土壤容重对红壤水分溶质运移特征影响的试验研究

通过测定南方第四纪红壤不同土壤容重条件下,土壤水分水平入渗过程和溴化钾溶液穿透曲线,分析了土壤容重对入渗速率、土壤饱和导水率的影响;根据CDE模型、运用CXTFIT软件对溴离子的穿透曲线(BTC)进行拟合.并求其运移参数.结果表明:土壤水分运移速率和土壤饱和导水率随着红壤容重增大而减少;随着容重增大,Br-的水动力弥散系数D增大,阻力因子R也增大.     

纳米碳对黄绵土Cu(Ⅱ)迁移影响的研究

重金属污染治理对改善环境污染具有重要意义,基于室内扰动土柱试验,以黄绵土为研究对象,初步研究了在黄绵土中均匀混合及在表层混合不同含量纳米碳材料对土壤中重金属Cu(Ⅱ)迁移过程的影响。结果表明:(1)相同平衡浓度,随着纳米碳含量的增加,Cu(Ⅱ)吸附量加大,采用Langmuir方程拟合Cu(Ⅱ)等温吸附曲线,最大吸附量(Sm)随着纳米碳含量增加而增大。(2)对于均匀混合纳米碳的黄绵土和仅表层混有纳米碳的黄绵土,Philip方程均能较好地描述Cu(NO3)2溶液累积入渗量变化过程,湿润锋推进过程遵循幂函数变化。(3)随着纳米碳含量增加,Cu(NO3)2溶液累积入渗量降低,纳米碳含量较低时(0.1%,0.5%,1%),两种纳米碳添加方式对土壤累积入渗量的影响差异不大,纳米碳含量较高时(5%),均匀添加纳米碳土壤的累积入渗量曲线则显著低于表层添加纳米碳的土壤。(4)相对于空白对照土壤,两种施碳方式均提高了土壤表层Cu(Ⅱ)含量,且表层Cu(Ⅱ)含量明显高于深层土壤。纳米碳含量为0.1%,0.5%,1%时,两种添加纳米碳方式之间表层土壤Cu(Ⅱ)含量无明显差异,当纳米碳含量上升到5%时,均匀添加纳米碳土柱的表层土壤Cu(Ⅱ)含量显著高于表层添加纳米碳土柱,随着土壤剖面加深,不同处理土壤剖面处Cu(Ⅱ)含量无明显差异。因此,纳米碳对重金属Cu(Ⅱ)有很好的吸附作用,且在土壤表层添加纳米碳是一种经济有效的施碳方式。     

纳米碳对扰动黄绵土水分入渗过程的影响

将纳米材料应用于土壤物理学领域对减少土壤水分流失、提高土壤水肥利用效率、优化土壤物理结构有着重要的意义。基于扰动黄绵土土柱室内一维入渗试验,研究了纳米碳含量(质量含量分别为0、0.001、0.005、0.007、0.010 g g-1)对扰动黄绵土的水分入渗过程及饱和导水率的影响。结果表明:(1)纳米碳对扰动黄绵土水分入渗有显著影响。一定入渗历时内,随着纳米碳含量增大,累积入渗量及湿润锋推进速率均呈显著减小趋势。(2)Kostiakov公式和Philip方程均能较好地描述添加纳米碳的扰动黄绵土累积入渗量随时间的变化过程。其中,Kostiakov公式拟合精度更高。(3)湿润锋随时间变化符合幂函数关系。(4)纳米碳对扰动黄绵土的饱和质量含水量和饱和导水率影响同样显著。随纳米碳含量增加,前者增大,后者减小,与纳米碳含量变化分别符合二项式和指数函数关系。     

容重对铁尾矿水分运移特征的影响

[目的]探究紧实度对铁尾矿水分运移特性的影响,为铁矿区水土保持及植被恢复提供科学依据。[方法]采用室内一维土柱试验和张力计法,分别测定1.50,1.55,1.60,1.65,1.70g/cm~3这5个容重水平下的入渗过程及水分特征曲线。[结果](1)随着容重增加,铁尾矿入渗能力降低,容重与稳渗率、湿润峰距离、累积入渗量呈显著线性负相关关系(p0.05);(2)铁尾矿剖面水分含量随土层深度的增加而下降,1.50～1.60g/cm~3含水量在不同深度上分层明显,1.65和1.70g/cm~3尾矿砂剖面含水量分异性较小;(3)Green-Ampt模型拟合铁尾饱和导水率与实测值相关系数为0.886,计算精度较高,Kostiakov模型拟合不同容重铁尾矿入渗过程效果最佳(R~2=0.989);(4)铁尾矿在脱湿过程中,高容重下持水能力明显下降,1.60g/cm~3持水保水性最好,van Genuchten模型拟合水分特征曲线表明,饱和含水率(θ_s)、残余含水率(θ_r)、进气值(α)、形状系数(n)等参数随容重增大而减小。[结论]高度压实严重抑制铁尾矿水分入渗和持水能力,因此复垦修复中应以疏松尾矿基质改善结构特性为主。     

聚丙烯酰胺对黄土坡面水分入渗及溶质迁移的影响

通过研究上方供水方式模拟降雨径流条件下,聚丙烯酰胺(PAM)对黄土坡面水分入渗及溶质(Br-)迁移的影响,结果显示:施加PAM能显著减少坡面产沙率及溶质的流失量,不施PAM(CK)的坡面累积产沙量分别是施加PAM1、PAM2、PAM3和PAM4的5.2,3.0,13.1,30.5倍;冲刷试验前期不同施量的PAM均能增加土壤水分入渗,约5～10min后与PAM施量较少的处理(<1g/1.25m2)相比,施量较大的处理(>1g/1.25m2)地表径流量较大;对于提高降雨径流的就地利用、增加地表入渗,PAM的最佳用量约为1g/1.25m2;对于集蓄和利用坡地径流、减少入渗,PAM最佳用量约为3g/1.25m2;不同PAM用量条件下,坡面溶质Br-浓度变化过程与时间存在y=axb的幂函数关系。     

纳米碳混合层对土壤水分入渗特性及水分分布影响

通过室内一维垂直土柱试验,利用TDR和张力计分别研究土壤中纳米碳混合层对土壤水分入渗特性、土壤水分分布以及纳米碳混合层对土壤水分特征曲线的影响。结果表明:(1)随着入渗时间的增加,含有纳米碳的土壤在相同入渗时间内累积入渗量减少,湿润锋推进距离明显减小,施加纳米碳具有明显的减渗作用。利用Philip入渗模型拟合入渗数据,吸渗率S随着纳米碳含量的增加而减小,随着纳米碳含量的增加,水分入渗初期的累积入渗量逐渐减小。对湿润锋分层进行线性拟合,在湿润锋进入第2层土壤时,入渗速率有了显著的降低,纳米碳混合层有着明显的阻水效果。(2)随着纳米碳的加入,纳米碳混合层的含水量明显提高,纳米碳混合层下层的土壤含水量相对于空白对照组土壤含水量更低;当纳米碳含量为0.5%时,纳米碳混合层的土壤含水量达到最大值。(3)随着纳米碳的施入,在土壤脱湿状态下,能显著提高土壤的持水能力,运用van Genuchten模型对水分特征曲线进行拟合,公式中的土壤的滞留含水率、饱和含水率及与进气值相关系数较不加纳米碳的土壤明显增加,形状系数n则小于不加纳米碳的土壤。     

应用保水剂对黄绵土水分特征的影响研究

为了探求保水剂在黄绵土中的作用规律,选取了三种国内外不同的保水剂,利用离心机法测定了不同浓度保水剂作用下黄绵土水分特征曲线。从保水剂种类、浓度对土壤含水量的影响、不同保水剂对土壤吸释水及效率的影响、保水剂品种比选等方面系统进行了研究。结果表明:（1）浓度对黄绵土土壤饱和含水率的影响显著,且0.75%是明显的分界线。（2）土壤含水量随保水剂浓度增加而增大,随着土壤水吸力的增大而减小,且这种改变作用在低吸力段（0.01～0.8MPa）明显高于高吸力段（0.8～1.5MPa）,在0.01～0.05MPa之间尤其显著。（3）保水剂在黄绵土中的应用效果来看,钾-聚丙烯酸酯-聚丙烯酰胺共聚物类保水剂最好,其次是聚丙烯酸盐类保水剂,再次是丙烯酰胺与丙烯酸钾共聚物类保水剂,主要表现在提高土壤有效水分吸收效率和吸收数量两个方面。     

(土娄)土水分入渗、再分布过程反应性溶质(NH4+)运移特征研究

利用土柱切割法研究Lou土水分入渗、再分布过程反应性溶质（NH4^ )运移特征。在水分入渗初期，土壤剖面溶质分布曲线为斜线，随入渗时间延长，土壤剖面溶质分布曲线上部逐渐出现垂直于横坐标的垂直线段。与水分入渗、再分布相比，溶质（NH4^ )入渗、再分布明显滞后；水分入渗深度增加，水溶质入渗距离比增加，溶质入渗滞后程度增大。入渗液浓度增大，溶质入渗滞后程度及溶质入渗阻滞因子减小，相应的土壤吸持溶质的反应速率常数增大，表观活化自由能减小。不同再分布时间的土壤剖面溶质分布曲线具有交点（溶质再分布等浓度点），且该交点随入渗液浓度增大而加深。水分再分布过程中，溶质再分布等浓度点的土壤溶质吸持量基本不变，而其上部的土壤吸持量减小，下部的土壤吸持量增大。     

地表下纳米碳混合层对土壤入渗过程的影响

以黄绵土为研究对象,将纳米碳在土壤表层以下20cm处均匀混合,研究了不同纳米碳含量(质量含量分别为0,0.001,0.005,0.01g/g),不同纳米碳-土壤混合层厚度(1,2,3,4,5cm)对土壤水力特性的影响,结果表明:(1)土壤表层20cm以下纳米碳层可以增加土壤累积入渗量,当纳米碳含量增加到0.5%时,累积入渗量显著增加。(2)纳米碳层厚度为3cm时累积入渗量明显增大,随纳米碳层厚度继续增加,累积入渗量无显著变化。(3)Philip方程能较好的模拟含有纳米碳层的黄绵土入渗过程,纳米碳含量为0.5%和1%时,吸渗率明显高于对照土壤,纳米碳层厚度为3cm、含量为0.5%为合理施碳厚度与比例。(4)对照土壤不同深度处含水量的变化很小,土层深处含水量亦很高,而含纳米碳层的土壤表层20cm以下的土壤含水量明显变低,当纳米碳层厚度为3-5cm时,效果尤为明显。因此将纳米碳作为土壤改良剂施入地表以下,对于改善黄土高原土质水土流失具有重要意义。     

非均质性对保守溶质及蒙脱石胶体在饱和多孔介质中运移的影响

选取2种粒径玻璃珠构建6种不同构型的柱子(2个均质和4个非均质),研究了饱和条件下多孔介质构型对保守溶质和蒙脱石胶体运移的影响。结果表明:在2种均质介质中,保守溶质的穿透曲线相似且对称,蒙脱石胶体在大粒径玻璃珠中的移动性更强。当介质中存在大孔隙通道时,优先流现象的出现会加速保守溶质和蒙脱石胶体的迁移,大孔隙通道与周围介质交界面越大保守溶质和蒙脱石胶体的拖尾现象越明显且穿透峰较低。在大、小粒径玻璃珠均匀混合填装的柱子中,保守溶质穿透曲线形状与均质柱子相似,蒙脱石胶体的移动性介于大、小粒径玻璃珠均匀填装的柱子之间。蒙脱石胶体在玻璃珠分层填装的柱子中,大粒径与小粒径交界面区域会有更多的蒙脱石胶体滞留。研究表明非均质性对保守溶质和蒙脱石胶体在土壤和地下环境中的运移过程有重要的影响。     

纳米TiO_2对土壤水分运动及离子迁移过程影响的试验研究

为了研究纳米TiO2对土壤水分养分运动及重金属吸附过程的影响,基于室内一维垂直定水头土柱试验,采用扰动黄绵土均匀添加不同含量纳米TiO2作为研究对象(质量含量分别为0,0.001,0.005,0.01,0.05g/g),分别测定土壤累积入渗量曲线、水分特征曲线、溶质穿透曲线及重金属等温吸附曲线。结果表明:(1)纳米TiO2对土壤水分入渗过程产生阻碍作用,入渗率随着纳米TiO2含量增加而减小;(2)纳米TiO2可以提高土壤的持水能力,随着纳米TiO2含量增加,相同土壤水吸力下的土壤含水量增大,进气吸力(α)随纳米TiO2含量增加而增大,形状参数(n)随之减小;(3)纳米TiO2可以有效提高土壤吸持惰性离子能力,随纳米TiO2含量增加,初始穿透时间提前,完全穿透时间延长,弥散度增大。(4)相同平衡浓度,随着纳米TiO2含量的增加,Cu2+吸附量加大。采用Langmuir方程拟合Cu2+等温吸附曲线,最大吸附量(Sm)随着纳米TiO2含量增加而增大。研究可为改善黄绵土保水保肥性及重金属污染的治理提供理论依据。     

土壤改良剂对黄绵土持水性能的改良效应研究

通过室内土柱培养,研究了PAM、沃特保水剂、β-环糊精、腐殖酸对黄绵土持水性能的改良效果.结果表明,不同改良剂在不同浓度下的土壤水分特征不同,但都符合土壤含水量与土壤吸力之间的关系式;在浓度0.05%～0.4%时,在同一改良剂处理下a值的大小变化规律是随浓度的增加而增大,即:0.4%>0.2%>0.1%>0.05%>CK;在同一浓度下,不同改良剂在培养3周和2个月时,不同改良剂处理下的a值的大小为PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在培养4个月后,在浓度＜0.2%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在浓度0.2%～0.4%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>腐殖酸>β-环糊精.     

石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究进展

土壤水流和溶质运移一直是土壤学研究的热点,溶质运移理论主要应用于地下水污染、污染物运移、土壤重金属污染研究等方面。溶质主要通过优先流和基质流进行运移,影响溶质运移因素很多,主要包括土壤结构、质地、水力传导率、体积质量、初始含水量、根系、石砾等。石砾作为土壤质地中的一个分级单位,与溶质运移关系较为复杂。本文综合介绍了石砾基本内涵以及石砾对土壤水流和溶质运移影响研究进展;系统阐述了石砾内部参数(石砾覆盖度、含量、粒径、空间异质性等)和外部参数(根石结构、干湿冻融、耕作等),指出目前研究主要量化土壤表面及土壤表层石砾参数对水文效应、土壤侵蚀、入渗以及径流的影响,然而石砾参数对溶质运移影响研究不够系统,石砾参数与溶质运移关系研究尚处于初步阶段,对土壤深层石砾研究缺乏;归纳了石砾参数研究技术手段及模型;探讨了目前石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究存在的问题以及今后研究趋势。     

土壤系统中溶质运移研究

为了满足日益增长的人口对粮食的需求,农用化学物质被广泛使用,这些物质可通过各种渠道进入土壤,因此研究土壤中农用化学物质的迁移、转化,对于防止环境污染和促进农业持续发展有着重要的意义.     

大孔隙分布对坡地产汇流及溶质运移的影响

以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了粉砂壤土中两种不同大孔隙分布情况下,土槽中土壤含水量、坡面流速、地面径流、地下径流及溶质运移的变化。结果表明,相对于面大孔隙度为19%,容积大孔隙度为0.095%的未加密型的土槽,面大孔隙度为57%,容积大孔隙度为0.285%的大孔隙加密型土槽中各层土壤含水量增加幅度、平均坡面流速及地面径流量相对偏小,地下流出现时间较早且径流量较大,地面径流中溴离子、铵根离子浓度、硝酸根离子浓度偏小。在地下水出流前期,大孔隙加密型土槽中的铵根离子浓度和浓度变化幅度都偏小,但溴离子、硝酸根离子浓度则偏大。     

黄绵土坡耕地磷素迁移与土壤退化研究

坡地水土流失是导致区域土壤质量退化与土地生产力下降的重要原因。采用野外天然降雨-径流小区试验法,初步研究了黄土高原黄绵土休闲坡耕地一次轻度侵蚀(侵蚀量410～435t/km2)降雨前后土壤质量的退化特征。试验结果表明,降雨侵蚀前后坡地表层(0～5cm)土壤性质均具有相似的波状变化特征,其中>50μm砂粒含量与50～20μm微团聚体含量随坡长的增加呈降低趋势,而粘粒含量、比表面积(SSA)、20～2μm微团聚体含量、土壤有效磷(AP)与全磷(TP)含量以及土壤含水量均为增大趋势,表明由于长期处于侵蚀环境表层土壤的细颗粒与养分逐渐向坡下迁移,坡地土壤在向质地沙化和肥力退化方向发展。统计分析表明,坡地土壤AP与TP含量均与土壤粘粒含量及SSA呈显著正相关,TP含量与20～2μm微团聚体含量呈显著正相关。坡地土壤性质在降雨前后的变化不如其沿坡面的空间变化呈显著,但是坡地土壤与径流泥沙的分析结果仍然显示出,降雨主要导致有效养分(AP)、<20μm细颗粒以及20～2μm微团聚体在坡面的迁移与流失,这正是坡地土壤质量退化的主要原因。     

透气隔水埋体对土壤水分入渗与溶质运移的影响

为分析透气隔水(弱透水)埋体促进水分入渗与溶质运移功效,开展了不同容重(1.40,1.45,1.50,1.60 g/cm~3)透气隔水(弱透水)埋体的一维垂直土柱入渗试验,分析了不同容重的透气隔水(弱透水)埋体对土壤水分入渗与溶质分布的影响。结果表明,透气隔水(弱透水)埋体能够增加土壤累积入渗量,推动湿润锋运移,在一定范围内,随着透气隔水(弱透水)埋体容重增加,湿润锋推进速度与土壤入渗率均增加。600 min时,土壤累积入渗量相对增加7.42%～29.17%,湿润锋深度达到27 cm,入渗时间相对减少26.97%～64.27%。相比于对照组,不同容重的透气隔水(弱透水)埋体均能降低溶质向深层土壤迁移数量。Philip模型和代数模型均能描述透气隔水(弱透水)埋体土壤水分入渗过程,且Philip模型中吸渗率S和代数模型中综合形状系数α均与透气隔水(弱透水)埋体内外容重比呈正相关关系。研究结果表明透气隔水(弱透水)埋体能够通过改变上层土壤吸力分布提高水分入渗能力与溶质传输效率,实现对城市雨水径流调控和净化。     

土壤溶质运移研究动态及展望

土壤溶质运移的研究是目前土壤物理学、环境科学和农业灌溉学的重要研究领域 ,本文根据国内外学者对土壤溶质运移转化方面的研究成果 ,综述了土壤溶质运移研究中的优势流、模型的建立、新的研究手段的采用以及方程参数的确定 ,并简要讨论了土壤溶质运移的发展趋势。