降雨集流渗灌系统室内模拟土壤水分运动研究

为解决宁南山区旱地经济林干旱缺水的现状及小降雨(4~16 mm)无法入渗到根系(20~40 cm)分布范围,设计了一种降雨集流渗灌装置,通过室内土箱试验,以降雨量作为控制因子,研究不同雨量条件下径向和垂向土壤水分的运动特征。结果表明:随雨量增加累计入渗量逐渐增大,入渗速率逐渐减小;不同雨量条件下土壤含水率增量在垂向0~40 cm范围内随土层深度的增加呈先增加后减小的趋势,径向沿距渗灌器距离的增加逐渐减小;灌水结束24 h后土壤水分高含水率区主要分布在垂向20~40 cm和径向0~20 cm,湿润体大致呈半椭球体;集流渗灌器明显提升了小降雨的利用,使经济林主要根系分布范围(20~60 cm)内,土壤含水率明显增加,有利于缓解经济林生育期缺水,促进其生长,该研究结果可为集流渗灌器在田间推广应用提供可靠的数据支撑。     

降雨入渗对微生物注浆加固边坡的稳定性影响研究

利用微生物注浆加固边坡,分析降雨入渗作用下微生物注浆加固土体的非饱和土-水特征参数,并采用Van Genuchten公式进行拟合,获得微生物注浆土体渗透函数的特征参数。利用MIDAS/GTS分析降雨入渗条件下,坡面加固边坡的非饱和土体,在流固耦合作用下的暂态孔隙水压力,并用于考虑基质吸力影响的边坡稳定性计算。根据设定的降雨情况,探讨了注浆边坡在不同降雨强度、不同降雨持时的稳定性。结果表明:微生物注浆加固可以有效减小降雨入渗对边坡的影响,对提高边坡的稳定性具有明显的促进作用;相同加固方案、相同降雨持时情况下,降雨强度越大,边坡的稳定性越差,其中当降雨强度达到30mm/d时,所有加固方案的边坡处在失稳状态;降雨持时相同,随着注浆加固厚度的增加,坡体孔隙水压力负值区减少,边坡的稳定性进一步增加。     

夹心结构水盐运移及分布规律

为探究滴灌条件下地膜覆盖-耕作层-犁底层形成的夹心结构水盐运移及时空分布特征,采用土柱试验,设计耕作层深度为30 cm,设置入渗和蒸发条件下3个灌水量处理（SW1：2 L,SW2：3 L,SW3：5 L）和相同灌水量下3种土体构型处理（SW3：夹心结构;LW3：不覆膜有犁底层;CK：均质土壤）.结果表明：入渗过程中,采用单因素方差法对单一耕作层和土柱整体土壤含水率进行对比分析,发现夹心结构下3个灌水量处理耕作层土壤剖面含水率差异具有统计学意义（P<0.01）;夹心结构SW3处理和不覆膜有犁底层LW3处理之间差异不具有统计学意义,但与CK处理差异均具有统计学意义（P<0.05）.夹心结构中水分入渗速率减缓,入渗时间延长,耕作层土壤含水率提高了22.52%~29.33%,盐分被淋洗至犁底层处,淋洗效果劣于均质土壤.蒸发过程中,夹心结构对土壤表层盐分抑制率最高达88.65%,水分抑制率达57.65%,夹心结构抑蒸和抑盐效果最优.该研究可为节水条件下改良和利用盐碱地,防止盐分表聚提供理论参考.     

冻融循环对黄土区土壤饱和导水率影响的试验研究

为探明黄土高原北部冻融过程对土壤饱和导水率的影响,采用冻融循环模拟的方法,分析了不同土地利用和不同土层深度下冻融循环前后土壤饱和导水率(Ks)的变化特征。结果表明:冻融过程对Ks有显著影响,经15次冻融循环后,Ks总体上呈减小趋势,其影响程度因土地利用类型和土层深度不同而异。冻融循环后4种土地利用0~10 cm土层Ks均显著下降,柠条林地下降幅度最大,其次为农地、苜蓿地和撂荒地,这与土壤的松散程度有关。除撂荒地外,冻融循环过程对其它3种土地利用10~20和20~40 cm土层Ks无显著影响。4种土地利用0~10 cm土壤田间持水量和饱和含水量经冻融循环后均有不同程度下降,表明冻融循环后土壤孔隙度降低度降低。研究可为揭示冻融循环对黄土区土壤饱和导水率的影响机理以及为土壤水分匮乏的寒区旱区春季降水及积雪融水的高效利用提供理论依据。     

黄土丘陵区不同地类土壤入渗性能研究

采用PVC管在梯田、果园和坝地3种地类取原状土样,土样分表土层、心土层及整体3个层次。将土样带回实验室内采用无压力的供水入渗装置测定土壤的入渗性能。对每个土样的入渗性能进行连续跟踪观测,以土柱底部的稳定出水率为该土层深度的稳渗率。研究结果表明:不同地类土壤的入渗性能存在很大差异,同一地类不同深度土层的入渗性能差异也很显著;原状土的入渗能力要好于扰动土,表层土的入渗结构及入渗能力好于心土层;用原状土进行入渗试验能够更真实地表征土壤的入渗性能,将入渗速率引入测定深度概念,能更精确地表述土壤在垂直尺度上的空间变化和影响因子,对更科学准确地研究土壤入渗、完善土壤入渗理论具有重要的指导价值。     

间接地下滴灌土壤湿润体特征参数

该文将恒定水头钻孔积水入渗求解土壤饱和导水率的稳态原理用于定量化求解间接地下滴灌技术中与任意导水装置尺寸相匹配的滴头流量,并以计算的技术参数为基础,研究了间接地下滴灌水分运移过程中的土壤湿润体特征参数。研究结果表明,用于描述恒定水头钻孔积水入渗法求解土壤饱和导水率的稳态模型能够较好地设计与不同类型土壤和导水装置尺寸相匹配的适宜滴头流量。间接地下滴灌灌水过程中,从零开始逐渐增大并趋于稳定的积水深度加速了水分在垂直方向的运移,缩小了横向湿润距离和垂向湿润距离之间的差异,但变化的积水深度对湿润锋在垂直方向向上和向下的运移速率影响不大,使湿润体形状表现为扁率不断减小的椭球体,且椭球体对称轴分布在靠近导水装置底部的位置。湿润锋最大湿润距离和湿润体体积是灌水时间的函数,湿润体内平均体积含水率增量与灌水时间关系不大,保持为一定值。湿润体体积和湿润体内平均体积含水率增量不仅与土壤类型有关,还与导水装置参数和滴头流量的不同组合有关。     

秸秆不同还田方式对土壤入渗特性及持水能力的影响

通过入渗试验及对土壤水分特征曲线的测定,对比研究了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合3种措施处理后加入土壤中对土壤入渗特性及持水特征的影响。结果显示：长秸秆处理加入土壤后显著降低土壤入渗能力;粉碎氨化后的秸秆较对照处理及粉碎秸秆处理能显著增加土壤稳定入渗率、土壤累积入渗量,同时在经过30 d培养后土壤体积质量较对照低7.13%;无机土壤改良剂（氢氧化铁）能显著提高土壤稳定入渗率和累积入渗量,但在减小土壤体积质量、增加土壤孔隙度作用方面不如氨化秸秆处理显著,同时当秸秆与其混合加入土壤时未对土壤改良效果起到正交互作用;各种处理土壤持水能力差异不明显,但粉碎并氨化措施处理过的秸秆在中低吸力段均表现出较高的土壤持水能力,这对于提高旱区农田蓄水保墒抗旱能力有重要意义。     

岩溶坡地不同利用类型土壤入渗性能及其影响因素

为了探讨岩溶坡地不同土地利用类型土壤入渗性能差异及其影响因素,该文利用环刀法测定了不同利用类型石灰岩土壤的入渗过程曲线,并分析了孔隙状况、颗粒组成和土壤结构等对入渗的影响。结果表明：土地利用类型对岩溶坡地土壤入渗性能影响较大,初始入渗速率和稳定入渗速率均表现为灌丛＞果园＞草地＞旱地。灌丛地表下层（＞15～30 cm）平均稳定入渗速率8.11 mm/min,最小值4.22 mm/min;旱地地表下层平均稳定入渗速率0.46 mm/min,最小值仅0.13 mm/min。旱地表层以下存在显著的入渗阻滞层。岩溶坡地土壤入渗性能与有机质、水稳性团聚体和孔隙度有显著相关性。非毛管孔隙在入渗初期的作用大于后期,＞0.25 mm水稳性团聚体含量是影响稳定入渗速率的重要因素。该文为进一步研究岩溶坡地旱涝灾害、水土保持和水资源开发利用等提供了理论依据。     

不同PAM施用方法对土壤入渗和侵蚀的影响

施用土壤调理剂PAM可增加入渗率和减少土壤侵蚀,为了研究不同PAM形态与施用方法对施用PAM效果的影响,该文对3种形态的PAM（溶胶态、溶液与干粉状）以及干粉PAM与石膏混合的2种施用方法进行了试验。结果表明,3种不同形态PAM均能够显著增加土壤入渗、减少侵蚀量。与对照相比,喷洒溶胶和溶液PAM可分别提高土壤稳定入渗率1.0～2.5、1.7～2.8倍,直接施用干粉PAM可提高0.25～1.8倍。综合比较干粉PAM的两种施用方法,地表直接撒施干粉比与土壤混合效果略好一些,与石膏联合施用可明显提高干粉PAM增加入渗效果,并且增加幅度随着石膏混合量增加而增加。地表直接撒施干粉PAM,与对照相比减少土壤侵蚀量最大约80%,可达到施用溶胶态与溶液PAM减少侵蚀相同的效果。干粉PAM与表层土壤混合施用将降低PAM减少侵蚀的效果。增加石膏掺入量可以加强干粉PAM增加土壤入渗、减少径流的效果,但会降低减少土壤侵蚀的作用。综合比较3种形态PAM及干粉PAM施用方法对入渗与侵蚀的影响,直接使用干粉PAM不仅具有较好效果,且施用方法简单易行,适合在旱作农业区推广使用。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。