四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性

土壤斥水性影响入渗,进而影响作物产量。国外学者进行了一定的研究,但在中国研究的还很少。该文基于实测资料探讨几种常规的入渗模型在斥水土壤中的适用性。采用室内土柱进行积水入渗试验,对比了不同积水高度和斥水度条件下的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了土壤入渗率变化特征。结果表明,累积入渗量随入渗历时的变化可用幂函数描述,不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水土壤;累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系;利用Green-Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式和指数公式对入渗率与入渗历时间的关系进行拟合,其中Kostiakov公式更接近于实测值,其他模型拟合效果因斥水程度等因素的不同而异。     

聚丙烯酰胺增加土壤降雨入渗减少侵蚀的模拟试验研究 Ⅰ.入渗

土壤 (特别是黄绵土 )在雨水作用下 ,表面会形成结皮 ,显著地降低降雨入渗率 ,聚丙烯酰胺 (PAM)能有效地抑制降雨过程中土壤结皮的形成 ,提高降雨入渗率。为了获得PAM使用量和覆盖率与入渗率之间的关系 ,进行了一系列的人工降雨模拟试验。试验采用了三个雨强 :5 0、1 0 0和 1 5 0mmh- 1,四个坡度 :8.74%、1 7.63 %、3 6.4%和 46.63 % ,及五种地表处理 :对照、秸秆覆盖和三个PAM覆盖率 (A、B和C) ,试验设三次重复。试验分Ⅰ、Ⅱ两个降雨阶段进行 ,第Ⅱ阶段在第Ⅰ阶段降雨结束土壤放置 2 4h后进行。分析建立了降雨入渗率与PAM的覆盖率间的相关关系 ,确定了PAM的覆盖率对降雨入渗的影响。     

不同降雨量及雨强条件下兰州南山人工侧柏林土壤水分入渗规律

[目的]降雨是干旱半干旱地区土壤水分的主要来源,将野外观测和模型模拟相结合研究降雨入渗规律,可以更系统地掌握土壤水分亏缺状况。[方法]通过定点观测,应用Hydrus-1d模型对兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化进行模拟,评估模型在干旱区的适用性,分析不同降雨条件下土壤水分响应状况和入渗机制。[结果] Hydrus-1d模型在兰州南山人工侧柏林有较好的适用性,且深层模拟效果更优。降雨量<30 mm时,10 cm处土壤含水量对降雨响应最为强烈,30,50 cm处受降雨影响相对较小且有明显的滞后,70 cm以下没有响应;降雨量>8.2 mm时存在湿润峰。模拟期内,最大入渗深度为70 cm,最大入渗量为23.7 mm,入渗深度随时间增加而入渗量和入渗速率却随时间延长而减小。降雨量与入渗量、入渗深度和入渗速率呈显著正相关(p<0.05)。降雨量<20 mm时,降雨强度对入渗量、入渗深度和入渗速率存在显著影响。[结论]使用Hydrus-1d模型可以较好地模拟兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化并计算入渗量、入渗速率和入渗深度,且分析发现降雨量对该地土壤水入渗过程的影响更显著。     

紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

大田土壤冻融条件下入渗特性的试验研究

以冬小麦田冬季跟踪入渗试验为依据，揭示了冻融土壤水分入渗的基本特性，分析讨论了土壤累积入渗量，稳定入渗率在土壤冻结的解冻过程中的变化规律，并将薄层霜状冻层对土壤入渗特性的影响进行了讨论，其研究结果对于土壤水分入渗的研究和冬春灌溉水效果的研究具有理论意义，对冬春灌溉的用水管理具有实际意义。     

人工模拟降雨水质对土壤入渗性能的影响

为探明模拟降雨供水水质对土壤入渗性能的影响,设计了3种水质(去离子水、自来水和盐水)、2种雨强(45.5mm/h和95.54mm/h)、2种坡度(8.7%和25.9%)对黄土高原2种典型土壤(黄土和娄土)的入渗性能进行了研究。结果表明,随着供水电导率的增大,产流历时显著增大,与去离子水相比,自来水和盐水的产流历时分别延长了2.60,2.68倍(黄土)和1.58,1.85倍(娄土);随着供水中含盐量的增大,供水水质对地表结皮发育的抑制作用更为明显,导致土壤稳渗率增大;与去离子水相比,自来水和盐水条件下,黄土和娄土的稳渗率分别增加了21.1%,15.8%和58.3%,75.0%;受产流历时及结皮发育的影响,不同供水水质条件下的累积入渗量差异显著,以60min的模拟降雨为例,与去离子水相比,黄土条件下自来水和盐水的累积入渗量均增大了1.02倍,而娄土条件下分别增大了1.63,1.87倍。结果显示人工模拟降雨供水水质显著影响土壤入渗性能,影响的程度与土壤类型密切相关,建议在相关研究中尽量采用去离子水进行人工模拟降雨试验,以提高不同区域、不同试验结果的可比性。     

黄山丘不同地类的降雨入渗试验

采用加拿大倒“Ｌ”型人工模拟降雨装置,在野外试验研究了黄土丘陵沟壑区几种坡面治理措施在暴雨下的入渗特征,得到了不同类型的降雨入渗过程线和拟合公式,同时印证了用双环法所得入渗曲线与降雨入渗过程有较大差异的结论。从而为提高小流域综合治理治理措施标准,建立土壤侵蚀数学模型提供了科学依据。     

西吉县黄家二岔小流域地表径流和土壤渗透性能的研究

运用人工模拟降雨和径流小区试验方法,研究了宁夏西吉县黄家二岔小流域的土壤渗透性能。结果表明,影响土壤渗透性能的主要因子是土地利用方式、地面坡度、土壤含水率、土壤总孔隙度和雨强。据此,提出了充分利用干旱地区有限降水资源的建议。     

模拟降雨条件下不同材料覆盖对水分入渗特征的影响

利用人工模拟降雨试验研究不同覆盖材料对降雨入渗能力的影响，重点研究渗水地膜覆盖、海绵薄膜覆盖情况下径流量和水分入渗速率的变化。结果表明，渗水薄膜覆盖、海绵薄膜覆盖均能明显降低径流量，增加水分入渗速率，海绵薄膜覆盖和渗水薄膜覆盖24min内的累积径流量分别减少63．94％和87．08％。     

田间含碎石土壤水分入渗及再分布试验研究

为探明碎石存在于田问土壤中如何改变土壤水分运移通道、影响土壤水分运动,揭示田间含碎石土壤水分运动的复杂过程,采用便携式针头降雨器在铜川崾岘梁修建的临时小区进行模拟降雨实验,测定含碎石浅层土体的入渗和水分再分布过程.采用土壤水分运动通量法计算浅层土体不同深度各截面面积的水量在雨后不同时间段的变化,分析含碎石土壤再分布特征及碎石含量对浅层土体入渗和水分再分布的影响.结果表明:碎石有利于田间浅层土壤入渗和蓄存;室内较田问测定的含碎石土壤入渗率小一个数量级以上;降雨后较短时段,碎石含量相对高的林地小区的浅层土体水分在降雨停止后呈增加趋势.表现了蓄水过程,碎石含量较低的撂荒地则表现了释水过程;降雨后较长时段,多数小区浅层土体(0-30 cm)水量变化呈现了"排水一存储交换一排水"过程,少数小区仅呈现了"排水"过程;雨后16 h左右的土体各截面面积的水量与碎石含量呈现了以直线y=0.4873为轴对称的递增和递减的指数为1/2的幂函数关系,说明碎石对黄土区典型土石区土体水分运动具有促进和阻滞双面影响.本文的研究结果可为含碎石土壤的水分利用及水分循环提供参考.     

野外模拟降雨条件下坡面降雨入渗、产流试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究了植被类型、降雨强度、地表结皮、覆盖杂草等对荒草地和裸地降雨入渗、产流的影响。结果表明:裸地因降雨易产生地表结皮,产流时间主要取决于降雨强度,两者的关系可用幂函数描述,达显著水平;荒草地由于植被覆盖度较高,产流时间主要取决于土壤初始含水量,两者的关系可用线性公式描述,达极显著水平;与裸地相比,荒草地能延缓产流,并有效拦蓄径流;裸地形成地表结皮后,产流提前,平均入渗率降低,但坡面覆盖杂草(尤其是坡中下部覆盖杂草)能有效拦蓄径流、延缓产流、增加入渗,并促进土壤水分向深层的运移,而雨后采用抑制蒸发的措施能起到类似的效果     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面(草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地)小区,分析了30场人工模拟降雨试验的入渗资料,结果表明,植被覆盖地平均入渗率是刈割地的1.2倍,是翻耕地的2.0倍;在地表坡度7°,草灌地土壤容重分别为1.27和0.99 g/cm3条件下,坡面平均入渗率与降雨强度具有极显著的抛物线函数关系.草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木地雨强分别达到1.62,2.21,2.49和1.71 mm/mim时,平均入渗率具有最大值,分别为1. 17,0.97,1.67和1.51 mm/min;但翻耕草地、翻耕灌木地与此相反,雨强分别达到1.36和1.68 mm/min时,平均入渗率具有最小值,分别为0.379和0.382 mm/min;Horton入渗公式能较好地模拟不同土地利用方式下降雨的入渗过程.     

紫鹊界梯田区坡面产流产沙特征的模拟试验研究

通过野外模拟降雨试验,研究了紫鹊界梯田区红薯地与裸地土壤入渗及坡面产流产沙特征。结果表明,与裸地坡面相比,红薯地坡面由于覆盖度高,土壤疏松,其土壤入渗率比裸地高。在小雨强(0.65mm/min)条件下无径流产生,中(1.15mm/min)、高(1.65mm/min)雨强下坡面产流产沙速率以及径流系数均有很大程度的降低,表现出较强的减流减沙效益,但径流含沙量分别为裸地的1.3和2.8倍试验条件下的坡面产流产沙和土壤入渗过程均符合幂函数关系,产流率与产沙率之间呈线性关系。     

模拟降雨条件下含砾石土壤的坡面产流和入渗特征

模拟降雨条件下研究了含砾石土壤的入渗过程,分析了砾石含量和坡度对土壤坡面产流时间和入渗的影响。研究结果表明:含砾石土壤的坡面产流时间与砾石含量和坡度密切相关,当坡度>5°时,产流时间与砾石含量呈线性负相关。当坡度<5°时,不同砾石含量的土壤入渗能力表现出明显差异;砾石含量为20%~30%时,土壤入渗相对增加;当坡度>10°时,砾石含量对入渗能力的影响不明显。利用Kostiakov入渗经验模型可以很好地模拟含砾石土壤的降雨入渗过程,模型中的经验系数K能够反映出降雨开始1 min内坡度和砾石含量对入渗的影响。     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.     

降雨条件下分层土壤入渗特性

通过室内模拟降雨入渗试验,研究了粘土、壤土和沙土3种土壤不同分层组合方式对土壤入渗特性的影响。结果表明:垂直入渗条件下,分层土壤入渗特征由土壤分层组合方式决定;分层土壤累计入渗量与湿润锋距离呈线性相关关系;分层土壤入渗过程中,当粗沙覆盖细沙且降雨强度大于下层细沙土稳定入渗率时,湿润锋以上剖面可以达到或接近饱和,当细沙覆盖粗沙且降雨强度大于细沙土稳定入渗率时,湿润锋剖面中,除细沙土部分剖面达到饱和,其余粗沙土剖面无法达到饱和,且其饱和程度和下层粗沙土土壤持水能力有关。     

不同土壤水分下黄土高原侧柏生理生态特点分析

采用人工控制土壤水分，形成单株幼龄侧柏的不同水分梯度环境。在自然环境下利用Li-1600稳态气孔仪和Li-6200光合仪对山西省方山县试验基地内侧柏的蒸腾速率、净光合速率、气孔阻力及其环境因子进行了观测，并辅以盆栽苗木水分胁迫条件下的林木生理指标观测，对生理指标和土壤含水量的关系进行了研究。结果表明：侧柏蒸腾日进程为双峰曲线，水分状况较差时蒸腾日进程曲线到达波谷的时间比水分状况较好时大大提前，干旱条件下蒸腾速率较低；净光合速率的日进程为双峰曲线，水分状况较差时日进程变为单峰曲线，侧柏叶片光合作用午前以气孔限制为主，而午后以非气孔因素限制为主。维持蒸腾速率所适宜的土壤含水量为19.90％；净光合作用的最佳土壤含水量为15．75％；维持叶片水分利用效率的最佳土壤含水量为10.65％．选取维持最佳叶片水分利用效率的土壤含水量临界值作为林木密度调控的土壤水分阈值，侧柏为9．5％～11％。     

不同降雨强度下北京山区典型林地土壤水分时空变化特征

通过ECH2O土壤水分监测系统和EM50数据采集器对北京山区2种典型人工林地(栓皮栎林和油松林)土壤水分含量进行定位、长期观测、数据处理,分析不同降雨强度对不同林分类型土壤水分时空变化特征及差异性的影响。结果表明:(1)栓皮栎林地和油松林地日平均土壤储水量随降雨量显著变化,月平均土壤储水量随降雨量的增加呈上升趋势。(2)在垂直方向上,栓皮栎和油松林地0—40cm土层土壤储水量的增加率随雨强增加而降低,栓皮栎林地土壤储水量平均增加率(94.17%)大于油松(84.19%),而40—100cm土层土壤储水量的增加率随雨强增加均呈现增加趋势,且油松林地土壤储水量平均增加率(15.81%)大于栓皮栎林地(5.83%)。(3)栓皮栎与油松林地相同土层土壤储水量差异性显著(p0.05),同一林地不同土层土壤储水量也到达差异性显著(p0.05)。从栓皮栎和油松林地的土壤水分时空变化特征来看,2种林地土壤储水量分布不同。在造林树种选择时,可以考虑将油松和栓皮栎2个树种进行混交。研究结果将为北京山区植被建设和管理提供参考和理论依据。     

Characteristics of Water Infiltration in Layered Water-Repellent Soils

Water-repellent(WR) soil greatly influences infiltration behavior. This research determined the impacts of WR levels of silt loam soil layer during infiltration. Three column scenarios were utilized, including homogeneous wettable silt loam or sand, silt loam over sand(silt loam/sand), and sand over silt loam(sand/silt loam). A 5-cm thick silt loam soil layer was placed either at the soil surface or 5 cm below the soil surface. The silt loam soil used had been treated to produce different WR levels, wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR. As the WR level increased from wettable to severely WR, the cumulative infiltration decreased. Traditional wetting front-related equations did not adequately describe the infiltration rate and time relationships for layered WR soils. The Kostiakov equation provided a good fit for the first infiltration stage. Average infiltration rates for wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR during the 2 nd infiltration stage were 0.126, 0.021, 0.002, and 0.001 mm min~(-1) for the silt loam/sand scenario,respectively, and 0.112, 0.003, 0.002, and 0.000 5 mm min~(-1) for the sand/silt loam scenario, respectively. Pseudo-saturation phenomena occurred when visually examining the wetting fronts and from the apparent changes in water content(?θ_(AP)) at the slightly WR,strongly WR, and severely WR levels for the silt loam/sand scenario. Much larger ?θAPvalues indicated the possible existence of finger flow. Delayed water penetration into the surface soil for the strongly WR level in the silt loam/sand scenario suggested negative water heads with infiltration times longer than 10 min. The silt loam/sand soil layers produced sharp transition zones of water content. The WR level of the silt loam soil layer had greater effects on infiltration than the layer position in the column.