栾城农业生态系统试验站土壤水分

利用土壤水分特征曲线仪测定河北栾城农业生态系统试验站三组土样的含水量及其对应负压值，分别利用六种不同模型进行了土壤水分特征曲线拟合。通过六种土壤水分特征曲线模型的拟合值与实测值差异对比认为，不同土样的最优土壤水分曲线模型不同，栾城土壤水分特征曲线拟合效果最好的模型是：原状粉质粘土为原始Van Genuchten模型；而扰动土为修正的Van Genuchten模型。     

北京顺义地区典型农田土壤水分特征曲线测定与分析

利用离心机测定北京顺义地区典型农田土壤的含水量及其对应负压值,采用van Genuchten(1980)模型进行了土壤水分特征曲线拟合。根据农田土壤物理特性参数测定的数据,比较了不同质地、不同种植条件、不同深度的土壤特征曲线的特征。结果表明,土壤质地及种植条件等对原状土的土壤水分特征曲线有显著影响。     

基于BP神经网络方法的黄土水分特征曲线预测模型比选

黄土高原区水资源严重匮乏，研究土壤水分特征曲线对于提高水分利用率、节约水资源有着重要的现实意义，但直接试验测量土壤水分特征曲线面临操作技术难度大、耗时费力等诸多问题，因此对土壤水分特征曲线进行科学合理预测十分必要。为提高黄土高原区土壤水分特征曲线预测模型精度，以山西省5个县市的试验点黄土为研究对象进行模型比选。基于BP神经网络算法，以土壤基本指标黏粒含量、粉粒含量、干容重、有机质和全盐量共5个影响因素作为预测模型的输入变量，以经验模型的参数作为预测模型的输出变量，分别建立了Gardner经验模型参数和Van Genuchten经验模型参数的预测模型，并根据实测数据库的预测结果进行对比和分析。结果表明：建立的经验模型参数的BP神经网络预测模型，Gardner经验模型建模和验证后的两个参数相对误差的平均值都小于4%,Van Genuchten经验模型建模和验证后的两个参数相对误差的平均值都小于5%；不论是建模的训练数据库还是验证数据库，Gardner经验模型参数的预测模型精度均高于Van Genuchten经验模型参数的预测模型精度。因此，建议针对黄土高原区的黄土水分特征曲线预测模型的建立...     

5种砂土水分特征曲线的测试分析

为了测试分析5种砂土的水分特征曲线,运用张力计法对砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂5种砂土在不同含水率下的土壤基质吸力进行实验研究,并对数据进行了三次多项式与Van Genuchten模型的拟合与验证。结果表明:细砂的水分特征曲线呈"反S"形曲线,砾砂、粗砂、中砂、粉砂呈"L"形曲线;在相同含水率条件下,5种砂土的基质吸力大小为粉砂细砂中砂粗砂砾砂;三次多项式拟合结果的R2值、PBIAS值分别为0.982 7~0.998 3、-0.119 8~0.342 7,Van Genuchten拟合结果的R2值、PBIAS值分别为0.931 0~0.992 6、-2.083 5~5.256 7,此处3次多项式拟合效果要优于Van Genuchten模型。     

棕壤土水分特征曲线拟合的比较分析

以棕壤土为对象,采用压力膜法测定均质原状土壤样品一系列含水率和对应基质势值,分别用幂函数和Van Genuchten （1980）模型进行拟合,并与实测含水率数据进行比较。结果表明：压力膜法测定土壤水分特征曲线是可行的,所得试验结果合理,可用于土壤水分动态模拟。     

滨海盐渍土土壤水分特征曲线测定及拟合模型的比较

测定滨海盐渍土的土壤水分特征曲线及相应的参数,为研究和模拟水盐运移提供可靠的参数依据。以中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态实验站内的盐渍土为例,使用压力膜仪测定土壤吸力和水分的关系,根据Brooks-Corey、Gardner和van Genuchten 3种模型拟合土壤水分特征曲线,结果表明:van Genuchten模型拟合的精度最高,剖面五层土壤的决定系数都大于0.97,与试验点土壤质地无明显相关性,可以用于该地区的土壤水分特征曲线拟合;BrooksCorey和Gardner模型的拟合效果相似,且精度波动都很大,在砂性土范围内,决定系数大小与土壤物理性砂粒含量成反比,不适合用于由泥沙堆积而成的黄河三角洲地区的土壤水分特征拟合。van Genuchten模型拟合结果表明:不同土壤的水分特征曲线不同,同一质地类型的土壤具有相似的曲线形状;土壤颗粒的粒径组成和含盐量对土壤的持水性有很大的影响,土壤颗粒越大土壤持水性越差,土壤含盐量越高,土壤持水性越好。     

原状黄土土壤水分特征曲线预测模型优选

为了省时、省力、精度高的获取土壤水分特征曲线,以黄土高原区6种质地241个田间原状黄土土壤为研究对象,利用HYPROP仪器测定了原状黄土土壤水分特征曲线,应用Hyprop Fit软件中的不同模型对实测所得土壤水分特征曲线进行拟合,确定各土样的土壤水分特征曲线模型参数,并通过模型计算出实测土壤吸力所对应的含水率,与实测值进行比较。最终选择Frelund-Xing模型作为原状黄土土壤水分特征曲线的最优预测模型。     

柴油污染对土壤水分特征曲线的影响研究

采用压力膜仪法结合砂箱法测定不同类型石英砂的土壤水分特征曲线,运用RETC软件拟合得到土壤Van Genuchten模型参数,对柴油污染土壤水分特征曲线的变化进行了研究。结果表明,柴油污染会导致土壤润湿性发生明显改变,斥水性增强,引起土壤水分特征曲线的变化,降低土壤在低水吸力段的持水能力。受污染土壤中有机质的含量的变化也会对水分特征曲线的变化产生较大的影响。     

非饱和重塑黏土在不同击实条件下的土水特征曲线试验研究

采用压力板仪对非饱和重塑黏土在2种不同击实条件下的土水特征曲线进行了研究。即对该重塑土样开展标准击实试验,在击实曲线上取同一干密度对应的不同击实含水率的试样和击实曲线上最优含水率处的试样,并通过增加击实次数,得到另外2种击实干密度的试样,对上述试样进行土水特征曲线测试,并采用常用的土水特征曲线模型Van Genuchten模型、Fredlund 3参数模型、Fredlund 4参数模型对实测试样的土水特征曲线进行了拟合,其拟合结果较好。研究发现,击实干密度越大,空气进入值越高,试样持水能力越强。击实含水率越大,试样可塑性越好,持水能力越强,空气进入值也越大。     

农田土壤水分特征曲线参数拟合及其剖面变异特性研究

在天津农学院西校区和山西大同阳高试验基地,采用环刀取原状土方法分层、分垂直和水平2个方向取土样,采用高速离心机(CR22GⅡ)方法得到了土壤水分特征曲线数据,利用Van Genuchten模型对实测数据进行了拟合,并运用Excel软件规划求解与模式搜索法交替迭代进行参数拟合优化求解。结果表明,根据实测数据所选的参数初始值和优化值之间有明显差异,以残余含水率差异最大,参数n差异最小;参数优化过程中不同参数随迭代次数的增加有不同的变化规律;不同深度的参数优化值有显著差异,不同方向参数值有一定差异;取样误差对参数的优化结果也有一定的影响。     

基于Matlab地表滴灌土壤水分运动的数值模拟

滴灌条件下土壤水分运动规律是当前农业工程中重要研究领域。基于土壤水运动基本方程,结合作物根系吸水特点,建立了地表滴灌条件下土壤水分运动二维数学模型。应用Matlab软件,通过数值模拟方法,得出了Van Genuchten模型的参数值,推导了渗透参数拟合公式,进一步对地表滴灌土壤水分运动过程进行模拟。同时,利用Matlab强大的绘图功能对拟合曲线与实测数据进行了直观的比较。结果表明,所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动变化具有较好的模拟效果。     

基于黏粒量的土壤水分特征曲线预测模型

【目的】建立基于黏粒量的土壤水分特征曲线预测模型。【方法】设计12种不同黏粒量的质量混合比处理,获得一系列合成土样,通过测定合成土样的土壤水分特征曲线,研究了在体积质量一致的条件下,黏粒量对土壤水分特征曲线参数和孔隙分布的影响。【结果】在体积质量为1.55 g/cm³条件下,黏粒量增加1.9倍,土壤中传导孔隙(0.03~1 mm)体积减小28.6%,储存孔隙(200nm~0.03 mm)体积增加6倍,土体的持水性增强。合成土样的土壤水分特征曲线参数θs和α均与黏粒量显著正线性相关,θr与黏粒量显著负线性相关,n和m均与黏粒量呈指数衰减关系。【结论】基于黏粒量确定的土壤水分特征曲线预测模型具有较高的精度,能够快速预测土壤水分特征曲线,预测值与实测值之间相对误差<15%。     

利用HYPROP系统测定土壤水分参数的优缺点及改进

介绍了HYPROP非饱和导水率及土壤水分特征曲线测量系统的测定原理,对其优缺点进行了分析,并提出了相应的改进措施。以两种粉壤土和一种壤土共三种供试土壤为例,利用HYPROP系统测定了低吸力范围内土壤的水分特征曲线及非饱和导水率,其在低吸力范围内测量数据量大,精度高,但不能测定高吸力范围的土壤水分特征曲线。针对HYPROP系统测定范围仅限于低吸力的不足,用快速离心法测定了负压为15×103 hPa下的土壤含水量,提供了3种土壤在高吸力下土壤水分特征曲线的控制点,利用Van Genuchten-Mualem经验公式拟合得到了土壤水分特征曲线的经验参数值。实验结果表明,在高吸力范围增加一个土壤水分特征曲线的控制点,可将HYPROP系统所测定的水分特征曲线在高吸力范围内得到延伸,更好地一个完整的土壤水分特征曲线。HYPROP系统对导水率K的测量范围窄,拟合效果不佳,如果能给出实测的饱和导水率值,能得到较好的结果。     

斥水土壤的水力参数及水平吸渗规律

为了对不同斥水程度土壤的水力性质进行分析,对比了van Genuchten和Brooks-Corey模型对于不同斥水程度下的塿土、砂姜黑土、盐碱土和砂土的适用性;进行了一维水平吸渗试验,分别运用Philip模型和Kostiakov公式对入渗规律进行了模拟,并分析了吸渗率和斥水持续时间的关系;采用水平吸渗法推求了土壤非饱和扩散率,并用指数函数拟合了非饱和扩散率和体积含水率的关系.结果表明:van Genuchten和Brooks-Corey模型对亲水和斥水土壤均具有较好的适用性;斥水性土壤的累积入渗量随时间变化曲线在一定时刻发生转折,未转折前Kostiakov公式的模拟结果比Philip模型好;当斥水时间大于40 s时,吸渗率的变化趋于稳定并在0~0.1 cm/min0.5内变化;非饱和扩散率和体积含水率关系的模拟可采用指数关系,且其对亲水性土壤的模拟效果优于斥水性土壤.斥水土壤的水力参数与亲水土壤的有明显差别,且表现出特殊性.     

不同施肥土壤水分特征曲线空间变异

为了探讨长期施肥土壤水分特征曲线空间变异性及其影响因素,依托中国科学院黄土高原长武农业生态实验站中的长期定位实验,采用高速离心机法测定长期施肥条件下不同吸力的土壤含水率,并利用Van Gennuchten数学模型对水分特征曲线进行拟合,对比研究了不同施肥土壤水分特征曲线、持水性、供水性及土壤水分的有效性。结果表明:由于长期不同施肥使其土壤结构发生差异,导致土壤水分特征曲线存在明显的差异。化肥处理(N、NP)破坏了土壤结构,降低了土壤持水性能;有机肥(M、NPM)的施入增加了土壤有机质的含量,改善了土壤结构,提高了土壤持水性能。有机肥处理(M、NPM)土壤水分的有效性明显高于其他处理,N、NP、CK处理之间无明显差异。土壤供水能力由强到弱为N、CK、NP、NPM、M。     

Time-variable soil hydraulic properties in near-surface soil water simulations for different tillage methods

Simulating near-surface soil water dynamics is challenging since this soil compartment is temporally highly dynamic as response to climate and crop growth. For accurate simulations the soil hydraulic properties have to be properly known. Although there is evidence that these properties are subject to temporal changes, they are set constant over time in most simulations studies. The objective of this study was to improve near-surface soil water simulations by accounting for time-variable hydraulic properties. Repeated tension infiltrometer measurements over two consecutive seasons were used to inversely estimate the hydraulic properties of a silt loam soil under different tillage - conventional (CT), reduced (RT), and no-tillage (NT). Simulated water dynamics with constant and time-variable hydraulic parameters were compared to observed data in terms of the soil water content and water storage in the near-surface soil profile (0-30 cm). The measurements indicate a considerable temporal variability in the saturated hydraulic conductivity, the field-saturated water content and the parameter α of the van Genuchten/Mualem model. Temporal variability was largest for CT and RT, whereas under NT, replicates of measured water contents and hydraulic properties showed a considerable large spatial variability. Simulations with time-constant hydraulic parameters led to underestimations of soil water dynamics in winter and early spring and overestimations during late spring and summer. The use of time-variable hydraulic parameters significantly improved simulation performance for all treatments, resulting in average relative errors below 13%. Since simulation results agreed with observed water dynamics in two seasons, the applicability of inversely estimated hydraulic properties for soil water simulations is demonstrated. Thus, simulations that address applied questions in agricultural water management may be improved by using time-variable hydraulic parameters. The simulated water balance indicated that RT and NT result in better water storage than CT and therefore may increase water efficiency under water-limited climatic conditions.