咸水灌溉下土壤水盐变化的试验研究

2002年在内蒙古河套灌区红卫节水示范园进行了咸水灌溉试验,分析试验结果得出:咸水灌溉下的土壤经过秋浇后含盐量可以降到咸水灌溉前水平。以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤水分大气作物系统模拟软件SWAP为工具,应用示范园的土壤、水、盐分试验资料对模型的参数进行了率定和验证,模型模拟结果和田间试验结果符合较好。     

基于圆盘渗透仪常用计算模型的比较和分析

圆盘渗透仪已成为一种常用的田问测定土壤导水参数的仪器，基于圆盘渗透仪在某一选定点测量的入渗时间以及与入渗时间相对应的入渗量，利用一些常用的计算模型来计算低基模吸力土壤表层的导水参数，如吸水系数、导水率和宏观毛管上升高度等。本研究在总结一些常用的计算模型的基础上，并结合实验和模拟的数据对其进行比较和分析，为利用圆盘渗透仪进行土壤水力特性的估算提供了一定的参考作用。     

石家庄污灌区污水灌溉技术的研究

分析了国内外污水灌溉的研究和发展,以石家庄市污灌区为研究对象,在分析预测未来30年污水水质水量特点的基础上,采用不同的灌水技术,利用环境容量法,分析预测了在不同务件下土壤和作物中重金属和石油类浓度的发展以及相应的污清水的灌溉需水量。针对该灌区土壤现状和污水水质特点,提出了建议的合理污水灌溉技术,以保证以土壤为中心的生态系统的可持续发展。     

流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH_3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(I_(Mn))负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍。相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和I_(Mn)负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%。不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论。     

土壤性质对入渗再分布影响的显色示踪试验研究

同时使用染色剂和碘离子作为示踪剂,染色剂用于示踪大孔隙通道,根据碘-淀粉显色反应确定实际流动模式。开展了6组试验,研究了土壤大孔隙特征和非均匀流动特性,比较了粉土和粘土2种土壤,入渗水量分别为20、40、60和80 mm以及不同流动边界条件下的土壤水和溶质再分布特性。实验资料显示,入渗水再分布主要受到湿润模式的影响。入渗水量较小的情况下,水流运动主要发生在大孔隙中,随着入渗水量增大,入渗模式与孔隙发育表现出显著的区别,随着入渗水量的增加,水流运动非均匀性表现出先增加,随后减小的趋势。溶质迁移非均匀性取决于水流非均匀流动特性,然而表现出更多的不确定性。     

土壤优先流运动的活动流场模型分形特征参数计算

活动流场模型分形特征参数控制着优先流的产生和发展,因此准确获得活动流场模型分形特征参数值对提高模型的模拟预测精度具有重要意义。该研究采用染色示踪方法,将优先流流场从流动背景中显示出来,通过数字图像分析和采样分析获得优先流流场和流场内土壤含水率的分布模式,根据活动流场模型本构方程拟合活动流场模型分形特征参数值;针对3种常见的入渗后染色区内土壤含水率分布模式,分别提供了相应的活动流场模型分形特征参数的计算方法。研究结果显示,1）由于入渗后土壤水重分布的影响,活动流场区域和染色区域在整个入渗深度范围并不完全重合,因此仅可选择活动流场与染色区域相重合深度范围内受土壤初始含水率影响较小的数据来拟合活动流场模型分形特征参数值;2）土壤质地对入渗后染色区内土壤含水率的分布模式有显著影响,细质地土壤中入渗后染色区土壤含水率沿入渗方向逐渐减小,粗质地土壤中入渗后染色区土壤含水率沿入渗方向先增大后减小。     

灌水效率碘—淀粉显色示踪试验

该文旨在研究不同土质、灌水量和灌水方法情况下入渗模式、灌水效率,并探讨不同灌水条件下溶质分布和水流运动模式之间的关系。根据碘－淀粉显色原理示踪水流运动和溶质迁移,分别在壤土和黏土条件下、开展了重力灌溉和微灌方式下的12组入渗试验,采用适用效率、深层渗漏损失率、有效储水率和均匀度对灌水效率进行综合评价。结果表明,入渗水再分布主要受到湿润模式的影响,有效储水率和均匀度随着灌水量的增加而提高,然而深层渗漏损失率也明显增大。溶质分布的均匀程度和深层渗漏损失率均小于水量分布的均匀程度和损失率,根据入渗后水分和溶质的再分布情况对灌水效率进行评价更为直接和全面。     

五种生物质炭的特性分析

以南北方5种农林废弃物水稻壳、果壳、花生壳、玉米秸秆和竹子为原料,采用限氧控温法制备生物质炭,分析生物质炭的基本性质及结构特征。结果表明:5种生物质炭呈碱性,炭化结构清晰良好,呈疏松多孔结构;竹炭的pH值、灰分含量、电导率和阳离子交换量显著高于秸秆类炭和壳渣类炭,500℃热裂解条件下竹炭适合作为土壤改良剂;花生壳炭平均孔径最大且为多孔隙结构,表明有最佳的组成与结构用于重金属的吸附固定。     

土壤水入渗均匀特性的染色示踪试验研究

利用土壤染色示踪剂,对初始水头分别为1.25,2.5和5.0 cm三种情况下的实际入渗模式进行了全局性的观测。染色水流经过的区域被染色,通过照相记录染色分布获得实际流动模式,在此基础上,对水流运动的均匀性进行分析和评价。结果表明:即使在相对均匀的介质条件下,流动也表现出非均匀运动特性,入渗的均匀程度表现出随入渗水量的增加而增大的趋势,但过多的增加入渗水量,对于均匀程度的影响是有限的。     

土壤基质吸力与土壤微生物活性关系的研究

研究了土壤微生物活性与土壤基膜吸力的关系，将土壤发泡点，即土壤导气率由0突变为非0时的基质吸力，与微生物的最高呼吸活性相联系，试图证明土壤微生物的最高活性发生于略高于土壤发泡点的基模吸力。对粗沙土、细沙土和砂壤土三种轻质地土壤的测定表明，土壤微生物的最高呼吸活性发生在略高于土壤发泡吸力的基质吸力。土壤基模吸力较小时微生物活性到达最高值的速度较慢，土壤基模吸力在发泡点附近时，微生物活性到达最高值的速度较快。