土壤类型对优先流路径和磷形态影响的定量评价

以中国贡嘎山由青灰色砂质冰水堆积物发育而成的疏松岩性土壤和德国厄尔士山渍水土壤优先流路径为研究对象,通过野外染色示踪试验和改进的Hedley磷形态提取法,使用优先流染色面积比和优先流程度评价指数定量评价不同类型土壤的优先流程度,通过相关关系分析进一步揭示不同土壤类型中优先流路径对磷形态分布的影响。结果表明:贡嘎山和厄尔士山优先流图片总染色面积比分别为31%和52%,厄尔士山渍水土优先流比贡嘎山疏松岩性土发育较好。贡嘎山疏松岩性土壤优先流发育程度与潜在生物可利用无机磷和有机磷贡献率显著正相关,而即时生物有效无机磷和磷灰石磷与厄尔士山渍水土壤优先流发育程度显著正相关。土壤类型影响优先流路径分布和土壤磷形态分布,从而影响土壤磷赋存状况和下游水质安全。     

土壤水入渗均匀特性的染色示踪试验研究

利用土壤染色示踪剂,对初始水头分别为1.25,2.5和5.0 cm三种情况下的实际入渗模式进行了全局性的观测。染色水流经过的区域被染色,通过照相记录染色分布获得实际流动模式,在此基础上,对水流运动的均匀性进行分析和评价。结果表明:即使在相对均匀的介质条件下,流动也表现出非均匀运动特性,入渗的均匀程度表现出随入渗水量的增加而增大的趋势,但过多的增加入渗水量,对于均匀程度的影响是有限的。     

非饱和土壤导水率分形模型研究

在已有经典导水率模型的基础上,基于分形理论重新探讨了经典模型。从分形几何角度对Millington-Quirk表达式重新进行了解释,以便可以从孔隙率中推导出分形维数,据此推导出了与经典模型相似且更简单的非饱和土壤导水率的分形表达式。基于Brooks-Corey公式获得了k(θ)的幂函数形式,且推导出的幂指数是合理的。     

基于染色图像变异性分析的优先流程度定量评价

应用统计学样本变异性分析方法,结合形态学图像处理技术,对田间尺度下土壤染色剖面优先流染色区的图像进行变异性分析,评价不同处理条件下农地土壤优先流的发育程度。结果表明:土壤湿润锋渗透速率和土壤染色图像指数(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数)的变化均表征湿润农地的优先流程度高于干燥农地;将提出的优先流评价方法与土壤染色图像指数进行对比分析,所得结果相一致,表明所提方法可以准确评价土壤优先流发育程度。优先流区图像变异性分析方法简单易行,提高了直观评价染色图像的准确性,能够从统计学和形态学角度来量化分析土壤优先流的发育程度。     

农田裂隙优先流对灌水模式/初始墒情响应机制及其模拟研究

农田灌溉管理过程中优先流降低水肥利用效率,加剧地下水污染风险。基于碘化钾-淀粉染色示踪试验,分析了地面灌DM、微喷灌WP1(20 mm/h)、微喷灌WP2(40 mm/h)处理下的裂隙优先流特征,验证了基于水量平衡的双域渗透模型的有效性,并采用4组初始体积含水率（0.20、0.25、0.30、0.35 cm3/cm3）与5组灌水强度（12.0、24.0、36.0、48.0、60.0mm/h）旋转组合设计进行模拟应用分析。结果表明,WP1、WP2处理整体上水分以均匀的基质流形式入渗;DM处理下的土壤剖面染色区域在垂直方向上可明显划分为基质流区（0～6.9 cm）和优先流区（>6.9 cm）。此外,DM处理下的基质流深度、灌水均匀度显著（P<0.05）小于WP1、WP2处理,而其优先流指数及湿润锋弯曲度均极显著大于（P<0.01）WP1、WP2处理,这表明地面灌可以激活更多的优先流路径,增大优先流发育程度和空间异质性,降低灌水质量。基于水量平衡的双域渗透模型可有效预测不同灌水强度下的基质流深度和土壤剖面染色面积比变化趋势（R2≥0.927 6、NSE≥0.884 4、RS...     

土壤表面不平度分形特性的图像分析方法

研究了分形几何理论和图像处理技术在土壤表面不平度分形维数计算方法中的应用。利用分形几何的相关理论针对图像预处理后的表面形貌的图像数据建立数学模型,得到可以表征土壤表面不平度的分形参数。为此,共选择了3种不同耕作方式的土壤表面作为研究对象,运用自行设计的程序进行了表面分形维数的计算。结果表明:不同类型表面的分形维数相差较大,利用分形维数能够进行土壤表面不平度的有效表征,同时能对不同类型的土壤表面进行准确分类。     

土壤干缩裂缝几何特征对入渗的影响

通过碘-淀粉染色示踪试验,结合数字图像处理技术,分析了裂缝宽度、深度及表面裂缝面积率3个裂缝表征参数对土壤水分入渗的影响。研究结果表明:大裂缝即实际宽度大于1.25 cm的裂缝,其入渗深度超过45 cm,能够促进土壤水分入渗,为水分运移提供明显的优先通道,随着大裂缝宽度的增加,入渗深度在45~65 cm范围内变化,没有明显的规律,小裂缝对入渗的作用不明显。裂缝深度较小时,土壤水分可看作一维半无限均匀运动,而深度较大的裂缝对入渗的影响显著,土壤水分运移表现出明显的优先流特征。表面裂缝面积率与湿润的土体体积具有良好的正相关关系(r=0.95),建立了一元回归模型,并提出以表面裂缝面积率作为裂缝对入渗影响程度的表征指标,面积率越大,裂缝对入渗的作用越明显。     

基于多指标评价和分形维数的坡耕地优先流定量分析

以重庆紫色砂岩区坡耕地田间染色示踪试验为基础,采用形态学和统计学方法,对3种坡耕地土壤剖面染色图像进行指标提取,运用多指标评价法确定了优先流指数PFI,并结合几何学中的分形理论,定量评价了土壤优先流的发育程度。结果表明:6个优先流特征指标(优先流区染色面积比、基质入渗深度、优先流分数、长度指数、峰值指数和变异系数)均表现出南瓜地和柑橘地的优先流程度高于玉米地;优先流指数PFI由大到小为南瓜地(0.88)、柑橘地(0.77)、玉米地(0);通过Fractal Fox 2.0软件计算得到的优先流湿润峰迹线分形维数由大到小为南瓜地、柑橘地、玉米地。与土壤优先流指数PFI进行比较,所得结果基本一致,说明利用分形维数来评价土壤优先流发育程度是准确可行的。     

多嵌套空间尺度农田土壤重金属空间变异研究

运用地统计学技术对棕壤土典型地块进行了重金属多尺度嵌套空间变异和结构来源分析.选取5种反映土壤污染水平的典型重金属元素铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、铬(Cr)以及类重金属元素砷(As)进行采样检测.利用克里格法插值拟合,选择最优拟合模型,确定了合理采样间距.结合半方差和分维数分析,研究确定了合理采样尺度.采取主成分分析和半方差分析相结合的方法,确定土壤重金属来源,指导农业管理措施.研究表明,农田土壤重金属主要由成土母质、降水灌溉和农药施肥构成.中等尺度符合半方差模型拟合,变程的范围从319 m到752 m不等.其中球面模型更适合土壤重金属空间分布拟合描述.     

基于土壤非饱和状态下对水稻田产流模型的改进及验证

水稻灌溉需水量是一个地区农田水利规划、灌溉系统规划的重要参数,也是合理开发利用水资源、水资源调度和实现地区可持续发展的重要依据。在水量平衡的基础上,对蒸散发项和渗漏项的计算方法做出改进,其中对蒸散发项的改进参考了新安江模型中二层蒸散发模型的计算方法,渗漏项的计算在实验的基础上采用半经验半理论的方法改进。最后,结合当地的...     

水及溶质在大孔隙土壤中运移的实验研究进展

详细介绍了有关水及溶质在有大孔隙的土壤中运移确定土壤大孔隙大小分布的实验及含有大孔隙土壤的水流实验。指出今后应进行大量的室内外实验和改进观测方法来获得大量的数据资料 ,从定性和定量二方面来研究大孔隙流。最后介绍了分形几何在土壤大孔隙流研究中所取得的成果 ,指出应用分形几何确定土壤大孔隙流性质是一种省时、省力和代表性的好的方法     

点源滴灌地表积水区半径运移模型分析

为了探明滴灌地表积水区的运移机理以水量平衡原理和考斯加科夫入渗公式为基础,建立了描述点源滴灌地表积水区半径运移的数学模型,并在沙壤土和中壤土上进行了点源滴灌地表积水区实验验证,以此对模型中各参数的作用做了理论分析。结果表明,地表积水区半径随积水时间呈幂函数增大;土壤入渗指数决定着积水区半径的运移速度,它们之间呈正相关关系;滴头流量决定着积水区出现时间,它们之间呈负相关关系;所建立的地表积水区半径运移模型适用于评价积水区的运移阶段。该模型能为理解地表积水区运移机理提供帮助。     

分形在土壤空间变异性评价中的应用研究

针对土壤空间变异性问题,研究了分维数和土壤空间变异性的关系。应用Green-Ampt入渗模型模拟出十种土壤的下渗湿峰深度值,它们的大小依次是:壤质砂土、沙壤土、沙质黏壤土、壤土、粉砂壤土、砂质壤土、黏质壤土、粉砂黏壤土、黏土、粉砂黏土,然后计算出十种土壤随机组合构成的100种土壤剖面的湿峰形状分维数,用这些分维数来描述土壤空间变异性。同时用反距离加权法和相邻两参数平方均值法算出土壤区域属性值,并与分维数进行比较,再通过对土壤空间变异性(用土壤饱和水力传导度来表示)的统计分析和分维数关系的分析,得出湿峰的分形维数与KS具有较明显的分带关系,而且这种关系在实际流域中会更明显。总的来说,土壤空间变异性越大,分形维数df越大。因此可以看出,用分形来评价土壤空间变异性是可行的,并取得了不错的效果。     

基于Matlab地表滴灌土壤水分运动的数值模拟

滴灌条件下土壤水分运动规律是当前农业工程中重要研究领域。基于土壤水运动基本方程,结合作物根系吸水特点,建立了地表滴灌条件下土壤水分运动二维数学模型。应用Matlab软件,通过数值模拟方法,得出了Van Genuchten模型的参数值,推导了渗透参数拟合公式,进一步对地表滴灌土壤水分运动过程进行模拟。同时,利用Matlab强大的绘图功能对拟合曲线与实测数据进行了直观的比较。结果表明,所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动变化具有较好的模拟效果。     

施加生物质炭对盐渍土土壤结构和水力特性的影响

以江苏省沿海围垦区盐渍土为研究对象,基于Micro-CT图像扫描技术,分析施加生物质炭后改良盐渍土土壤孔隙度、土壤水分特征曲线以及非饱和导水率等土壤特性的变化,并建立分形模型预测土壤水力性质,以此揭示施用生物质炭对于海涂围垦区盐渍土土壤结构和水力特性的影响。试验设置0、2%、5%(与表层0～20 cm土壤质量比) 3个生物质炭添加水平,重复3次。结果表明:施加5%生物质炭显著降低盐渍土土壤容重,增加土壤总孔隙度和大孔隙度;大于0. 25 mm水稳性团聚体质量分数显著增加,增加土壤孔隙分形维数;提高土壤饱和含水率和饱和导水率;结合Micro-CT图像扫描技术和孔隙分形理论预测改良盐渍土土壤水分特征曲线和非饱和导水率,预测效果精度高,能够用于实际问题的研究。     

杨凌包气带深层黄土颗粒分形特性的实验研究

通过对包气带深层黄土土壤样品颗粒组成的分析,研究了土壤颗粒体积分形维数与土壤各粒级含量的关系.同时利用实测的土壤水分特征曲线,拟合得到其分形模型中的孔隙大小分形维数,最后对颗粒体积分形维数与拟合的孔隙大小分形维数的关系进行了对比研究.结果表明:体积分形维数介于2.577～2.748之间,且随包气带层深度的增加分形维数呈减小趋势;体积分形维数与0.5～0.25 mIn、0.02～0.002 mm颗粒含量呈显著负相关,与0.25～0.05 mm、＜0.002 mm颗粒含量呈显著正相关,所建立的多元回归方程拟合的体积分形维数相对误差限为0～0.42%,具有较高的精度;同一质地的颗粒体积分形维数与土壤水分特征曲线分形模型中的孔隙大小分形维数呈良好的线性关系.     

不同质地条件下土壤表层温度与土壤蒸发量的关系研究

土壤表层温度与土壤蒸发量有着紧密联系,土壤质地对二者均有着重要影响。【目的】探究不同质地土壤表层温度变化对土壤蒸发的影响。【方法】选取2种质地原状土(粉壤土与砂土),进行配比混合,得到5种不同质地土壤。测量1次性供水与充分供水条件下不同土壤的蒸发量、土壤表层温度数据、土壤砂粒量,探究不同质地条件下土壤相对蒸发量(RE)和土壤表层相对温度差(RT)的关系。【结果】①1次供水和充分供水条件下RT随着蒸发过程的进行逐渐增大,当蒸发过程至水汽扩散阶段时,RT趋于稳定;②随着土壤砂粒量增大,蒸发至水汽扩散阶段时对应的RT逐渐减小;③土壤质地相同情况下,RT越大,其RE越小,回归建立了二者的二次函数关系;④RT相同情况下,土壤中砂粒量越高,其RE越小。【结论】土壤中砂粒量的不同,使土壤孔隙、热容量等性质产生差异,导致蒸发过程中土壤温度及蒸发量变化出现规律性特点,RE与RT呈与含砂率有关的二次函数关系。