压砂条件下灰钙土地区农田土壤水分垂直入渗特征研究

为探讨压砂条件下灰钙土水分垂直入渗特征,采用土柱模拟法,分别研究了压砂厚度、砂石粒径、土壤初始含水率及灌水量,对压砂条件下水分累计入渗量和土壤湿润锋的影响。结果表明:压砂条件下,土壤水分累计入渗量与入渗时间可以用正相关幂函数拟合。累计入渗量随着压砂厚度的增加呈增加趋势,入渗速率增加值的临界点是压砂厚度为15 cm;当砂石粒径为4.75 ~ 20 mm,明显促进水分垂直入渗过程,而砂石粒径20 ~ 40 mm及2 ~ 4.75 mm的处理,水分入渗速率变慢;土壤初始含水率增加,明显促进土壤水分垂直入渗;而灌水量从59 mm增加至177 mm时,有效促进水分入渗和湿润锋运移过程,但继续增加灌水量入渗过程则无显著性变化。     

设计流量和土壤质地对微孔陶瓷灌水器入渗特性的影响

为探明微孔陶瓷灌水器土壤中入渗流量变化的原因,明确微孔陶瓷灌水器的出流原理,该研究基于土桶模拟试验,研究3种设计流量(0.72、1.87和4.40 L/h)的微孔陶瓷灌水器下2种土壤(黄绵土、塿土)的渗流特性。结果表明,使用不同灌水器灌溉后,短时间内入渗流量均迅速减小,而后缓慢减小趋于稳定。设计流量与土壤质地均影响灌水器的出流。灌水器周围土壤水势的变化是造成入渗流量变化的直接原因,土壤含水率的变化是入渗流量变化的根本原因。在没有淹没出流的情况下,土壤含水率越高,入渗流量越小。设计流量为1.87 L/h灌水器应用于塿土中,当土壤含水率由13%增大至40%时,入渗流量由1.4 L/h下降至0.3 L/h左右。灌水器周围土壤含水率对入渗流量具有反馈调节作用。采用微孔陶瓷灌水器作为灌溉系统的核心部件,在内部水头适宜(微压或零压)的情况下,通过灌水器入渗流量与土壤含水率的耦合作用,可实现土壤水分的自动调控,达到主动灌溉的目的。该文可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。     

土壤初始含水率对涌泉根灌土壤水分及氮素运移特性的影响

为了探究涌泉根灌水肥一体化灌溉在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(4.13%,7.21%,8.77%,11.06%,14.01%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离与不同土壤初始含水率之间的关系,提出了不同初始含水率下涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布、转化等均不同程度地受到土壤初始含水率的影响。同一时刻条件下,累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮和硝态氮的分布范围越广泛;距离灌水器出水孔越近,土壤中的铵态氮和硝态氮含量越高。入渗系数K随着土壤初始含水率的增大而减小,入渗指数α随着土壤初始含水率的增大而增大;水平湿润锋拟合参数a、b均随土壤初始含水率的增大而增大,竖直向下湿润锋运移指数c随着土壤初始含水率的增大而增大,入渗指数d随着土壤初始含水率的增大而减小。随着土壤水分再分布的持续进行,湿润体内水分分布越加均匀,采用克里斯琴森均匀系数Cu评价灌水结束、再分布1,3天条件下湿润体内水分分布均匀度依次为61.99%,74.27%和83.60%;湿润体内铵态氮含量逐渐减小,但铵态氮的分布区域基本无变化;湿润体内硝态氮分布区域变大,平均值呈增大,最值区域有下移趋势。研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。     

坡度、雨强对塿土入渗特征的影响研究

利用室内人工降雨试验研究降雨强度和坡度对塿土水分入渗状况的影响及其作用机理,并用数学方法对土壤入渗率与累积入渗量随时间变化过程进行数学模拟。试验结果表明:雨强对降雨入渗率及累积入渗量有显著影响。雨强在20~90 mm h-1之间,雨强越大,塿土初始入渗率越高,达到稳定的时间越短,土壤的稳定入渗率由于主要受制于土壤特性,因而各降雨强度间差异不显著;累积入渗量变化表现为随降雨强度增大而减少;坡度对土壤入渗率及累积入渗量基本无影响。运用数学模型对土壤入渗率及累积入渗量的变化过程进行模拟,结果表明,Kostiakov经验模型与自回归移动平均模型(ARIMA)两种模型均可用于模拟土壤入渗性能的变化过程,拟合精度均较高。     

辽西褐土区沟灌侵蚀影响因素研究

通过辽西褐土区田间沟灌试验,研究不同灌水流量、垄沟长度与土壤初始含水率对沟灌侵蚀的影响,基于灌溉径流推进过程,运用水量平衡法计算土壤入渗参数。结果表明:研究区域土壤入渗参数K和α值分别平均为0.002 09与0.785 1;相对干燥土壤入渗速率初始值较高,入渗速率随灌水历时下降迅速;随灌水流量增加,径流量与侵蚀量均明显增加;垄沟越长,径流量与侵蚀量越低,沟长与径流量呈指数关系;初始含水率较低时,虽土壤颗粒易受径流剥蚀,但垄沟末端沉积现象明显,土壤颗粒输移距离较短,径流量与侵蚀量较低;灌水流量为0.5~1.0L/s时,单次灌溉引起的侵蚀量为7.46~391.46t/km2。     

土壤初始含水率对优先流的影响简

土壤中优先流的存在会造成肥料利用率降低以及土壤深层甚至地下水污染.为确定土壤初始含水率对优先流的影响,通过室内含大孔隙土柱定水头入渗实验,以长武黑垆土及渭河砂土为研究对象,分析不同土壤初始含水率对优先流的影响.结果表明：1）相同质地,当土壤初始含水率大于其斥水性的峰值含水率时,湿润锋运移深度随着土壤初始含水率的增大而增大,反之湿润锋运移深度随着初始含水率的增加而减少,不同质地土壤湿润锋运移速度随土壤粉粒质量分数升高而减慢;2）累积入渗量受到土壤储水性及斥水性的双重影响,导致与湿润锋的运移趋势并不一致,黑垆土对照CK组及优先流O-C-30组（除7.04％含水率外）累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,渭河砂土CK组及O-C-30组均呈现2阶段特征,累积入渗量先随着土壤初始含水率的增加而减少,之后随土壤初始含水率的增加而增加;3）Kostiakov入渗模型能很好地拟合累积入渗量随时间的变化过程,适用于存在优先流的土壤入渗模拟.该研究结果对土壤优先流水分模拟具有一定的指导意义.     

容重对红壤条件下涌泉根灌水分入渗能力影响

为研究红壤地区土壤容重对涌泉根灌水分入渗能力的影响,以江西红壤为例,采用室内试验,研究了不同容重条件下红壤涌泉根灌水分运移及其分布特性。结果表明:容重对土壤入渗能力有显著影响。随着容重的减小,湿润锋、累积入渗量、入渗率均呈增大趋势,且容重越小,减小的幅度越大。湿润锋、累积入渗量以及稳渗率与土壤容重均呈幂函数负相关关系;对于同一深度土层,土壤容重越大,对应的土壤含水率越小,在水分再分布过程中容重对含水率分布的影响逐渐减弱。通过Kostiakov入渗模型表明,土壤初始入渗速率随容重增大而减小,且容重越大,入渗能力的衰减速度也越快。研究结果可为涌泉根灌技术在红壤地区的推广应用提供理论依据。     

土壤初始含水率对膜孔灌湿润体特征的影响

为了研究膜孔灌中土壤初始含水率对湿润体特征及累积入渗量的影响,首先通过室内试验验证HYDRUS模拟西安粉壤土膜孔灌湿润体形状以及含水率分布的可靠性,然后基于HYDRUS模型模拟在不同初始含水率条件下膜孔灌湿润体的变化过程。结果表明:基于HYDRUS模型模拟的累积入渗量和湿润锋运移距离与室内试验结果的R~2均接近1,标准偏差绝对值均小于10%,拟合良好,表明HYDRUS模型模拟入渗过程的可靠性。膜孔灌湿润锋形状可采用椭圆方程表示。当初始含水率较小(不大于0.1 cm~3/cm~3)时,湿润体半径的含水率分布可采用椭圆方程表示;从膜孔中心到湿润锋表面,随着初始含水率的增大,湿润体内的含水率梯度减小,湿润体半径的含水率分布曲线由椭圆曲线逐渐转变为平缓曲线。基于湿润体含水率分布规律建立了考虑初始含水率的累积入渗量模型,累积入渗量与湿润体半径的三次方呈正比,湿润体半径可表示为湿润锋水平运移距离和垂向运移距离的几何平均值;对于不同的膜孔半径(1～5cm),模型计算累积入渗量与HYDRUS模拟值的R~2为0.99,标准偏差绝对值小于10%;对于粉土、粉壤土和壤土,当初始体积含水率不大于0.25 cm~3/cm~3算累积入渗量与HYDRUS模拟值的R~2为0.99,标准偏差绝对值小于10%,结果表明该模型对不同土壤质地和膜孔半径的适用性良好;该模型在计算作物灌水需求量方面优于Kostiacov模型等传统的经验模型。该研究揭示了不同初始含水率下的膜孔灌湿润体特征,并建立了累积入渗量模型,可为膜孔灌灌溉水量的计算提供参考依据。     

残膜量对膜孔灌土壤水氮运移特性的影响

为探究土壤残膜量对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响,通过室内土箱模拟试验设置0,90,180,360,720 kg/hm~2的5个残膜量水平,分析不同残膜量下膜孔灌肥液入渗累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体特征和水氮分布规律。结果表明:残膜对膜孔灌肥液入渗具有阻渗作用,残膜土累积入渗量较无残膜土减少10.63%～30.77%,Kostiakov模型对残膜土单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间有较好地拟合效果;入渗前30 min,不同残膜量的垂直湿润锋运移距离差异不显著,随着入渗时间推进,残膜量与湿润锋运移距离、湿润体体积呈负相关关系。入渗结束时,含残膜土湿润体体积减小18.09%～41.96%。垂直湿润锋距离、湿润体体积与入渗时间均呈显著的幂函数关系,R~2均0.98;除膜孔中心处,相同位置含残膜的土壤含水率低于无残膜,30%高含水率区域减小。湿润体内同一深度土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量随残膜量增加而减小,减小幅度为4.20%～16.27%。研究结果可为残膜土下膜孔灌技术提供理论参考。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性影响

为揭示土壤初始含水率对浑水膜孔灌单点源自由入渗的影响,通过开展不同初始含水率的室内浑水膜孔灌试验,研究了土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性、减渗特性以及土壤含水率分布的影响,并建立了基于土壤初始含水率和累积入渗时间的浑水膜孔灌自由入渗模型和减渗模型。研究表明:当浑水的含沙率和膜孔的直径一定时,随土壤初始含水率的增大,相同时间内的单位膜孔面积累积入渗量呈逐渐减小的趋势,初始含水率为4.96%,7.43%,10.07%和12.40%的分别较风干条件下的减少了19%,33%,45%和56%,减渗效果明显。通过对含水率分布特征研究发现,在靠近和远离膜孔的部位含水率变化梯度较大,平均含水率梯度达到了2%/cm,而中间部位含水率变化较小,平均含水率变化梯度仅为0.65%/cm。     

沟灌入渗湿润体运移距离预测模型

为进一步探明沟灌入渗湿润体的影响因素和其运移规律，该文通过黏壤土和砂土的室内沟灌入渗试验，重点研究了土壤容重、沟中水深和土壤初始含水率对沟灌入渗湿润体的影响。通过分析，发现湿润锋垂直和水平方向运移距离与时间的1/2次方呈线性函数关系，建立了包含土壤容重、沟中水深、土壤初始含水率等因素的湿润峰运移距离预测模型，并对模型进行验证，结果表明模型精度较高，用其模拟沟灌入渗湿润峰运移距离是可行的。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。     

沟灌二维入渗影响因素实验研究

为进一步探明沟灌灌水沟的水分入渗规律，该文研究了沟灌中的灌水沟中水深、沟底宽、沟底导水率及土壤初始含水率等因素对沟灌二维入渗的影响，研究结果表明：减小灌水沟中水深和沟底导水率及增大土壤初始含水率都有利于灌水沟的水平侧向入渗，同时可相应减小垂向入渗；而灌水沟底宽不影响沟的侧向入渗，只影响垂向入渗，底宽减小时，垂向入渗减小。沟底导水率影响最大，计划灌水定额为45 mm，沟底导水率为0时垂向入渗深度较沟底裸露透水时减小41％，明显改善了沟灌入渗体的形状。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

聚丙烯酸钠对土壤水分入渗影响的模拟研究

采用一维垂直积水入渗法,分析了聚丙烯酸钠(SA)4种浓度(0,0.08%,0.2%与0.5%)处理、不同质地土壤间(砂土、壤土和黏土)累积人渗能力差异性和不同入渗模型的拟合效果.研究结果表明,初始入渗阶段3种土壤累积入渗能力较强,累积入渗量增加很快,随着人渗过程的进行累积入渗量曲线上升趋势变缓;3种土壤对照处理的累积人渗能力顺序为:壤土>砂土>黏土.3种土壤累积人渗能力都随着SA浓度的加大而减弱;随着聚丙烯酸钠浓度的增大(0.08%～0.5%),人渗能力都不同程度的降低,砂土累积人渗能力降低幅度最大.Horton模型对拟合各个处理的累积人渗过程效果最佳,Kostiakov模型和Philip模型拟合效果次之.     

浑水膜孔灌入渗特性与致密层形成特性

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水灌溉的节水减渗机制,通过浑水膜孔灌自由入渗室内试验,以清水入渗为对照,研究了浑水膜孔灌入渗能力、湿润锋运移距离、湿润体含水率、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等随入渗时间的变化规律,提出了土壤含水率与湿润锋运移距离之间的量化模型,分别建立了落淤层厚度与入渗时间、滞留层的滞留量与滞留深度之间的关系。结果表明:浑水泥沙对土壤水分入渗的影响较大,在入渗结束时浑水较清水的累积入渗量减幅达27.83%;土壤含水率从膜孔中心到湿润锋面逐渐减小,其减小的速率逐渐增大,湿润体半径方向的土壤含水率分布服从椭圆曲线分布。落淤层土壤细颗粒相对含量较浑水泥沙少,其物理性黏粒含量显著低于浑水泥沙。从土壤表面到6 cm入渗土层深度为浑水膜孔灌入渗滞留层,滞留层土壤细颗粒含量较原土壤增多,随着入渗土层深度的增大,土壤颗粒组成与原土壤差异逐渐减少,泥沙细颗粒滞留量随着滞留层深度的增大而减小。     

再生水灌溉对土壤斥水性的影响

深入探求再生水灌溉条件下不同土壤中水分和溶质的分布及斥水性变化规律,能为再生水灌溉条件下土壤斥水性产生原因及其影响因素的研究提供一定的参考。选用砂土、砂姜黑土、塿土和盐碱土进行土柱再生水灌溉试验,取样测定不同灌水量条件下剖面土壤的潜在斥水性、含水率、Cl-、有机质(organicmatter,OM)含量及电导率(electrical conductivity,EC)等。结果表明:再生水灌溉后,塿土及盐碱土分别出现0～2,1～3级斥水性,砂土及砂姜黑土为0级斥水性,4种土表层表现出较强的斥水性。土壤斥水性随再生水灌水量和灌溉时间的增加而显著增强,并且灌水量越大,斥水性差异性越显著。4种土有机质含量OM与土壤斥水持续时间变化值TR呈正相关关系,Cl-含量、EC值与土壤斥水持续时间变化值TR呈负相关关系。相比较其他3种土而言,砂土更适合再生水灌溉。