地下滴灌条件下砖红壤水分入渗特性试验

针对再生水水质复杂,污染物众多,其在农业滴灌上的应用对滴灌系统的抗堵塞能力要求更高的特点,采用6种滴头进行约360h的再生水滴灌试验,测定了再生水滴灌条件下滴头堵塞规律,探讨了滴头流道尺寸参数对于堵塞规律的影响,并采用环境扫描电子显微镜技术分析了滴头堵塞物质的组成结构。试验结果表明:不同流道结构的滴头抗堵塞能力明显不同,各类滴头流量下降的幅度范围为14.4%～72.2%;流道水力直径、流道长度、锯齿高度和锯齿间距等参数都影响着堵塞的发生,其中以水力直径代表性最好,分区域地呈负相关关系;微生物、胞外多聚物以及颗粒物质混合形成的絮状结构,构成了滴头流道内的主要沉积物;堵塞过程的发生往往是以微生物富集开始的。试验结果有助于进一步提高再生水滴灌的应用水平。

应用hunter介绍的技术,对广东省砖红壤早地11个样本进行了土壤养分状况的网室调查,结果表明,砖红壤旱地土壤中氮、磷缺乏非常严重,减氮、减磷处理减产50％左右,钾则在花岗岩发育的土壤效果很明显,其他母质减钾处理减产30％或更少,石灰是一个重要的限制因素,ph5.0以下的土壤,其影响不亚于氟、磷、镁是一个普遍有效的元素,施镁可增产16％～40％。该类土壤不缺硫,施硫没有显著效果。微量元素要注意施用钢,11个样本中有6个效应显著,这类土壤施用硼、钼,锌效果一般,需要量多的作物可以考虑,至于铁、锰,这类土壤本身不缺乏,施用投有效果。

通过试验,分析了简易地下滴灌在不同孔径、不同供水压力及是否带有防堵套条件下的滴孔出流特性,得出了孔径越大,滴孔出流量越大;且滴孔出流量随供水压力的增大而增大;在同一供水压力条件下,自然滴孔与带防堵套加垫滴孔出流量接近相等。最后建立了流量公式,经验证较能接近实测值。

对4种不同滴灌管(带)在含沙水滴灌条件下灌水器的出流量变化及淤积堵塞情况进行了田间试验研究。经过多次灌水试验,结果表明,4种滴灌管(带)灌水器出流量均随灌水次数的增加和距离毛管进水口长度的增加呈减小趋势,最后完全堵塞的灌水器均发生在毛管的末端;在相同水质和灌水压力下,大流量灌水器抗堵塞性能较好,即大流道灌水器的抗堵塞性能优于小流道灌水器;随着灌水次数的增加在滴灌管(带)的管腔内有细小泥沙淤积,小流量滴灌管(带)在70～80m处泥沙淤积量骤然增加,大流量滴灌管(带)在80～90m处骤然增加,管内泥沙的沉积大大增加了灌水器的堵塞几率,因此定期对滴灌带进行冲洗可以有效减小堵塞。

在室内将3种类型的灌水器置于自制水槽中,进行了灌水器的淹没出流试验。试验结果表明:灌水器在淹没出流时的出流规律与自由出流相同,但淹没时的流量略小于对应压力下自由出流的流量,其流量变化率多在10%以内;相比之下,低压时流量变化率比高压时大,即在灌水器额定工作压力(10m)附近,淹没出流对其影响较小。统计特征表明,灌水器淹没后出流更加均匀。不同灌水器类型对淹没与否的敏感程度有所差异,微管灌水器最为明显,其次是内镶式,补偿式变化很小。升降压过程中,降压过程的淹没出流对灌水器的流量变化率均小于升压过程。

随着新农村的建设,农村污水处理系统建设逐渐完善,同时节水灌溉技术的推广,农村再生水的利用成为农业灌溉节水的一种新方法。本试验针对农村污水处理系统,进行再生水滴灌试验。结果表明:市场常见的灌水器产品对农村的再生水有一定的适用性,具有抗堵塞的功能,可在农村推广再生水滴灌技术。宽齿形灌水器具有自清洗功能,抗堵塞性能优于其他3中灌水器,且大流量的灌水器的抗堵塞性能优于低流量的灌水器。由微生物与固体颗粒团体等组成的生物膜易沉积于灌水器的格栅和出水口缓冲区,引起灌水器堵塞,其是直接诱发灌水器堵塞的原因。灌水器流道内沉积物质的随机生长与脱落,造成灌水器的堵塞是一种随机的过程。滴灌系统运行大概350h,应对其进行清洗,以提高灌水器的抗堵塞性能。

对横直深松、深松-浅耕和深耕3种不同耕作方式对砖红壤的孔隙度、圆锥指数、干密度和含水率的影响进行了试验研究,试验结果表明,横直深松更有利于提高砖红壤的孔隙度,增加土壤的透气性,降低土壤的圆锥指数,横直深松和深松-浅耕都能使土壤密度显著下降。数理统计分析表明,深松-浅耕、横直深松和深耕对含水率的影响有显著差异。深松能显著改善土壤的物理性质,有利于提高砖红壤的保水能力,是合理的耕作模式。

应用三种无量纲化的灰色关联法分析了12个降雨因子对于砖红壤区裸地和桉林地产流的影响,以及15个降雨径流因子对于产沙的影响。结果表明:无量纲处理方法不同将导致因子关联度排序出现变化;复合因子的关联度大多数都高于单因子;与pi30相比,在砖红壤区裸地中pi5更能代表降雨侵蚀力指标,而桉林地则是pi10;qm′h在桉林地比通用的降雨侵蚀力更适于作为坡面降雨侵蚀模型的侵蚀动力因子。研究结果将有助于建立灰色关联法在土壤侵蚀研究中的标准化程序,为建立砖红壤区土壤侵蚀预报模型提供理论支持。

以海南砖红壤为供试土壤,根据作物吸收硒的量来研究施用不同水平的碳酸钙、磷铵、有机质对土壤有效硒的影响。结果表明:在本实验条件下,海南砖红壤中以施用2g/kg碳酸钙处理植株硒含量增加显著,达到了0.41mg/kg,砖红壤的有效硒变化显著。

选取海南5个牧草地样地,以样地附近立地条件一致的林地为对照,研究海南热带砖红壤林地改种牧草后土壤物理性状变化。结果表明:林地改种牧草后土壤平均容重降低3.91%,从1.33g.cm-3下降到1.28g.cm-3;砂粒含量减少15.89%,粘粒和粉粒含量分别增加17.08%和18.86%;微团聚体(53~250μm)和粉粒与粘粒大小的团聚体(250μm)含量增加26.28%;同时,土壤渗透性增加77.08%,10℃时渗透系数k10从平均0.96上升到1.70。尽管未能达到显著水平,但林地改种牧草后各种土壤物理性状均有一定改善。

针对海南岛香蕉园花岗岩发育的砖红壤的养分限制因子及其亏缺程度目前尚不清楚,笔者试验采用土壤养分状况系统研究法来开展研究。研究结果如下:(1)砖红壤对各养分的吸附固定能力大小顺序为:b>s>cu>k>zn;(2)高粱盆栽试验中养分亏缺程度为:n>zn>b>mg>s>k>mo>ca>cu;(3)香蕉盆栽试验中养分亏缺程度为:n>mg>zn>k>ca>s>mo>b;(4)n是第一限制因子。这充分说明土壤肥力贫瘠,应当加强土壤所缺且香蕉所需的养分的施用,方能提高土壤肥力,从而实现香蕉的平衡施肥;同时证明土壤养分状况系统研究法确实可以很好地用来评价土壤肥力。

以巴西蕉为材料,试验配方施肥在海南玄武岩砖红壤上的应用效果。结果表明,与常规施肥相比,配方施肥提高了香蕉株高和茎粗,增产20.9%,每梳果指数、果指长、单果重,果实维生素c、总糖、可溶性蛋白、糖酸比等都有所提高;配方肥施的香蕉氮磷钾利用率分别提高了17.37、13.90和3.65个百分点,肥料贡献率提高了14.48个百分点,肥料农学利用率提高了8.69kg/kg;施肥成本节省2352.75元/hm2,纯收入增加36.60%。

本文基于冻融期间大田测坑不同地下水埋深条件下，自然冻结土壤水分入渗试验，分析讨论了地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力、相对稳渗率的影响和冻融期间土壤入渗能力的变化特点．结果表明：地下水埋深对冻融土壤入渗能力的影响十分明显；土壤入渗能力随地下水埋深的增大而增大；冻融土壤的相对稳渗率随地下水埋深的减小而减小；冻融期间地下水埋深小的土壤的入渗能力始终小于地下水埋深大的土壤的入渗能力．地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力的影响通过其对地表土壤含水量的影响而实现．研究结果对于指导季节性冻土地区冬、春灌溉合理灌水技术参数的确定具有实际意义．

对孔径0.9、1.2mm,孔间距33cm,管径为φ12、φ16pe滴灌毛管进行了0.25~2.4m入口工作水头条件下的水力性能试验和分析。结果表明,在试验的工作水头下,使用达西-韦斯巴赫公式、经验公式计算出管道总水头损失值与实测值比较都有很大的偏差,通过对试验数据的回归分析,对常用的水头损失计算经验公式用以入口工作水头为变量的参数进行了修正,取得较好的计算精度。

为研究蚯蚓粪对砖红壤的培肥和改良效果,采用海南耕地砖红壤为材料进行室内培养试验,按照蚯蚓粪与干土的质量比分别设置为ck(0)、v1(1∶11)、v2(1∶5)、v3(1∶3)和v4(1∶2),共5个处理,培养52d后,分别测定各处理土壤的ph值、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有效钠、有效镁和有效钙的含量。结果表明,砖红壤ph值提高0.77~1.64个单位;全磷、全钾、碱解氮和速效磷含量均随蚯蚓粪添加量的增加显著提高(p<0.05),其中全磷和全钾较ck分别增加0.88~3.22倍和1.67~2.65倍,碱解氮和速效磷含量的最大增加量分别为1.66和10.7倍。v1处理土壤全氮和有效钠含量低于ck,随蚯蚓粪添加量的增多,v4处理土壤全氮和有效钠含量较ck分别增加3.43倍和66.19%;v1和v2处理速效钾含量低于ck,v3和v4处理分别高于ck6.9%和14.9%;但蚯蚓粪添加量对土壤有效镁含量的影响差异不显著。因此,蚯蚓粪作为有机肥料施入砖红壤,可以提高砖红壤ph,砖红壤全态和有效养分含量随添加量的提高而增加,对于砖红壤地区培肥地力和改良土壤具有重要的实用价值。

在旱地赤红壤和砖红壤上分别以小白菜和辣椒为供试作物,进行盆栽试验和大田试验,以研究高吸水性树脂及其肥料制品对土壤水肥的保持作用。结果表明:paa能显著降低氮素淋失量,将更多的肥料养分保留在土壤中,同时又能减少土壤水分的无效消耗,从而提高水肥的利用率,最终提高作物产量。在paa各种处理中,以0.02%、ph6.5的paa稀凝胶与自来水交替灌溉对水肥保持效果最好,试验条件下,可使n素淋失量减少72.0%,水分利用率提高14.65%,作物产量增加33.20%。以高吸水性树脂和单质肥料为原料的掺混型节水专用肥与等养分的复合肥比较,辣椒果长、肩径宽、果肉厚、单果重明显增加,产量增加5.16%;节水449m3/hm2,相当于45mm降水,节水率27.7%。

以尿素为氮源,采用土壤好气培养试验,研究了砖红壤区橡胶林短期内不同培肥方式下土壤硝化作用特征。结果表明,尿素加入胶园土壤后即迅速水解,加入橡胶树行间未经培肥区土壤(a)中4天水解99.0%,生成的铵态氮14天后开始较强的硝化作用,最大硝化率为46.2%,培养63天后nh4+-n含量仍保持在63.2mgkg-1的较高水平;而尿素加入经有机无机肥培肥土壤(c)中1天水解99.8%,加入单用化肥培肥的土壤(b)中4天水解98.6%以上,水解生成的铵态氮培养至第4天即开始较强的硝化作用,14天基本硝化完全,最大硝化率都在99%以上,使得培肥区土壤中的无机氮主要以硝态氮形式存在。

采用室内培养实验研究外加乳酸和蒽醌-2，6-磺酸钠等营养源条件下，玄武岩砖红壤中五氯酚的还原转化动力学与微生物群落结构变化。结果表明，玄武岩砖红壤中五氯酚的还原转化一级动力学常数为4．5×10-3d-1；添加乳酸或同时添加乳酸和aqds，五氯酚的还原转化速率显著提高，其一级动力学常数分别为7．3×10-3d-1和14．3×10-3d-1。循环伏安试测结果表明，添加乳酸和aqds促进了砖红壤中活性亚铁的生成，并显著降低体系的氧化半反应峰电位。末端限制性片段长度多态性分析结果表明，添加五氯酚、乳酸和aqds显著影响微生物群落结构，土壤微生物多样性显著下降；添加乳酸时，体系中微生物优势种群为梭菌，存在少量的具有铁还原能力的希瓦氏菌，未发现脱氯菌。因此，玄武岩砖红壤中五氯酚的还原转化主要是通过铁还原菌介导生成吸附态fe（ii）引起的活性亚铁还原脱氯机制。

对海南岛西部地区发育典型的5个砖红壤剖面微量元素的组成特征进行研究发现,5个剖面微量元素的含量变化趋势具有一定的相似性,其中cu、pb、zn、as平均含量大多高于中国南方砖红壤的平均值,而ni、mo、cd、sn、sb等微量元素则刚好相反。各剖面微量元素含量的纵向变化规律显示,土壤中微量元素含量及其垂直变化从根本上取决于土壤母质的特征。受区内自然条件影响,区内土壤微量元素的垂向迁移能力相对较弱,而人类的工业活动、农业活动也可导致少量as、cd、pb等有害外源微量元素进入土壤并趋向于在土壤的浅层富集。

海南岛砖红壤中稀土元素因其成土母质不同而富于变化,平均稀土总量(∑ree)由高到低依次是:花岗岩砖红壤、砂泥岩砖红壤、砂页岩砖红壤、玄武岩砖红壤和浅海沉积物砖红壤;轻、重稀土分馏明显,所有母质的砖红壤∑ce/∑lu值都>6:砖红壤剖面中稀土元素的垂直分布特征为,各种不同母质砖红壤的平均稀土总量基本呈现b层>c层>a层的趋势,平均轻、重稀土总量也遵循这样的规律:并且∑ce/∑lu值均>1,表明轻、重稀土分馏比较严重。无论是不同母质的、还是同类母质不同层位的砖红壤,都显示eu负异常:在各砖红壤垂直剖面中,a、b层都显示ce正异常,c层均为ce负异常,仅砂泥岩全部层位都表现为ce负异常。

采用土培实验和连续提取-原子吸收分光光度法,研究了重金属pb、cd在海南岛花岗岩砖红壤中的形态组成、外源pb、cd污染及化学修复剂磷、钙、硫对土壤重金属形态的影响。结果表明:在供试原土壤中,重金属pb的化学形态以结合态和残余态为主,土壤有效态pb含量较低,其中残余态pb>有机质结合态pb>铁锰氧化物结合态pb>碳酸盐结合态pb>交换态pb>水溶态pb,说明土壤pb的环境风险较低;重金属cd的化学形态以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态为主,土壤中交换态cd含量较高,其中铁锰氧化物结合态cd>碳酸盐结合态cd>交换态cd>有机结合态cd>残余态cd>水溶态cd,说明土壤cd的环境风险较高。当外源pb、cd污染土壤时,有铁锰结合态pb>残余态pb>有机态pb>碳酸盐结合态pb>交换态pb>水溶态pb,交换态cd>铁锰氧化物结合态cd>碳酸盐结合态cd>残余态cd>有机态cd>水溶态cd的趋势。向污染土壤施加化学改良剂过磷酸钙、硫化钠和石灰,能显著降低水溶态pb、cd和交换态pb、cd的含量,并使有机结合态pb、碳酸盐结合态pb和铁锰氧化物结合态pb含量下降,但残余态pb、碳酸盐结合态cd、铁锰氧化物结合态cd和有机态cd有增加的趋势,残余态cd的含量基本稳定。

对海南岛内不同地貌单元、不同土壤剖面花岗岩类砖红壤中稀土元素的组成特征及其分异规律进行了研究。结果表明,海南岛花岗岩类砖红壤中稀土元素的总量平均值∑ree偏高,达426.96μg/g,轻、重稀土元素分异明显。不同地貌单元间稀土元素总量平均值均分异明显,表现为中部山地>低山丘陵>台地平原;各土壤发生层中稀土元素含量从母质层→淀积层→淋溶层逐渐降低;海南岛花岗岩类砖红壤属弱-中等eu亏损,δce变异程度较大,平均值近于无异常。