砒砂岩区原状和扰动土壤水分入渗过程

基于内蒙古准格尔旗砒砂岩区为研究对象,通过野外原状土的采集和室内模拟土柱试验,采用一维垂直入渗试验,分析了砒砂岩区黄土、砒砂岩、风沙土的原状土和填装土的水分入渗过程。结果表明:原状情况下入渗率、累积入渗量的变化趋势为风沙土黄土砒砂岩;扰动情况下入渗率、累积入渗量的变化趋势为风沙土砒砂岩黄土;两种土壤中湿润锋的变化趋势与累积入渗量变化趋势一致。利用Philip模型、Kostiakov经验公式和Green-Ampt模型对原状土和扰动土累积入渗量和入渗历时的关系拟合方程均可较好地描述原状土扰动土的入渗过程,其中Kostiakov经验公式拟合值更接近于实测值,拟合精度更高。     

砾石覆盖厚度对斥水土壤入渗特性的影响及模型优选

基于室内一维垂直入渗土柱试验,研究砾石覆盖厚度(0,3,6,9,12 cm)对斥水土壤积水入渗及水分再分布的影响,并利用不同入渗模型进行拟合。结果表明:砾石覆盖显著增加斥水土壤湿润锋运移距离(p<0.05);同一时段内,各处理累积入渗量皆高于对照组(p<0.05),斥水性红壤累积入渗量与砾石覆盖厚度呈正相关关系;斥水性红壤初渗率与稳渗率随砾石覆盖厚度变化均可用指数函数来描述,决定系数分别为0.91和0.87,砾石覆盖使得斥水性潮土初渗率与稳渗率增大,其中稳渗率与砾石覆盖厚度呈二次函数关系,决定系数为0.78,覆盖6 cm时稳渗率达到最大;砾石覆盖明显提高斥水土壤剖面平均含水率,斥水性红壤和潮土最大分别增长180.8%和57.6%;隔绝蒸发条件下,再分布过程斥水土壤湿润体含水率表现为停渗时刻>再分布1天>再分布3天>再分布7天;Horton模型对砾石覆盖斥水土壤入渗过程的拟合效果最好,是分析和预测砾石覆盖斥水土壤水分入渗特征的适宜模型。     

辽西低山丘陵区坡地砾石含量及粒径对土壤入渗性能的影响

基于室内土柱模拟试验对比分析辽西低山丘陵区坡地不同粒径及砾石含量的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了含砾石土壤对传统土壤入渗模型的适用性。结果表明:粒径一定时,随砾石含量的增加土壤累积入渗量减少,随累积入渗量的增加土柱湿润锋变化速率由小变大;砾石含量小于20%时,湿润锋前进到一定深度下,土壤累积入渗量随粒径的增加而增大;当砾石含量增大到一定值时,砾石含量相同直径不同的土壤累积入渗量与湿润锋随时间的变化基本无差异。累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系。利用Green-Ampt模型、通用模型、Horton模型和Kostiakov模型对入渗率与入渗历时的关系进行拟合,其中砾石含量为5%时,Horton模型拟合效果最好,砾石含量为10%~30%时通用模型适用性更强,Horton模型拟合效果最差,其他模型拟合效果因砾石含量及粒径等因素的不同而异。     

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。     

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.     

秸秆生物炭对黏壤土入渗规律的影响

为提高干旱半干旱区耕作土壤灌溉水的利用效率,采用秸秆生物碳对黏壤土进行改良,并用3种经典入渗模型进行入渗模拟,寻求适于描述研究区土壤入渗规律的模型及改良方案。采用双环入渗试验测定4种生物炭施用水平（10 t/hm²,20 t/hm²,30 t/hm²,50 t/hm²）的田间作物生育期内土壤含水率、入渗速率及累积入渗量,分别采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov经验公式对试验组与对照组（CK）的入渗过程进行模拟。结果表明:施用量为30 t/hm²较CK效果最为明显,施用层（0—40 cm）入渗速率增加44.6%,耕作层土壤含水率增加8.9%,累积入渗量增加45.45%。比较3种模型的入渗过程拟合结果,认为Kostiakov经验公式拟合的效果符合实测规律,可为研究区改良土壤水分入渗过程提供理论依据。     

微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响

土壤斥水性影响着作物的产量,为了研究微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响,进行了室内土柱微咸水入渗试验。对比了不同矿化度和斥水程度对两种土质水盐运移的影响,探讨了微咸水入渗后土壤斥水性的变化特征。结果表明,不斥水土壤的入渗能力随矿化度的增加而增加。亲水和斥水土壤的入渗率均可采用Kostiakov公式简单模拟。斥水土壤入渗能力在矿化度为1?g/L时达到最大,超过1?g/L后则随矿化度的增大而减小。微咸水入渗的累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系,斥水性土壤中的相同剖面水盐的含量比不斥水的减小。微咸水入渗后土壤产生了一定的斥水性。该研究表明微咸水灌溉对盐渍化土壤的水盐分布和斥水性均有一定程度的影响。     

常用绿地土壤改良材料对土壤水分入渗的影响

利用一维垂直土柱法研究几种常用的绿地土壤改良材料及其不同配比对土壤水分入渗的影响,结果表明:土壤水分稳定入渗率、累积入渗量和湿润峰下移距离随土壤含砂量和粒径的增加而显著增加;绿化植物废弃物能提高土壤入渗及湿润峰下降深度,但单独应用效果不明显;脱硫石膏增加土壤入渗,加快湿润峰下移速度;但表施聚丙烯酰胺阻碍土壤水分下渗。Kostiakov入渗模型(I=Kt~(1-α))及幂函数(F=at~b)分别能很好地拟合几种改良材料的累积入渗量以及湿润峰随时间的变化,拟合系数R~2均在0.99以上,且模型中各项指标均较好地表征了几种改良材料的初始累积入渗量、土壤入渗能力的衰减程度及湿润峰变化。以体积比70%土+10%砂+20%绿化植物废弃物+0.5kg/m~3脱硫石膏配比对绿地雨水入渗和蓄积能力最佳。     

土壤表面电场对黄土母质发育土壤水分入渗特性的影响及模拟

水资源短缺是黄土高原地区农业生产和生态环境建设主要的限制因子。土壤水分入渗过程不仅决定着土壤对雨水和灌溉水等有限水源的利用程度,而且也深刻影响着地表径流和土壤侵蚀强度。土壤表面电场对团聚体稳定性具有重要影响,团聚体破碎后土壤孔隙将发生重要变化,并影响水分入渗过程。然而,目前关于土壤电场作用对黄土母质发育土壤水分入渗过程的影响尚不清楚,同时考虑表面电场作用后经典土壤水分入渗模型的适用性还有待进一步验证。因此,本研究采用室内一维定水头土柱模拟试验,通过定量调控土壤表面电场,研究了不同土壤电场强度对水分入渗速率、湿润锋运移、累积入渗量的影响,并采用Kostiakov模型和Philip模型对土壤水分入渗过程进行拟合。结果表明:(1)湿润锋运移速度、入渗速率和累积入渗量均随入渗电解质浓度的减小、表面电位(绝对值)和电场的增大而降低,这表明土壤表面电场对土壤水分入渗具有重要的、不可忽略的影响。(2)当电解质浓度0.01 mol·L赵世伟,塿土和褐土的电位绝对值大于233 mV和223 mV时,土壤水分入渗特性参数随时间的变化曲线较为接近,表明233 mV和223 mV分别是影响两种土壤水分入渗过程的临界电位值。(3)Kostiakov模型和Philip模型对于塿土和褐土入渗过程的模拟均有较好的适用性,但通过进一步分析其拟合统计特征值(决定系数R~2、残差平方和、均方根误差RMSE值),发现Kostiakov模型的拟合结果更优。该研究结果可为黄土高原土壤水分入渗的内部调控新技术提供理论参考。     

贺兰山西麓绿洲土壤水分的入渗特性

[目的]研究贺兰山西麓腰坝绿洲土壤水分入渗特性,为当地合理利用水资源和农田灌溉提供理论依据。[方法]在当地选取21个试验点进行野外双环入渗试验,利用不同入渗公式对实测结果进行拟合,并通过多元分析及地统计学方法分析土壤水分入渗特性。[结果]Horton公式的拟合结果相关系数高达0.963,相对误差与均方根误差分别仅为4.09%与0.046 mm/min,拟合精度要优于Philip公式与Kostiakov公式,且模型参数具有较好的物理意义。土壤质地对入渗过程有显著性影响,土壤中含砂量越高,入渗速率越大,达到稳定所需时间越短,而土壤容重与初始含水率则分别对累积入渗量及初始入渗率有一定影响。稳定入渗率最大值约为最小值的12倍,变异系数高达0.677,且由东北向西南呈现递减的趋势。[结论]Horton公式适用于描述腰坝绿洲土壤水分入渗过程,土壤性质差异对入渗过程有较大影响,同时在空间上入渗率也存在较强变异性。     

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.     

Soil water repellency and infiltration in coarse-textured soils of burned and unburned sagebrush ecosystems

Millions of dollars are spent each year in the United States to mitigate the effects of wildfires and reduce the risk of flash floods and debris flows. Research from forested, chaparral, and rangeland communities indicate that severe wildfires can cause significant increases in soil water repellency resulting in increased runoff and erosion. Few data are available to document the effects of fire on the spatial and temporal variability in soil water repellency and potential impacts on infiltration and runoff on sagebrush-dominated landscapes. Soil water repellency, infiltration and runoff were assessed after two wildfires and one prescribed fire in three steep, sagebrush-dominated watersheds with coarse-textured soils. Water repellency was generally greater on unburned hillslopes and annual variability in water repellency had a greater impact on infiltration capacity than fire effects. The most significant impact of fire was canopy and ground cover removal on coppice microsites. Infiltration rates decreased on coppice microsites after fire even though soil water repellency was reduced. Fire-induced reduction in infiltration resulted from the combined effect of canopy and ground cover removal and the presence of naturally strong water repellent soils. Removal of ground cover likely increased the spatial connectivity of runoff areas from strongly water repellent soils. The results indicate that for coarse-textured sagebrush landscapes with high pre-fire soil water repellency, post-fire increases in runoff are more influenced by fire removal of ground and canopy cover than fire effects on soil water repellency and that the degree of these impacts may be significantly influenced by short-term fluctuations in water repellent soil conditions.     

初始含水率对土壤中原油入渗的影响

为确定土壤初始含水率对原油在土壤中入渗的影响,该文利用3种土壤,根据设定不同初始含水率进行配置,开展土柱模拟试验,研究了不同初始含水率条件下原油在土壤中的入渗。试验结果表明：对于同一质地土壤,随着初始含水率的增加,原油在土壤中入渗的湿润距离和湿润推进速率均增加。原油在土壤中的入渗与土壤粉粒含量密切相关,当土壤初始含水率较低时,不同质地土壤,粉粒含量越高,原油在土壤中入渗越慢;随土壤深度增加,土壤中原油残留物的含量呈波动递减趋势;原油在土壤中入渗的湿润距离随时间的变化可用对数函数拟合,湿润推进速率与时间的关系可用Kostiakov公式拟合。     

大田原生盐碱荒地入渗特性的试验

为揭示原生盐碱荒地土壤的入渗特性,基于大田原生盐碱荒地4个试验点的原位土壤入渗试验,并与非盐碱土壤入渗特性比较,探讨了盐碱荒地土壤的入渗的过程和特性。结果表明:原生盐碱荒地的入渗过程与非盐碱荒地相类似,但其累积入渗量和入渗率远小于非盐碱地,且入渗率的衰减速度远快于非盐碱地,究其原因是由其水力传导度小所导致,而水力传导度小的根本原因是由于盐碱土壤中含有较多的交换性钠离子;盐碱土壤的累积入渗量和相对稳定入渗率与其含盐量、Na+离子含量间呈反比例关系;其入渗过程也可用Kostiakov模型来表征,用与Kostiakov两参数模型结合的分段模型可获得更好的表征精度。研究结果对于推进土壤水分运动理论的研究具有一定的意义,可为原生盐碱荒地的改良提供技术支撑。     

Effect of subcritical hydrophobicity in a sandy soil on water infiltration and mobile water content

Recent research shows that most soils are more or less water repellent. Already subcritical water repellency may cause incomplete soil wetting and preferential flow. Both processes potentially reduce the residence time of water and solutes in the vadose zone, resulting in an enhanced risk of groundwater contamination. The objective of the present paper is, therefore, to evaluate the impact of reduced soil wettability on the soil water infiltration rate and to investigate the tendency towards preferential flow with the analysis of the immobile water content in the infiltration zone. In november 2002, a field experiment was done in a coniferous forest, 30 km N of Hannover, Germany. Soil hydrophobicity was quantified by measuring the contact angles. The hydraulic conductivity of the podsolic sandy soil was measured depth‐dependent with a double‐ring tension infiltrometer in three soil horizons. To quantify possible preferential‐flow effects, a LiBr‐Tracer was added to the infiltrating water to evaluate the mobile water‐content fraction after infiltration. Additionally, infiltration rates of water were compared with infiltration rates of ethanol which were determined after water infiltration at the same locations. Results show that the actual water repellency of field‐moist soil was mainly subcritical (contact angle <90°). Water infiltration rates were reduced due to subcritical repellency by a factor of 3–170 compared with ethanol infiltration rates (exclusion of wetting effects). This spatially variable infiltration behavior was not clearly reflected neither by the small‐scale contact‐angle measurements nor by the analysis of the average immobile soil water content in the infiltration zone. We conclude that this specific infiltration behavior of water caused by small‐scale wettability effects may temporarily reduce the local connectivity of water‐flow pathways.     

Water Repellence of Cultivated Organic Soils

Abstract

A range of cultivated organic soils was studied with respect to water repellence. All soils were wettable above a water content of approximately 30-50 % (v/v). Below this critical content, most soils showed a varying degree of water repellence. Well decomposed peat had lower infiltration rates than moderately decomposed peat. Lightly crushing the peat soil before measurement increased the infiltration rate compared with an undisturbed soil sample. In tests with aqueous ethanol of different molarity, peat soils showed greater repellence than gyttja soils. All moss peat layers were extremely water repellent and fen peats slightly less repellent. Water repellence did not occur on gyttja clay and marl gyttja.     

土壤有机质含量对土壤入渗能力及参数影响的试验研究

基于土壤质地为壤土的大田水分入渗试验，分析了有机质含量对大田土壤水分入渗能力和考斯加科夫入渗模型参数的影响。研究表明：土壤有机质对大田土壤入渗能力和入渗模型参数的影响都比较明显，土壤累积入渗量随着土壤有机质含量的增加而增大；入渗模型参数k和α值随土壤有机质含量的增加而减小。研究结果对于土壤入渗能力预测模型的建立和地面灌水技术参数的优化具有一定价值。     

土壤质地对单膜孔肥液入渗水分及氮素运移的影响

为了探求特定条件下的水肥运移规律,该文通过室内试验,研究了土壤质地对单膜孔肥液入渗水分运移及 NO-3 -N分布的影响。研究表明,不同土壤质地的单膜孔肥液入渗累积入渗量均符合Kostiakov入渗模型;水平湿润距离和垂直湿润距离随时间的变化均符合幂函数方程;质地对土壤含水率的分布和再分布的影响均较大;供水结束时,不同土壤质地的NO-3 -N含量在湿润土体表层10 cm范围内的高含水率段分布均比较均匀,且NO-3 -N含量相差较小;NO-3 -N本底值对湿润体表层10 cm范围内NO-3 -N含量分布和再分布的影响不大。