NaCl溶液处理亚热带土壤水分特征曲线差异与模型优选

携带大量盐分的低质水长期灌溉导致土壤存在极大的物理化学特性退化风险,为了探究盐分对土壤水分特征曲线影响的差异性,采用压力膜法对亚热带地区粘性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土、水稻土等5种土壤进行室内测定,对比分析了各土壤在0、5、10、15 g/L等4个钠盐浓度水平下土壤水分特征曲线的差异,并利用RETC软件结合数理统计方法确定了各土壤不同钠盐浓度水平下相应的最优拟合模型。结果表明:钠盐处理均可提高各土壤的持水能力,且粘粒含量较高的土壤影响显著;钠盐处理减少了粘性潮土、沙性潮土和红壤的有效含水率,分别最大减少了40.8%、30.5%、31.5%,却提高了紫色土、水稻土有效含水率,分别最大提高了45.7%、28.9%。粘粒含量少或低浓度盐溶液处理的土壤水分特征曲线以BC模型拟合最优,而粘粒含量多且高浓度盐溶液处理的以DP-M模型拟合最优。     

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.     

土壤液限和抗剪强度特征值及其影响因素研究-基于紫色土区

紫色土区土壤力学性质独特,造成土壤侵蚀现象严重,对水土保持和农田基本建设产生了较大的影响.为此,以紫色土和水稻土两种代表性土壤为例,通过液塑限联合测定试验和快速剪切试验,测定土壤的液限及抗剪强度特征值,并对其影响因素进行探讨.结果表明:紫色土和水稻土两种土壤的液限值差异较大;紫色土的液限值为13.37%～15.75%,平均值为14.42%,水稻土液限值为42.61%～47.64%,平均值为45.16%;紫色土为一般性粘土,而水稻土为高液限粘性土.粘粒和有机质是影响土壤液限值的重要因素,且土壤液限受有机质影响最为强烈,三者之间符合多元线性回归分析方程,相应的VAF和RMSE值分别为92.18,96.86和0.19,0.24,R2值分别为0.922和0.969.在100kPa固定压力下,紫色土和水稻土的抗剪强度差异明显,水平值分别为61.91 kPa和46.76kPa,水稻土的抗剪强度小于紫色土,且土壤液性指数与抗剪强度之间具有明显的指数函数关系.     

基于土壤颗粒分布曲线的土壤水分特性曲线MV和AP模型应用研究——-基于土壤颗粒分布曲线

土壤水分特性曲线是土壤的基本性质,它的直接测量方法非常冗长耗时,间接方法成为重要途径之一。多种基于土壤颗粒分布曲线的预测模型因此得以提出,但各模型的实际应用效果仍缺乏充分检验。针对江苏常州水稻土等3种土样,基于土壤颗粒分布曲线,利用MV模型和AP模型预测土壤水分特性曲线,采用van Genuchten-Mualem公式,拟合得到了土壤水分特性曲线的基本参数值;通过对模型预测值和实测值的方差和AIC标准检验,对比了MV模型和AP模型,讨论两个模型在粉、沙壤土中的应用效果。研究表明：AP和MV模型均可以较好地预测粉、沙壤土两种土的土壤水分特性参数;两种模型在低负压时的预测效果优于高负压时;AP模型随着土壤粘粒含量的增加预测效果逐渐变差,MV模型与土壤粘粒含量之间无明显关系;对比两模型,AP模型优于MV模型;MV模型作为一种不含经验参数的简易模型,其预测精度仍有待改进。     

原状黄土土壤水分特征曲线预测模型优选

为了省时、省力、精度高的获取土壤水分特征曲线,以黄土高原区6种质地241个田间原状黄土土壤为研究对象,利用HYPROP仪器测定了原状黄土土壤水分特征曲线,应用Hyprop Fit软件中的不同模型对实测所得土壤水分特征曲线进行拟合,确定各土样的土壤水分特征曲线模型参数,并通过模型计算出实测土壤吸力所对应的含水率,与实测值进行比较。最终选择Frelund-Xing模型作为原状黄土土壤水分特征曲线的最优预测模型。     

钠盐溶液与淡水交替供水方式对红壤水盐运移特征的影响

为优化再生水与淡水交替供水方式，研究交替供水方式对红壤入渗特性及水盐分布规律的影响，以确定最优交替供水方式。选取5、10 g/L 2种浓度钠盐溶液和淡水为试验用水，设置了咸淡水混合（SF混合）、咸淡交替（SF）、淡咸交替（FS）、咸淡咸淡交替（SFSF）和淡咸淡咸交替（FSFS） 5种供水方式，并以淡水（CK）为对照，进行一维垂直土柱入渗试验。结果表明：2种钠盐浓度下累积入渗量随着交替次数增加而增加，360 min入渗时刻，5 g/L和10 g/L淡咸淡咸交替处理分别比淡咸交替处理增加了28.85%和18.98%;Philip模型更适合描述FS交替供水和CK下土壤累积入渗量随入渗时间的变化，Kostiakov模型更适合描述SF混合、SF、SFSF、FSFS处理下红壤入渗特征；土壤剖面盐分分布受交替供水方式的影响，盐分累积程度受钠盐浓度的影响，在同一供水方式下，2种钠盐浓度的电导率（EC）分布规律一致，且随钠盐浓度增加，EC值增大。5 g/L下淡咸淡咸交替供水能增强土壤入渗能力，降低土壤盐分累积，为最优交替供水方式，推荐淡咸淡咸交替供水为南方亚热带区红壤再生水灌溉方式。     

土壤失水过程对土体收缩特性的影响

为探求不同质地和容重土壤失水过程中的土体收缩特性,选取山东壤土(SD)和陕西粉粘壤土(SX)作为供试土壤,并分别设定初始容重为1.30、1.40、1.50 g/cm~3,采用离心机法测定土壤水分特征曲线,同时对土壤脱水过程中土体轴向和径向收缩特征进行研究。结果表明,对于SD和SX土样,不同容重土壤含水率随吸力增加呈现不同幅度的减小趋势,但其减小速率均表现出"慢-快-慢"的变化特点;在土壤脱水过程中,土体线缩率随含水率减小而增大,Logistic模型可以较好地拟合线缩率与含水率之间的非线性关系(R~2在0.96~0.99之间);土壤轴向(δ_s)、径向(δ_r)和体积收缩应变(δ_V)均随容重增加而减小,SD和SX土样分别以水平收缩形变和垂直收缩形变为主。相关性分析表明,δ_s、δ_r和δ_V与砂粒含量呈负相关关系,与粉粒和粘粒含量呈正相关关系,且3种收缩特征指标与土壤颗粒含量之间的相关性受容重影响;对于SD土样,δ_s和δ_r与粘粒和粉粒含量显著相关,δ_V与砂粒含量显著相关;对于SX土样,δ_s、δ_r和δ_V与砂粒和粉粒含量显著或极显著相关,而与粘粒含量无显著相关性。     

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。     

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。     

几种土壤密度随土壤含水量变化的模拟研究

以湖北地区的黄棕壤、红壤、潮土、水稻土为供试土壤,研究了土壤密度随土壤含水量的变化,并进行了数值模拟,结果表明,所有供试土壤随着重量含水量的降低,土壤密度都会逐渐增大,土壤密度(B)随含水量(θg)变化的关系可用指数模型B=a e-bθg描述,且其精度较高.模型中不同土壤的a值和b值有所不同,一般土壤黏粒含量高,黏粒中...     

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。     

沙封膜孔对盐碱地土壤及向日葵幼苗生长的影响

为了提高河套灌区盐碱地向日葵的出苗率和存活率,试验采用了沙封膜孔,土封膜孔和常规种植三种种植方式。在向日葵的播种前、出苗期和幼苗期分别监测不同处理0～100cm的土壤水分、盐分及向日葵出苗率和幼苗生长状况。结果表明：在向日葵播种前,不同处理土壤含水率、土壤盐分均无差异,在出苗期和幼苗期出现差异且幼苗期差异更显著。在幼苗期沙封膜孔较常规种植在0～10 cm 土层土壤含水率降低了15.79%,土壤盐分降低了23.13%,在10～20 cm 土层土壤含水率降低了14.51%,土壤盐分降低了26.19%,沙封膜孔较土封膜孔在0～10 cm 土层土壤含水率降低了9.1%,土壤盐分降低了6.61%,在10～20 cm 土层土壤含水率降低了6.78%,土壤盐分降低了11.43%,在大于40 cm土层以下的土壤含水率和盐分基本保持一致,没有差异。沙封膜孔的出苗率和存活率较常规种植,分别提高了23.42%和20.96%。沙封膜孔促进向日葵幼苗的生长,株高、茎粗、根系深度和幅度都有不同程度的增加,地上部分和地下部分的生物量显著增加。河套灌区盐碱地地膜采用沙封膜孔种植,可降低土壤含水率,阻碍土壤盐分表聚,提高了向日葵出苗率和存活率。     

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。     

膨胀土干湿循环自然胀缩下土壤水分特征三维曲线研究

【目的】建立了自然胀缩下膨胀土的土壤水分特征三维曲线并探究其拟合参数的变化规律。【方法】利用thermo-TDR探针和土壤水势探针,在测定土壤水分特征曲线的过程中考虑膨胀土体积质量动态变化,得到3种不同质地的膨胀土在3个干湿交替周期中土壤水分特征三维曲线的变化规律。【结果】发现热脉冲探针原位间距校正法能有效提高土壤体积质量的测定准确度,校正后RE由总体10%～40%的偏差降低为总体远小于10%,RMSE经校正后总体由0.3～0.4g/cm³降低为远小于0.1g/cm³;引入收缩率这一体积质量参数改进van Genuchten模型,得到较好的土壤水分特征三维曲线拟合结果;随着土壤干湿循环次数增加,模型参数α和n值不断减小,在脱湿过程中,含水率对体积质量和吸力变化的影响在不断削弱;随黏粒量的增大,α和n值呈减小趋势,且改进后的van Genuchten模型拟合效果更好。【结论】原位探针间距校正法对强胀缩土壤的测定准确度提升效果显著,建立考虑体积质量的土壤水分特征三维曲线能更真实描述土壤水分与水势间的关系。     

滨海盐渍土土壤水分特征曲线测定及拟合模型的比较

测定滨海盐渍土的土壤水分特征曲线及相应的参数,为研究和模拟水盐运移提供可靠的参数依据。以中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态实验站内的盐渍土为例,使用压力膜仪测定土壤吸力和水分的关系,根据Brooks-Corey、Gardner和van Genuchten 3种模型拟合土壤水分特征曲线,结果表明:van Genuchten模型拟合的精度最高,剖面五层土壤的决定系数都大于0.97,与试验点土壤质地无明显相关性,可以用于该地区的土壤水分特征曲线拟合;BrooksCorey和Gardner模型的拟合效果相似,且精度波动都很大,在砂性土范围内,决定系数大小与土壤物理性砂粒含量成反比,不适合用于由泥沙堆积而成的黄河三角洲地区的土壤水分特征拟合。van Genuchten模型拟合结果表明:不同土壤的水分特征曲线不同,同一质地类型的土壤具有相似的曲线形状;土壤颗粒的粒径组成和含盐量对土壤的持水性有很大的影响,土壤颗粒越大土壤持水性越差,土壤含盐量越高,土壤持水性越好。     

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。     

土壤水分特性曲线MV和AP模型应用研究——基于土壤颗粒分布曲线

土壤水分特性曲线是土壤的基本性质,它的直接方法测量非常冗长耗时,间接方法测量成为重要途径之一。多种基于土壤颗粒分布曲线的预测模型因此得以提出,但各模型的实际应用效果仍缺乏充分检验。针对江苏常州水稻土等3种土样,基于土壤颗粒分布曲线,利用MV模型和AP模型预测土壤水分特性曲线;采用van Genuchten-Mualem公式,拟合得到了土壤水分特性曲线的基本参数值;通过对模型预测值和实测值的方差和AIC标准检验,对比了MV模型和AP模型,讨论两个模型在粉、沙壤土中的应用效果。研究表明:AP和MV模型均可以较好地预测粉、沙壤土两种土的土壤水分特性参数;两种模型在低负压时的预测效果优于高负压时;AP模型随着土壤黏粒含量的增加预测效果逐渐变差,MV模型与土壤黏粒含量之间无明显关系;对比两模型,AP模型优于MV模型;MV模型作为一种不含经验参数的简易模型,其预测精度仍有待改进。     

含钠盐量变化对土壤水分入渗特性影响的试验研究

【目的】研究土壤含钠盐量变化及钠盐含量垂向异性对土壤水分入渗特性的影响,以期为海涂盐渍土水土资源高效利用与保护提供理论依据。【方法】设置土壤含钠盐量垂向均质及垂向异质变化共6个处理,采用恒定水头入渗法进行土壤水分入渗试验。主要从入渗速率、累积入渗量及湿润峰距离3方面对土壤水分入渗特性进行分析讨论与模拟。【结果】对于盐分分布均匀的土壤,入渗初期水分入渗速率与土壤含盐量有显著关系,但对于盐分含盐量垂直分层土,土壤盐分含盐量与水分入渗速率关系较为复杂。在相同入渗时间内,盐分均质土累积入渗量随土壤含盐量增大呈显著降低趋势;对于盐分含盐量分层土壤,盐分含盐量垂向减小土壤累积入渗量大于盐分浓度垂向增加土壤,且土壤剖面垂向盐分含盐量变化对水分累积入渗量影响相比土壤盐分含盐量均匀变化对入渗过程的影响更显著。土壤湿润锋深度随入渗时间延长而增大,且在入渗初期速度较快,随后逐渐缓慢,最后趋于平缓,上层土壤盐分浓度对湿润锋深度影响较大。【结论】结合盐分均匀变化及垂向异质性变化土壤定水头入渗试验,明确了土壤孔隙水分运动与盐分浓度变化的响应规律。土壤垂向理化性质改变对水分入渗过程具有一定影响,同时利用Kostiakov入渗经验公式和简略Philip入渗方程可以较好地拟合该入渗过程。     

微咸水水质对压砂地土壤入渗性能的影响

为研究土壤容重以及供水水质对土壤水分垂直入渗性能的影响,以香山地区不同容重(1.35、1.45 g/cm^3)的土壤为研究对象,通过室内土柱一维垂直入渗试验,选择供水水质为影响因子,设置4种不同电导率的供水水质(0、2.5、5.0、7.5 mS/cm)对土壤入渗时间、入渗率,盐分分布特征以及含水率分布特征进行研究,并用Philip、Kostiakov和通用经验模型来模拟土壤水分入渗过程。结果表明:微咸水入渗可以增大两种土壤的入渗性能,对土壤容重为1.35 g/cm^3的土壤影响更为明显,利用Kostiakov入渗方程能更好地拟合不同容重的土壤水分的入渗过程,且模型对土壤容重为1.45 g/cm^3的土壤入渗过程的拟合精度更高。土壤含水率与盐分再分布的过程中,在土壤上层,电导率为0 mS/cm入渗条件下,两种容重土壤的土层的含盐量均小于土壤初始含盐量,说明其在不同程度上可以淋洗盐分,在供水水质电导率为2.5、5.0、7.5 mS/cm条件下,两种容重土壤的土柱剖面均出现明显积盐的情况;在4种供水水质的入渗条件下,在土壤上层,两种容重的土壤含水率均出现急剧下降的趋势,这是由于随着电导率的增加,土壤的导水性能随之增加,但是在同一深度,土壤容重为1.35 g/cm^3的土壤含水率略高于压砂地土壤容重为1.45 g/cm^3的土壤含水率,这是由于在一定的范围内,随着土壤容重的增加导致土壤孔隙率的减小,水分的运动过程受到阻碍,进而影响到土壤的含水率。     

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。