土壤表面电场对黄土母质发育土壤水分入渗特性的影响及模拟

水资源短缺是黄土高原地区农业生产和生态环境建设主要的限制因子。土壤水分入渗过程不仅决定着土壤对雨水和灌溉水等有限水源的利用程度,而且也深刻影响着地表径流和土壤侵蚀强度。土壤表面电场对团聚体稳定性具有重要影响,团聚体破碎后土壤孔隙将发生重要变化,并影响水分入渗过程。然而,目前关于土壤电场作用对黄土母质发育土壤水分入渗过程的影响尚不清楚,同时考虑表面电场作用后经典土壤水分入渗模型的适用性还有待进一步验证。因此,本研究采用室内一维定水头土柱模拟试验,通过定量调控土壤表面电场,研究了不同土壤电场强度对水分入渗速率、湿润锋运移、累积入渗量的影响,并采用Kostiakov模型和Philip模型对土壤水分入渗过程进行拟合。结果表明:(1)湿润锋运移速度、入渗速率和累积入渗量均随入渗电解质浓度的减小、表面电位(绝对值)和电场的增大而降低,这表明土壤表面电场对土壤水分入渗具有重要的、不可忽略的影响。(2)当电解质浓度0.01 mol·L赵世伟,塿土和褐土的电位绝对值大于233 mV和223 mV时,土壤水分入渗特性参数随时间的变化曲线较为接近,表明233 mV和223 mV分别是影响两种土壤水分入渗过程的临界电位值。(3)Kostiakov模型和Philip模型对于塿土和褐土入渗过程的模拟均有较好的适用性,但通过进一步分析其拟合统计特征值(决定系数R~2、残差平方和、均方根误差RMSE值),发现Kostiakov模型的拟合结果更优。该研究结果可为黄土高原土壤水分入渗的内部调控新技术提供理论参考。     

基于蒸渗仪测量的水文要素影响因素分析

降水入渗、地表径流、潜水蒸发等水文要素是研究流域水文及生态环境的重要因素。采用五道沟水文试验站蒸渗仪测量资料,统计分析前期土壤含水量、降水强度、地下水埋深及作物对降水入渗补给、地表径流及潜水蒸发的影响。结果表明:不考虑超渗产流,且在其它条件一致时,前期土壤含水量越大,降水强度越小,入渗补给和地表径流系数越大。无论地表有无作物覆盖,入渗补给、地表径流及潜水蒸发系数均随地下水埋深的增加而减少。降水量小于100mm时,无作物比有作物时的入渗补给系数大;降水量大于100mm时,无作物时的入渗补给系数较小。无作物比有作物时地表径流系数大、潜水蒸发系数小,而潜水蒸发系数的差异在作物生长旺季更为明显。研究成果对淮北地区水土流失治理和生态环境保护具有重要的理论和实际意义。     

石漠化区岩-土与非岩-土界面土壤孔隙变异及入渗对干湿变化的响应

全球气候变化下土壤水分暴涨骤减愈加频繁和强烈,这对生态系统脆弱的喀斯特区石漠化适应性治理产生了严峻挑战。因此,探究干湿变化下土壤孔隙变异及入渗响应对石漠化区土壤水分补给及降雨径流调节具有重要意义。该研究采用原位圆盘入渗法研究了干湿条件下不同露石岩面形状岩-土界面和非岩-土界面土壤孔隙结构变异及水分入渗的响应。结果表明： 1）干旱条件下土壤孔隙大小及数量均大于湿润条件;干湿条件下岩-土界面土壤小（＜0.2 mm）、中孔隙（0.2～1.0 mm）数及体积比均大于非岩-土界面,大孔隙（＞1.0 mm）数及体积比则小于非岩-土界面;干湿变化下土壤孔隙数及体积比的平均变化幅度从高到低为小孔隙、中孔隙、大孔隙,土壤孔隙各参数平均变化幅度从高到低为非毛管孔隙度、毛管孔隙度、通气度、总孔隙度。2）干旱条件下土壤稳定入渗率和饱和导水率均大于湿润条件;随着水头压力的增加,岩-土界面和非岩-土界面土壤导水率逐渐增加,土壤稳定入渗率则呈现先减小后增大的趋势。3）干湿条件下各级土壤孔隙对入渗水流的贡献率均随孔隙减小而降低;非毛管孔隙度和大孔隙数对土壤入渗能力的影响最大。4）岩-土界面土壤孔隙及水分入渗等参数在干湿变化下的平均变化幅度均大于非岩-土界面。研究结果可为干湿变化下土壤孔隙变异引起的土壤水分补给及降雨径流调节能力变化的认识及石漠化的适应性治理提供科学依据。     

用人工模拟降雨研究保护性耕作下的地表径流与水分入渗

采用人工模拟降雨试验研究了保护性耕作控制农田地表径流的效果,重点探讨了表土耕作、秸秆覆盖及土壤压实３种因素对地表径流和水分入渗的影响。试验表明,保护性耕作具有明显的处缓径流,增加水分入渗的效果。在土壤干燥,模拟降雨强度为７２ｍｍ／ｈ的条件下,传统翻耕比保护性耕作早１２－１６ｍｉｎ产生径流,入渗率降低６０．９％,总径流量高１１倍。３种试验因素中,秸秆覆盖对径流和入渗的影响最大,压实次之。在本试验中,     

含沙率对层状土浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。     

晋陕蒙接壤区露天矿层状土壤水分入渗特征与模拟

分析4种不同结构层状土水分入渗规律,为晋陕蒙接壤区露天矿排土场建设筛选合适的层状土体。设置沙土、砒砂岩、黄绵土和红黏土4种均质土柱以及黄-沙-红、黄-红-沙、沙-黄-砒、黄-砒-沙4种层状土,借助室内土柱自动观测系统测定矿区土壤的入渗过程,通过入渗速率、累积入渗量、湿润锋运移、剖面含水量变化分析不同结构层状土入渗特征,结合晋陕蒙接壤区自然条件,评价适合排土场建设的层状土体。结果表明:黄-沙-红、沙-黄-砒型层状土在短时间内能储存大量水分,且第三层土体阻水作用强,黄-沙-红型层状土下层红黏土阻水效果尤其显著,这两种层状土体是矿区排土场较理想的新土体结构。但是,黄-红-沙型层状土入渗速率慢,在强降雨条件下不能使水分迅速入渗。黄-砒-沙型层状土湿润锋到达第三层土体后运移速率仍很快,阻水效果差,水分容易渗漏到深层土壤,这两种层状土结构不宜应用到晋陕蒙矿区排土场建设中。最后探讨了HYDRUS-1D对入渗过程的模拟,利用均质土剖面含水量反演土壤水力参数模拟4种层状土的入渗过程,得到较好的模拟效果。本文对4种层状土入渗特征的测定与模拟,对于指导露天矿区排土场新土体构筑有一定的理论和现实意义。     

不同生物炭施加量的土壤水分入渗及其分布特性

为了揭示生物炭施加到黑土区土壤后形成的特殊双层土壤结构对土壤水分入渗及其分布的影响,该研究采取室内与田间试验相结合的方法,探讨了积水入渗条件下不同生物炭施加量(0、10、20、40和80 t/hm~2)的土壤水分入渗特性,并建立了生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型,对不同生物炭施加量的农田土壤水分分布进行了模拟。结果显示,生物炭-土壤双层结构土壤水分入渗过程表现为斜率由大变小的两段非线性曲线,转折点为入渗锋面到达生物炭-土壤交界面后暂停继续下渗,上层土壤质量含水率累积到界面含水率超过临界含水率42.5%的时间;生物炭的施加使土壤入渗率、饱和导水率和临界吸力与对照相比提高的比例范围分别为21.95%~112.20%、14.29%~52.38%和13.75~78.69%,同时也可显著增强上、下层土壤的持水性能。在上层土壤厚度为20 cm时,影响临界吸力的因素只有生物炭的施加量,且其与施炭量的相关性大于土壤入渗率和饱和导水率;施用生物炭条件下的土壤水分分布规律可以用本研究所建立的生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型来表达。研究表明,生物炭添加能够改善黑土区土壤持水能力和水分入渗特性,有利于作物生长,减少地表径流和水土流失;同时也为生物炭在黑土区农业生产上的应用选择合理施加量提供科学参考。     

基于神经网络及灰色关联分析的土壤入渗研究

入渗系水分自土表垂直向下进入土壤的过程,也包括侧向及向上进入土壤的过程[1],它是自然界水循环中的一个重要环节。土壤入渗研究对于减少地表径流、降低土壤侵蚀和搞好生态环境建设等方面具有重要的理论及现实意义,国内外许多学者投入了大量的研究工作,并取得了诸多重要的研究成果。达西定律开创了入渗研究的土壤物理学途     

(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。     

土壤容重对溶质迁移过程的影响

土壤在径流作用下发生流失、土壤溶质迁移等现象,是一个受径流、土壤性质、下垫面特性、土地利用方式等多种因素综合影响的复杂过程.利用斜坡土槽,采用一定的坡度和实验流量,对不同容重的土样进行了室内放水实验,研究了在土壤饱和条件下,土壤容重对土壤溶质迁移过程的影响.实验结果表明:(1)随径流作用时间的增加,单位时间内土壤溶质迁移量逐渐减少,其关系可用幂函数来描述;(2)土壤溶质发生迁移是受地表径流和壤中流共同作用的结果;(3)土壤容重对土壤溶质迁移过程影响总体表现为土壤容重越大,随径流迁移的土壤溶质量越少;(4)土壤容重增加相同幅度,但同时刻随径流迁移的土壤溶质递减量逐渐减少.     

砒砂岩区原状和扰动土壤水分入渗过程

基于内蒙古准格尔旗砒砂岩区为研究对象,通过野外原状土的采集和室内模拟土柱试验,采用一维垂直入渗试验,分析了砒砂岩区黄土、砒砂岩、风沙土的原状土和填装土的水分入渗过程。结果表明:原状情况下入渗率、累积入渗量的变化趋势为风沙土黄土砒砂岩;扰动情况下入渗率、累积入渗量的变化趋势为风沙土砒砂岩黄土;两种土壤中湿润锋的变化趋势与累积入渗量变化趋势一致。利用Philip模型、Kostiakov经验公式和Green-Ampt模型对原状土和扰动土累积入渗量和入渗历时的关系拟合方程均可较好地描述原状土扰动土的入渗过程,其中Kostiakov经验公式拟合值更接近于实测值,拟合精度更高。     

砂田砾石覆盖对土壤大孔隙特征及其土壤水文过程的影响研究进展

砂田是利用砾石覆盖地表的典型节水范例,砾石覆盖对土壤大孔隙的半径、数量、连通性和密度都有重要影响。大孔隙的研究方法可分为直接观测法和间接描述法,并讨论其适用性和局限性。因为大孔隙及优先流的成因复杂,应将大量的野外实验和室内实验相结合,同时改进观测方法。土壤大孔隙研究的最终目的是调控它,为减少地下水污染、控制养分和水分的流失提供一条新途径。砾石覆盖土壤能增加大孔隙并促进降水入渗,加快壤中流的发生,减少径流和抑制蒸发,改变了土壤水文循环过程,土壤水文生态功能也随之改变。并指出了砾石覆盖下土壤优先流研究中存在的问题和今后应该加强的研究领域。     

不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力及入渗参数（英）

为了研究不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力的差异和入渗参数的变化规律,进行了一系列裸地、地膜覆盖地和秸秆覆盖地土壤田间入渗试验。研究表明,冻土的入渗能力主要受冻层的控制,冻层是入渗水分的控制界面,土壤冻融特征差异是影响不同地表覆盖下土壤入渗能力大小的主导因素。冻融土壤的水分入渗过程可用三参数考斯加科夫土壤入渗经验模型描述。水分入渗开始 1 min内的累积入渗量大小随着冻层厚度和密实度的增加而减小,随着土壤冻融循环次数增加而增大;入渗能力的衰减率随着冻层厚度和密实度的增加而减小;稳定入渗率大小主要取决于土壤冻结状态和入渗锋面处的水力特性。三入渗参数均与土壤含水率和冻结深度有关,不同地表覆盖下的土壤入渗参数随着冻层深度的增加而减小,随着土壤的消融解冻而增大。该研究成果对农业生产实际和水土保持具有重要的指导意义。     

公路石质边坡喷播绿化植被的降雨、灌溉水分分配特征

为提高边坡水分利用效率,通过客土喷播的方式人工模拟公路石质边坡,观测坡体表面土壤裂隙发育情况及地表径流、底层渗漏及土壤储存等水分分配过程,分析灌溉及降雨条件下的坡面水分分配特征。结果表明:坡体表面形成的土壤裂隙分布不均匀,呈现由坡顶至坡底逐渐减少的趋势,且阳坡不同坡位的裂隙总面积均大于阴坡;不同坡向坡体灌溉水分分配特征存在一定差异,阳坡0.02%的水分通过坡上植被蒸散消耗,7.00%的灌溉用水沿着坡面运动形成地表径流,10.00%的灌溉水分转化为底层渗漏量,53.00%的灌溉水分被土壤储存;阴坡植物蒸散、地表径流、底层渗漏及土壤储存水分的比例分别为0.01%,35.00%,0.25%和39.00%;随着植被覆盖度的增加,灌溉产生的地表径流减少,土壤储存水分增大;降雨强度对坡面水分分配特征具有显著影响,在小雨强条件下,约95.00%的降雨被土壤储存,底层渗漏量、地表径流分别在中雨强及大雨强条件下达到最大值;在不同雨强下,阴坡的地表径流是阳坡的1.1~3.0倍,阳坡的底层渗漏量大于阴坡且阳坡较阴坡具有更高的水分利用效率。该结果可为公路边坡植被恢复过程中水分的有效利用提供依据。     

土壤溶质迁移至地表径流过程的室内模拟试验

关于土壤溶质迁移到地表径流,现有研究大多是概念性的认识,对迁移过程中各个部分的定量研究却很少。该文为了量化研究土壤溶质迁移流失过程及其作用机理,通过设计2种水文条件即土壤水分饱和和土壤渗流条件,其中土壤渗流条件设置了2种水头（5 cm,10 cm）,采用人工模拟5组不同地表径流流速,分别研究土壤溶质迁移到地表径流过程中4种途径：土壤侵蚀、伯努利效应、扩散和对流。试验结果表明了伯努利效应导致土壤溶质迁移量增加;特别是在土壤水分饱和条件下,当地表径流流速从55 mL/s升到 200 mL/s时,伯努利效应引起的土壤溶质流失通量占总流失通量的比例从14%升到53%,在土壤水分饱和条件下,混合层深度小于5 mm;但是在土壤渗流条件下,混合层深度随着水头的高低和径流流速的大小而变化。土壤溶质迁移过程同地表径流流速和地下水位高低有着重要关系。     

压砂条件下灰钙土地区农田土壤水分垂直入渗特征研究

为探讨压砂条件下灰钙土水分垂直入渗特征,采用土柱模拟法,分别研究了压砂厚度、砂石粒径、土壤初始含水率及灌水量,对压砂条件下水分累计入渗量和土壤湿润锋的影响.结果 表明:压砂条件下,土壤水分累计入渗量与入渗时间可以用正相关幂函数拟合.累计入渗量随着压砂厚度的增加呈增加趋势,入渗速率增加值的临界点是压砂厚度为15 cm;当...     

掺混菜籽油渣减少土壤入渗改善持水特性

针对目前植物油渣较少应用于农业生产的现状,为探明植物油渣对土壤水分运动和土壤持水特性的影响,采用室内一维土柱入渗试验,以耕作层土壤为研究对象,定量掺混植物油渣,对比研究3种不同掺混深度(14、24和34 cm)条件下的土壤水分入渗特性,并对掺混油渣土壤的持水能力进行分析。结果表明:1)Philip和Kostiakov入渗模型均可用于描述掺混油渣条件的土壤水分入渗特性及参数拟合(R~20.99);2)与纯土相比,掺混植物油渣可有效减小累积入渗量和入渗速率,根层掺混油渣(34 cm土层)最大可分别减少累积入渗量和入渗速率约11.0%和41.7%;3)入渗结束时基于土壤剖面水分分布特征,土壤掺混植物油渣有利于提高土壤饱和含水率和根层土壤含水率,与纯土相比分别提高约14.3%和11.3%,有效增强了土壤持水能力;4)土壤掺混植物油渣可增加黏粒和粉粒、降低砂粒含量。该研究可为农田生产中植物油渣推广奠定理论基础,同时为植物油渣的田间土壤改良及应用提供参考。     

坡度、雨强对塿土入渗特征的影响研究

利用室内人工降雨试验研究降雨强度和坡度对塿土水分入渗状况的影响及其作用机理,并用数学方法对土壤入渗率与累积入渗量随时间变化过程进行数学模拟。试验结果表明:雨强对降雨入渗率及累积入渗量有显著影响。雨强在20~90 mm h-1之间,雨强越大,塿土初始入渗率越高,达到稳定的时间越短,土壤的稳定入渗率由于主要受制于土壤特性,因而各降雨强度间差异不显著;累积入渗量变化表现为随降雨强度增大而减少;坡度对土壤入渗率及累积入渗量基本无影响。运用数学模型对土壤入渗率及累积入渗量的变化过程进行模拟,结果表明,Kostiakov经验模型与自回归移动平均模型(ARIMA)两种模型均可用于模拟土壤入渗性能的变化过程,拟合精度均较高。     

保持耕作下农药的环境行为

与传统耕作相比 ,管理措施中的保持耕作措施能减少农药随径流流失的量和增加淋溶量。本文分析了影响农药环境行为的机理 :提高土壤中有机质和水分含量可影响农药吸附性 ;提高入渗能力会增加农药淋溶量 ;增加蓄水保土效益可减少地表径流及农药流失     

丘陵半干旱区小流域入渗产流特征研究

为了探索我国丘陵半干旱区小流域入渗产流规律,为该地区雨水径流集蓄利用和区域生态环境治理提供依据,通过人工模拟降雨和自然降雨入渗产流试验,对小流域坡耕地、林地、草地和荒地的降雨入渗产流特征进行了系统研究。结果表明,农林草地比荒地具有明显的拦蓄地表径流和减少土壤侵蚀的效果,比荒地拦蓄地表径流效率增加35.7?.0%,拦蓄泥沙效率增加46.2?.6%;利用Philip入渗理论和逐步回归分析方法对入渗产流试验结果处理分析,建立了小流域坡耕地、林地和荒地土壤的入渗产流及其相关因子数学模型;小流域产流系数与降雨小区地形坡度、降雨强度、植被盖度、土壤雨前含水量和土壤孔隙度等因子显著相关。