不同水质灌溉对土壤斥水性的影响

针对以物理方法消除斥水性的土壤进行污水灌溉后,土壤斥水性是否会很快重新出现的问题,采用自来水和3种不同生活污水为水源,对这种土壤进行滴灌,在灌溉了4个月和8个月后分别进行了斥水性差异显著性分析。结果表明,土壤斥水性会在灌溉一定时间后重新出现,并且与灌溉的时长和水质的优劣呈显著正相关。     

土壤斥水性研究进展

简述了土壤斥水的基本概念,归纳了土壤斥水对农田水分循环、水土保持、地下水环境等的影响,分析了土壤斥水发生的原因,总结了国内外已采用的斥水度测定方法及其各自特点,并对土壤斥水度空间变异性、斥水土壤在入渗和蒸发过程中的水分运动规律及斥水土壤入渗性能改善方法的研究现状作了较全面的分析和评述。由于土壤斥水与农田水分循环、微生物活动、产流产沙和地下水环境污染之间存在密切联系,因此有必要进行相关问题的研究。     

翻耕法对土壤斥水性改良效果

为了消除土壤斥水性对农业生产的不利影响,对以色列具有强斥水性的2种土壤（黏性土、砂质土）、4种不同深度的翻耕处理（0～2.5,0～10,0～20,0～30 cm）和种植与否（种植、不种植）共进行16个处理,研究翻耕法对土壤斥水性的改良效果.对于种植的处理,每隔4个月重新进行翻耕处理一次,对于不种植的处理,在试验过程中不再进行翻耕处理,以1年时间为试验期,在每个阶段开始和结束时测定土壤斥水持续时间,最后对各试验在不同阶段土壤斥水持续时间进行比较分析.结果表明：对斥水性土壤进行翻耕处理的物理方法可以暂时消除土壤的斥水性,但斥水性又会在灌溉一段时间后重新出现,经过多次翻耕可有效地消除土壤的斥水性,消除效果随翻耕次数、时长和翻耕深度呈显著的正相关关系.翻耕法对黏性土壤的改良效果明显好于砂质土壤.研究结果可为物理方法进行土壤改良提供理论依据.     

土壤斥水性对含水率的响应模型研究

选用以色列3类不同质地的10种不同斥水性的土壤为研究对象,采用滴水穿透时间法测定土壤斥水性对含水率的响应关系,得到了不同土壤斥水持续时间随含水率变化的规律,通过Gaussian模型、Lorentzian模型和Lognormal模型对这种规律进行回归分析,最终得出了土壤斥水持续时间随含水率的变化规律符合Lorentzian模型。由此响应模型,就可以根据某种土壤部分斥水性对含水率响应的实测数据,计算出土壤斥水性的峰值含水率、峰值斥水性以及临界含水率,为不同土壤斥水性进行对比和土壤改良提供理论依据。     

不同污染程度的水对土壤斥水性的影晌

污水在农业灌溉中的回用是一种有效的节水途径,但长期应用会导致土壤斥水性的提高.本研究以以色列西南部Berry的原状土壤为例,研究了8种不同污染程度的灌溉用水对土壤斥水性的影响,并用统计分析方法从多个水质参数中找出主要的影响因素.结果表明,土壤斥水性与综合水质指标F值具有很高的相关性,相关系数为0.957,呈极显著正相关;多元回归分析发现,水质中有机质含量指标化学需氧量(COD)是影响土壤斥水性的最主要因素,其次是浑浊度(Turbidity),它们与土壤斥水性建立的多元回归方程的相关系数达0.997.仅用化学需氧量(COD)与土壤斥水性建立关系,相关系数为0.877.这为进一步研究土壤斥水性和节水灌溉提供理论依据.     

烘干温度和时间对潜在土壤斥水性的影响研究

为研究不同烘干温度和时间对测定土样潜在斥水性的影响,选用以色列2种类型的4种土壤,通过在25、45、65和105℃的4种不同温度和不同时间的组合对土壤样品进行烘干,然后测定潜在土壤斥水性,最后分析不同烘干温度在不同时间下对不同土壤潜在斥水性的影响。结果表明,在测定土壤潜在斥水性时的最佳烘干温度为45～65℃,最佳烘干时间为24h。     

土壤斥水性影响因素及改良措施的研究进展

论述了森林火灾、土壤含水率、有机质含量、pH值、生物膜和粘土矿物质等因素对土壤斥水性的影响以及国内外土壤斥水性改良措施的研究进展,并提出当前土壤斥水性研究的重点和今后的研究方向是土壤毛孔或粒子范围方面的研究、土壤含水率和斥水性的表达、大范围田间斥水性对不同水文学要素的定量影响,同时指出国内土壤斥水性的研究发展方向.     

土壤斥水性影响因素及改良措施的研究进展

论述了森林火灾、土壤含水率、有机质含量、pH值、生物膜和粘土矿物质等因素对土壤斥水性的影响以及国内外土壤斥水性改良措施的研究进展,并提出当前土壤斥水性研究的重点和今后的研究方向是土壤毛孔或粒子范围方面的研究、土壤含水率和斥水性的表达、大范围田间斥水性对不同水文学要素的定量影响,同时指出国内土壤斥水性的研究发展方向。     

妫水河流域土壤斥水性分布与影响因素研究

为了研究我国北方土石山区流域土壤斥水性影响因素及其分布规律,以妫水河流域为例开展了野外调查和室内研究。对流域内9种植被类型共385个土壤样本的滴水穿透时间(Water drop penetration time,WDPT)与土壤有机质含量、p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积进行统计分析。研究表明:WDPT由大到小依次为有林地、灌木林、疏林地、果园、高覆盖度草地、旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、滩地。有林地和灌木林为强烈斥水性,疏林地和果园为轻微斥水性,高覆盖度草地无斥水性,旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地和滩地为亲水性;土壤斥水性在流域的空间分布上表现为西北部、东北部和东南部山区斥水性较大,中部盆地斥水性较小;在垂向分布上表现为表层最大、中层次之、深层最小;WDPT与土壤有机质含量呈正相关性,与p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积呈负相关性;土壤p H值和有机质含量是斥水性的主要影响因素,质量分形维数、土壤颗粒比表面积是次要因素。     

中南地区典型地带性土壤的斥水性及其影响因素分析

选取我国中南地区不同发育程度典型旱作土壤为研究对象,通过测定土壤基本理化性质与滴水穿透时间(WDPT),探究了该区域土壤斥水性变化规律及其影响因素。结果表明,(1)自北向南,随着水热条件增加,土壤p H值逐渐降低,游离氧化物(Fed、Ald)逐渐增加,非晶质氧化物(Feo、Alo)没有明显的地带性变化;表层有机质量高于下层,而林地表层高于耕地表层;(2)供试土壤均为亲水性土壤,WDPT分布在0.47~4.00 s之间,自北向南土壤斥水性整体呈逐渐降低的趋势;(3)WDPT与p H值、CEC、粉粒量显著正相关(r0.54,p0.05),砂粒量、非晶质氧化铁(Feo)、游离氧化铁、铝(Fed、Ald)与WDPT呈负相关关系(r-0.56,p0.05)。逐步回归分析表明,Fed和Feo对土壤斥水性的影响最显著(R2=0.71,p0.01),可以用来评价和预测土壤斥水性。     

土壤的斥水性和含水量变化关系的数学模型

以以色列西南部Berry的原状土壤为例,采用滴水穿透时间法测定土壤斥水性随土壤由湿到干的变化情况,并对此关系建立正态、指数正态、对数正态3种数学模型,在对各模型进行综合指标评定后得出,指数正态模型为最佳数学模型。经实测数据进行验证和误差分析,预测结果很好。为进一步研究土壤斥水性和进行土壤改良提供理论依据。     

土壤斥水性与有机质质量分数的变化关系研究

土壤有机质质量分数是影响土壤斥水性的最主要因素之一,为研究二者之间的关系,选用以色列3类不同质地斥水性土壤为对象,分别在田间和实验室测定土壤斥水性和有机质质量分数,并绘制土壤斥水性和有机质质量分数的等值线图和关系图。结果表明,对于粘性土壤和沙质土壤,土壤斥水性随有机质质量分数成幂指数关系,但对于壤土,二者之间没有非常明显的线性关系。研究结果可为分析不同土壤的斥水性影响因素和土壤改良提供理论依据。     

不同质地斥水土壤的入渗模型

为了对斥水土壤的入渗特性及形成机理作进一步研究,分别对4种不同质地的斥水土壤进行了一维土柱垂直积水入渗试验.作图分析了斥水土壤入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋的变化情况及入渗结束后剖面含水率的分布,并采用4种入渗模型对入渗率随时间变化情况作了对比;对累积入渗量与湿润深度之间的关系采用线性关系进行了描述.结果表明:与亲水土壤相比,4种斥水土壤在入渗过程中自某一时刻会出现入渗特性的改变:I-t,zf-t及z_f-I曲线均会自某点起发生转折,以此转折点可以将整个入渗过程分为转折前和转折后进行分析.Kostiakov公式可以较好地描述亲水土壤在整个入渗过程中及斥水土壤入渗转折前的i-t关系;不同质地的斥水土壤在入渗转折后入渗率变化情况差异较大;斥水土壤湿润锋与累积入渗量之间的关系可以在转折前后采用两段线性公式进行较好地描述;发现了斥水土壤剖面较上层土壤含水率大于亲水土壤的现象.     

保水剂对土壤持水性影响及在不同土壤中效果比较

为分析保水剂对土壤持水性的影响以及对不同土壤持水效果进行比较,按保水剂质量占土壤质量百分比设计0.10%、0.30%、0.50%、1.00%、以及对照(土壤不加保水剂)5个处理进行室内试验。结果表明:保水剂可提高土壤的持水性,土壤保水率随保水剂用量增加而增大,3种土壤施用比例为0.10%~1.00%的保水剂,经过7h恒温蒸发后土壤平均保水率较对照提高103%~187%。但是,当保水剂达到一定用量后,保水率增幅效果不显著。综合3种土壤平均保水率,保水剂比例为0.10%时,恒温蒸发7h后与对照差异显著,当比例增大至0.30%时,虽然与对照相比存在显著差异,但与比例为0.10%时相比无显著差异,当比例逐渐增大至0.50%和1.00%时,与比例为0.30%时相比,相互间也无显著差异。保水剂对提高不同土壤持水性方面的功效存在差异,且差异的大小与水分蒸发时间及保水剂用量有关。土壤水分蒸发初期(1~2h),不同保水剂用量,3种土壤的保水率无明显差异;土壤水分蒸发后期(2h后),保水剂对提高不同土壤持水效果的差异逐渐显现,总体上在黏粒含量较低的壤沙土中的应用效果要好于黏粒含量较高的沙黏壤土和壤土。3种土壤施用比例为0.10%~1.00%,经过7h恒温蒸发后保水率较对照提高分别为:壤沙土293.08%~591.29%,沙黏壤土181.85%~249.78%,壤土29.53%~73.03%。针对本试验所测试的壤沙土、沙黏壤土和壤土3种土壤,保水剂更适宜在黏粒含量较低的壤沙土中使用,用量以保水剂占土壤质量百分比为0.10%为宜。     

斥水性砂土水-气形态及其对斥水-亲水转化的影响分析

处于地球表面的土壤,尤其是耕作层土壤,受外界因素影响其接触角可能会发生改变。通过试验对不同接触角的壤质砂土中的孔隙水-气形态分布状况进行研究,试验结果表明:砂土颗粒与孔隙水间的接触角增大会使表层土壤中水封闭土层厚度减小,但接触角增大到一定值后,水封闭层的厚度不再发生变化。随着接触角的增大,气封闭层的厚度不断减小。与连续固体表面不同,砂土颗粒的接触角小于90°甚至降低至36°也会出现明显的斥水现象,但随着砂土中饱和度的增大,斥水现象会消失,砂土斥水与亲水转化时对应的饱和度与水封闭向双开敞转化时对应的饱和度基本一致,因此,砂土亲水与斥水转化时对应的临界含水率与孔隙水气分布形态密切相关,通过理想模型对两种不同水-气形态下土壤的基质吸力变化分析可以发现,产生这种现象是因为当土壤由水封闭变为双开敞时,水-气交界面在液体侧的曲率中心消失(接触角小于90°),气-液界面引起的基质吸力恒为正。     

覆膜开孔条件下斥水性层状土壤蒸发实验

覆膜开孔影响田间非均质土壤的水分运动过程,尤其当斥水程度不同时,其运动过程更趋于复杂.在控制土表不同覆膜开孔率条件下,进行了不同斥水程度的塿夹砂和砂夹塿的土柱蒸发实验,测定和分析了不同条件下土壤水分蒸发量变化过程和含水率剖面.结果表明,全覆膜的累积蒸发量-时间曲线明显较低,相应的蒸发10d后土壤水分剖面也与初始水分剖面接近,对于塿夹砂尤其明显.覆膜开孔率增加时,同条件下两种层状土的累积蒸发量与全覆膜相比均有明显增加,表明一旦覆膜开孔,覆膜保墒效应便明显降低.斥水程度增加时,累积蒸发量有所减小,说明斥水性的存在降低了水分运移速率.当土壤为严重斥水时,斥水性对水分运动过程的影响比覆膜开孔率的影响更明显.对于不同斥水程度的塿夹砂,采用对数函数表达累积蒸发量和时间的定量关系较好,而对于不同斥水程度下的砂夹塿分别采用幂函数和对数函数表达.     

CaCl2溶液灌溉对土壤水盐与斥水性分布的影响

选用砂土和盐碱土并添加斥水剂,采用0、1、3和6g/L的CaCl2溶液进行室内土柱入渗试验,对比灌水水质对土壤水盐及斥水性分布的影响。结果表明:咸水灌溉后,砂土1和亲水盐碱土的累积入渗量、湿润锋和入渗率曲线均较光滑;而砂土2和斥水盐碱土的入渗特征曲线不如砂土1的光滑,入渗过程比前者慢得多。灌水矿化度增加对盐碱土的入渗过程影响更明显。Philip模型与Kostiakov公式拟合亲水土壤入渗率过程都较好。砂土1和砂土2在咸水灌溉后剖面的滴水穿透时间都比初始值有所增加,但最大增加值仅3.6 s。盐碱土灌后剖面的滴水穿透时间增加明显,最大增加值为19 s。灌水矿化度增加对电导率、Ca2+质量浓度和Cl-质量浓度分布均有影响。研究表明咸水灌溉不仅影响水盐分布,而且对斥水性也有不同程度的影响。     

灌溉水质和灌水方式对红壤斥水性及其理化性质的影响

以蒸馏水为对照,选取再生水和稀释2,4,6倍再生水等4种低质水,采用连续灌溉和再生水-蒸馏水交替灌溉等2种灌溉方式对红壤进行1年的处理,以此探明灌溉水质和灌水方式对酸性土壤斥水性、pH、盐分及有机质质量比的影响.结果表明:2种灌溉方式下红壤均产生亚临界斥水性,连续灌溉下红壤接触角比交替灌溉平均增加了23.1°;2种灌溉方式均使红壤酸性增强,盐分和有机质质量比增加,其中连续灌溉下的增长率大于交替灌溉下增长率;连续灌溉下红壤斥水性、pH、盐分和有机质质量比随灌溉水质的变化均可用二次函数来描述,决定系数均在0.9以上;交替灌溉下,红壤斥水性和盐分与灌溉水质的关系可用二次函数来表示,决定系数均在0.9以上,而土壤pH和有机质质量比与灌溉水质相关性不明显;2种灌溉方式下,红壤斥水性与pH呈负相关,与盐分质量比呈正相关,与土壤有机质质量比在连续灌溉下表现为正相关,而交替灌溉下则相反.采用再生水-蒸馏水交替灌溉方式能抑制土壤斥水性的产生.     

秸秆全量深翻还田和施加生物炭对不同土壤持水性的影响

【目的】研究秸秆深翻还田对土壤持水性的影响机理。【方法】采用连续4 a玉米秸秆全量深翻还田定位试验和土壤有机碳梯度入渗淋溶模拟试验,秸秆全量深翻还田1~4 a处理(SF1、SF2、SF3和SF4),以不深翻秸秆全量还田处理作为对照(CK);土壤有机碳入渗淋溶模拟试验研究了2种质地土壤(砂土、壤土)的不同质量比生物炭处理条件下的土壤水力传导性,砂土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKS、BS、CS、DS、ES、FS,壤土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKR、BR、CR、DR、ER、FR,应用单环入渗法测定了土壤平均入渗速率和累积入渗量,应用压力膜法测定了土壤水分特征曲线。【结果】秸秆全量深翻还田后,相同的静水压力下,SF4处理持水性比CK降低21.05%,土壤平均入渗速率比CK增加82.07%,累积入渗量比CK增加225.09 cm;随深翻秸秆还田年限(随年份和深翻措施的累积增加)的增加,土壤持水性逐渐降低,土壤平均入渗速率逐渐加快,土壤的累积入渗量逐渐增多;在土壤体积质量保持不变的情况下,随生物炭量的增加,砂土的入渗速率、累积入渗量减小,持水能力升高;当生物炭添加比例从1%到8%时,壤土累积入渗量、入渗速率递增,持水能力降低,当添加生物炭量为10%时,较添加8%生物炭处理时土壤持水性略有升高,土壤持水性变化规律出现波动。秸秆全量深翻还田增加了土壤有机质量,土壤有机质的腐解增加了土壤生物炭量,同时结合室内模拟试验的结果,生物炭量的增加改善了土壤(0~40 cm)持水性和通透性。【结论】应适度采取秸秆深翻还田来改善土壤的持水性,可为春玉米的连续高产稳产提供良好的土壤水分环境。     

影响土壤斥水性的污灌水质主成分分析

为了探明不同污灌水质对土壤斥水性的影响,研究采用12种不同污染程度的生活污水对以色列3种类型的5种斥水土壤进行斥水性测定分析,通过对非均质条件下测定的土壤斥水持续时间进行标准化处理,并对12种污水中的9种独立水质指标进行主成分分析,计算污水水质综合指标,分析不同污水水质综合指标和不同主成分分量与土壤斥水性持续时间的关系.研究结果表明:黏性土和壤土的斥水持续时间与综合水质指标F值呈线性正相关关系,即土壤斥水持续时间随水质污染程度的增大而增大;砂质土壤的斥水持续时间与F值不具有统计学意义,即土壤斥水持续时间不受水质污染程度的影响.经多元回归分析得出,水质中的2个主成分分量与黏性土和壤土的土壤斥水性都呈正相关关系,而且第一主成分对土壤斥水性的影响大于第二主成分.