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。     

砂性层状土柱蒸发过程实验与数值模拟

为了了解不同类型层状土柱蒸发特性,利用砂土和砂黄土2种土壤,设置3种不同厚度分层土柱(11.25、22.5、45 cm)和2种均质对照土柱,测定了土柱蒸发过程中累积蒸发量、相对蒸发速率和剖面含水量的变化;同时利用2种均质土柱排水过程优化的土壤水力参数和Hydrus-1D模型对2种均质土柱和3种不同类型层状土柱蒸发过程进行模拟分析。结果表明,均质砂黄土蒸发第一阶段持续长达34 d,累积蒸发量显著高于均质砂土和其他3种不同类型分层土柱,土柱剖面含水量变化进一步证明表层覆盖砂土可显著抑制土壤蒸发。利用排水过程优化的水力参数,HYDRUS-1D可以较好地模拟层状土柱蒸发过程。研究结果对干旱半干旱区土壤水分管理具有指导意义。     

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。     

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。     

不同类型重构土壤水分运移特征

为探究不同类型重构土壤对水分再分布过程和土壤持水量的影响,该研究以砒砂岩、砂黄土和粗砂土为试验材料进行室内土柱试验,设置5种不同类型重构土壤(砒-粗、砂-粗、砒-砂-粗、砂-砒-粗、混-粗),测定各处理在入渗过程、排水过程以及蒸发过程中土壤水分的动态变化;同时利用Hydrus-1D模型对不同类型重构土壤的入渗和蒸发过程进行模拟分析。结果表明,有砒砂岩层存在的重构土体对入渗过程有明显阻滞作用,且砒砂岩层越厚、位置越靠上阻滞效果越明显,土柱达到稳渗时稳渗率越低;蒸发过程中,砒-砂-粗处理累积蒸发量为52 mm,显著高于其他重构土壤(P<0.05),而砂-砒-粗处理土柱累积蒸发量最小(32.1 mm),蒸发结束时相对蒸发速率低至0.07;在蒸发过程中,上细下粗型层状重构土壤水分损失来自表层土壤和下层粗砂土。利用优化后的土壤水力参数和Hydrus-1D模型可以较好地模拟重构土壤水分运动过程。较低的均方根误差和高的决定系数证明模型能准确模拟各类型土柱的累积排水量、累积蒸发量和蒸发过程剖面含水量的动态变化。混-粗土柱的持水能力高于其他土柱,说明该重构类型可作为晋陕蒙地区土壤复垦的重构方案。     

层状夹砂土柱室内积水入渗试验及模拟

为了研究夹砂层对入渗强度、湿润锋行进和沿程土壤含水率变化的影响,进行了室内层状夹砂土柱一维薄层积水入渗试验和相应情况下均质土柱的对照试验。结果表明,当湿润锋到达夹砂层上界面后,层状夹砂土柱的入渗过程与均质土入渗表现出明显不同。在湿润峰穿过夹砂层上界面时入渗率有较大波动,且最终进入稳渗阶段,其稳渗率明显小于同时刻均质土柱入渗率;当湿润锋穿过夹砂层后,夹砂层内的土壤含水率明显小于其饱和含水率。根据试验和分析,建立了针对层状夹砂土入渗的S-Green-Ampt模型,该模型可以较准确地反映层状夹砂土柱积水入渗的机     

压砂地砂层持水特性研究

通过田间调查和室内土柱模拟方法,对压砂地砂层级配变化规律及砂层持水特性进行了研究,以探讨压砂地保水蓄水性能随着种植年限增加而下降的机理。结果表明:随着种植年限增加,压砂地砂层中粗粒径的砾石含量下降,而小粒径和细粒径的砂粒含量增加;砂层的持水量增大而平均入渗率呈指数下降。在防止蒸发条件下,灌水后1天10 cm砂层含水量最大值可以达到6.5%,蓄水量最大值和最小值分别为12.5 mm和6.0 mm,分别占灌水量的31.5%和15.2%。影响砂层含水量的主要是粒径为0.315~0.63 mm的砂砾。可见,随着种植年限增加,砂层中砾石含量降低而粗、细砂粒含量增加,进而降低了降雨的入渗速率和提高了砂层的蓄水截留能力,这是导致压砂地土壤保水蓄水性能降低的主要原因。     

马颊河流域影响土壤盐渍化的几个因素的研究

本研究是根据马颊河流域区域水盐动态监测预报分区定量化的要求进行的室内模拟试验,采用了扰动土的土柱法。试验进行分干土柱的毛管水上升湿润锋的观测与湿土状态的蒸发两个阶段。共3个组合21个处理,在人为控制条件下,仅就地下水(潜水)矿化度、耕层土壤有机质、土体构型等三因素对土壤盐渍化的影响,进行了观测。试验表明:地下水矿化度与土壤积盐量之间存在着极显著的正相关;耕层有机质的含量在1.5%开始有明显的抑制土壤盐渍化的作用;明确了在有粘土夹层的土体中,不能以在风干土柱的毛管水上升速度来推测土壤表层返盐的快慢,而应以在湿润土时,土壤水的蒸发速度为依据。粘土夹层的抑盐作用是随其厚度的增加和层位的升高而加强。     

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。     

不同砂石覆盖度和粒径对土壤水分蒸发的影响

为探讨不同砂石覆盖度和砂石粒径对土壤蒸发的影响,进行室内蒸发模拟试验。通过5个覆盖度(0,25%,50%,75%和100%)和2个砂石粒径(0.5cm和1cm)处理,历经10d的土柱蒸发试验,研究土壤蒸发量随蒸发时间的变化及蒸发剖面含水量的分布规律。结果表明:砂石覆盖能有效抑制土壤累积蒸发量的增长,覆盖度越大,粒径越小,其抑制效果越明显,蒸发越趋于平稳。不同砂石覆盖度下的累积蒸发量与时间变化符合Gardner理论关系,累积蒸发量与时间和覆盖度间存在两因素函数关系,从而得出蒸发速率与时间和覆盖度的两因素函数关系。砂石覆盖能降低土壤蒸发速率,保持土壤水分,覆盖度越大,土壤蒸发后的剖面含水量越大。相比于塿土,相同粒径条件下砂石覆盖对砂土蒸发的抑制作用更有效。     

秸秆深层覆盖对土壤水盐运移及小麦生长的影响

通过对秸秆不同覆盖方式的土柱模拟实验研究表明,秸秆深层覆盖在土壤中形成了一个毛细管障碍层,破坏了土壤毛细管的连续性,明显降低深层土壤水分蒸发,减少了深层土壤盐分向表层的运移;秸秆表层覆盖使土表与空气的接触面变小,利于土壤保水。深层秸秆结合表层秸秆覆盖对土壤的保水效果最好,而且抑制盐分的土壤表聚,减轻土壤盐分对作物生长的胁迫,降低土壤耕层的返盐,保证了作物正常生长。     

应用HYDRUS-1D模拟砂质夹层土壤入渗特性

依据非饱和土壤水分运动理论,采用HYDRUS-1D软件,对砂质夹层土壤入渗特性进行数值模拟,分析各因素对砂质夹层土壤入渗规律的影响。结果表明:砂质夹层结构对土壤入渗特性有较大影响,具有暂时的阻水和减渗作用;湿润锋穿过砂层上界面后,入渗过程变为稳渗阶段,稳渗率主要受砂层质地、砂层埋深和压力水头影响,与土壤初始含水率和砂层厚度无关;砂质夹层土壤剖面水分分布不连续,上层土壤基本饱和,砂层土壤未饱和,土壤剖面含水率主要受砂层质地、砂层埋深和砂层厚度的影响。研究结果可为农业水资源利用及工程防渗技术提供理论依据。     

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。     

半干旱退化山区不同土地利用方式土壤理化性质的特征研究

通过对半干旱退化山区不同土地利用方式的土壤理化性质的调查研究.得出不同土地利用措施土壤机械成分表现出一定的差异性,在0-40 cm土层,88542整地和人工草地的粗砂粒平均含量高于天然草地;在0-100 cm土层,最大田间持水量:人工林地＞人工草地＞天然草地;毛管持水量:人工草地＞人工林地＞天然草地;土壤总孔隙度:人工林地＞人工草地＞天然草地;毛管孔隙度:人工草地＞人工林地＞天然草地;土壤的透气性:人工林地＞人工草地＞天然草地.在0-100 cm土层:有机质的含量为:人工林地＞天然草地＞人工草地;土壤碱解氮的含量变化为:人工林地＞人工草地＞天然草地;土壤速效磷的含量变化为:人工林地＞人工草地＞天然草地.结果表明,合理的土地利用方式,改善了土壤结构和肥力,增加土壤的通透性,改变土壤水肥气热状况,其中人工造林整地对土壤容重、持水量、土壤养分的促进作用均优于其它利用方式,有利于植被的快速恢复.     

渭河咸阳段非饱和层状沉积物中水分分布特征

层状结构是河流相松散沉积物中最常见的沉积结构,通常表现出一些特有的水力学性质,对水分运动过程及沉积物的持水性能产生影响.本文通过对渭河陕西咸阳段河漫滩一个层状沉积物剖面的含水率分布特征进行原位观测,讨论层状沉积物中含水率的分布特征,及其与粒度和毛细壁垒效应的关系.结果表明:在以水平层理和交错层理为主的粗细相间的层状河流沉积物中,天然含水率也呈干润相间的层状分布特征,各层含水率的大小主要与粒度成负相关;沉积物粗细相间的层状分布为毛细壁垒的形成提供条件,在降雨入渗和土壤水蒸发过程中,毛细壁垒效应对水分运动的控制会导致细粒层中含水率高于粗粒层.层状松散沉积物中水分的这种分布规律,为理解土壤持水性能提供了新的思路,对研究土壤含水率与降雨入渗、蒸发等水文过程的关系具有重要意义.     

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。     

层状土中毛管水上升的实验研究

土壤盐渍化的重要机制是地下水中可溶盐在蒸发作用下不断向表土聚集;次生盐渍土的形成则可能是由于人为抬高地下水位,土壤毛管水重新分配土中盐分所致.不管怎样,防止土壤盐渍化的积极而彻底的方法是消除地下水位抬高的因素.但是,全面而根本的措施,往往限于客观条件不易做到,因此大多数都采取治标措施.例如,利用耕耘增加毛管水上升的困难,以及洪淤压碱等等.     

Surfactants and soil water evaporation and migration

1. Water evaporation from soil and sand columns is smaller when the surfactant is placed on the surface, and larger when it is located at the bottom. Water evaporation from soil and sand mixed with the surfactant is as high as without the surfactant. 2. The fact that water evaporation from soil and sand depends on the location of the surfactant in the column is accounted for by the dominant role of migration but not by the suppressive action of the surfactant film on water evaporation. 3. Water migration from sites with surfactant towards sites without surfactant is caused by two pressures: the capillary and the additional pressure arising from the spreading of the surfactant. 4. The importance of the additional pressure on water migration is shown by experiments which rule out the existence of a capillary pressure difference.