纳米碳对扰动黄绵土水分入渗过程的影响

将纳米材料应用于土壤物理学领域对减少土壤水分流失、提高土壤水肥利用效率、优化土壤物理结构有着重要的意义。基于扰动黄绵土土柱室内一维入渗试验,研究了纳米碳含量(质量含量分别为0、0.001、0.005、0.007、0.010 g g-1)对扰动黄绵土的水分入渗过程及饱和导水率的影响。结果表明:(1)纳米碳对扰动黄绵土水分入渗有显著影响。一定入渗历时内,随着纳米碳含量增大,累积入渗量及湿润锋推进速率均呈显著减小趋势。(2)Kostiakov公式和Philip方程均能较好地描述添加纳米碳的扰动黄绵土累积入渗量随时间的变化过程。其中,Kostiakov公式拟合精度更高。(3)湿润锋随时间变化符合幂函数关系。(4)纳米碳对扰动黄绵土的饱和质量含水量和饱和导水率影响同样显著。随纳米碳含量增加,前者增大,后者减小,与纳米碳含量变化分别符合二项式和指数函数关系。     

纳米碳对黄绵土水分运动及溶质迁移特征的影响

以黄绵土为研究对象,均匀添加不同含量纳米碳(质量含量分别为0,0.001,0.005,0.01,0.05g/g),采用室内土柱试验分别测定土壤累积入渗量曲线、溶质穿透曲线及水分特征曲线,初步研究了纳米碳含量对黄绵土水分运动及溶质迁移过程的影响。结果表明:(1)纳米碳的存在对土壤水分入渗过程产生阻碍作用,入渗率随着纳米碳含量增加而减小,Philip方程能较好地描述添加纳米碳的黄绵土入渗过程;(2)纳米碳可以提高土壤的持水能力,随着纳米碳含量增加,土壤饱和含水量增加,相同土壤水吸力下的土壤含水量增大,van Genuchten模型可较好拟合含有纳米碳的黄绵土水分特征曲线,进气吸力随纳米碳含量增加而减小,形状参数(n)随之减小;(3)纳米碳可以有效提高土壤吸持溶质能力,随纳米碳含量增加,初始穿透时间提前,完全穿透时间延长,弥散度增大;土柱被置换液完全穿透后,土样中Cl-平均含量随纳米碳含量增加而变大。     

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。     

残膜对土壤水分水平运动的阻滞作用

为探明不同残膜量对土壤水分水平运动过程的影响规律,设置6个残膜量水平,分别为0,80,160,320,640,1 280kg/hm~2,采用室内水平土柱吸渗法,分析残膜对水平湿润锋运移、累积入渗量、Boltzmann系数和土壤水分扩散率的影响。结果表明:水平湿润锋运移速率、土壤含水率和累积入渗量均随残膜量增加而减小,残膜量≥160kg/hm~2时,水平湿润锋运移速率和累积入渗量大幅降低;残膜对土壤水分水平运动的阻滞系数与残膜量呈正相关关系,残膜阻滞系数的最大增长率出现在80~160kg/hm~2残膜量区间,高达251.15%;随残膜量的增加,阻滞作用较强区域距离入渗点的距离增大,Boltzmann系数和水分扩散率则逐渐减小,土壤基质势对水分水平运动的驱动作用和土壤持水能力逐渐减弱;混有残膜的土壤水分水平运动过程,仍符合土壤水分扩散率单一参数模型和Kostiakov入渗模型。残膜是一种难降解持续性污染物,会降低水平湿润锋运移速率、累积入渗量和土壤水分扩散率,对土壤水分水平运动的阻滞作用随残膜增多而增强。     

土壤温度对土壤水分入渗的影响

为了解温度对土壤水分人渗参数的影响,研究了黄土高原三种典型土壤(神木风沙土、安塞黄绵土、杨凌蝼土)在不同温度(18℃,25℃-27℃.30℃,35℃)时的人渗特征.用幂函数对湿润锋距离与时间关系进行拟合.并用Philip入渗公式对累积人渗量及入渗率进行拟合.结果表明:(1)温度对湿润锋的影响主要是通过对参数a的影响来实现.而对土壤水分人渗率的影响主要是通过吸湿率S起作用;(2)随着温度的升高,同种土壤水分入渗达到某一深度所用时间缩短.但不同质地的土壤之间的差别较大;(3)随着温度的升高.湿润锋运移速率和入渗速率增加,且湿润锋运移速率及人渗速率与温度和时间关系可用多元复合幂函数关系拟合;(4)温度对同一土壤湿润锋运移速率和水分人渗速率的影响随着温度的变化而变化.在较低温度区温度对其的影响大于较高温区.     

保水剂混施用量对沙质土壤水分垂直入渗特性的影响

为了探明保水剂在不同混施用量下对沙质土壤水分入渗性能及变化过程的影响,通过室内积水入渗试验,比较分析了保水剂作用下土壤水分的入渗率、累积入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明：混施保水剂不同程度上减小了沙质土壤水分入渗率、累积入渗量和湿润锋运移距离。保水剂混施用量越多,入渗率的降低程度越大,累积入渗量和湿润锋运移距离越小。试验中,保水剂混施用量为0.75%和1.00%时,表层土壤含水率急剧增加;同时,由于保水剂较大的阻止入渗作用,使得8-14cm土层土壤含水率较低。混施用量0.5%时,8-14cm土层具有较高的土壤含水率。     

不同有机物料对黄土高原治沟造地土壤水分运移的影响

为了改善黄土高原治沟造地土壤结构较差的问题,采用一维定水头土柱模拟试验,探讨了不同有机物料(生物有机肥、粉碎秸秆、50%粉碎秸秆+50%生物有机肥、尿素、对照)对治沟造地土壤湿润锋推移、累积入渗量、入渗速率和土壤水分蒸发特征的影响,并采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov模型拟合分析土壤水分入渗规律。结果表明:(1)粉碎秸秆与有机肥均降低了土壤水分移动速率,增强了土壤持水能力;粉碎秸秆同时降低了土壤稳定入渗速率,与对照相比减小了17.65%;(2)湿润锋推进深度与累积入渗量呈良好的线性关系;通过对3种入渗模型拟合发现,Philip模型和Kostiakov模型的拟合效果较好,符合黄土高原治沟造地土壤入渗率和时间的动态关系;(3)土壤水分蒸发过程中,添加粉碎秸秆具有阻截和蓄积土壤水分,提高土壤含水量的积极作用。     

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。     

脱硫石膏对盐碱土一维水平吸渗特征及水分运动参数的影响

为探明添加脱硫石膏对盐碱土水分运动参数的影响,以改善和提高银川北部地区土壤结构和土地生产力,进行了室内一维水平土柱吸渗试验。选取6种脱硫石膏添加比例0,1.5%,3%,4.5%,6%和7.5%,探究不同脱硫石膏添加比例下盐碱土水平吸渗特征及水分运动参数的变化。结果表明:脱硫石膏添加减缓了土壤水分入渗过程,随着脱硫石膏添加比例增加,各处理累积入渗量与湿润锋运移距离均逐渐减小。幂函数与Philip模型能较好地拟合不同脱硫石膏添加比例下盐碱土水分吸渗特征,吸渗率随脱硫石膏配比增加逐渐减小,毛管力对水的吸持作用减弱。随着脱硫石膏配比增加,土壤饱和含水率依次增加,饱和导水率依次减小,土壤持水能力明显提高。在Brooks—Corey模型中,形状系数n逐渐增加,进气吸力h_d逐渐减小,土壤通气性增强。在相同含水率情况下,随着脱硫石膏配比增加,土壤水分扩散率减小。添加脱硫石膏增加了土壤持水性能,改变了土壤水分分布状况,对土壤水分运动参数有显著影响。研究结果可为合理利用脱硫石膏改良盐碱地提供参考依据。     

添加γ-聚谷氨酸减少土壤水分深层渗漏提高持水能力

γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid,γ-PGA)是一种高分子聚合物,具有超强的吸水能力和生物降解性。为探明γ-PGA在土壤改良方面的应用及对土壤水分运动的影响,该文基于室内垂直一维入渗土柱试验,研究了不同γ-PGA施量配比(0、0.5%、1%、2%、4%)对土壤水分入渗及持水特性的影响。结果表明:与对照组相比,添加4%的γ-PGA的累积入渗量、入渗率和湿润锋分别减少了57.95%、53.89%、59.58%;四种入渗模型参数的模拟结果显示,与对照组相比,随着γ-PGA施量的增加,Kostiakov公式中的经验系数从0.808减小到0.538,经验指数从0.530增大到0.623;Philip入渗公式中的吸渗率从0.704减小到0.292;Green-Ampt公式中,饱和导水率从0.0043减小到0.0011 cm/min,湿润区有效的土壤水扩散率从1.19减小到0.16 cm~2/min,湿润锋处的土壤水吸力无明显变化;垂直一维入渗代数模型中,饱和导水率从0.0044减小到0.001 cm/min,非饱和土壤吸力分配系数和土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数均无明显变化趋势。土壤的持水特性结果表明:随着γ-PGA施量的增加,土壤饱和含水率增加,且与对照相比,表层土壤(0~10 cm土层)的含水率呈显著增加趋势,深层土壤(≥10~40 cm土层)的含水率则呈减小趋势。同时,湿润土层的厚度逐渐减小,说明γ-PGA不仅可增强土壤的持水能力,而且还可改变土壤剖面水分的分布形态,使更多水分蓄积在作物根区土层区域。该研究为γ-PGA的田间土壤改良及应用提供了理论支撑。     

论水土、水土生态与水土生态保持

在论述水土在陆地生态系统中的地位和作用的基础上,提出了水土生态的概念,认为植被与水土不可分割的整体观念是水土生态的重要特征。同时,对水土生态保持的含义作了新的定义,并将水土生态保持划分为四大类型,即生态型、自然型、生产型、建设型。从水土生态的高度,从源头上、要素的联系中去认识和防治水土流失,是一种主动的、有机的、整体的水土保持观念,是水土保持认识观的深化和发展,将使水土生态保持事业进入一个崭新的时代。     

红壤积水入渗及土壤水分再分布规律室内模拟试验研究

利用室内模拟土柱试验研究了红壤积水入渗及土壤水分再分布规律。结果表明:入渗过程中湿润锋距离、累积入渗量与时间的平方根呈线性关系,湿润锋运移速率与时间呈乘幂关系,而入渗率与时间平方根的倒数呈线性关系;再分布过程中,在隔绝蒸发条件下,土壤含水量随土层深度的增加而下降,同一深度土层含水量则随时间推移而下降。无论在隔绝蒸发还是在自然蒸发条件下,短期内土壤水吸力有随土层深度的增加呈先下降后升高的趋势,而同一深度土层水吸力则随时间的推移而升高;土壤初始含水量对水分的入渗及再分布有较大影响,初始含水量较低时,水分入渗较快,而水分再分布则较慢。     

水土保持与绿水资源保护

绿水概念是由瑞典斯德哥尔摩国际水资源研究所水文学家Falkenmark于1995年首次提出的,它拓宽了传统水资源的范畴,更新了水资源的思维,引起科学界对水资源概念和水文功能的重新思考。在水资源越来越匮乏的严峻情况下,从绿水概念出发,可以看出"水土保持"概念的全面性,也更加明确了保水的思路和方法,为全面做好水土资源保护提供了理论基础。水土保持中"保水"的对象就是绿水,水土保持工程措施可以增加绿水比例,林草措施可以储蓄绿水,耕作措施可以提高绿水利用效率。应完善保水评价体系,加强绿水资源管理,发展保水技术,完整地宣传水土保持概念,树立完整的水土保持意识。     

水土保持与水资源可持续开发利用的探讨

水循环是自然界水体的自然规律,也是水资源可持续开发利用的基础,任何破坏水循环机理的因素都将阻碍水资源可持续开发利用;相反,有利于水循环机理的因素都将促进水资源可持续开发利用。这里从水循环机理分析水资源可持续开发利用与水土保持的内在联系,分析水土流失和植被破坏对水资源开发利用的影响,探讨水资源可持续开发利用与水土保持的辩证关系,进一步阐述水土保持在水资源可持续开发利用工作中的重要作用。     

石油烃污染对土壤持水特征及水分有效性的影响

石油烃污染土壤已经成为我国一个严重的环境问题,污染后的土壤理化性质发生改变,直接影响土壤的持水特性及水分有效性,确定石油烃污染对土壤持水特征和水分有效性的影响及其程度可为揭示石油烃污染对土壤性质的影响提供新的科学认识。通过人工配置柴油和原油不同污染浓度污染的黄绵土,利用离心机法测定土壤水分特征曲线,分析了土壤的持水特征与水分有效性。结果表明:(1)不同浓度柴油与原油污染土壤后,水分特征曲线均位于未污染土壤的下部,其中原油污染的影响更甚。(2)水分特征曲线van Genuchten模型参数θ_s、θ_r随着污染浓度的增加呈现指数衰减,参数α值呈幂函数减小、n值出现随污染浓度对数增加的特点。(3)土壤的饱和含水量、田间持水量以及凋萎含水量均随柴油、原油污染浓度的增加出现下降趋势,表观土壤有效含水量随污染浓度表现出先降后升的U字形的变化模式。无论原油还是柴油污染土壤,均会影响土壤的持水特征和水分有效性,影响的大小与石油烃的类型和浓度密切相关。     

黄土高原土壤水分与水土保持措施相互作用

土壤水是重要的生态水源和水文要素之一,黄土高原位于干旱半干旱地区,降水量的年际变化大和季节分配极不均匀,土壤水资源对植物生长发育的影响尤为重要。同时,土壤水的数量及其分布也受人类活动影响。水土保持措施是黄土高原人类改造下垫面过程之一,这种改造会影响土壤水分的静态分布和动态过程。水土保持坡面工程措施能有效地提高土壤含水率。深根系人工林草植被使土壤含水率降低,甚至造成利用性土壤干层,影响人工植被的永续发展。尽管天然植被也有较高的生产力水平,但并未引起土壤水分状况的恶化,这是黄土高原植被营造及规划中值得注意和进一步研究的问题     

应用保水剂对黄绵土水分特征的影响研究

为了探求保水剂在黄绵土中的作用规律,选取了三种国内外不同的保水剂,利用离心机法测定了不同浓度保水剂作用下黄绵土水分特征曲线。从保水剂种类、浓度对土壤含水量的影响、不同保水剂对土壤吸释水及效率的影响、保水剂品种比选等方面系统进行了研究。结果表明:（1）浓度对黄绵土土壤饱和含水率的影响显著,且0.75%是明显的分界线。（2）土壤含水量随保水剂浓度增加而增大,随着土壤水吸力的增大而减小,且这种改变作用在低吸力段（0.01～0.8MPa）明显高于高吸力段（0.8～1.5MPa）,在0.01～0.05MPa之间尤其显著。（3）保水剂在黄绵土中的应用效果来看,钾-聚丙烯酸酯-聚丙烯酰胺共聚物类保水剂最好,其次是聚丙烯酸盐类保水剂,再次是丙烯酰胺与丙烯酸钾共聚物类保水剂,主要表现在提高土壤有效水分吸收效率和吸收数量两个方面。     

水土保持是水土资源可持续利用的基础

水土资源是农业最根本的物质基础,没有水和土,就没有农业和人类。严重的水土流失不仅流失宝贵的水土资源,而且使土壤肥力大大降低,削弱土地生产潜力,减少农业收入。通过水土保持,可以建立生态环境、水资源和土壤耕作保护体系,做到层层设防,节节拦蓄,控制水土流失,促进农村生态环境向良性循环转化,使水土资源得到有效保护,并为农业发展创造条件。     

非常规水水质对红壤水分运移参数的影响及其过程模拟

为了探究非常规水水质对亚热带红壤水分运移参数的影响,采用蒸馏水(CK)、再生水(RW)、稀释2,4,6倍再生水(RW-D2、RW-D4、RW-D6)和生活污水(_(WW))等6种不同水质的非常规水模拟红壤水分入渗过程,利用水平土柱吸渗法测定红壤湿润锋运移速率和水分扩散度,应用压力膜仪法测定了土壤水分特征曲线并且借助van Genuchten(VG)模型提取了相应的土壤残余含水量θ_r、土壤饱和含水量θs、α和n等特征参数值。结果表明:不同水质入渗下红壤湿润锋运移速率、水分扩散度均存在着一定差异,湿润锋运移速率由快到慢分别为V_(CK)≈V_(RW-D2)V_(RW-D6)≈V_(RW-D4)V_(WW)V_(RW);在同一含水率下D_(RW-D6)(θ)D_(RW-D4)(θ)D_(WW)(θ)D_(RW-D2)(θ)D_(CK)(θ)D_(RW)(θ)。不同水质处理对VG模型参数变化率的影响程度不同,对α的影响最大,对θ_r的影响最小。因此,非常规水灌溉会降低红壤入渗速率、持水性能以及抗旱能力。     

水土流失对清林径水库水质的影响研究

水土流失对水库水质的影响是多方面的,研究结果表明,水土流对清林径水库最主要的影响是：水体感官混浊度指标与降雨强度呈正比;水土流失的营养盐进入水体,水质接近营养化水平,水土流失严重区域,