溶液浓度对土壤间歇入渗特性影响实验研究

通过不同溶液浓度土壤间歇入渗实验．研究了溶液浓度对污灌和灌施条件下波涌灌溉土壤间歇入渗水分入渗特性的影响．分析了土壤间歇入渗量随溶液浓度增渗的机理，为进一步研究污灌和施肥条件下土壤间歇入渗溶质运移规律奠定了基础。     

循环率对一维间歇入渗土壤水、氮运移分布影响的室内试验

循环率r的大小直接影响间歇入渗土壤致密层的发育程度，进而影响其减小土壤入渗率和田面糙率的作用。该文在室内模拟了地下水位为70.00 cm的非饱和土壤、灌施条件下的垂直一维间歇入渗过程，重点研究了循环率对肥液(KNO₃溶液)间歇入渗的减渗性和土壤中入渗水、硝态氮的运移分布特性。结果表明，减小循环率可使肥液间歇入渗表土致密层发育更加成熟，减渗作用明显增强，同时入渗水分、硝态氮分布于更浅层土壤中，减弱土壤硝态氮的淋失趋势。     

波涌灌间歇入渗减渗效果及影响因素研究

通过波涌灌条件下的室内间歇入渗试验,研究了间歇入渗特性和不同土壤质地、土壤容重及波涌灌循环率等对间歇入渗减渗效果的影响,并与连续入渗进行了对比分析.给出了判断土壤是否适合进行波涌灌的简便方法,为波涌灌技术的进一步研究奠定了基础.     

灌水定额对波涌灌溉土壤中硝态氮浓度的影响

为深入研究波涌灌灌水定额对地下水硝态氮运移的影响,通过肥液（硝酸钾溶液）室内入渗试验,模拟研究了地下水位埋深150 cm条件下,灌水定额对肥液间歇入渗地下水水质的影响规律。结果表明：不同灌水定额地下水中硝态氮浓度具有相似的变化规律,地下水位埋深越浅,地下水中硝态氮浓度的增加量越大,即浅层地下水易受硝态氮的污染;灌水结束时,进入地下水中的硝态氮量最大;在同一灌水定额条件下,地下水中硝态氮的浓度总体上随时间增加呈增大趋势;灌水定额越大,随下渗水分淋溶进入地下水中的硝态氮越多,对地下水造成的污染越严重。     

红壤区肥液浓度对涌泉根灌水氮运移特性的影响

为提高红壤区涌泉根灌水氮利用效率,通过室内肥液入渗试验,研究了不同肥液浓度(0,10,20,35,60 g/L)条件下涌泉根灌土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋在竖直向上、竖直向下和水平方向的运移距离与肥液浓度的关系模型。结果表明:土壤累计入渗量、湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布均受到肥液浓度的影响。在同一入渗时刻,土壤累计入渗量及湿润锋运移距离随肥液浓度的增大而增大,且与入渗历时均呈幂函数关系;在灌水结束时,相同土层深度内,肥液浓度越大,土壤含水率就越大,土壤中铵态氮和硝态氮的浓度也越大,且与铵态氮相比,硝态氮的分布范围更广。随着肥液再分布的进行,土层内最大含水率位置逐渐下移,且土壤含水率的分布也更加均匀;土壤中铵态氮和硝态氮浓度的变化趋势不同,浅层中铵态氮的浓度逐渐降低,而硝态氮的浓度先降低后增加;深层中铵态氮的浓度先增加后降低,而硝态氮的浓度逐渐增加。该研究成果可为进一步研究红壤区涌泉根灌肥液入渗氮素运移及转化提供理论参考。     

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。     

土壤间歇入渗水肥耦合特性试验研究

为研究肥液浓度对施肥条件下土壤间歇入渗特性的影响，通过不同肥液浓度土壤间歇入渗试验，分析了不同肥液浓度波涌灌溉土壤间歇入渗水肥耦合特性。结果表明：在周期入渗时间相同时，土壤间歇入渗量与间歇入渗率均随肥液浓度的增加而增大，在间歇入渗的的第一周期表现明显，以后各周期这种差异变化随周期数的增加而变缓。同时分析了土壤间歇入渗量随肥液浓度增渗的机理，提出了不同肥液浓度土壤间歇入渗量计算模型，建立了不同肥液浓度土壤间歇入渗参数与清水连续入渗参数的关系，实现了根据清水连续入渗资料与肥液浓度确定波涌灌溉肥液间歇入渗量。实例计算表明，该方法可简单而有效地确定土壤间歇入渗量。     

华北平原大孔隙优先流对农田氮素淋溶的影响

优先流是土壤水分入渗的一个重要途径,大孔隙是产生优先流的关键因素。研究优先流对于土壤水分和溶质运移研究及生态环境保护、制定合理的田间管理措施等具有重要意义。本研究将田间亮蓝染色示踪试验和WHCNS(soilwaterheatcarbonnitrogensimulator)模型模拟相结合,研究了华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系存在大孔隙下,强降雨和不同施肥、灌溉情景下土壤水氮运移的情况,以此探讨大孔隙优先流对于土体中水分和硝态氮运移的影响。结果表明:明显含有虫洞的免耕土壤入渗深度和染色面积均高于旋耕土壤;免耕土壤的染色面积和稳定入渗速率的Pearson相关性不显著,染色示踪不能定量化土壤稳定入渗速率。同时WHCNS模拟的0～100cm土层硝态氮淋洗量结果显示:一方面,相较于无大孔隙情景,大孔隙存在会显著增加硝态氮的淋洗量;另一方面,大孔隙存在下优化施肥模式的硝态氮淋洗量比传统施肥模式减少46.0%。常规灌溉量下喷灌比漫灌处理的硝态氮淋洗量减少15.6%;强降雨导致硝态氮淋洗量增加119.4%。本研究为华北平原地区大孔隙存在条件下的农田水肥优化管理措施提供了理论指导。     

灌溉量对冬小麦产量和土壤硝态氮含量的影响

研究了池栽条件下灌溉量对冬小麦籽粒产量和土壤硝态氮含量的影响。结果表明:与对照相比,灌溉增加了籽粒产量,显著提高蛋白质含量和蛋白质产量。试验还表明:灌溉处理0～80cm土层的土壤硝态氮含量显著低于对照,而在80～200cm土层的土壤硝态氮含量显著高于对照。在成熟期,两次灌溉总量为180m(m每次灌90mm)的处理W6硝态氮含量在160～200cm显著高于其他处理,向深层运移幅度最大。本试验中,两次灌溉总量为90m(m每次灌45mm)的处理W3的籽粒产量、蛋白质含量、蛋白质产量和收获指数均较高,且土壤硝态氮损失少,为最佳灌溉量。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌肥液自由入渗水氮运移特性影响

为了探究浑水膜孔灌肥液入渗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(6.02%,7.40%,8.23%,10.08%和13.20%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了浑水膜孔灌肥液入渗累积入渗量、各向湿润锋运移距离与土壤初始含水率之间的关系,提出了不同土壤初始含水率的累积入渗量以及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规律均受到土壤初始含水率的影响;同一入渗时刻,累积入渗量随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随时间增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮以及硝态氮分布范围越广;土壤初始含水率越大,入渗系数K值越小,入渗指数α越大。灌水结束时,湿润体内铵态氮绝大部分分布在湿润体半径r≤5cm范围内,而湿润体半径10cmr5cm范围的土壤铵态氮含量随土层深度的增加而降低,当湿润体半径r≥10cm时,铵态氮含量明显降低;硝态氮主要集中分布在由膜孔中心至半径为10cm范围内,水平方向和垂直方向硝态氮含量均随着膜孔中心距离的增加而降低,距离膜孔中心越近硝态氮含量越高;在同一位置处,铵态氮和硝态氮质量分数均随土壤初始含水率的增大而增大;随土壤水分再分布,湿润锋逐渐下移,湿润体内铵态氮逐渐向下运移且其含量呈现降低趋势;随时间继续运移,上层土壤硝态氮含量逐渐减小,下层新湿润体中硝态氮含量逐渐增加,整个湿润体内硝态氮含量分布趋于均匀。研究成果为进一步研究浑水膜孔灌肥液入渗氮素运移及转化奠定了基础。     

肥液浓度对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

为了提高涌泉根灌水肥的利用效率,采用室内土箱入渗试验,探究了不同肥液浓度(0,15,30,60g/L)条件下湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律。结果表明:入渗相同时间时,随着肥液浓度的增大,湿润锋运移距离、湿润体内相同节点处的土壤含水率、铵态氮及硝态氮质量分数均增大;湿润锋运移距离与入渗时间具有显著的幂函数关系,其决定系数均达到0.99;随着肥液入渗再分布的进行,湿润体内含水率分布更加均匀,最大含水率位置下移,铵态氮量逐渐减小,再分布5d湿润体内硝态氮量达到最大值;硝态氮运移规律和水分相似,易随水分流失。该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。     

土壤基质入渗驱动下桉树人工林地表氮淋失模拟研究

为探究土壤基质驱动下桉树人工林施肥措施对地下水体的影响,以短轮伐期内不同林龄桉树(1年、2年、3年、5年)表层土壤(0—20 cm)为研究对象,采用室内填土土柱模拟基质入渗驱动下铵态氮、硝态氮、总溶解态氮和溶解态有机氮的淋失过程,分析基质入渗特征参数与不同形态的溶解态氮淋失过程的变化关系及其影响因素。结果表明:(1)桉树表层土壤基质稳定入渗率和累积入渗量随林龄的增大呈增加—降低—增加的趋势,其中,2年生桉树表层土壤的稳定入渗率(143 mm/h)和累积入渗量(279 mm)最高。(2)不同形态溶解态氮淋失浓度在淋失开始时达到峰值,并随基质入渗率的降低而逐渐减小,且基质入渗率与不同形态溶解态氮淋失浓度的变化关系可用线性方程表示。(3)硝态氮和溶解态有机氮是桉树人工林表层土壤氮淋失的主要形态,砂粒含量增加促进氮淋失,而黏粒和有机质含量增加抑制氮淋失。同时,淋失初期铵态氮淋失浓度高于地下水质控制范围,是污染桉树人工林地下水水质的潜在威胁。综上,土壤基质入渗是桉树人工林表层土壤氮淋失的重要驱动因素,两者变化趋势一致并存在线性关系,同时,土壤砂粒、黏粒与有机质含量也是影响桉树人工林地表层土壤氮淋失的重要影响因素。     

层状包气带黏土层厚度对硝态氮迁移的影响

层状包气带结构中黏土层对污染物进入地下水具有阻滞作用,黏土层的厚度对硝态氮(NO_3~--N)在包气带迁移中的淋失、累积以及反硝化作用等具有非常重要的影响,而目前关于这方面的研究还不足。该研究通过设置高度为40 cm、砂土与黏土层厚度比分别为3∶1,1∶1,1∶3的"上粗下细"型以及全黏土型的4组填充土柱,采用稳定浓度的定水头淋滤试验,研究黏土层厚度不同的土柱NO_3~--N溶液入渗过程、土壤NO_3~--N淋滤、累积和反硝化特征,进而阐明层状包气带黏土层厚度对NO_3~--N迁移的影响。结果表明:湿润锋运移深度和累积入渗量与入渗时间的关系在溶液穿越砂黏土层界面前后由非线性趋于线性,累积入渗量随黏土层厚度增加而显著减小(P0.05);当土柱内黏土层厚度达到40 cm时,其对NO_3~--N淋滤的阻滞作用明显强于黏土层厚度为10～30 cm的土柱;淋滤试验过程中在砂黏土层界面形成水分滞留层,界面处黏土层中NO_3~--N和NO_2~--N累积量均达到峰值,且随着深度的增加,NO_3~--N和NO_2~--N累积量降低;黏土层厚度差不小于20 cm的土柱内NO_3~--N累积量差异显著(P0.05),而40 cm黏土层的土柱反硝化量[(0.15±0.05) g]显著高于黏土层厚度为10～30 cm的土柱(P0.05),说明当黏土层达到一定厚度时(如40 cm),对NO_3~--N的阻滞作用和反硝化作用具有显著影响,对防止NO_3~--N淋失进入地下水产生重要作用。该研究可为层状包气带土壤条件下农田施肥管理与地下水保护提供科学依据。     

有机肥配施保水剂对紫色土水分入渗及氮素淋溶的影响

以有机肥、保水剂(聚丙烯酰胺PAM、高分子吸水树脂SAP和沃特)为供试材料,通过室内土柱模拟试验,研究有机肥配施保水剂对紫色黏土水分入渗及氮素淋溶的影响。结果表明:有机肥配施保水剂可有效增加土壤的保水保肥能力,是控制土壤水分和养分淋失的有效措施。单施有机肥和有机肥配施保水剂均降低了湿润锋运移深度和入渗速率。与对照相比,单施有机肥和有机肥配施保水剂处理的湿润锋运移深度降低了33.33%～46.49%,入渗速率降低了22.73%～31.82%,累计淋溶液体积降低了1.25%～6.78%。施用有机肥有一定增肥保肥能力,但随淋洗次数增加保肥能力逐渐降低,与对照相比,在持续淋溶条件下单施有机肥的硝态氮和全氮累计损失率分别升高了12.00%,17.51%。有机肥配施保水剂可有效减少氮素淋失量,降低氮素淋失率,提高土壤保肥能力。与施用有机肥相比,有机肥配施保水剂硝态氮损失率降低了35.49%～78.46%,全氮损失率降低了35.53%～71.85%,其中有机肥配施PAM处理保水保肥效果最好。     

γ-聚谷氨酸对土壤水氮运移特性的影响

为了明确一种新型的环保型保水缓释剂γ-聚谷氨酸(简称γ-PGA)的节水保肥效应,在施氮量相同情况下(2 g/kg)设置了4种γ-PGA梯度的施加量(0,0.1%,0.2%,0.4%),以0作为对照处理,通过室内一维土柱入渗试验,研究了γ-PGA施加量对土壤氮素迁移特性的影响。结果表明:(1)定水头入渗条件下,累积入渗量、入渗速率、湿润锋迁移的距离均随着γ-PGA施量的增加而逐渐越小,与对照组相比,添加0.4%γ-PGA的试验组其累积入渗量、入渗率和湿润锋迁移的距离分别减少27.64%,73.45%,31.58%;(2)Philip公式模拟结果中,吸渗率S随γ-PGA施量的增加逐渐减小,呈负相关;Kostiakov公式模拟结果中,经验系数K随γ-PGA施量的增加逐渐减小,呈负相关,经验指数a随γ-PGA施量的增加逐渐增大,呈正相关;(3)随着γ-PGA施量的增加,表层土壤(0—15 cm)含水率随着γ-PGA施量的增加而逐渐增大,深层土壤(15 cm以下)则相反;同时,γ-PGA施量越大,同一时期各土层深度硝态氮、铵态氮含量越大,停止供水后的第4天,添加0.1%,0.2%,0.4%γ-PGA的试验组平均硝态氮含量比对照组分别增加29.55%,42.49%,59.50%,平均铵态氮含量比对照组分别增加43.97%,123.40%,156.74%。综上,向土壤中施加γ-PGA可有效减缓水分下渗,将水分更多地聚集在土壤浅层,同时降低肥料淋失率,提高水肥利用率,减少灌溉次数和费用,达到改善土壤结构,提高作物产量的目的。     

波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动数值模拟及试验

考虑到地下水浅埋对上层包气带水分分布造成一定影响,该研究结合波涌灌技术,对地下水浅埋下间歇入渗的土壤水分分布特征和运动规律进行了分析,建立了基于饱和-非饱和土壤条件下一维间歇入渗水分运动模型,根据试验实测资料采用Hydrus-1D软件反推土壤水分运动参数,并对入渗过程进行了模拟。在此基础上,确定了饱和导水率的估算模型。结果表明:所建参数估算模型较好地反映了饱和导水率与间歇周期数、循环率以及周期时间之间的相关关系,所建水分运动模型模拟值与实测值比较,累计入渗量、土壤含水率以及湿润体运移距离总体相关系数高于0.96,均方差在0.5以内,吻合度较高,能够较好地描述了地下水影响条件下波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动特征。该研究为波涌灌技术进一步发展奠定了科学基础。