不同污染程度的水对土壤斥水性的影晌

污水在农业灌溉中的回用是一种有效的节水途径,但长期应用会导致土壤斥水性的提高.本研究以以色列西南部Berry的原状土壤为例,研究了8种不同污染程度的灌溉用水对土壤斥水性的影响,并用统计分析方法从多个水质参数中找出主要的影响因素.结果表明,土壤斥水性与综合水质指标F值具有很高的相关性,相关系数为0.957,呈极显著正相关;多元回归分析发现,水质中有机质含量指标化学需氧量(COD)是影响土壤斥水性的最主要因素,其次是浑浊度(Turbidity),它们与土壤斥水性建立的多元回归方程的相关系数达0.997.仅用化学需氧量(COD)与土壤斥水性建立关系,相关系数为0.877.这为进一步研究土壤斥水性和节水灌溉提供理论依据.     

翻耕法对土壤斥水性改良效果

为了消除土壤斥水性对农业生产的不利影响,对以色列具有强斥水性的2种土壤（黏性土、砂质土）、4种不同深度的翻耕处理（0～2.5,0～10,0～20,0～30 cm）和种植与否（种植、不种植）共进行16个处理,研究翻耕法对土壤斥水性的改良效果.对于种植的处理,每隔4个月重新进行翻耕处理一次,对于不种植的处理,在试验过程中不再进行翻耕处理,以1年时间为试验期,在每个阶段开始和结束时测定土壤斥水持续时间,最后对各试验在不同阶段土壤斥水持续时间进行比较分析.结果表明：对斥水性土壤进行翻耕处理的物理方法可以暂时消除土壤的斥水性,但斥水性又会在灌溉一段时间后重新出现,经过多次翻耕可有效地消除土壤的斥水性,消除效果随翻耕次数、时长和翻耕深度呈显著的正相关关系.翻耕法对黏性土壤的改良效果明显好于砂质土壤.研究结果可为物理方法进行土壤改良提供理论依据.     

土壤斥水性对含水率的响应模型研究

选用以色列3类不同质地的10种不同斥水性的土壤为研究对象,采用滴水穿透时间法测定土壤斥水性对含水率的响应关系,得到了不同土壤斥水持续时间随含水率变化的规律,通过Gaussian模型、Lorentzian模型和Lognormal模型对这种规律进行回归分析,最终得出了土壤斥水持续时间随含水率的变化规律符合Lorentzian模型。由此响应模型,就可以根据某种土壤部分斥水性对含水率响应的实测数据,计算出土壤斥水性的峰值含水率、峰值斥水性以及临界含水率,为不同土壤斥水性进行对比和土壤改良提供理论依据。     

砂土斥水性与含水率关系的试验研究及理想模型分析

为了探究土壤斥水性与含水率的关系,采用滴水渗透时间法进行室内试验,基于理想土壤颗粒模型,通过接触角变化进行理论分析,研究了不同含水率下砂土斥水性质的变化规律。结果表明:砂土斥水性随含水率的增大表现出以1.5%~2%含水率范围为拐点的先增大后减小的单峰曲线变化趋势;砂土自身斥水强度越高,其斥水持续时间的峰值越大,对应的土壤含水率值越小,且表现出斥水性质的下阈值含水率也相对越小;滴水渗透时间法和接触角法对土壤斥水性的判定存在差异,其实质是二者分别从土壤的斥水持久性和斥水强度两个角度对斥水性质进行评价。以上研究结果可为斥水土壤的研究奠定基础。     

酒精溶液对斥水土壤入渗规律的试验研究

采用室内土柱积液入渗试验,进行了不同斥水程度的2种土质的酒精溶液和蒸馏水的对比入渗试验研究,对比了不同斥水程度的土壤累积入渗量和入渗率随时间的变化,验证了Kostiakov公式在斥水土壤酒精溶液入渗的适应性,探索了i与t-1/2的拟合关系,以及全盐量和氯离子的剖面分布。结果表明,酒精入渗条件下,斥水性的存在明显影响土壤的入渗性能,而不同程度斥水性的斥水土壤的入渗能力变化不明显,但明显小于亲水土壤;湿润土层内的全盐量和Cl-的淋洗在不斥水条件下效果不明显,而在斥水土壤中较为明显,且在湿润锋处达到最大值;对土壤入渗率与入渗历时的关系,Kostiakov公式的适应性较好;i与t-1/2呈良好的指数关系。斥水性的存在影响酒精溶液入渗,但不同斥水程度的斥水土壤入渗不受酒精溶液的影响。与蒸馏水入渗相比,酒精溶液入渗极大地加速了土壤的入渗过程。     

不同水质灌溉对土壤斥水性的影响

针对以物理方法消除斥水性的土壤进行污水灌溉后,土壤斥水性是否会很快重新出现的问题,采用自来水和3种不同生活污水为水源,对这种土壤进行滴灌,在灌溉了4个月和8个月后分别进行了斥水性差异显著性分析。结果表明,土壤斥水性会在灌溉一定时间后重新出现,并且与灌溉的时长和水质的优劣呈显著正相关。     

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.     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

土壤斥水性与有机质质量分数的变化关系研究

土壤有机质质量分数是影响土壤斥水性的最主要因素之一,为研究二者之间的关系,选用以色列3类不同质地斥水性土壤为对象,分别在田间和实验室测定土壤斥水性和有机质质量分数,并绘制土壤斥水性和有机质质量分数的等值线图和关系图。结果表明,对于粘性土壤和沙质土壤,土壤斥水性随有机质质量分数成幂指数关系,但对于壤土,二者之间没有非常明显的线性关系。研究结果可为分析不同土壤的斥水性影响因素和土壤改良提供理论依据。     

覆膜开孔条件下斥水性层状土壤蒸发实验

覆膜开孔影响田间非均质土壤的水分运动过程,尤其当斥水程度不同时,其运动过程更趋于复杂.在控制土表不同覆膜开孔率条件下,进行了不同斥水程度的塿夹砂和砂夹塿的土柱蒸发实验,测定和分析了不同条件下土壤水分蒸发量变化过程和含水率剖面.结果表明,全覆膜的累积蒸发量-时间曲线明显较低,相应的蒸发10d后土壤水分剖面也与初始水分剖面接近,对于塿夹砂尤其明显.覆膜开孔率增加时,同条件下两种层状土的累积蒸发量与全覆膜相比均有明显增加,表明一旦覆膜开孔,覆膜保墒效应便明显降低.斥水程度增加时,累积蒸发量有所减小,说明斥水性的存在降低了水分运移速率.当土壤为严重斥水时,斥水性对水分运动过程的影响比覆膜开孔率的影响更明显.对于不同斥水程度的塿夹砂,采用对数函数表达累积蒸发量和时间的定量关系较好,而对于不同斥水程度下的砂夹塿分别采用幂函数和对数函数表达.     

主成分分析法在农村生活饮用水水质评价中的应用

主成分分析法是一种降维的多元统计分析方法,运用主成分分析法对水质进行评价,能够反映水质的综合状况。清原县农村饮用水汛期污染较为严重,针对汛期农村饮用水水质污染特征,选取具有代表性的14个采样点进行监测分析,以《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）为标准,筛选出污染指标,然后采用主成分分析法对其水质（污染指标）进行综合评价。结果显示：清原县农村饮用水水质问题主要是微生物污染;大孤家镇采样点水质最差,其次是土口子,北三家采样点水质最好,评价结果与实际情况相一致;主成分分析法以较少的综合指标反映了实际情况,是一种切实可行的综合评价方法。     

烘干温度和时间对潜在土壤斥水性的影响研究

为研究不同烘干温度和时间对测定土样潜在斥水性的影响,选用以色列2种类型的4种土壤,通过在25、45、65和105℃的4种不同温度和不同时间的组合对土壤样品进行烘干,然后测定潜在土壤斥水性,最后分析不同烘干温度在不同时间下对不同土壤潜在斥水性的影响。结果表明,在测定土壤潜在斥水性时的最佳烘干温度为45～65℃,最佳烘干时间为24h。     

斥水土壤水分特征曲线及拟合模型分析

为了研究斥水土壤的持水能力,选用以色列3类土质、2个斥水程度的6种斥水土壤,采用离心机法测定其土壤水分特征曲线,应用RETC软件中的VG、BC、DP和LND模型进行拟合,并对拟合效果进行评价。结果表明:斥水土壤的土壤水分特征曲线与亲水土壤的变化规律基本一致,同一种类型的土壤,在同一吸力条件下,土壤斥水程度等级越高,含水率越小,保水能力越低。从模拟效果来看,对于斥水黏土和壤土,VG、BC和DP模型的拟合值和实测值均呈极显著相关关系,而LND模型不适用;对于砂土,VG、BC、LND和DP模型拟合值和实测值均为极显著相关关系。因此对于斥水砂土推荐使用LND和DP模型;对于黏土和壤土,VG、BC和DP模型拟合效果差异不大,均可使用。     

灌溉水质和灌水方式对红壤斥水性及其理化性质的影响

以蒸馏水为对照,选取再生水和稀释2,4,6倍再生水等4种低质水,采用连续灌溉和再生水-蒸馏水交替灌溉等2种灌溉方式对红壤进行1年的处理,以此探明灌溉水质和灌水方式对酸性土壤斥水性、pH、盐分及有机质质量比的影响.结果表明:2种灌溉方式下红壤均产生亚临界斥水性,连续灌溉下红壤接触角比交替灌溉平均增加了23.1°;2种灌溉方式均使红壤酸性增强,盐分和有机质质量比增加,其中连续灌溉下的增长率大于交替灌溉下增长率;连续灌溉下红壤斥水性、pH、盐分和有机质质量比随灌溉水质的变化均可用二次函数来描述,决定系数均在0.9以上;交替灌溉下,红壤斥水性和盐分与灌溉水质的关系可用二次函数来表示,决定系数均在0.9以上,而土壤pH和有机质质量比与灌溉水质相关性不明显;2种灌溉方式下,红壤斥水性与pH呈负相关,与盐分质量比呈正相关,与土壤有机质质量比在连续灌溉下表现为正相关,而交替灌溉下则相反.采用再生水-蒸馏水交替灌溉方式能抑制土壤斥水性的产生.     

初始含水率对斥水黏壤土入渗特性的影响

为了探究初始含水率对斥水土壤入渗过程的影响规律,通过室内二维土箱的滴灌模拟试验,设置6个初始含水率水平(4.78%,7.28%,9.97%,13.64%,16.07%,19.02%),研究了初始含水率对湿润锋运移距离、宽深比、累积入渗量、入渗速率和土壤水分分布的影响,并评价了不同入渗模型的适用性.结果表明:随着初始含水率的提高,湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势,两者较好满足幂函数关系,湿润锋宽深比逐渐减小;累积入渗量变化趋势为先减小后增大;入渗速率整体趋势为逐渐减小,其中斥水程度峰值含水率附近的处理出现入渗速率短暂提高的现象;Kostiakov模型能够较好反映斥水黏壤土的入渗规律,且斥水程度越大,模型拟合精度越低;随着斥水程度增加,土壤水分逐渐向湿润体垂向中间区域集中,并出现过度饱和现象.该研究可为斥水土壤的入渗理论奠定一定的基础.     

覆膜开孔蒸发条件下斥水土壤水盐变化规律

通过不同斥水度土壤覆膜开孔下的室内蒸发试验,分析了3种土壤不同斥水度和覆膜开孔影响下,土壤水分和盐分的运动特征.试验结果表明,覆膜开孔条件下不同斥水度土壤累积蒸发量与时间平方根呈正比,土壤斥水性抑制土壤水分蒸发;单位膜孔面积的单位深度累积蒸发量(Er)随覆膜开孔率增大而急剧减小,与覆膜开孔率的变化关系可以用幂函数表示;随着土壤斥水度增大,剖面水分蒸发幅度减小;开孔率越大,剖面含盐量变化幅度越大,而斥水度对剖面含盐量影响不明显.     

次生盐渍土垂向剖面斥水性及其与理化性质关系

为探求土壤剖面斥水性的变化规律及其与土壤水盐含量、pH值的关系,在新疆新垦膜下滴灌棉田以10 cm×10 cm和5cm×5cm的网格等间距采集两个土壤剖面样品,对剖面土壤的斥水性、含水率、含盐量和pH值了进行经典统计、地学统计和相关性分析。结果表明：次生盐渍土剖面斥水性呈中等程度变异,空间自相关性中等偏弱;土壤斥水性在40cm深度附近时最强,在大于80cm深度的土层斥水特征不明显;在0~40cm深度土层,含水率与土壤斥水性正相关,在40~80cm深度与斥水性负相关;含盐量除在0~10cm的表层与斥水性正相关外,在其余土层均为负相关; pH值与斥水性之间多为正相关。     

土壤的斥水性和含水量变化关系的数学模型

以以色列西南部Berry的原状土壤为例,采用滴水穿透时间法测定土壤斥水性随土壤由湿到干的变化情况,并对此关系建立正态、指数正态、对数正态3种数学模型,在对各模型进行综合指标评定后得出,指数正态模型为最佳数学模型。经实测数据进行验证和误差分析,预测结果很好。为进一步研究土壤斥水性和进行土壤改良提供理论依据。     

不同质地斥水土壤的入渗模型

为了对斥水土壤的入渗特性及形成机理作进一步研究,分别对4种不同质地的斥水土壤进行了一维土柱垂直积水入渗试验.作图分析了斥水土壤入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋的变化情况及入渗结束后剖面含水率的分布,并采用4种入渗模型对入渗率随时间变化情况作了对比;对累积入渗量与湿润深度之间的关系采用线性关系进行了描述.结果表明:与亲水土壤相比,4种斥水土壤在入渗过程中自某一时刻会出现入渗特性的改变:I-t,zf-t及z_f-I曲线均会自某点起发生转折,以此转折点可以将整个入渗过程分为转折前和转折后进行分析.Kostiakov公式可以较好地描述亲水土壤在整个入渗过程中及斥水土壤入渗转折前的i-t关系;不同质地的斥水土壤在入渗转折后入渗率变化情况差异较大;斥水土壤湿润锋与累积入渗量之间的关系可以在转折前后采用两段线性公式进行较好地描述;发现了斥水土壤剖面较上层土壤含水率大于亲水土壤的现象.     

黄土高原生物结皮斥水性及其沿降水梯度变化特征研究

为探明黄土高原生物结皮土壤斥水性的影响因素及其沿降水梯度的变化特征,在黄土高原沿降水梯度布设了8个采样区,每个采样区选择恢复年限相近的草地或林地,采用滴水穿透时间法和微型盘式入渗仪法测定了生物结皮与无结皮土壤的斥水时间和斥水系数,分析了生物结皮对斥水性的影响及其与结皮特性、土壤属性和年均降水量的相关性。结果表明,与无结皮土壤相比,黄土高原生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数分别增加了54.85倍和5.80倍,但两者沿降水梯度的变化规律相似,均呈自南向北先减小、后稳定的变化趋势,且生物结皮土壤斥水性的空间变异性高于无结皮土壤;生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数与结皮厚度、粉粒含量、黏粒含量、有机质含量、年均降水量呈显著的正相关关系(P≤0.032),与苔藓生物量和砂粒含量呈显著的负相关关系(P≤0.030);非线性回归表明,生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数均可用结皮厚度和苔藓生物量进行模拟(R2=0.97,NSE不小于0.99)。研究表明,黄土高原生物结皮的发育显著增加了土壤斥水性,且斥水性沿降水梯度从南到北呈先减小、后逐渐稳定的空间变化趋势,年均降水量主要通过改变生物结皮厚度、苔藓生物量和有机质含量等理化性质而间接影响土壤斥水性。