盘式吸渗仪测定土壤导水率的两种新方法

应用盘式吸渗仪测定田间土壤导水率具有快速简单的优点，但是测定结果的计算处理比较繁琐，寻求简单的计算方法是广泛应用盘式吸渗仪的关键问题。该文改变盘式吸渗仪测定土壤导水率的三维入渗过程为一维入渗过程，简化了测定结果的计算处理。结果显示：两种不同的一维入渗过程达到的稳定入渗率和导水率之间有很好的线性关系，但是三维过程计算的导水率大于一维过程。双套盘吸渗仪一维过程计算导水率与稳定入渗率一致性较好，但是和三维稳态、瞬态方法计算结果之间差异明显，因此在应用这些方法时需要适当调整参数，建议使用双套盘吸渗仪快速测定田间土壤导水率。     

塔里木沙漠公路防护林带土壤入渗研究

为了探明塔里木沙漠公路防护林带咸水灌溉土壤入渗特性,在塔里木沙漠公路防护林带内选取5种不同种植年限的土壤,并取3种不同矿化度水,应用Guelph入渗仪测定土壤水分入渗过程,并进行模型拟合与分析。结果表明:不同种植年限对土壤初始入渗速率、饱和导水率有显著影响,尤其是0-10cm,10-15cm层土壤,随着种植年限增加土壤初始入渗速率、饱和导水率呈减小趋势。咸水灌溉条件下,土壤饱和导水率较淡水大。不同深度土壤入渗特性有差异,表现为25-40cm,40-60cm层土壤饱和导水率较其他层大。用常用的入渗模型对入渗过程进行模拟,可以发现通用经验模型对研究该区域土壤入渗有最好的适用性,Kostiakov模型也较适用,Horton模型在该区域土壤入渗研究中适用性相对较差。     

黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征

土壤容重和饱和导水率是影响坡地土壤入渗产流和抗侵蚀能力的两个重要因素,研究径流小区表层土壤容重和饱和导水率在坡面的空间变化规律,有助于深入理解坡地的降雨入渗产流产沙规律。借助经典统计学和地质统计学,采用1m网格布点法对神木六道沟流域41m×5m径流小区表层土壤容重和饱和导水率坡面空间变异规律进行研究,结果表明:(1)表层土壤容重沿坡面的变化没有明显的规律,经地质统计学分析土壤容重具有明显的空间结构和自相关特征,自相关特征长度为7.6m。(2)表层土壤饱和导水率在坡面的变化也不具备明显规律,Ks和lnKs在坡面的变异经地统计学分析均不具有空间结构特征,属于纯随机变量。     

蓄水坑入渗表层土壤体积质量和饱和导水率的变化

表层土壤体积质量和导水率是影响土壤入渗及水分运动的重要物理参数。该文采用土壤切片技术和数字图像分析技术,分析了蓄水坑灌条件下入渗水头对砂壤土表层土壤体积质量的影响,进行了不同入渗水头、土壤体积质量对砂壤土表层土壤饱和导水率的试验研究,并对蓄水坑侧向水平入渗湿润锋变化的试验结果与数值模拟结果进行对比分析。结果表明：该研究试验条件下（土壤体积质量为1.345 g/cm3）,入渗水头对土壤体积质量和表层土壤饱和导水率有较明显的影响。随着入渗水头的增大,其作用下的表层土壤体积质量趋于增大,土壤结构趋于密实,表层土壤的饱和导水率趋于减小;表层土壤饱和导水率与入渗水头和土壤体积质量之间呈乘幂关系,且表层土壤饱和导水率对土壤体积质量的变化较为敏感,当土壤体积质量达到某一程度时（1.466 g/cm3）,入渗水头对表层土壤饱和导水率的影响甚微。研究成果揭示了入渗水头影响蓄水坑土壤入渗的微观机制,为进一步研究蓄水坑灌法提供了理论依据。     

基于线性源法与图像处理的土壤饱和导水率快速测量方法

土壤饱和导水率是计算土壤剖面水通量以及设计灌溉和排水系统的重要参数,其测量准确与否直接影响各类水文和水动力学模型的预测精度。然而,现有土壤饱和导水率测定方法费时费力,给土壤水动力学研究工作带来了诸多不便。为此,该研究提出了一种基于线性源入流法与手机图像处理相结合的土壤饱和导水率快速测量方法。该方法首先利用手机拍照获取图像记录充分供水条件下线性水流在土壤表面扩散的过程,图像经处理后计算出土壤表面湿润面积及其随时间的变化关系,然后根据线性源入流法估算的土壤稳态入渗率来测得土壤饱和导水率,并与传统的定水头标准法测得的饱和导水率进行对比。结果表明：图像经畸变校正与二值化处理之后计算出栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土表面湿润面积与时间具有较好的幂指数关系,决定系数R2分别为0.994、0.995和0.998;在此基础上,采用线性源入流法测量栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土的稳态入渗率（即土壤饱和导水率）分别为23.40±1.21、23.86±1.83和22.99±2.26 mm/h,同时使用定水头标准法测量三种土样得到的饱和导水率分别为24.41±1.53、24.26±0.37和23.81±0.10 mm/h,与定水头标准法相比,该研究提出的土壤饱和导水率测量方法的相对误差分别为4.14%、1.64%和3.42%。可见,该研究提出的测定方法较为合理、简便、准确,可为获取土壤饱和导水率提供一种新的测量手段,后续研究会将该方法用于野外环境下土壤饱和导水率的原位测定,并验证该方法的准确性。     

两种非饱和导水参数推求方法在紫色土上的应用

土壤非饱和导水参数的难于获取,限制了非饱和水流数值模拟技术的实际应用。本研究选择颇具代表性的土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法两种方法,分别推求不同质地紫色土导水参数,并进行了分析比较。结果显示,土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法,推求的非饱和导水率与计算值均具有较好的一致性。鉴于土壤水分特征曲线的易测优势和简单入渗法实验简便省时特点,采用这两种方法进行紫色土非饱和导水参数的推求或预报是可行的。     

土壤饱和异水率的田间测定

本简述了圆盘渗透仪（disc pemeameter）在田间条件下测定土壤饱和导水率的原理及方法。该方法在测定对田间土壤饱和导水率附加了一个负压Ψρ,因而可以控制土壤入渗孔隙的孔径大小、排除土壤裂缝和蚯孔洞对测定的影响,具有操作简便,测定精度高等优点。     

4种土壤入渗测定方法的比较

入渗是土壤的基本物理性状,与降雨产流、侵蚀、非点源污染等过程密切相关,快速、准确测定土壤入渗速率具有重要的意义。以黄土高原沟壑区安塞水土保持综合试验站大豆地的黄土为测试土壤,利用双环、单环、圆盘入渗仪、Hood入渗仪4种方法测定了土壤入渗性能,并以双环法测定的稳渗速率、Hood仪测定的饱和导水率、单环/双环和圆盘测定的累积入渗量为基础,比较分析了4种方法各自的优劣。结果表明,单环、圆盘、Hood测定的稳渗速率分别为双环的116%,111%和225%,双环、单环、圆盘测定的饱和导水率分别为Hood的65.8%,75.1%和105%,双环、单环、圆盘达到稳渗时间分别为100,80和30min。说明圆盘测得的稳渗速率、饱和导水率最接近标准值,而且省时省力省水,更适合于野外实验。     

两种非饱和导水参数推求方法在紫色土上的应用

土壤非饱和导水参数的难于获取,限制了非饱和水流数值模拟技术的实际应用。本研究选择颇具代表性的土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法两种方法,分别推求不同质地紫色土导水参数,并进行了分析比较。结果显示,土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法,推求的非饱和导水率与计算值均具有较好的一致性。鉴于土壤水分特征曲线的易测优势和简单入渗法实验简便省时特点,采用这两种方法进行紫色土非饱和导水参数的推求或预报是可行的。     

土壤饱和导水率的田间测定

本文简述了圆盘渗透仪(disc permeameter) 在田间条件下测定土壤饱和导水率的原理及方法.该方法在测定时田间土壤饱和导水率附加了一个负压Ψo,因而可以控制土壤入渗孔隙的孔径大小、排除土壤裂缝和蚯蚓孔洞对测定的影响,具有操作简便,测定精度高等优点.     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

Soil physical quality: Part III: Unsaturated hydraulic conductivity and general conclusions about S-theory

The index of soil physical quality, S, which was proposed in Part I and which was applied to the problems of tillage in Part II is applied in Part III to the unsaturated hydraulic conductivity of soil. S is equal to the slope of the soil water retention curve at its inflection point. This curve must be plotted as the logarithm (to base e) of the water potential against the gravimetric water content (kg kg⁻¹). It is suggested that S is a measure of the micro-structural porosity of the soil. It is shown through an approximate theory, through simulations and through experimental results that the value of S at the inflection point is related to the unsaturated hydraulic conductivity of soil at the inflection point. It is proposed that the inflection point can be used as a “matching point” in studies of unsaturated hydraulic conductivity. Pedo-transfer functions are used to explore the predicted effects of soil texture class and bulk density on the values of the unsaturated hydraulic conductivity at the inflection point. The conclusions from this series of three papers are summarized and as a result, it is recommended that S be used as an index of soil physical quality that enables different soils and the effects of different management treatments and conditions to be compared directly. The use of S for prediction of a range of soil physical properties is summarized and is called S-theory.     

热融湖塘对青藏高原土壤饱和导水率的影响及因素分析

为研究多年冻土区热融湖塘对湖岸生态水文过程的影响,该文基于湖岸不同迹地植被发育、导水性及土壤理化性质的分析,并结合土壤转换函数(pedo-transfer functions,PTFs),对土壤导水性及其影响因素进行研究。结果表明:热融湖塘的形成使土壤环境发生了重要演变,其中湖岸死根区土壤饱和导水率相比于未影响区域(110.88 cm/d)增加了70.1%之多,而其在盐渍化区域相比于未影响区域减少了33.8%,同时土壤饱和导水率随着坡度的增加而增强;通过比较ROSETTA、CAMPBELL和VAUCLIN 3种土壤转换函数的预测能力,发现VAUCLIN模型更适合于模拟青藏高原高寒草甸土壤饱和导水率。热融湖塘影响迹地对土壤饱和导水率的变化,是植被盖度、有机质含量、颗粒组成等因素耦合影响作用的结果,运用土壤转换函数对其进行预测时,须综合考虑以上因子。对热融湖塘不同迹地土壤水力参数的研究可为区域土壤侵蚀,产流模式及水文过程的研究提供理论基础。     

基于水蚀预测模型的红壤坡面侵蚀主要影响因素研究

利用229场侵蚀性自然降雨的小区观测数据,率定并验证了典型红壤坡面水蚀预测(WEPP)模型,并对模型的敏感性检验和弹性系数进行了分析。结果表明,红壤坡面土壤侵蚀对降雨量、雨强、细沟可蚀性、临界剪切力、坡长、坡度等6个输入参数的变化具有强敏感性;地表径流量对降雨量具有强敏感性,对雨强、初始饱和导水率、有效水力传导系数等参数存在弱敏感性。这些参数是影响红壤坡面侵蚀产沙产流的主要因素。     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

六盘山华北落叶松坡面土壤饱和导水率空间异质性及其影响因素

为深入理解森林坡面土壤饱和导水率的空间变异,利用经典统计学和地统计学的方法研究六盘山华北落叶松人工林坡面不同土层土壤饱和导水率的空间异质性,并基于相关性分析揭示其空间变异的主要因素。结果表明:(1)随土层的加深,土壤饱和导水率逐渐增加,不同土层土壤饱和导水率的空间变异程度存在差异,表现为40—60 cm土层土壤饱和导水率为强变异,其他土层均为中等变异。(2)不同土层土壤饱和导水率的空间结构也存在差异,20—40,40—60,60—80 cm土层土壤饱和导水率表现为强烈的空间自相关性,0—20,80—100 cm土层土壤饱和导水率表现为中等空间自相关性。(3)坡面土壤饱和导水率与石砾含量、非毛管孔隙度、毛管持水量、田间持水量和毛管孔隙度显著相关。综上,研究坡面土壤饱和导水率具有较强的空间变异,石砾含量和土壤物理性质是影响研究坡面土壤饱和导水率空间分布的主要因素。     

太原东山试验林场土壤理化性质及饱和导水率的坡向分异规律研究

为了探究太原东山试验林场不同坡向条件土壤性质及饱和导水率变化的规律,选取东山林场无植被覆盖裸地和油松林地的阳坡、阴坡、半阴半阳坡共6个样地进行土壤采样,测定了土壤基本性质及养分含量,并用环刀分层取土,测定土壤饱和导水率,对比分析了土壤性质、养分及饱和导水率的坡向分异规律。结果表明:坡向对土壤密度无影响;裸地土壤含水率表现为阴坡 > 半阴半阳坡 > 阳坡;油松林地土壤含水率、土壤养分元素含量、土壤饱和导水率表现为阳坡 > 半阴半阳坡 > 阴坡,阳坡表层土壤（0—30 cm）石砾含量少于其他坡向,总孔隙度高于其他坡向。坡向对土壤性质及饱和导水率的影响是通过植被产生作用。在今后对林地土壤性质及水分入渗的研究中不能忽略坡向的影响。     

黄土区小流域土壤容重和饱和导水率的时空动态特征

土壤水力性质是评估降水入渗、径流发生以及土体可蚀性的重要参数。研究小流域尺度土壤水力性质的时空动态特征,对于以小流域为基本单元的黄土高原综合治理具有直接意义,有助于加深对相关生态水文过程的理解。以陕西省神木县六道沟老叶满渠小流域为对象,进行50 m×50 m网格布点(共73个样点),2014年8-10月期间每月测定1次表层土壤容重和饱和导水率,结合经典统计学与地质统计学的方法研究容重和饱和导水率的时空变化规律。结果表明:1)小流域尺度容重的月际变化趋势较为一致,整体呈正态分布规律,饱和导水率的月际变化强烈,呈偏态分布;容重较饱和导水率变化范围较小,变异程度较低;2)小流域尺度容重和饱和导水率在8-10月的半方差可用指数模型进行最优拟合,两者均表现出中等程度的空间依赖性;Kriging插值图表明小流域容重总体差异性较小,而饱和导水率差异显著;8-10月,西坡局部区域、坡顶的容重呈逐月增大趋势,而饱和导水率呈减小趋势;3)Pearson相关性分析表明,8-10月单次测定的容重和饱和导水率之间的相关性不明显;在同一土壤类型下(干润砂质新成土)表现出极显著的负相关关系(P0.01)。     

Bodenhydrologische Methoden zur Untersuchung ungestörter,skelettreicher Böden

Soil hydrological methods for investigations on undisturbed samples of skeleton-rich soils New methods are proposed, which allow the determination of moisture transmission properties of stony soils. A soil sampling technique is discussed whereby small monoliths are isolated from the surrounding soil and covered with polyester-soaked glassfiber sheets. With use of such irregularly shaped columns the soil moisture characteristic and the unsaturated hydraulic conductivity are determined by laboratory procedures. Starting with a saturated column, suction is applied and the resulting outflow is measured. At the same time the suction in the sample is registered and also the hydraulic gradient within the sample is determined. Also discussed is a procedure to install tensiometers in stony soils. The installation provides reliable data and the maintenance is easy. By building in a heating system in the tensiometers, these can be operated all year round.     

A new laboratory method to quickly determine the unsaturated hydraulic conductivity of undisturbed soil cores within a wide range of textures

A modified instantaneous profile method is described, which determines the hydraulic conductivity functions of soils with varying textures. Soil suction head as a function of time and depth, rate of outflow as a function of time and the final distribution of moisture content are monitored on undisturbed soil columns. Data is handled following a modification of the procedure of Weeks and Richards (1967). The apparatus consists of five measuring cells, a monitoring unit, five balances and equipment to section the soil columns for the gravimetric determination of soil moisture content. Each measuring cell contains a soil core of 250 cm³, into which five micro-tensiometers are inserted at 2 cm intervals. Exemplary hydraulic conductivity functions are shown for samples taken from an Arenosol, from silty and clayey-silty horizons of a Luvisol and from a clayey Vertisol. The functions showed good agreement with in situ data. Evaluations of variability show the method to be very reliable. On average, the functions of five samples can be determined in one week, making the method quick. At the same time, the method has great potential for the study of effects of soil structure on hydraulic conductivity.