秸秆还田量对土壤持水性质影响的室内试验研究

为探求秸秆还田量对土壤持水特性影响,在室内将扰动土和玉米秸秆以一定比例混合后测定土壤水分特征曲线。试验以秸秆不还田处理为对照(CK),其他秸秆还田量处理分别为干土质量的1.0%、3.0%、5.0%、7.0%。结果表明:相同土壤水吸力下,土壤含水量随着秸秆还田量增大而增大,尤其在低、高吸力段范围内;秸秆还田使得土壤中的多余水量、难有效水量增加,但减小了易有效水量;秸秆还田没有改变比水容量随土壤水吸力的变化规律,但使得其比水容量的数值大小降低。试验研究结果可以为秸秆还田下合理地利用土壤水分、改善灌溉措施提供依据。     

颗粒级配变化对黄三角盐碱土水分特征曲线参数的影响 ——以VG模型和Gardner模型为例

为研究颗粒级配变化对黄河三角洲盐碱土壤水分特征曲线方程参数的影响,进行了不同配沙量下的室内模拟试验,通过压力膜法测定了各处理不同水吸力下的土壤含水量,结合VG模型和Gardner模型,分析了两个模型对土壤水分特征曲线的适用性,以及土壤颗粒级配变化对模型参数的影响。结果表明:盐碱土配沙后,土壤颗粒组成发生明显变化。其中,0.05～0.1 mm的颗粒相对含量从3.6%增加到62.02%,0.002 mm的颗粒相对含量从29.02%降低到3.89%,土壤颗粒级配发生明显改变;盐碱土配沙量较高(67.0%)的条件下,参数n随配沙量的增加呈增加趋势,α值随配沙量的增加呈降低趋势。Gardner模型中参数a仅与某段配沙量(28.8%～45.2%)处理呈线性负相关,参数b随配沙量的增加整体呈先增加再降低的趋势。VG模型与Gardner模型均可拟合黏质盐土不同配沙量条件下土壤水分特征曲线,VG模型对土壤水分特征曲线拟合度优于Gardner模型,但VG模型模拟精度低于Gardner模型。     

含残膜紫色土土壤水分特征曲线及模型分析

为探究残膜对紫色土土壤水分特征曲线的影响规律,设置了5组残膜量(0,90,180,360,720 kg/hm²),通过压力膜仪测定含残膜紫色土土壤水分特征曲线,并利用RETC软件结合统计分析方法确定最优模型.结果表明:残膜会降低紫色土持水性,减小容水度,降低土壤供水能力,含残膜土与纯土的含水率、容水度差异显著,在土壤水吸力400 kPa时,残膜量720 kg/hm²处理(LS5)的土壤含水率为无残膜处理(LS1)的86.36%;随着残膜量增多,低吸力段(主要排大孔隙土壤水)的当量孔径体积占比增大,而高吸力段(主要排中小孔隙土壤水)的当量孔径体积占比则减小,处理LS5的大孔隙占比较处理LS1增大了近16%;模型适应度分析表明,含残膜紫色土的最优拟合模型为VGM(m,1/n),最优模型的非饱和导水率模式为Mualem模式.研究结果可为研究西南片区残膜对紫色土水、盐运移的影响提供一定的参考.     

脱水过程土壤体积质量、含水率、吸力的关系

【目的】分析土壤脱水过程中的收缩特性。【方法】采用离心机法测定了辽宁砂壤土(LN)、云南黏壤土(YN)、陕西黏壤土(SX)和山东壤土(SD)的土壤水分特征曲线,并采用Brooks-Corey模型进行了拟合;同时对脱水过程中土壤收缩特性进行了研究,定量分析了土壤体积质量、含水率、吸力之间的关系。【结果】对于LN、YN、SX和SD土样,(1)在土壤脱水过程中,含水率随吸力增加而减小;当土壤较干和接近饱和含水率时,减小速率较小,而在二者之间时减小速率较大;(2)基于Brooks-Corey土壤水分特征曲线模型和土壤收缩线性模型,土壤体积质量和吸力呈幂函数关系;(3)土壤脱水过程导致含水率降低、体积质量增加,二者呈负相关关系,土壤的收缩过程大致可分为伪饱和段、结构段和超正常段等3个直线型收缩段;Logistic模型具有较高拟合精度且可以使得土壤收缩特征拟合曲线具有连续性。【结论】土壤脱水过程中,其体积质量与吸力呈现幂函数关系,而含水率与体积质量可采用Logistic模型量化表征。     

利用HYPROP系统测定土壤水分参数的优缺点及改进

介绍了HYPROP非饱和导水率及土壤水分特征曲线测量系统的测定原理,对其优缺点进行了分析,并提出了相应的改进措施。以两种粉壤土和一种壤土共三种供试土壤为例,利用HYPROP系统测定了低吸力范围内土壤的水分特征曲线及非饱和导水率,其在低吸力范围内测量数据量大,精度高,但不能测定高吸力范围的土壤水分特征曲线。针对HYPROP系统测定范围仅限于低吸力的不足,用快速离心法测定了负压为15×103 hPa下的土壤含水量,提供了3种土壤在高吸力下土壤水分特征曲线的控制点,利用Van Genuchten-Mualem经验公式拟合得到了土壤水分特征曲线的经验参数值。实验结果表明,在高吸力范围增加一个土壤水分特征曲线的控制点,可将HYPROP系统所测定的水分特征曲线在高吸力范围内得到延伸,更好地一个完整的土壤水分特征曲线。HYPROP系统对导水率K的测量范围窄,拟合效果不佳,如果能给出实测的饱和导水率值,能得到较好的结果。     

南北方粘质土壤密度对土壤水分特征van Genuchten模型的影响研究

以南北方典型粘质土壤红壤和塿土为试验土样,通过水平入渗试验进行了土壤密度变化对土壤水分特征van Genuchten模型参数的影响研究。研究结果表明,特征湿润长度、吸力、饱和含水量、滞留含水量、饱和导水率均随土壤密度增加而减小;土壤水分特征van Genuchten模型参数n随着土壤密度的增加而递增,而参数α随着土壤密度的增加而减小,与土壤密度成反比;参数n和参数α随土壤密度变化关系可用幂函数来描述。为建立吸力、土壤密度、质量含水率三变量的土壤水分特征曲面提供新的途径,有助于完善土壤水动力学理论。     

尿素浓度对土壤水分特征曲线及持水性的影响研究

为了研究尿素浓度对砂型土壤水分特征曲线及持水性的影响,使用离心机测量了含0%、1%、4%、7%尿素质量浓度土壤的水分特征曲线,将测量结果与VG经典模型拟合,通过拟合结果讨论了尿素质量浓度对该试验条件下VG模型参数的影响,进而从不同角度分析尿素质量浓度持水性指标的影响。结果表明:随着土壤中尿素浓度和基质吸力的增大的土壤水分特征曲线向左运动明显且差异性增大,持水能力逐渐减弱。随着尿素浓度增大参数,α逐渐减小,受尿素影响程度相对较大;随着尿素浓度增大参数n逐渐增大,θs和θr逐渐减小,受尿素影响程度都相对较小。随着尿素浓度的增大,容水度、田间持水量、凋萎系数、全有效水范围梯级减小,持水能力减弱。     

不同植被下黏质红壤水分特征曲线研究

为分析不同植被下黏质红壤的持水、释水及孔隙特性,用离心机法测定了鄂南一个典型红壤坡地的8种植被地块(3种树龄的杉树、茶树、红叶石楠、无患子、油菜、桂花树)4个深度(20、40、60、90 cm)的土壤水分特征曲线,进而计算了土壤不同孔隙度,用Van Genuchten模型(VG模型)拟合水分特征曲线数据,同时获得土壤比水容量曲线。结果表明:①VG模型能够较好地拟合黏质红壤的水分特征曲线,决定系数R~2在0.981 4～0.999 4之间;②土壤持水能力的变化主要出现在低于500 kPa的土壤水吸力范围内,土壤释水过程大多发生在低吸力范围内(0～500 kPa)。试验坡地的土壤总孔隙度是40.4%～47.0%,其中毛管孔隙度约为39.2%,而有效孔隙度仅为15.0%左右,因此土壤水分有效性整体较差;③持水能力最好的是茶树、大杉树和小杉树3个地块,多数地块的表层土壤较深层土壤有更好的排水能力,但深层土壤的持水能力强于表层土壤。研究坡地的土壤虽然属于同一种类型土壤,但不同植被、不同深度的土壤持水能力、释水特性及水分有效性存在一定差异,在分析红壤坡地水分动态分布规律时应考虑在内。     

垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中的适用性研究

利用一维垂直入渗试验研究垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中适用性。采用碎石粒径2~5mm和4组不同碎石含量下的土石混合介质,根据实测的土壤水分入渗特征量,推求出模型参数,再依据模型参数模拟水分入渗过程。对模拟入渗过程与实际入渗过程进行对比分析,两者之间的相对误差在6%以内,精度较高。说明垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中具有一定的适用性。     

基于离心机法获取定体积质量下的土壤水分特征曲线

【目的】克服离心机法测定土壤水分特征曲线时"变体积"的缺陷,实现用离心机法获取扰动土壤准确的土壤水分特征曲线。【方法】选取了山西省16种粒径组成、有机质量差别显著的扰动土壤作为研究对象,采用离心机法测定了初始体积相同的各土壤样品在不同转速下的土壤体积含水率、动态变化的土壤体积;采用多元非线性回归模型,描述了以土壤体积含水率、粒径组成、体积质量和有机质质量分数作为自变量描述土壤水吸力的函数关系,并对模型进行了验证与评价。【结果】土壤水吸力的自然对数函数可以表示为土壤砂粒质量分数、黏粒质量分数、土壤体积质量和含水率乘积以及有机质质量分数等土壤属性的线性函数,模型的决定系数达到0.740;模型建模样本平均相对误差为14.460%,验证样本平均相对误差为13.237%,模型预测精度较高;同时发现土壤属性对于曲线的形状与走势的影响不能忽视,其中砂粒质量分数、土壤体积质量和含水率乘积与土壤水吸力负相关,黏粒质量分数、有机质质量分数与土壤水吸力正相关。【结论】因此,本方法构建的模型更符合实际情况,能够提高土壤水力学参数的精度,同时可以克服离心机测量土壤水分特征曲线体积变化的缺点,得到更合理的土壤水吸力和土壤含水率的关系。     

基于加速遗传算法的 免耕农田土壤水分特征曲线分析

为获得淮北平原耕作模式变化后砂姜黑土的最新土壤物理性状,为合理设计农田灌排工程和灌溉制度提供重要的理论依据,利用激光粒度仪和压力膜仪测定了6组不同深度的土壤机械组成和土壤水分特征曲线,分析了土壤水分特征曲线和干容重在垂向上的变化规律和分层土壤质地分类,同时利用实测值通过加速遗传算法对VG模型参数进行优化。结果表明,土壤水分特征曲线、干容重及机械组成等物理性状的垂向分布存在差异,0～30 cm土层土壤的持水性在低吸力(0～631.13 cm)范围内基本相同,吸力增大后出现差异,30～40 cm土层的土壤物理性状均与上下土层有明显差异,存在明显分界,因此确定作物适宜土壤含水率下限时宜分层考虑;利用加速遗传算法优化率定VG模型后的拟合结果误差小精度高,拟合效果好,用优化后模型参数的物理含义来描述砂姜黑土实际的土壤水分特征曲线的特征是可行可靠的。     

斥水土壤水分特征曲线及拟合模型分析

为了研究斥水土壤的持水能力,选用以色列3类土质、2个斥水程度的6种斥水土壤,采用离心机法测定其土壤水分特征曲线,应用RETC软件中的VG、BC、DP和LND模型进行拟合,并对拟合效果进行评价。结果表明:斥水土壤的土壤水分特征曲线与亲水土壤的变化规律基本一致,同一种类型的土壤,在同一吸力条件下,土壤斥水程度等级越高,含水率越小,保水能力越低。从模拟效果来看,对于斥水黏土和壤土,VG、BC和DP模型的拟合值和实测值均呈极显著相关关系,而LND模型不适用;对于砂土,VG、BC、LND和DP模型拟合值和实测值均为极显著相关关系。因此对于斥水砂土推荐使用LND和DP模型;对于黏土和壤土,VG、BC和DP模型拟合效果差异不大,均可使用。     

不同耕作方式对夏玉米土壤含水量的影响研究

为精确研究不同耕作方式对夏玉米土壤水分变化的影响,选择常规耕作秸秆还田和深松秸秆还田两种耕作措施,通过对两种耕作方式下玉米全生育期土壤水分的实时监测,分析玉米土壤水分在不同时间尺度的动态变化规律。研究结果表明:(1)深松能提高10、30、70 cm土壤含水量,分别提高了7.66%、8.74%和6.37%,两种耕作方式下30 cm土层的土壤含水量变化呈现较大差异;(2)从小时尺度研究发现两种耕作方式下雨后各层土壤含水量的变化过程差异较大。雨后土壤水达到饱和后常规耕作时10 cm土壤水在晚上突降,而深松耕作在一天内逐渐下降;(3)除出苗期外,深松能显著提高其他生育期的土壤含水量,拔节期和灌浆期提升最多,分别提升5.00%和6.03%;(4)深松增产5.70%。     

洱海近岸菜地包气带土壤水分特征曲线参数变化及其影响因素

土壤水分特征曲线参数是研究土壤水分和溶质运移的重要参数。【目的】明确洱海近岸菜地土壤水分特征曲线参数空间变化及其影响因素。【方法】以洱海近岸菜地包气带土壤为研究对象,采用压力膜仪逐层测定了不同高程下土壤剖面各发生层的水分特征曲线,并用van Genuchten模型(VG模型)拟合土壤水分特征曲线。【结果】洱海近岸菜地包气带土壤含水率随着土壤吸力的增加呈先快速下降后变化平缓的趋势,VG模型能够较好地模拟各发生层土壤的水分特征曲线。土壤饱和含水率、残余含水率和参数n随着粉黏粒量、有机质和土壤孔隙度的增加而增加,随砂粒量和土壤体积质量的增加而减少,参数a呈相反的变化。土壤有机质、砂粒和黏粒量是影响土壤水分特征曲线参数空间变化的关键性因素,这些因素的差异把各发生层土壤划分为3类,即耕作层A为一类,犁底层P、母质层C和潴育层W为一类,潜育层G为一类。【结论】土层越深或越靠近洱海,土壤持水能力越差,土壤水分或溶质的迁移能力越强。潜育层、潴育层和母质层土壤水分特征曲线参数随高程呈较好的规律性变化,而长期耕种扰乱了耕作层和犁底层土壤水分特征曲线参数随高程的规律性变化。     

腐殖酸对滨海黏质盐土持水性能的影响

【目的】研究腐殖酸对黄河三角洲黏质盐土持水性能的影响。【方法】通过压力膜法测定各处理不同水吸力下的土壤含水率,采用VG方程对土壤水分特征曲线进行拟合,分析土壤水分特征曲线;通过KSAT饱和导水率仪测定土壤饱和导水率,分析腐殖酸配施量与饱和导水率的关系;通过不同腐殖酸配比下黏质盐土持续蒸发试验,分析腐殖酸配施量与蒸发的关系。【结果】黏质盐土配施腐殖酸后,土壤水分特征曲线发生明显变化。各腐殖酸配施量下黏质盐土水分特征曲线均高于T0处理;土壤水分常数明显提高,其中T2处理和T5处理配量下提高显著;饱和导水率明显提高,且T2处理和T5处理提高显著,与T0处理相比分别提高36.96%和56.92%;结合6h和12h累计蒸发量结果,T2-T4处理蒸发量较小,其中,T4处理蒸发量最小,但腐殖酸添加量对土壤水分蒸发影响不显著。【结论】腐殖酸能有效提高土壤持水能力,且T2处理下黏质盐土持水能力最强。     

保水剂对土壤水分运移和水吸力变化的影响

为了研究保水剂对土壤水分入渗性能和土壤水吸力变化过程的影响.通过室内土柱试验,对保水剂不同层施深度和施用量进行模拟试验.设置不施保水剂(CK)、施用量0.1％、施用量0.3％、施用量0.5％,分别层施在土层深度5 cm(W)和10 cm(S),并用T5(微型张力计)测定土壤水吸力值.结果表明;保水剂对土壤入渗特性有影响.随着保水剂施用量增加,累积入渗量和湿润锋运移不断减小;保水剂对湿润锋运移的影响较大.施用保水剂层的土壤含水量高于对照组;相同层施深度下,保水剂层施量越大,上层土壤含水率越高,下层土壤含水率越低.保水剂对土壤水吸力有重要影响.随着保水剂含量越大,上层土壤在T5释水阶段所测土壤水吸力偏大,在T5吸水阶段所测土壤水吸力偏小,下层土壤两阶段所测土壤水吸力越大.相同层施深度下,保水剂影响上层土壤水吸力峰值大小,并不影响到达峰值的时间,对于下层土壤水吸力峰值时间和大小都有影响且随着保水剂含量的增加,土壤水吸力峰值越大,达到峰值的时间越长.研究结果反映了保水剂的层施位置和施用量对土壤水吸力影响,可为保水剂在农田灌溉和科学施用上提供一定理论支撑.     

振动深松耕作对不同类型土壤水分特征曲线影响研究

为了探讨振动深松耕作措施对不同类型土壤的水分特征曲线的影响,利用吸力平板仪和压力膜仪对黑龙江省5种典型土壤,即黑土、黑钙土、水稻土、苏打盐碱土、沙土进行了测定。得到振动深松区和对照区的原状土壤在脱湿过程中不同吸力下的土壤含水率,并利用van Genuchten数学模型对5种土壤的水分特征曲线的实测值进行数值拟合,对比研究了5种土壤水分特征曲线及模型拟合参数、土壤当量孔径、土壤水分有效性及比水容量的变化。结果表明,振动深松前后土壤水分特征曲线差异显著。同一吸力下,深松区土壤含水率高于对照区,振动深松显著提高了土壤的有效供水能力,其中效果最佳的是苏打盐碱土和黑土。振动深松通过改善土壤结构,调整了孔隙孔径的比例,进而提高了土体的有效供水能力。     

玉米叶混掺对土壤水分入渗的影响

通过不同玉米叶混掺比例及混掺层埋深的垂直入渗试验,并以纯土为对照,研究玉米叶混掺对累积入渗量、入渗率及剖面含水率等的影响。结果表明,处理间土壤水分特征曲线差异明显;相同土壤水吸力下,添加玉米叶的土壤含水率均高于纯土处理,且添加3%玉米叶的土壤保水性明显优于添加1%玉米叶;土壤密度一定时,累积入渗量均表现为纯土1%玉米叶处理3%玉米叶处理;添加3%玉米叶对剖面含水率的影响高于1%玉米叶。     

植物混掺土壤水分特征曲线及拟合模型分析

为探求植物混掺对土壤持水能力的影响,通过测定不同土壤容重、不同混掺物及混掺比例条件下的土壤水分特征曲线,分析植物混掺物对土壤持水能力的影响,并利用RETC软件结合统计分析确定不同处理的模型适宜性。结果表明,相同土壤水吸力下,添加植物混掺物处理的土壤含水率均高于纯土处理;添加3%植物混掺物的处理中,玉米叶的保水效果优于玉米芯,而添加1%植物混掺物的处理中两者差异较小;低吸力阶段,混掺物的添加减少了土壤中大孔隙的比例,而在中高吸力阶段,混掺物的添加增大了土壤中小孔隙的比例,进而提高土体的持水能力。模型适宜性分析结果表明,各处理最优模型的非饱和导水率模式均为Mualem模型;土壤容重为1.35g/cm3和1.40g/cm3,混掺比例为1%和3%的玉米叶处理时,最优模型分别为VGM(m,1/n)和VGM(m,n),混掺比例为1%和3%的玉米芯处理时,最优模型分别为BCM和VGM(m,1/n)。     

土壤吸力测试方法对土壤水分特征曲线的影响

为了研究土壤吸力测试方法对土壤水分特征曲线的影响,以砂土为试验材料,利用张力计、滤纸和压力板仪分别测得砂土的水分特征曲线并通过VG模型进行拟合。得出了在相同含水率下压力板仪(退湿)测得的吸力大于张力计连续测量法测得的吸力大于张力计间断测量法测得的吸力,张力计间断测量法和滤纸法测得的吸力几乎相等。从物理化学的角度分析了由于接触角滞后会导致不同测试方法所对应的接触角存在差异,以及接触角变化对砂土吸力的影响。从理论分析和试验结果得出导致造成测量结果不同的原因是在测试时土体中接触角滞后造成的,接触角滞后对压力板仪和张力计影响非常大,而对滤纸法影响非常小。随着接触角的增大,压力板仪和张力计的测量结果将会变小。在自然状况下,滤纸法和张力计的测量结果十分接近。