土壤介质特征对水分再分布过程中指流发育的影响

指流研究对农业水肥资源有效利用、环境和水资源污染防治等具有重要意义。为研究土壤介质特性对水分再分布过程中指流发育的影响,该文采用粗质石英砂和细质石英砂2种不同的土壤介质进行试验,探讨了土壤质地、土壤结构（包括均质土体、质地成层土体和湿度成层土体）、土壤初始含水率等土壤介质特征对水分再分布过程中指流发育的影响。通过分析试验结果可知,水分再分布过程中,土壤质地较粗时易于形成指流;增大土体初始含水率会抑制指流的形成和发展;湿润锋向下推移速度受土体初始含水率和指流发育情况的耦合影响;与均质土体相比,细质石英砂覆盖于粗质石英砂之上的层状结构土体中指流的形体更为明显,但其指流发育所需的时间相对较长;而由湿度不同构成的层状结构土体中指流发育进程较慢、程度较弱。研究表明,水分再分布过程中,土体介质的质地、结构和初始含水率等特性能够对指流现象的发生、发展产生重要影响。     

林地土壤的入渗及其模拟分析

本研究对北京密云水库库区的８种主要林分的坡面土壤入渗指标采用双环入渗仪和针头式人工降雨器同时进行测试试验，对常见的四种入渗模型进行了研究和对比，得出了林分的入渗率均大于对照荒草坡。     

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。     

土壤斥水性影响土壤水分运动研究进展

土壤斥水性广泛存在于各类土壤,是影响植物生长、土壤水分运动以及土壤侵蚀等水土过程的重要因素。该文阐述了土壤斥水性的基本概念,介绍了几种常用的斥水性强度测定方法及适用范围。在此基础上,论文对土壤斥水性如何影响土壤水力性质以及水分运动特征等研究现状作了全面评述,重点讨论了近年来该领域的研究热点,如土壤斥水性影响下的指流观测和理论模拟以及斥水性土壤蒸发过程等。最后,提出了相关研究中亟待解决的若干关键科学问题,主要包括确定土壤斥水性影响指流现象和蒸发过程的物理机制的揭示;考虑土壤斥水性参数的土壤水分运动数学模型的构建;以及对新模型的求解及对数值解的理论分析。由于土壤斥水性对土壤水分运动有重要的关联效应,相关问题的深入研究对进一步认识土壤水分运动的内在物理机制具有重要理论意义,也将为掌握和有效利用土壤斥水性提供实践指导。     

耕作措施对土壤入渗的影响

本文通过应用蓄水式和张力测渗仪，对土壤渗透率进行测定，以此来评估不同耕作措施下的近地表土壤孔隙特性。在农户经营的土地上和试验小区上分别选择了３种耕作方式进行比较。不同耕作措施之间的差异性不显著，是因为其内在的变化性，以及未形成地表结皮和明显的犁底层所致。     

土壤有机质含量对土壤入渗能力及参数影响的试验研究

基于土壤质地为壤土的大田水分入渗试验,分析了有机质含量对大田土壤水分入渗能力和考斯加科夫入渗模型参数的影响。研究表明：土壤有机质对大田土壤入渗能力和入渗模型参数的影响都比较明显,土壤累积入渗量随着土壤有机质含量的增加而增大;入渗模型参数k和α值随土壤有机质含量的增加而减小。研究结果对于土壤入渗能力预测模型的建立和地面灌水技术参数的优化具有一定价值。     

容重对土壤水分入渗能力影响模拟试验

通过人工改变土壤颗粒级配,配制典型砂壤、中壤、黏壤,并设置不同容重水平,用土柱积水入渗模拟了土壤容重对其入渗能力的影响,为土壤改良和促进天然降水转化利用提供理论依据。结果表明,容重对土壤入渗能力有较大影响。试验土壤入渗能力随容重增大递减,3种典型土壤稳定入渗速率与容重均呈对数负相关,砂壤120 min累积入渗量与容重呈幂函数负相关,中壤、黏壤则呈线性负相关。考斯加科夫入渗模型中,表征初始入渗速率的参数随容重增大递减,表征入渗能力衰减速度的参数则随容重增大递增,说明土壤初始入渗能力随容重增大递减,入渗能力衰减速度随容重增大递增。     

喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响

为了解岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤入渗特性的影响,以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,分析5种典型土地利用方式裸地(AL)、辣椒地(PL)、玉米地(CL)、林地(FL)、草地(GL)在顺/逆层坡的土壤入渗能力差异,并探讨土壤物理性质对土壤入渗能力的影响。结果表明:(1)＞0.25 mm水稳性团聚体含量、毛管持水量、黏粒以及粉粒含量在顺/逆层坡存在显著差异(p<0.05),其中在>0.25 mm水稳性团聚体含量和毛管持水量方面,分别为PL与FL的顺/逆层坡差异最大,在黏粒和粉粒方面,CL的顺/逆层坡差异最大,且均为逆层坡＞顺层坡。(2)除FL顺层坡的土壤渗透能力低于逆层坡外,其余4种土地利用方式下的土壤入渗能力均表现为顺层坡高于逆层坡。(3)土壤渗透特性在顺/逆层坡均与容重呈极显著负相关关系(p<0.01),在顺层坡与总孔隙度、非毛管孔隙度、＞5 mm水稳性团聚体含量和饱和持水量呈极显著正相关关系(p<0.01),在逆层坡与非毛管孔隙度、饱和持水量、粉粒含量呈极显著正相关关系(p<0.01);通过多元逐步回归分析与通径分析发现,顺/逆层坡土壤入渗能力的首要决策因素均为容重,其次分别为>5 mm水稳性团聚体含量和粉粒含量。(4)对比4种土壤入渗过程的拟合模型,Philip模型对顺/逆层坡的土壤入渗过程拟合效果最佳。研究结果可为喀斯特槽谷区不同岩层倾向的水土流失防治以及植被恢复提供数据支撑。     

黄浦江源头区主要植被类型土壤入渗特征及模拟分析

采用"双环法"测定了黄浦江源头区不同植被类型土壤渗透过程,并应用考斯恰可夫公式、霍顿公式、菲利浦公式和通用经验公式4种常用入渗模型进行了拟合分析。结果表明:(1)落阔林土壤平均渗透率最高,达828.93mm/h,分别是松林、草地、茶园、灌木林、毛竹林、常阔林、裸露地的1.27,1.38,1.48,1.48,1.88,2.04,3.76倍;松林、草地、茶园、灌木林之间,灌木林、毛竹林、常阔林之间渗透性差异不显著;裸露地平均渗透率最低,在5%水平下裸露地平均渗透速率显著低于落叶阔叶林、松林等林(草)地平均渗透速率。各林地土壤的渗透能力之间有差异,但都要强于裸露地,表明森林植被能有效改善土壤的渗透能力。(2)对8种不同样地土壤的典型入渗过程进行拟合的结果表明,考斯恰可夫公式和菲利浦公式拟合理想,以考斯恰可夫公式拟合最佳,而霍顿公式、通用经验公式与实测点拟合较差。     

晋西黄土区长期植被恢复对土壤表层入渗与水分储量差异的影响

[目的]探究晋西黄土高原残塬沟壑区长期不同植被恢复类型对土壤表层入渗与水分储量差异的影响,为未来筛选和增强黄土高原地区天然植被恢复以及人工植被恢复的生态效益评估提供科学参考。[方法]以黄土残塬沟壑区典型的4种植被恢复类型(油松纯林、刺槐纯林、侧柏纯林、天然林)为研究对象,测定4种植被恢复类型下表层30 cm内土壤入渗过程,同时测定土壤容重、机械组成等土壤理化性质,并且监测土壤水分动态变化,核算土壤水分储量并进行差异性、相关性和主成分分析,最后通过3种土壤入渗模型对实测过程进行拟合比较得出其在黄土残塬沟壑地植被恢复区域内的适宜性,对比不同植被恢复类型之间土壤入渗过程及储水量的差异,补充并完善黄土高原地区不同植被恢复类型下的表层土壤水分入渗规律。[结果](1)天然林相较于人工纯林对0—30 cm表层土壤物理性质改善效果更为明显,天然林表层土壤的水分含量较多且保水性较好,人工林相较于天然林对研究区土壤入渗能力改善效果更佳;(2)在不同植被类型下土壤的稳定入渗速率从大到小表现为：天然林>刺槐纯林>油松纯林>侧柏纯林(0—10 cm),油松纯林>刺槐纯林>侧柏纯林&...     

砂层在黄土中发生指流条件的试验研究

根据层状结构土壤在积水入渗过程中存在发生指流的现象,该文针对黄土地区"垆盖砂"的土壤条件,在室内以西安黄土为主体,对6种不同粒径的砂质双层结构土壤进行积水入渗试验,以观测研究发生指流的现象、机理与条件.研究表明:决定砂质双层结构能否发生指流现象的重要因素,一是入渗水流进入砂层后的稳渗率;二是表征砂层物理特性的饱和导水率;并以二者的比值做为判断发生指流现象的一个重要量化指标.根据试验分析,可将该比值＜0.02作为砂层发生指流现象的临界值.该指标也表明,当进入砂层的稳渗率小于砂层饱和导水率1/50时,即可发生明显的指流现象.     

土壤初始含水率对优先流的影响简

土壤中优先流的存在会造成肥料利用率降低以及土壤深层甚至地下水污染.为确定土壤初始含水率对优先流的影响,通过室内含大孔隙土柱定水头入渗实验,以长武黑垆土及渭河砂土为研究对象,分析不同土壤初始含水率对优先流的影响.结果表明：1）相同质地,当土壤初始含水率大于其斥水性的峰值含水率时,湿润锋运移深度随着土壤初始含水率的增大而增大,反之湿润锋运移深度随着初始含水率的增加而减少,不同质地土壤湿润锋运移速度随土壤粉粒质量分数升高而减慢;2）累积入渗量受到土壤储水性及斥水性的双重影响,导致与湿润锋的运移趋势并不一致,黑垆土对照CK组及优先流O-C-30组（除7.04％含水率外）累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,渭河砂土CK组及O-C-30组均呈现2阶段特征,累积入渗量先随着土壤初始含水率的增加而减少,之后随土壤初始含水率的增加而增加;3）Kostiakov入渗模型能很好地拟合累积入渗量随时间的变化过程,适用于存在优先流的土壤入渗模拟.该研究结果对土壤优先流水分模拟具有一定的指导意义.     

室内模拟降雨条件下土壤水分入渗及再分布试验

降雨入渗对城市绿化、防洪排涝、农业生产等方面有着重要的意义。采用室内模拟降雨,使用时域反射仪采集相关数据,从土壤含水率变化特征和湿润锋运移特点等方面,研究了在垂向一维条件下不同雨强降雨对水分入渗的影响,探讨在降雨条件下土壤水分的再分布情况,从而确定试验所用砂壤土保水性最优土层范围。结果表明：降雨结束后,土壤水分的再分布主要受土水势控制,随着时间的延长,蒸发作用逐渐占据主导地位;试验所用砂壤土的最佳保水性土层深度为20～35 cm,可为植物的选栽提供参考。     

土壤水流模式染色剂示踪及优先流程度评估

优先流是结构性土壤水分入渗的主要方式。为了直接利用土壤水流模式分析其优先流程度,该文采用亮蓝染色剂示踪原状与扰动土柱的土壤水运移,定量评估优先流的相对发育程度。研究结果表明原状土柱优先流发育,空间变异性强,受优先流通道的特征控制,其优先流水流模式以蚯蚓大孔隙流和土块裂隙优先流为主。扰动土柱的水流模式为活塞流,无优先流发育。该文提出了随深度变化的染色面积比的变异系数指示原状土柱优先流相对程度的评价准则:变异系数越低,优先流程度越高。变异系数≥0.5%为优先流程度一般发育,0.25%~0.5%之间为发育,≤0.25%为非常发育。并通过原状和扰动土柱灌溉模拟试验验证了评价准则的可靠性。     

耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型及验证

该文旨在通过分析土壤裂隙存在下的土壤优先流运动模式与特点,建立耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型(crack preferential flow model,CP模型)。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和三维土壤裂隙网络区水流运动方程耦合。模拟与试验结果表明,增加降雨或灌溉强度能促进激活裂隙通道作为优先流通道,有利于优先流形成。CP模型及耦合方法较好地描述出了优先流运动的特点,模拟与实测的土壤饱和度均方根误差为0.016~0.025,决定系数均在0.78以上(P0.05),偏差为0.020~0.026,一致性指标为0.918~0.938。与等效连续体模型(Richards模型)相比较,CP模型模拟裂隙存在情况下土壤水流非均匀性规律更有效。研究丰富了土壤优先流理论,对提高农田水分利用率具有重要的意义。     

基于电阻率层析成像技术的农田土壤优先流原位动态监测

针对现有观测技术无法原位监测和判别农田土壤优先流类型、发育位置和演化过程的问题,该研究采用电阻率层析成像技术对野外大尺度条件下的NaCl溶液入渗过程进行原位监测,根据不同时刻监测的剖面视电阻率分布对试验区域的土壤结构分布特征进行分析,对优先流通道发育位置、优先流类型和演化过程进行识别,同时对电阻率层析成像技术识别优先流的精度进行研究。结果表明,试验区域的土壤结构性质不均匀,水平方向5.0～10.0 m范围内的土壤较水平方向0～5.0 m范围内的土壤更为密实;入渗过程中在试验区域土壤疏松区水平方向4.0～5.0 m区间中有非均质指流形成;该指流通道在灌入NaCl溶液9～14 min完全形成,在灌入NaCl溶液60 min时完全退化成基质流;幂函数模型可用来建立剖面视电阻率与Cl-浓度之间的关系。研究成果对农田土壤优先流发育位置与演化过程的原位监测与识别以及防治因水和溶质优势入渗而引起的资源浪费、环境污染和工程地质灾害等具有参考价值。     

初始含水率对土壤中原油入渗的影响

为确定土壤初始含水率对原油在土壤中入渗的影响,该文利用3种土壤,根据设定不同初始含水率进行配置,开展土柱模拟试验,研究了不同初始含水率条件下原油在土壤中的入渗。试验结果表明：对于同一质地土壤,随着初始含水率的增加,原油在土壤中入渗的湿润距离和湿润推进速率均增加。原油在土壤中的入渗与土壤粉粒含量密切相关,当土壤初始含水率较低时,不同质地土壤,粉粒含量越高,原油在土壤中入渗越慢;随土壤深度增加,土壤中原油残留物的含量呈波动递减趋势;原油在土壤中入渗的湿润距离随时间的变化可用对数函数拟合,湿润推进速率与时间的关系可用Kostiakov公式拟合。     

地下渗灌土壤水分运动数值模拟

为了寻找一种准确实用的土壤水分运动模拟方法用于指导田间渗灌,该文对一种橡塑渗灌管田间渗灌过程进行监测,并采用Green-Ampt积水入渗模型和一维水平吸渗模型Philip解法分别对渗灌过程中土壤水分在垂直和水平方向的运动进行模拟,通过与田间实测值对比,检验模型的适用性。结果表明,应用Green-Ampt积水入渗模型模拟田间渗灌过程垂直方向土壤水分运动具有较好的准确性,一维水平吸渗模型Philip解法在水平方向的模拟则存在一定偏差。