施用PAM和CMC后,均表现出减小入渗、增加径流的作用,分别较对照处理增加径流20.8%和12.1%;HA处理较CK处理径流量略微增加,但变化较小。施加改良剂对控制土壤侵蚀的效果均优于对照处理,减沙作用表现为PAM>CMC>HA,泥沙累积流失量分别减少34.8%、22.5%和7.9%。施用PAM和CMC在径流中后期,对铵态氮流失的抑制作用优于HA和CK;而施加改良剂对水溶性磷流失过程的影响并不明显,PAM处理的径流中,水溶性磷流失总量最大,约为对照处理的1.13倍。不同改良剂处理的土壤剖面铵态氮质量分数差异较大,但表层15 cm总体表现为PAM>CMC>CK>HA;HA处理促进大豆根系生长,增加了土壤渗透性及铵态氮的淋溶深度。土壤有效磷主要集中在表层10 cm土壤内部,10 cm以下质量分数极低。改良剂在黄土坡耕地的施用,对减少土壤侵蚀和控制养分流失方面能够发挥一定作用,可为改良剂的合理选择和施用提供科学指导。

关键词：改良剂黄土坡地养分流失模拟降雨作物

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径流冲刷条件下坡地养分随地表径流迁移数学模型

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农业机械学报 2016年第7期47卷 189-195页

作者：王全九赵光旭陶汪海刘艳丽张鹏宇柴晶西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地西安710048

径流冲刷是土壤养分随地表径流流失的重要影响因素之一。为了模拟径流冲刷作用对土壤养分流失的影响,依据饱和土壤条件下有效混合深度概念,建立了径流冲刷条件下坡面土壤养分向地表径流传递的有效混合深度模型。利用试验数据对模型径流... 详细信息

径流冲刷是土壤养分随地表径流流失的重要影响因素之一。为了模拟径流冲刷作用对土壤养分流失的影响,依据饱和土壤条件下有效混合深度概念,建立了径流冲刷条件下坡面土壤养分向地表径流传递的有效混合深度模型。利用试验数据对模型径流养分质量浓度变化过程的效果进行了检验,结果显示不完全混合模型在模拟径流养分质量浓度随放水时间的变化方面效果较好,决定系数均在0.9以上。通过不完全混合模型计算径流养分累计流失量,与实测数据差异很小,当养分为硝态氮时,计算值与实测值之间的相对误差分别为6.6%(柠条)和5.9%(大豆),当养分为水溶性磷时,相对误差分别为1.1%(柠条)和2.3%(大豆),说明模型的模拟精度较高。在选择模型时,应根据计算精度和参数获取方便性等情况综合确定。

关键词：径流冲刷黄土坡面有效混合深度养分迁移地表径流

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西北现代生态灌区建设理论与技术保障体系构建

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农业机械学报 2022年第8期53卷 1-13页

作者：邓铭江陶汪海王全九苏李君马昌坤宁松瑞西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 寒旱区水资源与生态水利工程研究中心乌鲁木齐830000

灌区是我国粮食安全和现代农业发展的基础保障,同时也是区域经济发展和生态环境保护的重要基石。然而西北地区独特的气候、地貌及社会经济状况导致了灌区生产能力和生态服务功能难以满足现代生态农业发展的需求。通过系统分析西北灌溉... 详细信息

灌区是我国粮食安全和现代农业发展的基础保障,同时也是区域经济发展和生态环境保护的重要基石。然而西北地区独特的气候、地貌及社会经济状况导致了灌区生产能力和生态服务功能难以满足现代生态农业发展的需求。通过系统分析西北灌溉农业发展中面临的水资源过度开发、土壤盐碱化严重、生态环境功能低下等方面的问题,阐述了西北现代生态灌区的内涵与特征,并基于农业生产“功能水分”来源,将西北灌区划分成了灌溉依赖型灌区、灌溉主导型灌区、灌溉补充型灌区和灌溉提质型灌区4类。以灌区农业生产系统、物能输配系统、生态环境系统为建设对象,提出了灌区生态服务功能优化配置、灌区农田物能调控和灌区生态系统安全评估三大核心理论,构建了灌区系统控污与景观价值提升技术、灌排系统管控技术、作物生境要素综合调控技术三大关键技术,从而形成了西北现代生态灌区理论与技术保障体系,为我国西北灌溉农业高质量可持续发展提供理论与技术指导。

关键词：现代生态灌区生态景观生态功能灌排系统物能调控生境要素

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