田间测定非饱和水力传导度的简便方法

本文提出一种在田间原位测定土壤饱和与非饱和水力传导度的简便方法。用Wooding方程计算稳态自由入渗速率,来推求水力传导度。该方法与实验室单位梯度法所得的饱和与非饱和水力传导度吻合良好。该方法具有快速、简便、土壤孔隙破坏程度小等特点。     

基于土壤水力传导度自动测试系统的瞬时剖面法试验应用

水力传导度表征土壤对水分流动的传导能力,是计算土壤水分运动的一个重要参数,反映非饱和土壤的导水率随含水率或基质势的变化关系。该文采用TS-4型土壤水力传导度测试系统分别对两种土壤进行了3次试验,结果表明:自动测定系统具有方便快捷、精度较高的特性,为实验室模拟非饱和土壤水运动参数测定试验提供了一种有效的方法。      

簸箕李灌区土壤空间变异性研究

采用圭夫渗透仪测定簸箕李灌区的土壤田间饱和水力传导度,运用经典统计学方法和地质统计学方法分析其空间变异特性,并比较其分析结果,认为该灌区土壤呈现较大的随机变异性,具有空间变异结构,经典统计学方法分析土壤空间变异性有一定缺陷,地质统计学则比较接近实际。     

利用圆盘入渗仪测定土壤水动力参数的入渗特征试验研究

通过圆盘入渗试验,分析了4种土壤在5个负水头下(-1、-3、-6、-9和-12 cm)的入渗特征。结果表明,随着负水头的增加,4种土壤的稳定入渗率、吸湿率和非饱和导水率总体表现减小的趋势,同时,在相同负水头条件下,入渗率、吸湿率和非饱和导水率大小规律表现为塿土盐碱土3盐碱土2盐碱土1。根据实测资料确定了不同负水头下非饱和导水率的Gardner指数模型参数,为盐渍化土壤水力参数的确定提供理论参考。     

土壤水高矿化度对粉质黏土水力特性的影响

为获取高矿化度土壤水条件下的水力特征参数,并比较不同处理的影响,实验测定淡水、30、100及250g/L土壤水矿化度处理土样脱湿过程的水分特征曲线,并利用RETC软件进行模型参数拟合。结果表明,粉质黏土条件下,van Genuchten-Burdine模型可拟合各不同处理土壤水分特征曲线。各组实测曲线形态显示,在吸力较大阶段,当土壤水吸力增大到一定程度时含水率才发生变化,二者呈多值对应关系。TDS-30处理对应的残余体积含水率θr最大,α、n值最小,非饱和水力传导度K值衰减最快;中等大小孔隙的变化对非饱和水力传导度影响较为显著。研究成果可为深入开展矿化度潜水蒸发数值计算提供支持。     

塿土土壤水力特性空间变异的多重分形分析

为探讨塿土土壤水力特性的空间分布特征,对杨凌示范区大寨乡小麦与玉米轮作地进行直线分布土壤取样,室内测定了土壤水分特征曲线、饱和导水率、土壤含水率、容重等土壤水力特性,用Brooks - Corey模型对土壤水分特征曲线进行拟合,采用多重分形方法对Brooks- Corey模型参数(θs、α、n)、饱和导水率(Ks)、土壤含水率(θ)、容重(ρ)等进行空间变异性分析.结果表明:在全部采样方向上Ks、α及n的变异性较强,θsθ及ρ表现为弱变异;不同采样方向上土壤水力特性参数具有多重分形特征;不同采样方向上θ,、θ及p的多重分形结构较弱,空间变异性不强;不同采样方向上Ks、α及n的多重分形结构明显,广义分形维数分别为0.7 ～1.9、0.6～1.2、0.9～1.1,空间变异性较强,且Ks比α和n具有更为复杂的空间分布结构.     

应用时域反射仪测定非饱和土壤水力传导度

利用垂直土柱上渗法测定非饱和土壤水力传导度,其可靠性和精度难以保证。针对这一问题,应用瞬时剖面法的原理,利用时域反射仪自动、连续监测多点土壤含水率的优点,对非饱和土壤水力传导度的测量方法进行了改进,并与以往的实验方法进行了对比。改进后的方法不仅简化了计算,而且提高了实验精度。     

一种新的地下滴灌毛管水力计算模型——基于土壤初始含水率和土壤黏粒含量空间变异性研究

地下滴灌是一种新型高效节水灌溉技术。为探究土壤空间变异性对地下滴灌毛管水力特性的影响,提出地下滴灌毛管水力要素的试验方案,研究土壤物理参数(土壤初始含水率和土壤黏粒含量)的空间分布特征,分析土壤物理参数的空间分布格局。建立考虑土壤物理参数空间变异性的地下滴灌毛管水力计算模型,将其转化为目标函数的优化问题,采用遗传算法来求解模型中的相关参数。根据试验数据和模型计算结果验证模型的可靠性。该模型为研究土壤空间变异性和地下滴灌毛管水力特性的内在联系奠定基础。     

不同土地利用方式下土壤水力性质对比研究

针对草地、保护地、菜地和茶园4种不同土地利用方式的土壤进行了4个压力水头(-9、-6、-3和0 cm)、2个不同盘径的圆盘入渗试验。结果表明,在本试验条件下,不同盘径的圆盘入渗仪测定结果差异不显著,小盘径圆盘更适合用于野外测定土壤水力特征参数。随着水头的减小,4种土地利用方式的土壤稳定入渗率和土壤非饱和导水率呈不同程度的减小。4种土地利用方式土壤的水力学性质差异显著,根据实测资料确定了不同负水头下的土壤饱和导水率和Gardner指数模型参数α,土地利用方式对土壤导水率和Gardner指数模型参数α均有显著影响。不同土地利用方式下土壤大、小孔隙对水流的贡献率影响显著,中等孔隙1、中等孔隙2对水流贡献率影响不显著。茶园和草地各级土壤孔隙对水流的贡献率随孔隙尺寸减小而降低,而菜地和保护地小孔隙(孔隙半径0~0.1 mm)对水流的贡献率为最高。     

用一次加压法测定土壤扩散度

本文从试验原理和方法上介绍了在用压力提取器测定土壤水分特征曲线时,可以用一次加压法测得土壤扩散度,结合逐次加压法,测定土壤水分特征曲线、容水度及水力传导度。这样,一次试验可以同时测得非饱和土壤水分运动的全部参数。     

基于GPS与GE的土壤水力参数空间变异采样间距确定

为在土壤分析研究时,制定工作量少、试验设计经济合理,同时采样点具备代表性的野外采样方案,采用GPS与Google Earth相结合的方法,在陕西省泾惠渠灌区研究了土壤水力参数区域尺度的空间变异性,结果表明:土壤饱和含水率与饱和导水率在该区域尺度下属于中等变异,且两者均具有较强的空间依赖性;饱和含水率的最佳拟合模型为球形模型,土壤饱和导水率的最佳拟合模型为指数型;推荐两者的采样间距分别为2.38 km和7.14 km。     

Modeling water table contribution to crop evapotranspiration

Summary A model was developed to account for the time-dependent contribution of the water table to crop evapotranspiration. The same numerical approximation used to solve the water flow in the unsaturated zone was also modified for saturated conditions. For unsaturated flow, the hydraulic conductivity changes with water content and the specific water capacity has finite values. For saturated flow, hydraulic conductivity is constant, and the specific water capacity is zero. The proposed approach considers saturated flow as a special case of unsaturated flow with a constant saturated water content and very small but not zero specific water capacities. Thus flow can be simulated in either unsaturated or saturated zones. The contribution of upward flow to crop evapotranspiration was evaluated during lysimeter experiments in the greenhouse. Spring wheat was planted on asilty clay loam and a fine sandy loam with either no water table or constant water table depths at 50, 100 or 150 cm. Irrigation was applied whenever soil water was depleted below about 50% plant available water. Model predictions of water content and cumulative upward flux as a function of time, for the different water table depths and soils, agreed closely with measured values. The contribution of the water table to evapotranspiration (ET) was found to be 90, 41 and 7% for 50, 100, and 150 cm water table depths respectively for the silty clay loam. Corresponding computed values were 89, 45 and 6%. For the fine sandy loam measured contribution of the water table to ET was 92, 31, and 9% for 50, 100 and 150 cm water tables respectively. Corresponding computed values were 99, 29, and 11 %. It was not practical to simulate the saturated-unsaturated (moving water table) predictions of the model under greenhouse conditions because of the height of the lysimeters needed. Therefore the model was also used to simulate field irrigation management options under several bottom boundary conditions where the water table contributions were significant to crop water use. Results from a one-year simulation were consistent with data for sugarcance grown under similar conditions in the Cauca Valley of Colombia.Contribution No. 3641 from the Utah Agricultural Experiment Station, Utah State University, Logan, Utah, USA     

宁夏黄灌区灌淤土水力参数研究

对宁夏黄灌区灌淤土水力参数进行了较为系统的研究.研究结果表明,原状土与扰动土饱和导水率变化范围分别为10～100 cm/d和3～50 cm/d.原状土饱和导水率随土壤剖面变化规律与扰动土一致:随着土壤深度的增加,饱和导水率呈现高低往复变化.原状土和扰动土的饱和导水率受粘粒含量、密度、孔隙度影响较大,受有机质含量影响较小...     

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。     

利用盘式负压仪测定土壤导水率的计算方法对比

土壤导水率作为重要的水力特征参数之一,准确测量和计算不仅有助于促进土壤非饱和带的水分运动过程理论研究,同时可为合理确定农田灌排技术参数提供科学依据.为了比较分析在盘式入渗仪下不同导水率计算方法的适用性,针对2种土地类型(菜地、茶园)进行了4个负压水头(-9,-6,-3,0 cm)、2个盘径(10,20 cm)的入渗试验,并通过不同计算方法计算导水率.结果表明:盘径对导水率影响不具有统计学意义,且不同计算方法结果趋于一致,因此在野外缺水条件下,可考虑选用小圆盘进行试验;对于不同的土地类型,建议选择不同的方法测量,作为耕作地的菜地,计算导水率时建议使用稳态流方法,而茶园导水率的测定则推荐使用瞬态流方法;在相同负压下,不同土地利用方式对导水率的影响具有统计学意义,且对于不同的计算方法,2种土地类型在4个负压下表现的导水率变化规律一致.     

地表滴灌条件下土壤湿润体运移量化表征

基于非饱和土壤水分运动的Richards方程,采用HYDRUS-2D/3D模拟软件对11种典型土质(美国制土壤质地分类系统)中滴灌湿润体的运动过程进行了数值模拟。结果表明,湿润体平均含水率的增量与滴灌流量正相关,与饱和导水率负相关;湿润体垂向迁移距离与滴头流量、饱和导水率和时间呈幂函数关系;湿润体径向迁移距离可用滴头流量、平均含水率的增量、垂向迁移距离和时间来定量表征。据此建立了描述不同土质中湿润体动态变化规律的经验公式,通过与数值模拟结果、文献试验数据等进行对比,表明此经验公式对不同土质中湿润体运移规律的预测效果较好,可为农业生产中地表滴灌设计提供简便实用的计算工具。     

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.     

施加生物质炭对盐渍土土壤结构和水力特性的影响

以江苏省沿海围垦区盐渍土为研究对象,基于Micro-CT图像扫描技术,分析施加生物质炭后改良盐渍土土壤孔隙度、土壤水分特征曲线以及非饱和导水率等土壤特性的变化,并建立分形模型预测土壤水力性质,以此揭示施用生物质炭对于海涂围垦区盐渍土土壤结构和水力特性的影响。试验设置0、2%、5%(与表层0～20 cm土壤质量比) 3个生物质炭添加水平,重复3次。结果表明:施加5%生物质炭显著降低盐渍土土壤容重,增加土壤总孔隙度和大孔隙度;大于0. 25 mm水稳性团聚体质量分数显著增加,增加土壤孔隙分形维数;提高土壤饱和含水率和饱和导水率;结合Micro-CT图像扫描技术和孔隙分形理论预测改良盐渍土土壤水分特征曲线和非饱和导水率,预测效果精度高,能够用于实际问题的研究。     

大孔隙对土壤比水容重及非饱和导水率影响的实验研究

以南京市栖霞区东阳镇的粉砂壤土为例,用土壤水分特征曲线(van Genuchten模型)拟合包含大孔隙原状土、不包含大孔隙扰动土的实测数据,得到了模型参数,进而得到比水容重和非饱和导水率与土壤含水量之间关系的表达式,在此基础上对比分析了原状土与扰动土水分运动参数之间的异同,并着重分析了土壤大孔隙对其影响。结果表明,受土壤大孔隙的影响,在同一含水量的情况下,扰动土的比水容重比原状土大1～2个数量级,并且随着吸力的增大,二者的差值逐渐减小;扰动土的非饱和导水率小于原状土,最大可相差2～3个数量级。