夹砂层土体构型毛管水上升的实验研究

针对西北地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点，通过室内土柱实验，研究了有地下水位条件下夹砂层剖面的土壤蒸发问题。结果表明，砂层会影响毛管水上升的高度和速度，毛管水到达土表的时间随砂层厚度的增加、层位的升高以及级配的变差而延长，但砂层级配对于水分的阻滞作用最大。砂层影响各层土壤含水量的分布，在水分达到平衡状态时，砂层以下土壤含水量大于均质土，而砂层以上土壤含水量则小于或近似于均质土。砂层能明显降低地下水的蒸发量，但夹砂层土柱的蒸发量随砂层厚度的增加而降低，而表砂层土柱的蒸发量则随砂层厚度的增加而增强。在蒸发阶段，砂层层位的作用表现更为显著。     

基于HYDRUS-1D模型的河套灌区典型夹砂层耕地水分利用分析

为研究夹砂层耕地水分利用规律,以河套灌区典型夹砂层土壤耕地为研究对象,利用在春玉米生育期田间监测数据,应用土壤水分运动数值模型,探究对夹砂层土壤田间蒸散发、作物耗水及深层土壤水分的补给与深层渗漏规律。选择2种土壤的夹砂层埋深梯度S1（40～95 cm）、S2（60～110 cm）,设置了3个灌水水平W1（252.5 mm）、W2（315.85 mm）、W3（378.75 mm）开展田间试验,同不含夹砂层处理B作对照,并应用HYDRUS-1D模型模拟春玉米生育期田间蒸散发,土壤水分深层渗漏及地下水补给耕层水量与根系吸水量,与不含夹砂层处理对比分析夹砂层对田间水分利用影响。结果表明：随着砂层埋深增加,棵间蒸发损失减小,叶面蒸腾水量增加;不含夹砂层处理玉米田间毛管向上补给水量较浅埋砂层与深埋砂层处理分别大57.01%、118.53%,灌水量为315.85 mm时含夹砂层处理的土壤水分深层渗漏最小;玉米生育期内根系吸水量随砂层埋深的增加而减少,不含夹砂层处理根系吸水量最大。浅埋砂层与深埋砂层处理分别为蒸散量的55.51%、61.31%,不含夹砂层处理为66.69%;暂时性亏缺水量从大到小依次为：S2、S1、B,水分从大到小依次为：B、S2、S1。综合考虑夹砂层土壤水分迁移、作物水分利用规律,建议在夹砂层耕地春玉米灌溉根据砂层分布因地制宜定灌溉制度,当夹砂层埋深在40～110 cm范围时,推荐春玉米在生育期灌溉定额为315.85 mm。该研究结果可为河套灌区含有夹砂层农田灌溉制度的制定提供理论指导。     

蒸发条件下脱盐吹填土的水盐动态

使用吹填土进行围海造地是当前拓展沿海地区土地空间的主要方法。河北曹妃甸陆面基本上为吹填土围海造陆而成,针对该地区地下水埋深较浅和矿化度高、土质单一等特点,通过室内土柱模拟试验,研究了稳定蒸发条件下,不同地下水埋深脱盐土柱剖面的含水量变化规律、地下水通过土壤毛管上升作用的返盐规律、主要盐分离子的迁移行为以及土壤碱化问题。研究结果表明,地下水埋深50cm(B1)和100cm(B2)分别在15天和51天时达到埋深30cm处0.3%的设定含盐量,B1表层返盐速率高于B2;试验中土柱B1表面和B2埋深为5cm处出现盐壳,且B1和B2地下水累计消耗量随时间线性变化;试验结束时B1和B2的平均含水量为18.8%和20.1%,B1和B2的平均含盐量为0.5%和0.4%;在返盐过程中B1和B2的阳离子迁移速度均为Na+Ca2+Mg2+,阴离子为Cl-HCO3-SO42-,且试验结束时土柱中未出现碱化现象,说明了土体能提供给植物生长一个良好的生境。该研究结果为曹妃甸以及类似地区进行生态建设和发展农业生产等方面提供吹填土的改良、盐分控制等方面的依据。     

Surfactant and water migration in unsaturated sand

• 1 In unsaturated coarse disperse materials such as sand, the water on the surface is continous and ‘deep’ enough to be an adequate medium for the migration of surface active substances (SAS).
• 2 The influence of the tangential force on water migration in unsaturated coarse disperse material is studied by compensating the capillary pressure difference caused by the surface tension gradient.
• 3 The influence on water migration in unsaturated disperse materials exerted by the additional pressure difference, originating from SAS migration, is comparable to that exerted by capillary pressure difference.

     

BP保水剂及其对土壤与作物的效应

对美国生产的ＢＰ保水剂在土壤中的试验结果表明,ＢＰ保水剂有极强的吸水保水能力,对无离子的吸水能力为３８．７ｍＬ／ｇ,含盐量在０～０．１％范围内,溶胀度变化最大,在０．１％盐水中的溶胀度仅为蒸馏水的６３％,吸持的有效水占２／３以上;ＢＰ保水剂施加到土壤中可改善土壤物理水分性状,土壤持水性能显著增大,在０．０１～１．５ＭＰａ土壤水势范围内,砂土和重壤土较轻壤土和中壤土有显著增加;土壤中施加ＢＰ保水剂,土壤饱和导水率显著降低,土壤蒸发性能无显著变化,土壤团聚作用增强;其中砂土增加效果显著;ＢＰ保水剂加入砂土中盆栽种植小麦试验表明,加入ＢＰ保水剂,可使小麦幼苗株重、根系长度和根重有明显的增加,根冠比明显增大,根系营养状况良好,对小麦生长有明显的促进作用。     

掺砂对土壤水分入渗和蒸发影响的室内试验

通过掺砂调控农田土壤水分入渗和蒸发,对新疆干旱绿洲农田抑盐、保水及合理的掺砂制度制定具有重要意义。该研究以不同的掺砂率为影响因子进行土柱模拟试验,设置了4个掺砂率水平,分别是0（对照）、25%、50%、75%。结果表明：不同掺砂率条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著地乘幂关系,影响顺序为75%＞50%＞25%＞0,且在掺砂率≥25%影响幅度较大;不同掺砂处理对土壤水分蒸发过程同样也有显著地影响,随着掺砂率的增加,土壤蒸发显著减弱,随着掺砂率的增加,抑制土壤蒸发越强,且在掺砂率≥75%时有较大幅度影响。土壤在连续20 d蒸发过程中,各个处理的土壤累积蒸发量随时间的关系和Rose经验公式拟合度高; 不同掺砂处理能显著提高土壤掺砂层以下的土壤含水率,随着掺砂率的增加而增加,其中掺砂75%时最高。     

覆砂对土壤入渗、蒸发和盐分迁移的影响

探讨覆砂厚度对土壤水分入渗、蒸发、盐分迁移的影响,对新疆干旱区农田抑盐、保水及合理的覆砂制度制定具有重要意义。本文采用定水头法入渗和模拟稳定蒸发条件,研究覆砂厚度对土壤水分入渗、蒸发过程以及盐分迁移的影响。以覆砂厚度为影响因子,在土壤表层设置4个厚度,分别是0(对照)、1.7、3.6、5.7 cm。研究结果表明:(1)覆砂抑制了土壤水分净入渗能力,这一抑制作用随着覆砂厚度增加而减弱;(2)覆砂可以显著抑制土壤蒸发,随着覆砂厚度的增加抑制力增大。在20天蒸发过程中,覆砂处理蒸发呈稳定态势,且累积蒸发量符合线性方程,而对照符合Rose经验公式;(3)覆砂可以改变土壤盐分在剖面中的运移,尤其减弱了盐分的表聚。总之,覆砂显著地抑制了土壤蒸发和盐分表聚,即在覆砂厚1.7 cm上就可达显著效果,但对土壤的净入渗能力具有抑制作用。     

不同质地裸土潜水蒸发估算方法

为定量分析裸土区潜水蒸发与水面蒸发的关系,该文通过自制试验装置,对粗砂、细砂、壤土和砂土4种质地土壤开展了二者之间相关关系的试验研究。结果表明:相同条件下,不同土壤质地的潜水蒸发与水面蒸发量不相等,二者之间存在一个折算系数,除粗砂外,细砂、壤土和砂土的折算系数均大于1,二者表现出较强的线性相关性,基于该相关性,建立了数学关系表达式。与实测数据的对比分析表明,若用水面蒸发强度代替潜水蒸发,相对误差达-17.79%,这将不可避免地影响到潜水蒸发计算结果的精度;而通过二者相关关系建立的折算系数法,可将相对误差减小至-1.94%,有效提高了潜水蒸发计算结果的可靠度。     

Arsenic Contamination in Rice, Wheat, Pulses, and Vegetables: A Study in an Arsenic Affected Area of West Bengal, India

Water retention and transport in soils is dependent upon the surface tension of the aqueous phase. Surfactants present in aqueous solution reduce the surface tension of aqueous phase. In soil–water systems, this can result in water drainage and reductions in field capacity and hydraulic conductivity. In this investigation, the surface tension of surfactant solutions mixed with soil—in a constant fixed ratio—was measured as a function of surfactant concentration. Two anionic surfactants were used: sodium dodecyl sulphate and sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate. Two soils were also used—a clay soil and a sandy soil. The key observation made by this investigation was that the addition of soil to the surfactant solution provided a further component of surface tension reduction. Neither soil sample reduced the surface tension of water when surfactant was absent from the aqueous phase, though both soils released soil organic matter at low surfactant concentrations as shown by measurement of the chemical oxygen demand of the supernatant solutions. Furthermore, both surfactants were shown to be weakly adsorbed by soil as shown by the use of a methylene blue assay. It is therefore proposed that the additional reduction in surface tension arises from synergistic interactions between the surfactants and dissolved soil organic matter.     

沙漠人工植被区生物结皮类土壤的蒸发特性——以沙坡头沙漠研究试验站为例

沙漠人工植被区的建立有助于生物结皮的形成和发育，它将显著改变植被区土壤的持水性能和蒸发过程。利用室内蒸发法研究了流沙和沙漠植被区生物结皮类土壤的蒸发特性。结果表明，随固沙年限的延长生物结皮层及其下的亚土层逐年增厚、容重下降、土壤持水能力增加，且苔藓结皮优于藻类结皮。当土壤样品完全饱和后，生物结皮土壤的蒸发量明显高于流沙，苔藓结皮高于藻类结皮，并随固沙年限的延长而增加；但是蒸发过程表现出明显的阶段性（P〈0．05）。在蒸发的第一阶段（速率稳定阶段），与流沙相比生物结皮的存在有利于蒸发；但在蒸发的第二阶段（速率下降阶段）生物结皮却抑制蒸发。分析后认为，正是生物结皮具有较高的持水能力，在蒸发的第一阶段增加了水分被蒸发的可能性；当土壤干旱时，结皮可以将水分束缚在土壤中从而抑制了蒸发。     

砂石覆盖粒径对土壤蒸发的影响

为研究不同粒径砂石覆盖对土壤蒸发过程的影响,进行模拟试验.试验以砂石粒径大小为因子,设3个粒径水平:0.5,2.5,4.5 cm,以裸土为对照.结果表明:地面砂石覆盖能够有效抑制土壤蒸发,在土壤含水率较高的阶段,抑制作用更加明显;砂石覆盖对蒸发的抑制作用与砂石粒径密切相关,在相同的覆盖厚度(5 cm)和同一含水率条件下,砂石覆盖的粒径越大,对蒸发的抑制能力越低;砂石覆盖能明显改变土壤蒸发过程,覆盖条件下的土壤蒸发与裸土相比不仅降低而且更加平稳;在41d的连续蒸发过程中,覆盖条件下的累计土壤蒸发量与时间呈近似线性关系,而裸土为对数关系.     

不同覆砂厚度对土壤水盐运移影响的实验研究

采用室内土柱模拟试验,研究了不同覆砂厚度条件下土壤潜水蒸发及蒸发后盐分(EC)分布特征,并就覆砂厚度对土壤水盐运移的影响进行了分析。结果表明:覆砂厚度对潜水蒸发的抑制率有显著效果,且抑制率随覆砂厚度的增加而升高,如当覆砂厚度1.7 cm时抑制率达到83%,当覆砂增加到3.6 cm和5.7 cm时,抑制率分别为95%和97%;土壤表层覆砂具有显著的抑盐效应,通过覆砂明显的减轻了土壤盐分向上运移和表聚,如当覆砂厚度1.7 cm时,表层盐分抑制率达到83%,当覆砂厚度为3.6 cm与5.7 cm时,盐分抑制率则分别上升到96%和97%。本试验表明,土壤表层覆砂是一种防止土壤水分蒸发,提高土壤保水能力和抑制土壤盐分表聚的有效方法,覆砂厚度达到3.6 cm是一种在新疆北疆绿洲合理覆砂厚度。     

蒸发条件下浅层地下水埋深夹砂层土壤水盐运移特性研究

针对西北地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐土壤多处于裸露状态的特点,通过室内土柱实验,研究了浅层地下水埋深条件下夹砂层土壤中砂层的层位、厚度以及级配等因素对水盐迁移特性的影响。结果表明,砂层位于底层即层位为0时可加速水盐运动;层位为10 cm时可抑制其运动;层位为35 cm时砂层对潜水蒸发量和土壤表层返盐的抑制率可达70％～80％左右。砂层对水分和盐分的抑制率随蒸发历时的延长而减小,但层位为35 cm的砂层对盐分的抑制率随蒸发历时的延长而增加;同一历时砂层对水分的抑制率小于对盐分的抑制率。相同层位时,水盐的抑制率随砂层厚度的增加以及级配的变差而增大。该研究为层状土区盐碱地的改良以及灌溉和排水等措施的制定提供了参考。     

砂土混合覆盖下的土壤水分蒸发特性及其因子分析

为明确不同砂土混合物覆盖对土壤蒸发过程的影响,基于土壤蒸发分阶段理论及微型蒸渗仪田间试验,深入探析了6种砂土混合覆盖模式(1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0,分别为M1～M6)下的土壤蒸发动态变化及其作用机制。结果表明：土壤蒸发分阶段理论能够真实刻画砂土混合覆盖下的土壤水分蒸发状况,其累计蒸发量可用砂土混合比与蒸发时间进行定量表征。当砂土混合比≥0.8时,土壤蒸发过程仅存在2个明显阶段,抑蒸效果显著;当砂土混合比<0.5时,M3～M6处理的土壤蒸发稳定高峰期明显,且集中于前2.53～2.66天,水分主要散失历时则分别较M1增加6.49,6.49,6.49,7.09天;而当砂土混合比介于0.5～0.8时,覆盖层易诱发且能够更早地形成结构致密的覆盖干层,整体保墒效果反而凸显。受土壤蒸发阶段特性及覆盖模式的影响,蒸发第1阶段主要受下垫面净辐射通量供应的限制;而在蒸发第2,3阶段,砂层结构的作用凸显,土壤水力特性调控效应逐渐占优。总之,砂层结构恶化将加快土壤失水过程,增加农田水分的无效损失,当砂土混合比<0.5时,其抑蒸保墒功效将逐渐丧失,这对西北旱区砂田退化机理的揭示及压...     

成膜保水剂增强土壤保水能力研究

成膜保水剂是一种新型土壤改良剂,通过试验发现:0 2%PAA低浓度的成膜保水剂对大多数作物种子的发芽产生促进作用,可提高作物种子的发芽率;0 2%、0 4%PAA浓度的成膜保水剂对玉米的生长有促进作用。酸碱环境不同成膜保水剂在土壤中的成膜深度不同,酸性越强成膜越浅,而且,具有较好的防渗效果。成膜保水剂对土壤的保水性能有较大改善,尤其对20cm土壤耕层的效果更为明显,田间持水量比对照相对增长达27 5%。生产上应针对不同作物采用不同浓度和pH的成膜保水剂。     

Salt—Water Dynamics in Soils：Ⅲ.Effect of Crop Planting

Through a simulation test conducted with soil columns (61.8cm in diameter) in field condition,effect of crop planting upon the regulation of salt-water dynamics in soils was studied by monitoring of salt-water dynamics in situ,using soil salinity sensors and tensiometers.The results indicated that the amount of water absorbed by crops from the soil was generally larger than the decrement of water consumption from soil surface evaporation reduced by the crop covering the soil surface and improving the soil structure,therefore,under the conditions of crop growing and non-irrigation,water content in soil profile was less than that without crop growing,and the gradient of negative pressure of soil water in soil profile especially in the root zone was enlarged,thus causing the water flowing from subsoils into root zone and increasing the groundwater moving upwards into soil layer via capillary rise,so that the groundwater evaporation increased.Consequently,under the condition of crop growing,the salt was mainly accumulated towards the root zone rather than to the top soil.the accumulating rate of salt in groundwater via capillary rise of soil water to subsoils was increased thereby.     

夹砂层状土壤潜水蒸发特性及计算模型

针对西北地区农田土壤常见的砂土夹层土壤结构，通过室内土柱实验，研究了浅层地下水埋深条件下夹砂层状土壤的潜水蒸发特性。研究结果表明：砂层对水分蒸发既有促进也有抑制作用，相同厚度时潜水蒸发强度随砂层层位的升高以及级配的变差而降低。以砂层的相对层位和相对有效粒径作为砂层的量化指标，建立了适用于不同层位和质地夹砂层土壤稳定蒸发强度的修正模型，并对其进行了验证。该实验为定量研究夹砂层状土壤潜水蒸发提供了新思路。     

用薄层土蒸发数据计算获得萎蔫含水量和高基模吸力段持水曲线

本研究对薄层土的含水量和薄层土所含水分的蒸发率的关系进行了理论分析 ,并在实验室测定了砂土、壤土、和粘壤土的薄层样品的水分蒸发过程。蒸发率迅速降低时的转折含水量被与压力锅法测定的萎蔫含水量相联系。薄层土蒸发数据还被用于计算高吸力段的持水曲线。vanGenuchten持水曲线模型经修改后可以很好拟合所计算的持水曲线数据     

The evaporation method: Extending the measurement range of soil hydraulic properties using the air‐entry pressure of the ceramic cup

Knowledge of hydraulic functions is required for various hydrological and plant‐physiological studies. The evaporation method is frequently used for the simultaneous determination of hydraulic functions of unsaturated soil samples, i.e., the water‐retention curve and hydraulic‐conductivity function. All methodic variants of the evaporation method suffer from the limitation that the hydraulic functions can only be determined to a mean tension of ≈ 60 kPa. This is caused by the limited measurement range of the tensiometers of typically 80 kPa on the dry end. We present a new, cost‐ and time‐saving approach which overcomes this restriction. Using the air‐entry pressure of the tensiometer's porous ceramic cup as additional defined tension value allows the quantification of hydraulic functions up to close to the wilting point. The procedure is described, uncertainties are discussed, and measured as well as simulated test results are presented for soil samples of various origins, different textures (sand, loam, silt, clay, and peat) and variable dry bulk density. The experimental setup followed the system HYPROP which is a commercial device with vertically aligned tensiometers that is optimized to perform evaporation measurements. During the experiment leaked water from the tensiometer interior wets the surrounding soil of the tensiometer cup and can lead to a tension retardation as shown by simulation results. This effect is negligible when the tensiometers are embedded vertically. For coarsely textured soils and horizontal tensiometer alignment, however, the retardation must be considered for data evaluation.     

蒸发与降水入渗过程中不同水体氢氧同位素变化规律

为了研究土壤水蒸发与降水入渗非饱和带过程中不同水体氢氧同位素的变化规律,该文选用2种不同性质的土壤-砂土和黄土,设计了土壤水蒸发和降水入渗室内试验。结果表明:对于砂土,土壤水蒸发过程中剩余水体氢氧同位素分馏遵从瑞利模式;对于黄土,随着蒸发时间的延长,剩余土壤水氢氧同位素值越来越远离瑞利分馏关系线;在降水入渗非饱和带的初期,相对于风干砂土,风干的黄土颗粒对土柱出流水的氢氧同位素值产生了影响,并且出流水的氢氧同位素亦受到土壤原水同位素值的影响,只有入渗的降水达到了一定数量,土柱出流水才能与降水的同位素值相同。该研究可为运用氢氧同位素研究降水能否通过非饱和带补给地下水提供数据分析的依据。