棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟.pdf

2023年7 月第54卷第7 期农业报学机械doi:10.6041/j.issn.1000-1298.2023.07.036棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟陆培榕邢玮麟杨玉杰刘文龙罗幼（扬州大学水利科学与工程学院，扬州2 2 50 0 9）摘要：微咸水覆膜滴灌在发挥节水效益的同时应避免土壤盐分的积聚，在缺乏大水淋洗的设施大棚内，覆膜对土表局部蒸发的抑制伴随滴灌湿润体的交汇，加剧了滴灌带带间水盐分布的不规则性，导致土壤积盐的潜在风险增加。针对上述问题，以布设形式为“两膜两行”的覆膜滴灌田间小区为试验对象，通过HYDRUS模型构建了不同滴头流量（0.5 3.0 L/h）及膜间裸地间距（0 50 cm）组合情景下的二维土壤剖面模拟域，并针对滴头处的带间区域进行水盐动态分布的模拟研究。结果表明，所建模型能较为精确地描述带间剖面内水盐的分布状况，且模拟精度随与滴头水平距离的减小而提升。当膜间裸地间距从50 cm缩小至0 cm时，带间剖面土壤的平均含水率从2 5.12 cm/cm上升至2 8.7 6 cm/cm，平均土壤盐分质量浓度从9.53g/L下降至6.2 5g/L；滴头流量对带间区域内土壤水盐含量的影响程度相对较低，流量0.5、3.0 L/h下土壤体积含水率及盐分质量浓度的最大差异仅分别为0.14cm/cm和0.22g/L，且均出现在膜间裸地间距为50 cm的情景下。经多轮灌水蒸发后，带外区积聚的盐分将向带间区扩散，并随膜间裸地间距的减小，土壤含盐量最低值的水平位置将从滴头处向带间区推移。研究成果可为设施大棚环境下选取适宜的低盐作物栽种位置提供理论依据。关键词：微咸水；覆膜滴灌；土壤水盐分布；数值模拟中图分类号：S275.5文献标识码：A文章编号：10 0 0-12 9 8（2 0 2 3)0 7-0 36 0-12OSID:Simulation of Soil Water and Salt Distribution Characteristics within Area betweenDrip Tapes under Mulched Brackish Water Drip Irrigation in GreenhousesLU PeirongXING WeilinYANGYujieLIU WenlongLUO Wan(College of Hydraulic Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China)Abstract:Film-mulched drip irrigation with brackish water should avoid soil salt accumulation tomaximize the benefits of water-saving.However,soil leaching by rainfall or flood irrigation is lack undergreenhouses condition,the partial inhibition of surface evaporation by film mulching combined with thewetted volume intersection due to double-point source drip irrigation exacerbates the irregularity of waterand salt distribution in the area between drip tapes(ABDT),which is not conducive to the effectiveimplementation of salt control measures.Therefore,taking the field experimental plot of mulched dripirrigation with the layout of“two films and two rows as the research object,and using the HYDRUS-2D model to simulate the dynamic distributions of soil water and salt in ABDT based on the two-dimensional simulation domains considering different drip discharge fluxes(0.5 3.0 L/h)and bare soilspacing between films(0 50 cm).The results indicated that the established model can accuratelydescribe the water and salt distribution in ABDT,and reducing the horizontal distance from the emittercould obtain a high simulation accuracy.As the bare land between the films was decreased from 50 cm toO cm,the average moisture content of the soil in ABDT was increased from 25.12 cm/cm to28.76 cm/cm,and the average soil solute concentration in ABDT was decreased from 9.53 g/L to6.25 g/L.The effect of drip discharge fluxes on soil water-salt distribution in ABDT was relatively low,the maximum differences in soil volume moisture content and salt mass concentration between treatments收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 55修回日期：2 0 2 3-0 5-17基金项目：国家自然科学基金项目（52 10 9 0 6 8）、中国博士后科学基金面上项目（2 0 2 2 M712690）、江苏省博士后科研计划项目（2 0 2 1K 2 2 0 B）和扬州市科技计划项目（YZU202101）作者简介：陆培榕（19 9 2 一），男，讲师，博士，主要从事农田土壤水盐运移研究，E-mail：l u p e i r o n g y z u.e d u.c n通信作者：罗执（19 6 7 一），女，教授，博士生导师，主要从事农业水资源与环境保护研究，E-mail：l u o w a n y z u.e d u.c n361陆培榕等：棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟第7 期with discharge fluxes of 0.5 h/L and 3.0 h/L were only 0.14 cm/cm and 0.22 g/L,respectively,andboth occurred in the bare soil spacing between films of 50 cm.Additionally,after long-term dry-wetalternation,salt accumulated on the outside of the drip belt might diffuse inward to ABDT,and with thedecrease of bare soil spacing between films,the horizontal position of the lowest soil salinity would movefrom the location of dripper to ABDT.Findings of this research can provide a theoretical basis forselecting suitable low-salinity planting locations for crop cultivation in greenhouse condition.Key words:brackish water;mulched drip irrigation;soil water-salt distribution;numerical simulation0引言覆膜滴灌是将具有保水保作用的地表覆膜与局部控制性供水的滴灌方式相结合的高效节水技术 。由于覆膜限制了土壤与外部大气的接触，降低了灌后土壤的水分蒸发及溶质上溯，使得即便在湿润淋洗程度有限的滴灌模式下，微咸水也能作为有效的灌水资源2-3。然而，滴灌属于典型的点源人渗，灌水受土壤基质势的影响将以湿润体的形式分布于土壤内，在蒸发过程中，微咸水输入的盐分将滞留于湿润体外侧，并随灌水次数增加而逐渐积聚4，导致土壤中水分和盐分的动态分布过程存在明显的不一致性，当涉及地表覆膜时，土表蒸发与非蒸发面交替存在，水盐动态运移的复杂程度将进一步加剧5,尤其在缺乏雨水和漫灌淋洗的设施大棚内，盐分的积聚将存在局部叠加，对作物生长造成胁迫6 现阶段，随着农业种植模式的多样化以及设施大棚内滴灌布设模式的集约化，针对覆膜滴灌条件下的水盐运移研究由单点源人渗扩展至多点源交汇。研究的对象以多点源人渗形成的交汇型湿润体几何形态、收缩及扩张速率、脱盐及积盐区的划分为主。虎胆吐马尔白等7 以室内砂壤土土槽试验为基础，研究了滴头间距为30 cm时不同滴头流量和灌水量下湿润体交汇区的盐分分布特性，发现滴头下方的脱盐深度大于交汇区的脱盐深度，且脱盐深度的差异随滴头流量的减小而增大。王卫华等8 以采用膜下滴灌的粉壤土棉田为研究区域，发现膜下湿润体交汇区的含水率随滴头流量的增大而增大，且两滴头间湿润体交汇区径向宽度与灌水历时呈幂函数关系。齐智娟等9 在轻度盐渍化的玉米田中对比了滴头间全膜覆盖和半膜覆盖的处理方式，发现使用微咸水滴灌时全膜覆盖处理中两滴头间0 30 cm的土层内形成了明显的脱盐带，而在半膜覆盖的条件下土壤脱盐区仅存在于膜下局部区域。为进一步可视化、定量化地描述土壤水盐的分布特征，数值模拟方法伴随计算机技术的发展得以在滴灌湿润体交汇下土壤水盐动态变化的研究中发挥作用，并以HYDRUS数值模型为主取得了一系列成果。例如，王维娟等10 运用HYDRUS模型，对不同间距下的双点源滴灌湿润体交汇轮廓进行了三维状态下的动态模拟，结果显示，交汇区湿润体形状从初期的1个半球体逐步演变为2 个分离的近似半球体。CHEN等11 模拟研究了间作模式下采用膜下滴灌时土壤水盐的运移特征，分别对不同作物的膜下根系区以及膜间裸地进行子区划分，分析了各子区内的水分及溶质的动态形式以及各子区间的通量交互，发现瞬时的水平向通量交互多发生于灌水阶段，而缓慢的垂向通量交互主要存在于灌后蒸发阶段。GUO等12 模拟了全膜覆盖形式下湿润体存在交汇时棉田内土壤水盐的分布变化，结果表明，土壤盐分的垂向分布差异随灌水次数的增加而逐步显现，而改变滴头流量造成的影响在不同生育期内表现不一。上述模拟研究表明，覆膜滴灌形成的湿润体交汇下水盐的分布变化具有瞬时性和局部性，在灌后蒸发过程中的变化则较为缓慢且一致。然而，个别的灌水蒸发过程对土壤水盐分布的改变不足以对长期的作物生长造成显著影响。因此，进行针对湿润体交汇区域内水分总体变化趋势以及盐分累积分布特征的研究将更具实用意义。本文以设施大棚内田间小区试验为基础，结合HYDRUS模型对微咸水膜下滴灌时土壤二维剖面内的水盐动态进行数值模拟。同时，为充分考虑滴头间湿润体交汇程度在灌水和蒸发过程中的空间多变性，采用剖面子区分析的方式，将存在滴头的滴灌带带间区域作为主要的分析对象，探究在不同覆膜宽度及滴头流量下带间剖面水盐分布的动态变化及累积特征，以期为设施环境微咸水覆膜滴灌模式下创造适宜作物根系生长的低盐环境提供理论支撑与方案参考。1材料与方法1.1试验区概况与试验设计试验于江苏省扬州市沙头镇现代农业产业园（32 17 N，119 2 9 E）内的设施大棚中进行。棚内0100cm土层的质地为砂壤土，平均砂粒（粒径0.052mm）占比为55.36%，粉粒（粒径0.0 0 2 0.05mm）占比31.7 8%，粘粒（粒径0 0.0 0 2 mm）2023年农362机报学业械占比为12.8 6%；平均土壤容重为1.41g/cm，饱和导水率为47.2 8 cm/d,饱和含水率和田间持水率分别为0.42 cm/cm和0.2 5cm/cm。试验期间棚内地下水埋深的波动范围为1.6 3 1.9 7 m。该设施大棚长期抽取地下水（平均电导率1.37 dS/m）进行滴灌，且缺乏雨水或漫灌的淋洗，导致棚内土壤呈轻度盐渍化，试验前0 10 0 cm土层的平均含盐量为1.52 g/kg。以田间小区试验为研究基础，在棚内划分2m2m的地块，采用“两膜两行”滴灌布置模式（图1），膜宽2 0 cm，滴头间距为35cm，两条滴灌带间距8 0 cm，由外接马氏瓶对小区内的滴灌系统进行恒压供水，并采用压力补偿式灌水滴头将流量统一控制为1.6 L/h。同时，由于取水井内地下水含盐量存在波动，故使用产业园内提供的自来水（平均电导率0.2 2 0.30 dS/m）与氯化钠晶体（分析纯）配比质量浓度固定为3g/L的盐溶液进行灌水。各小区中均嵌人张力计，用于监测地表以下深度15cm处的土壤水势，试验设计两组灌水处理T20和T40，分别对应上一轮灌水后土壤基质势降至-20kPa和-40 kPa时进行下一轮滴灌的灌水制度，两组处理每轮的灌水持续时间均为2 h。此外，每组处理重复3次，在棚内共计划分6 块滴灌小区。试验于2 0 2 1年7 月中旬开始至10 月下旬结束，总时长为9 0 d，为避免作物根系随机性的扩张对土壤水盐动态分布的影响，试验期内未涉及作物的种植。试验过程中，设施大棚仅开启两侧部分的通风口，无降雨或其他形式的灌水。564320cm280cm图1试验小区覆膜滴灌布设形式示意图Fig.1Schematic of mulched drip irrigation layoutpattern in each experimental pot1.地膜2.灌水滴头3.聚乙烯输水管4.橡胶软管5.供水马氏瓶6.高度调节托架7.张力计1.2观测指标与换算方法在每轮灌水前选用内径为2 cm的土钻对与滴头水平距离10、2 0、30、40 cm处，深度10、2 0、30、40cm处的点位进行取样，用于测定含水率及电导率。由于小区中各滴头对应的流量及灌水量相同，故每轮取样时选取不重复的滴头对相应的位置进行取样。每次取样完毕后，使用试验小区内的土壤对取土孔进行回填，防止大孔隙优先流对灌水及蒸发过程中土壤水分及溶质运移的影响。采用干燥法测定不同取样点位的土壤质量含水率，并根据土壤容重换算成相应的体积含水率。部分取回的土样经风干、碾磨、过筛（孔径1mm）后，与蒸馏水混合（土水质量比1：5），制备土壤浸提液。采用电导率仪（D D BJ-350 型，上海雷磁创益仪有限公司）室温（2 0）下测定浸提液的电导率，并与蒸发结晶法进行比对，得出土壤含盐量与电导率的关系式为S=4.12ECI:5+0.23(1)式中S一土壤含盐量，g/kgEC:5一土水质量比为1：5的土壤浸提液电导率,dS/m土壤潜在蒸发量通过小型蒸发皿（DF-AM3型，内径2 0 cm，北京东方鑫鸿科技有限公司）的蒸发量进行估测。根据已有研究理论，当土壤含水率较高（大于7 0%田间持水率）时，土壤处于非限制性蒸发状态，相应的蒸发量与大气蒸发力成正比，可用水面蒸发量乘以相应的系数进行估测(13-14)。然而，在实际田块中，维持大体积土壤的高含水率，并持续地监测蒸发造成的水分耗散量，实现起来较为困难。故采用100mL圆柱形环刀进行土壤取样（2 0 组），在环刀内饱和后底部加盖，埋置于田块中，并保证顶部与表土齐平。每隔3h对环刀进行称量，并换算成相应的蒸发量，直至环刀内土壤含水率小于田间持水率时停止观测。随后,将观测时段内土样的蒸发量与棚内的小型蒸发皿对应的蒸发量建立拟合关系式E,=0.63E(2)pan式中E，棚内土壤潜在蒸发量，mm一E小型蒸发皿蒸发量，mmpan试验期内，棚内蒸发皿的日蒸发量及T20和T40两组处理的灌水量如图2 所示610584wu/鲁棚内蒸发皿蒸发量63T20处理灌水量-T40处理灌水量4220010 2030405060708090试验时间/d图2试验期棚内蒸发血蒸发量及T20和T40处理灌水量Fig.2Pan evaporation in experimental greenhouse andirrigation amount of treatments T20 and T40 duringexperimental duration363陆培榕等：棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟第7 期1.3HYDRUS-2D模型构建1.3.1模型原理及基本方程HYDRUS-2D是以有限元计算为基础的数值模型，可用于模拟二维条件下，变饱和介质中水分、热量及溶质的动态分布状况及边界处的瞬时及累积通量15。由于滴灌对应的点源人渗将在土壤中形成趋于轴对称的半椭球状湿润体16 ,故滴灌对应的含水率分布模拟可简化至二维垂向剖面内。基于此，以土壤均匀且各项同性为基本假设，并忽略土壤水分变化的滞后效应，模型采用修正后的Richards方程17 描述二维模式下的土壤水分运动，即ahah+1)dhK(h）K(h)-S(h)atxxzdz(3)式中一土壤体积含水率，cm/cmh一压力水头,cm横向坐标，cmZ纵向坐标，向上为正，cm时间hK(h)一一当土壤内的压力水头为h时的土壤导水率,cm/hS(h)一根系吸水项，h-1，本研究没有涉及作物栽培，故该项忽略同时，模型采用vanGenuchten模型18 来描述土壤含水率、基质势以及导水率的相互关系，即0,-,0,+(h1)(7)n式中9,一一土壤饱和含水率,cm/cm0,一一土壤残余含水率,cm/cm进气吸力的倒数，cm=1K.土壤饱和导水率，cm/hS土壤相对饱和度孔隙关联度系数，取0.519 mn-土壤水分特征曲线形状系数一本研究中，灌溉用水均为氯化钠溶液，未涉及到具有反应性溶质的化肥或农药的输人。因此，在模拟过程中，将土壤中的溶质统一简化为保守性溶质，模型选用的保守性溶质条件下描述溶质运移的对流弥散方程的二维形式为5a(oC)aCADAD+atxxza(q.C)a(q.C)(8)式中C一土壤溶液质量浓度，g/L99:横向、纵向通量，cm/hDT/D-横向、纵向弥散系数，cm一1.3.2边界及初始条件设置以灌水滴头正下方0 10 0 cm的土壤剖面为对象建立二维模拟域。如图3所示，模拟域水平长度与试验小区一致设为2 0 0 cm，垂向深度为10 0 cm。模拟域由约30 0 0 0 个三角形有限单元组成，对存在蒸发和灌水的上边界加密节点的分布，并按照试验取样点位在模拟域上设置观测点位。模拟域的上边界可分为覆膜区、无膜裸地以及滴头进水区。模拟时假设地膜完全隔绝土壤表面与外部空气的接触，故将覆膜区设置为零通量边界。无膜裸地设置为大气边界，由于棚内试验无降雨及作物蒸腾，因此，模拟域的大气边界上仅输人估测所得的土壤潜在蒸发量E，。滴头进水区的范围取决于滴头的流量及土壤的水分特征，已有研究表明，滴灌时较快的出流会在土壤表面形成趋于圆形的稳定进水区域，采用该进水区域作为入渗边界，能较为精确地描述二维形式下滴灌形成的土壤水分动态过程2 0-2 1】，相应的进水区域半径可近似表示为1/2492R,(9)2TTK&TT式中R,进水区域半径，cm滴头流量,cm/h变通量边界滴头大气边界地膜大气边界大气边界零通量边界零通量边界零通量边界自由出流边界200cm图3HYDRUS-2D构建的试验小区土壤剖面模拟域示意图Fig.3Schematic of HYDRUS-2D spital modeldomain for soil profile of field experimental plot进水区设置为变通量边界，长度为2 R，非灌水时通量为零，灌水时通量由滴头流量和相应的通量边界尺寸确定。试验过程中，棚内各小区相对独立，除滴灌外无其他形式的水分输人，故模拟域的左右两侧设置为零通量边界。此外，在试验过程中，地式364农机业2023年报学械下水的观测时间间隔较长，而模拟中以“小时”为时间步长，使得边界的赋值难以动态匹配。结合现有的研究结论，当地下水埋深超过1m时，裸地相较于作物耕地的潜水上溯蒸发量将显著下降2-2 3。本研究未考虑作物生长，且观测深度集中在0 40cm，故模拟过程中忽略地下水波动对近地表土壤水盐分布的影响，将模拟域底边设置为自由出流边界。模拟域剖面的初始水分及盐分根据试验前的实测值分层对应设置。在输入含盐量时，土壤含盐量转换为HYDRUS2 D 模型采用的溶质液相浓度2 4 ,关系式为S.-S(10)中S。一一土壤体积含水率为时土壤的盐分质量浓度，g/L一土壤干容重，g/cm初始的土壤水分参数除实测所得的饱和含水率0,及饱和导水率K，,其余参数均根据设施大棚内土壤的颗粒级配及容重通过HYDRUS内置的Rosetta软件进行推演。溶质运移相关的纵向弥散系数D,及横向弥散系数D,与模拟域对应的空间尺寸相关。参照有关HYDRUS-2D对土壤剖面水盐运移的模拟研究2 5-2 6 ,将D,的初始值设为模拟域深度的1/10,且D=D,/10。本研究以小时（h）为时间步长模拟土壤剖面内水分及溶质在灌水及蒸发过程中的运移状况，模拟时长为9 0 d，共计2 16 0 h。1.3.3模型检验通过对比不同取样点处水盐含量的实测值与模拟值的差异来分析所建模型的模拟精度，进而对相关土壤水分及溶质运移参数进行率定和验证，并采用均方根误差（Rootmeansquareerror，RM SE）、纳什效率系数（Nash-sutcliffe efficiency coefficient,NSE）、平均相对误差（Meanrelativeerror，M RE）作为量化模拟值与实测值差异程度的评价指标。RMSE和MRE越接近O，说明模拟值与实测值的差异越低；NSE的波动范围为1,该值越接近1说明模拟值与实测值的一致性越高，通常当NSE大于0.5时，可认为模拟结果满足精度要求2 7 2结果与分析2.1模型率定与验证采用T20处理条件下与滴头水平距离为10、20、30、40 c m 处0 40 cm土层内每轮灌水前土壤的体积含水率和电导率EC1:s对模型参数进行率定，随后，采用T40处理下相应的观测值对率定后的参数进行验证。如图4所示，在率定和验证过程中，T20和T40处理对应的土壤体积含水率及电导率的模拟0.300.8o10cmo10cm020cm020cm(.SP)/厚率古干030cm030cm0.250.6FO040cmO040cm1:1线1:1线一拟合线拟合线O0.200.40.150.2y=1.505x-0.118y=0.845:x+0.049R?=0.79R2=0.870.100.150.200.250.3000.20.40.60.8土壤体积含水率模拟值/cmcm)土壤电导率模拟值/dSm)(a)T20处理0.30r0.8o10cmo10cm020cm020cm030cm030cm0.25040cm0.6040cm-1:1线-1:1线O拟合线拟合线O80.200.4O0.150.2y=1.670 x-0.139y=0.391x-0.001R2=0.76R2=0.920.100.150.200.250.3000.20.40.60.8土壤体积含水率模拟值/（cmcm-)土壤电导率模拟值/dSm-)(b)T40处理图4T20处理和T40处理下距滴头不同水平位置处深度0 40 cm内土壤含水率及电导率模拟值与实测值对比Fig.4 Comparison of simulated and measured values of soil water content and ECi:s among O 40 cm depthat different horizontal locations from emitter under T20 and T40 treatments365陆培榕等：棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟第7 期值和实测值基本集中分布在1：1线附近。T20和T40处理的含水率模拟值和实测值的拟合线斜率均大于1，而土壤电导率模拟值和实测值的拟合线斜率略小于1，说明两组处理中含水率实测值（T20：0.180.27 cm/cm;T40:0.190.23 cm/cm）的波动范围均大于模拟值（T20:0.200.25cm/cm；T40:0.150.26cm/cm），而土壤电导率实测值(T20:0.170.62dS/m;T40:0.19 0.67 dS/m)的波动范围略高于模拟值（T20:0.160.56dS/m；T40:0.210.62dS/m）。表1中，率定和验证阶段土壤含水率RMSE波动范围为0.0 1 0.0 2 cm/cm,NSE为0.52 0.6 3，MRE为4.39%8.53%；土壤电导率对应的RMSE、NSE和MRE在相同取样位置处较含水率均有所提升，波动范围分别为0.0 30.07dS/m,0.530.82以及8.36%13.42%。同时,RMSE和MRE随与滴头水平距离的增加而有所提升，且NSE随之减小，说明土壤水分和盐分的模拟精度随与滴头水平距离的增加而逐渐下降。总体而言，RMSE接近于O，M RE较低，NSE均大于0.5,表明在构建的二维模拟域中，所输人的土壤水分及溶质运移参数能够较为准确地模拟微咸水膜下滴灌时土壤水盐的动态变化。经率定及验证，选定的土壤残余含水率,及饱和含水率,分别为0.0 47 cm/cm和0.415cm/cm，土壤进气吸力倒数为0.0 2 cm-1,土壤水分特征曲线形状系数n为1.5,饱和导水率K,为1.9 7 cm/h，孔隙关联度系数1为0.5,纵向和横向弥散系数D,和D分别为30 cm 和3 cm。2.2模型应用2.2.1土壤剖面内水分及盐分的变化特征在试验及模拟过程中,T20和T40处理单次灌水水量一致，但总灌水次数不同（图2）。因此，本表1滴头不同水平位置处深度0 40 cm内土壤含水率及电导率模拟精度评价指标Tab.1 Correlation analysis between simulated and measuredvalues of soil water content and EC:s among 0 40 cmdepth at different horizontal positions from drip emitter与滴头土壤含水率土壤电导率处水平距RMSE/MRE/RMSE/MRE/理NSENSE离/cm(cmcm%(dS m-1)3%100.010.614.770.030.7610.72200.010.634.390.030.74 9.68T20300.010.595.030.040.8210.09400.020.585.470.040.688.36100.010.615.860.030.769.16200.020.547.800.040.819.08T40300.020.56 7.280.060.6913.42400.020.528.530.070.5312.03文以两组处理在第5次灌水后的1、3、6 d的模拟剖面含水率分布为对象，对比分析在带间区域和滴灌带外侧区域（滴头和试验小区边界侧之间，以下简称“带外区”）土壤水分的变化特征。如图5所示，由于T40处理的灌水时间间隔长，剖面上含水率的差异较T20处理更大。在灌水后1d,两组处理均在滴头下方形成了含水率较高的圆形湿润体，且湿润体的边缘存在交汇，使得膜间裸地下方的含水率相应提升。在灌后第3天和第6 天，受土表蒸发的影响，覆膜区和裸地的含水率差异逐渐体现，同时，土壤剖面内的局部含水率较高的湿润体逐渐消失，剖面内水平向的含水率趋于一致。在土壤含盐量变化方面，本文通过HYDRUS2D模拟的土壤盐分质量浓度来反映土壤溶质的分布及运移状况，并针对T20和T40处理在模拟过程中第30、6 0、9 0 天的剖面盐分分布进行分析。由图6 可知，由于T20处理在相同时段内的淋洗次数滴头地膜滴头地膜滴头地膜000w/202020404040带外区带闻区带外区6060600.408080800.360.32(.g0)率早干100100100-100-50050100-100-50050100-100-500501000.30水平位置/cm水平位置/cm水平位置/cm0.28(a)T20,灌水后1d(b)T20,灌水后3d(c)T20,灌水后6 d0.26滴头一地膜滴头地膜滴头地膜0.250000.242020200.234040400.22600.2060600.10808080100100100-100-50050100-100-50050100-100-50050100水平位置/cm水平位置/cm水平位置/cm(d)T40,灌水后1d(e)T40,灌水后3 d()T40,灌水后6 d图5T20和T40处理灌水后1、3、6 d土壤剖面含水率分布Fig.5Water content distributions of soil profile at 1 d,3 d,and 6 d after irrigation for T20 and T40366农2023年机业报学械滴头地膜滴头地膜滴头地膜00020/20204040带外区带间区带外区30.0606027.580808025.022.510010010020.0-100-50050100-100-50050100-100-5005010017.5水平位置/cm水平位置/cm水平位置/cm(a)T20,第30 天(b)T20,第6 0 天(c)T20,第9 0 天15.0滴头地膜滴头地膜滴头地膜12.500010.07.5/2020/20405.0402.56060808080100100,100-100-50050100-100-50050100-100-50050100水平位置/cm水平位置/cm水平位置/cm(d)T40,第30 天(e)T40,第6 0 天(0)T40,第9 0 天图6T20和T40处理在第30、6 0、9 0 天土壤剖面盐分分布Fig.6Salt distributions of soil profile at 30 d,60 d,and 90 d of simulation period for T20 and T40多于T40处理，使得T20处理在整个剖面的盐分质量浓度均低于T40处理；两组处理受灌水淋洗作用，盐分质量浓度在10 g/L以下的区域自滴头向下逐渐扩张；在土表裸地处，土壤内溶质随水分蒸发而逐渐表聚,且带间区盐分的表聚程度和范围均低于模拟域两侧的带外区。可见，土壤剖面内盐分的分布状况受滴灌后湿润体交汇及扩散的影响，虽然灌水次数较多的T20处理中剖面输入的盐分更多，但灌水次数较低的T40处理条件下盐分的表聚程度更为明显。此外，为进一步比对带间区与带外区内沿水平方向的盐分动态变化特征，对T20和T40处理土壤剖面分别距滴头两侧10、2 0、30、40 cm水平位置处0 40 cm的常规耕作土层的水盐含量变化进行模拟分析。如图7 所示，在土壤含水率变化方面，与滴头的水平距离越小，灌水前后土壤含水率的波动范围越大，但带间区和带外区相同水平位置处含水率的差异越小；同时，在不同水平位置处，各处理中每轮灌水前后土壤含水率的变化幅度趋于一致，没有明显的总体上升或下降趋势。此外，距滴头10、2 0、30 cm水平位置处带外区与带间区在灌水后含水率的峰值基本相同，而在40 cm位置处T20和T40处理带间区的含水率峰值分别比带外区高11.55%17.7 8%和13.34%16.52%，说明在40 cm处两滴头形成的湿润体发生交汇重合，造成含水率上升。在土壤含盐量变化方面，HYDRUS-2D模型通过土壤盐分质量浓度波动来反映观测点位含盐量的0.45T20带间区一T40带间区0.45一T20带间区一T40带间区0.45斤一T20带间区一T40带间区0.45T20带间区T40带间区T20带外区T40带外区T20带外区T40带外区T20带外区T40带外区T20带外区T40带外区0.400.400.400.400.350.350.350.350.300.300.300.300.250.250.250.250.200.200.200.2001020.3040506070809001020304050607080900102030.40.50.607080900102030405060708090模拟时间/d模拟时间/d模拟时间/d模拟时间/d与滴头水平距离10 cm与滴头水平距离2 0 cm与滴头水平距离30 cm与滴头水平距离40 cm(a)土壤含水率一T20带间区一T40带间区T20带间区一T40带间区一T20带间区一T40带间区-T20带间区一T40带间区20T20带外区.T40带外区20-T20带外区T40带外区20T 2 0 带外区T40带外区20元.T20带外区T40带外区(.8)/(.8)161616161212121288884444010203040506070809001020304050607080900102030405060708090010203040.5060708090模拟时间/d模拟时间/d模拟时间/d模拟时间/d与滴头水平距离10 cm与滴头水平距离2 0 cm与滴头水平距离30 cm与滴头水平距离40 cm(b)土壤盐分质量浓度图7 与滴头不同水平位置处0 40 cm土层平均土壤含水率与盐分质量浓度变化曲线Fig.7Soil water content and solute concentration among O 40 cm depth at different horizontal locations from drip emitter367陆培榕等：棚内微咸水覆膜滴灌下带间土壤水盐分布特征模拟第7 期变化。T20的带间区与带外区的含盐量均低于T40处理，且差异随水平距离的增加而逐渐扩大；两组处理内各水平位置处外侧区域的含盐量均高于带间区，且差异随灌水次数的增加而扩大。距滴头10、20、30、40 c m 水平位置处T20处理带间区的土壤含盐量总体呈下降趋势，模拟时段末的土壤含盐量均低于初始值。相比之下，在T40处理下带间区内距滴头水平位置30、40 cm处土壤盐分呈总体上升趋势，尤其在距离40 cm处灌水淋洗后土壤含盐量的最低值与初始值几乎一致。上述现象表明，相比于带外区，湿润体的交汇能够抑制土壤盐分的集聚程度，但当灌水频率降低时带间区内膜间裸地的积盐程度随之上升。2.2.2情景模拟为进一步探究带间区内土壤水盐变化受滴灌强度和覆膜宽度的影响，本研究以率定及验证后的模型参数和T40处理的灌水制度为基础，利用HYDRUS-2D模型模拟了不同设计情景下带间区深度0 40 cm范围内土壤水盐的变化过程。共设计了6 组滴头流量(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 L/h）递增的情景，且各流量情景对应的单次灌水量（3.2 L）、模拟期内总灌水量（2 8.8 L)以及灌水含盐量(3g/L)均与T40处理保持一致。覆膜宽度