基于pF meter传感器的土体冻融过程中基质势与未冻水量关系研究

基质势是驱动冻土中水分发生迁移的关键驱动力之一,但由于以往的技术限制,负温下土体的基质势难以被直接测量,冻土基质势相关问题成为冻土水热过程研究中的难题。利用可用于极端负温条件下的pF meter基质势传感器,针对青藏红黏土、兰州粉土以及张掖细砂这三种不同粒径级配的土体,分别从粒径大小和初始含水量的角度,通过室内试验,研究了土体冻结与融化过程中基质势、未冻水量以及温度三者之间动态变化的关系。结果表明:冻土中的冰晶体对基质势和未冻水量的影响类似于融土中的气体,而冰晶体的含量又与土体温度相关;由粒径级配决定的比表面积对冻土基质势存在着决定性的影响;此外,初始含水量的多少对冻土基质势也存在与融土类似的影响。研究成果揭示了负温冻土中未冻水的数量与能量状态随冻结与融化过程的变化关系,为研究冻土中水分在基质势驱动下的迁移过程提供了理论基础和试验支撑。     

基于田口方法的砂土抗剪强度特征分析

为了探究石英砂粒径、细粒土含量、干密度等因素对砂土抗剪强度特征的影响,根据室内直剪试验选择砂土的粒径、细粒土含量以及干密度3个因素为变量探究其影响规律.结果 表明,田口方法和多因素方差分析方法均表现出石英砂粒径对其抗剪强度影响最大,其次是细粒土含量和干密度.在控制细粒土含量以及干密度不变,仅改变石英砂粒径的条件下,分别...     

根据风成动力学及沙粒堆积的沙丘分类

沙丘的通常定义是在风作用下,松散沙粒沉积或再形成的堆积。沙粒的粒径变化由2—3毫米到10微米。在海洋、湖泊、河流的冲积环境中,我们也可以看到松散沙粒的堆积、沉积和由水的作用的再生成,但是不能看作是沙丘,因为没有顶峰。根据活动能力的强弱,沙丘可以分成三类:活动沙丘、固定沙丘、有植被的沙丘。     

土石混合介质入渗模型及其参数影响因素研究

选取4种碎石含量、5种碎石粒径,将纯土作为对照,共进行20组一维积水入渗试验和20组实测饱和导水率试验,分析了碎石含量对土石混合介质水分运动参数的影响以及水分运动模型的适用性。结果表明:Green-Ampt入渗公式、Philip入渗公式、垂直一维代数模型中个别参数随碎石含量的增加呈先减小、再增大、后减小的趋势;模型的适用性因碎石粒径而异,粒径在0.5~3 cm时,垂直一维代数模型可以相对准确地描述土石混合介质的饱和导水率,粒径为3~5 cm时,Green-Ampt公式所描述的饱和导水率精度较高。     

积雪覆盖下的季节性冻土对融雪水出流的影响

以天山北坡军塘湖流域为研究区,利用2012-2013年融雪期实测逐日积雪、冻土数据,分析季节性冻土的水热状体对融雪水出流的影响.结果表明:①2012年融雪期30 cm以上季节性冻土的冻融变化经历了稳定冻结期、冻融交替变化期、无冻期3个阶段,其中10 cm季节性冻土稳定冻结期、无冻期分别占融雪期50％和40％.②以2012年、2013年融雪期起始积雪厚度分别为18 cm和30 cm为例,有季节性冻土存在条件下融雪水出流时间比没有季节性冻土存在提前2d.③不同深度土壤日积温与融雪水出流量均呈负相关,且土壤剖面10 cm以上负相关性最大(R2=0.825).④季节性冻土延缓了土壤液态水含量的增加速度,使融雪水最大出流提前到来.     

陕西农业土壤持水性能及其与土壤性质的关系

用离心机法研究了陕西５种主要农业土壤持水特性。结果表明，土壤持水曲线用经验方程θ＝ＡＳ＾－＾Ｂ拟合最好，土壤持水量，孔径分布和比水容量都与土壤质地蜜切相关，同时受孔隙状况的影响。土壤持水量和无效水含量随土壤质地变粘而增大，土壤有效水含量有效水容量及比水容量以壤土高于砂性土和粘性土。土壤当量孔径的分布，以砂性土表成较大的胶也孔隙较多，细小的无效水孔隙较少，粘性土则相反。综合评定，持水力和供水力以黑垆     

浇水时间与浇水次数对小麦茎基腐病的影响

通过调查不同浇水时间和次数的小麦地块茎基腐病发生情况。结果显示,在小麦生育期内,从出苗以后,在年前浇冻水的基础上,年后浇返青起身水和灌浆水2水的地块,比不浇冻水、年后只浇返青起身水和灌浆水2水的地块,小麦茎基腐病的白穗数显著减少,显著降低茎基腐病的发生。如果年前不浇冻水,年后2水增加到返青起身水、拔节孕穗水、灌浆水共3水,也能降低茎基腐病的发生。即年前浇冻水或年后浇3水,都能显著降低茎基腐病的发生。     

潜水高矿化度对粉质粘土毛细水上升的影响

为研究高矿化度潜水地区典型包气带细粒土质毛细水上升规律,在室内开展不同矿化度潜水条件下(淡水、30g/L、100g/L和250g/L),不同粒径分布粉质粘土毛细水上升监测试验。结果表明:同一粒径分布,高潜水矿化度对重力势的改变是控制毛细水上升的主要因素,但同时也改变了土壤结构;随砂粒含量增加,相同时段淡水毛细水上升高度趋于最大化;各处理毛细水上升历时曲线均可用幂函数描述,一阶求导显示毛细水上升速度随时长增加迅速衰减;不同矿化度处理各粒径组毛细水上升曲线之间的差异性,也进一步验证高矿化度潜水与淡水条件下的毛细水上升规律显著不同。     

不同肥力土的土壤颗粒分布及其磷素吸附—解析规律

采用干筛法和培养实验,研究了不同肥力土的颗粒分布以及不同颗粒对磷素的吸附、解析规律。结果表明,在所筛分的5个粒径中,土以>5 mm、2～5 mm和0.25～1 mm 3个颗粒为主,随着土壤肥力提高,0.25～1 mm和1～2 mm两个粒径的土壤颗粒有明显增加。土壤颗粒由小到大变化,颗粒中磷素含量呈现由高到低的变化趋势。高肥力土壤和低肥力土壤相比,0.25～1 mm和1～2 mm两个粒径中的磷素含量分别增加40%和43%,差异达显著水平。土壤颗粒愈小对磷的吸附量越高。与土壤原样相比,<0.25 mm和0.25～1 mm两个粒径的颗粒对磷的吸附量高于土壤原样的,而1～2 mm、2～5 mm和>5 mm土壤颗粒对磷的吸附则小于土壤原样的。随着土壤颗粒径变大,磷的解析率增加。总体看来,高肥力土使中等大小土壤颗粒增多,对磷的吸附量有所减少,但对磷的解析量增大,这有助于提高磷肥的有效性,但也增加了磷素径流损失的风险。     

土壤持水性及孔性的影响因素浅析

通过对有机质，碳酸钙在土壤持水性，土壤孔性方面的研究表明，（1）低吸力条件下，自然土（原状土）的持水能力随有机质含量的提高而显著增加（2）土壤中的孔隙度随有机质含量的提高而增加；（3）在有机质含量较低的条件下，碳酸钙对石灰性土壤的持水能力有很大的影响。     

有机污染水灌溉对土壤有机碳状况的影响

以长期采用有机污染型水灌溉的陕西交口灌区的农田土壤作为研究对象,并以气候条件、土壤条件以及耕作制度基本一致,长期采用未污染的地下水灌溉的农田土壤作为对照,分别测定土壤剖面上总有机碳含量、有机碳组成等指标,结合第二次全国土壤普查资料,分析长期采用有机污染水灌溉对土壤有机碳累积速率及有机碳密度的影响,探讨关中土壤"环境碳容量"水平及提升土壤有机碳潜力的途径。结果表明:长期采用有机污染水灌溉,土壤有机碳主要在耕层(0~20 cm)极显著地增加,且增加部分主要是活性有机碳组分,其累积速率是对照灌区的近3倍,非活性有机碳处于相对平衡状态。土壤有机碳的剖面分布发生了明显的分化现象,活性有机碳的变化比总有机碳的变化更为显著。有机污染水灌溉的土壤有机碳密度显著高于对照土壤,尤其在0~40 cm范围内其差异达极显著水平。结果证实渭河水中富含的有机污染物提升了灌溉农田土壤有机碳贮量,关中地区农田土壤环境碳容量仍未达到饱和水平,通过外源有机碳的输入,仍然有增加土壤有机碳含量的可能。     

土壤容重对浑水一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

通过开展室内浑水一维垂直入渗试验,设置了4个土壤容重水平(1.30、1.35、1.40和1.45g/cm3),观测不同土壤容重影响下浑水入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的变化特性.结果 表明:浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随土壤容重的增加而减小,而落淤层厚度随土壤容重的增加而增大;落...     

容重及含水率对土壤电导率的影响研究

土壤电导率能够间接反映田间养分或盐分含量,通过监测土壤电导率可以掌握土壤养分或盐分运移和利用情况。本文通过2种土壤容重、5种含水率条件下土柱入渗试验,利用5TE传感器对土壤体积含水率、体积电导率、温度等参数进行连续监测,分析容重及含水率对土壤电导率的影响。结果表明：在入渗过程中,含水率和电导率均先增大后逐渐减小,最后趋于平缓;电导率开始减小的时间较含水率开始减小的时间略有提前;当体积含水率一定时,孔隙水电导率随体积电导率的增加基本呈线性增加;随含水率的增大,孔隙水电导率随体积水电导率增大的速率变慢;当体积电导率一定时,随着含水率的增加,孔隙水电导率逐渐减小,容重为1.35 g·cm^-3时减幅为9.52%～55.51%,容重为1.3 g·cm^-3时减幅为9.72%～54.62%;孔隙水电导率一定时,体积电导率随含水率的增加而增大,容重为1.35 g·cm^-3时增幅为10.51%～124.75%,容重为1.3 g·cm^-3时增幅为10.76%～120.35%。对于2种容重情况,相同含水率下孔隙水电导率与...     

干密度和含水量影响下非饱和黄土正冻结过程研究

通过自制的冻结与监测装置,进行了不同干密度和含水量条件下非饱和黄土的温度变化试验。试验结果显示,当干密度增大,土壤的导热能力将被削弱,随着冻结过程的不断进行该影响因素的作用不断增强。含水量对冻结中土体温度的变化也存在显著影响;含水量较高的土体降温更为剧烈,稳定状态时的温度也更低。通过对试验数据的分析,进一步得到了不同干密度与含水量的土体温度与温度梯度同冻结位置和时间的分段函数关系。回归结果表明：冻结初期,含水量是影响土体温度与温度梯度的主要因素,含水量越大降温越剧烈;而在冻结的后续阶段,温度与温度梯度的变化则受干密度与含水量的共同影响,随二者的增大土体降温程度逐渐减弱。     

不同深松方式对玉米产量和水分利用效率的影响

由于我国北方地区长期采用小型机具进行耕作,导致农田耕层变浅、犁底层向上移动,土壤蓄水能力下降。为了明确不同深松方法对作物产量和水分利用效率的影响,提高作物抗旱能力和生产能力,本研究通过3 a定位试验,以春季旋耕为对照（CK）,研究了秋季全方位深松（BS）、秋季连年垄台深松（RS）、初夏连年垄沟中耕深松（FS）和秋夏年际交替间隔深松（AS）4种深松耕作方式的蓄水和增产效应。试验研究结果表明,可以将不同耕作处理土壤容重特征表述为：CK为上虚下实型、BS为均匀疏松型、RS为垄虚沟实型、FS为垄实沟虚型(相对RS)、AS为年际疏松交替型。BS、AS、FS和RS不同年份土壤平均贮水量较CK增幅的变化范围分别是10.9～23.2 mm、10.9～17.2 mm、9.0～15.7 mm和6.0～8.2 mm,尽管AS的容重在年际间存在更替变化,但对年际间土壤平均贮水量影响较小。总体上BS和AS土壤贮水量高于CK和RS,提高10.9～23.2 mm,能够为不同降水年型下玉米稳产提供保障。尤其相对于其他3种深松方式,AS处理3 a研究数据玉米持续保持着高生产能力和水分利用效率,较CK产量提高17.22%～28.65%,水分利用效率提高0.27～0.73 kg·m^-3; 2013年较BS的产量和水分利用效率差异不显著,其他两年分别提高1.00%～5.92%,0.06～0.20 kg·m^-3;较FS产量提高5.59%～13.50%,2014年水分利用效率差异不显著,其他两年提高0.20～0.43 kg·m^-3,因此AS是较为适宜的深松方式。     

灌溉方式对土壤水分与灌水量影响的模拟研究

为明确灌溉方式对土壤水分和灌水量的影响,采用土壤水分概率模型分析了传统灌溉和连续灌溉的土壤水分概率分布特征与土壤平均水分变化规律,研究了灌溉方式对灌水量的影响效应。结果表明：不同灌溉方式的土壤水分概率分布特征差异明显,连续灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s^*处,传统灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s_fc处;与传统灌溉方式相比,连续灌溉使土壤平均水分含量保持在相对较低的水平,当降雨发生时,其土壤能够容纳更多的入渗水量。连续灌溉明显减少了土壤水分深层渗漏和地表径流损失水量,显著提高了降雨利用率并降低了灌溉水量,从而提高了农业水资源利用率。     

压力水头与土壤容重对微润灌溉水分入渗的影响

为探究微润灌溉条件下水分在不同压力水头、不同容重土壤中的入渗情况,通过室内土箱模拟试验,分别设置h=2.0、1.5、1.0 m的压力水头,土壤容重γ分别为1.20、1.30、1.40 g·cm~(-3),测定累计入渗量、湿润锋及土壤含水率3个指标。结果发现,水分累计入渗量与压力水头为正相关关系,与土壤容重为负相关关系;微润管在空气和地埋出流情况下的流量与压力水头均为线性增函数关系,相同压力下,微润管的空气出流量明显大于地埋流量,微润灌溉系统更适宜采用地下埋管方式;湿润锋是以微润管为中心的近似圆形,水平运移距离与垂直向下运移距离均大于垂直向上运移距离,重力对微润灌条件下水分运移有一定的作用,但该作用随着土壤容重的增加逐渐减小;湿润锋运移距离与时间的关系近似为幂函数关系,入渗指数约为0.5;土壤容重越大,水分在土壤中的入渗速率越小,土壤对水分的蓄持能力越弱;经计算,微润灌溉的灌水均匀性符合要求。     

不同种植密度和土壤水分条件下大田玉米冠层光结构分析

以石羊河流域普遍种植的玉米品种先玉335为供试材料,设置7万株·hm^-2和10万株·hm^-2两种种植密度,充分灌水(W1)、轻度亏缺(W2)、中度亏缺(W3)3种水分条件,测定不同层次冠层光合有效辐射的分布并分析冠层光结构指标在生育期的变化。结果表明:大田玉米下部冠层光分布较优,光结构指标数值约为上部冠层的1.1倍,整体而言,增大种植密度(10万株·hm^-2)增强了冠层光能截获能力,光合有效辐射截获量(IPAR)在34.02～39.38 MJ·m^-2·d^-1,光合有效辐射截获率抽穗期～灌浆期较低密度条件下升高0.40%～4.67%;种植密度增大(10万株·hm^-2)引起群体尺度上光结构的明显劣化,消光系数(K)约为低密度条件下的83%,光合有效辐射在冠层内的衰减不均衡;拔节期低密度种植(7万株·hm^-2)促进光结构指标的改善,随生育期推进,尤其在抽穗期密植(10万株·hm^-2)时下部冠层的光合辐射利用效率降低约5...     

膜下滴灌棉花根系吸水模型研究

通过室内三组桶栽水平试验,在不同生育期对棉花根系进行取样,得到棉花根长密度分布函数,并在每次灌水前后对试验桶进行取土样及称重,进而得到土壤剖面的含水量和棉花的蒸腾量;由根长密度分布函数、土壤含水量及棉花蒸腾量,选定根系吸水模型为Feddes模型,经模型计算:土壤水分的模拟值与实测值吻合较好,该模型能够准确地描述膜下滴灌棉花根系吸水,表明建立的棉花根系吸水模型是可行的。     

膜下滴灌水氮对棉花根系形态和生物量分配变化的影响

通过挖掘法,研究了膜下滴灌不同生育期棉花根系形态特征和生物量分配对不同水氮的响应。结果表明:花铃期,正常灌水促进了根系和地上部的生长,根、地上部干重、根表面积指数、平均根长密度显著增加,根冠比下降。无论灌水量如何,施氮促进了根系和地上部的生长,但对地上部的促进作用远大于根系,表现为根冠比下降。吐絮期,在低氮条件下,灌水量增加,根干重、地上部干重显著增加。在中氮和高氮条件下,不同的灌水量对根干重没有影响。无论施氮量如何,灌水量增加,平均根长密度、根表面积指数显著下降,地上部干重明显增加,根冠比下降。水分胁迫时,中氮的根干重明显高于低氮和高氮处理,而施氮对地上部干重,平均根长密度的影响不明显,根表面积有降低的趋势。正常灌水时,施氮量增加,根干重、根长密度、根表面积指数显著降低,地上部干重以中氮水平最高。花铃期至吐絮期,根干重随生育期的延长明显增加。水分胁迫条件下,平均根长密度、根表面积指数随生育期的延长有增加的趋势。正常灌水条件下,平均根长密度、根表面积指数随生育期的延长下降。