生物炭对黄土区土壤水分入渗、蒸发及硝态氮淋溶的影响

为了揭示生物炭对黄土区不同质地土壤水分入渗、蒸发特性及硝态氮淋溶的影响规律及差异,该研究选取黄土区3种典型土壤(风沙土、黄绵土和黑垆土),设置质量分数0、0.5%、1%、2%、3%和5%共6个比例的生物炭梯度,进行室内土柱模拟试验。结果表明:湿润锋进程与累积入渗量受生物炭添加量及土壤质地的影响。随着生物炭添加量的增大,风沙土和黑垆土的水分入渗速度和累积入渗量逐渐降低(P0.05);黄绵土水分入渗和累积入渗量呈先增大后减缓的趋势(P0.05)。生物炭未显著影响试验条件下黄绵土和黑垆土的累积蒸发量(30 d),但显著改变了风沙土的蒸发特征,抑制前期蒸发。不同生物炭添加量下,3种土壤的湿润锋运移距离与运移时间均符合幂函数关系;Philip入渗模型可描述添加生物炭土壤水分入渗变化过程。生物炭可减少黄土区3种质地土壤的硝态氮淋溶量,表明适量生物炭添加能够增强土壤氮素固持能力,降低硝态氮淋失及环境风险。该研究结果表明,生物炭作为一种土壤改良剂能够提高土壤持水性和降低硝态氮淋失,有利于黄土高原旱地作物的生长;同时该研究可为农田选择合理生物炭施用量提供科学参考。     

不同生物炭施加量的土壤水分入渗及其分布特性

为了揭示生物炭施加到黑土区土壤后形成的特殊双层土壤结构对土壤水分入渗及其分布的影响,该研究采取室内与田间试验相结合的方法,探讨了积水入渗条件下不同生物炭施加量(0、10、20、40和80 t/hm~2)的土壤水分入渗特性,并建立了生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型,对不同生物炭施加量的农田土壤水分分布进行了模拟。结果显示,生物炭-土壤双层结构土壤水分入渗过程表现为斜率由大变小的两段非线性曲线,转折点为入渗锋面到达生物炭-土壤交界面后暂停继续下渗,上层土壤质量含水率累积到界面含水率超过临界含水率42.5%的时间;生物炭的施加使土壤入渗率、饱和导水率和临界吸力与对照相比提高的比例范围分别为21.95%~112.20%、14.29%~52.38%和13.75~78.69%,同时也可显著增强上、下层土壤的持水性能。在上层土壤厚度为20 cm时,影响临界吸力的因素只有生物炭的施加量,且其与施炭量的相关性大于土壤入渗率和饱和导水率;施用生物炭条件下的土壤水分分布规律可以用本研究所建立的生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型来表达。研究表明,生物炭添加能够改善黑土区土壤持水能力和水分入渗特性,有利于作物生长,减少地表径流和水土流失;同时也为生物炭在黑土区农业生产上的应用选择合理施加量提供科学参考。     

不同秸秆生物炭对土壤水分入渗和蒸发的影响

探究不同秸秆生物炭对土壤入渗和蒸发的影响,对于秸秆废弃物的资源化利用和水土资源高效利用具有重要意义。选取3种秸秆(油菜、藜麦和马铃薯)为原料制备生物炭,采用室内土柱模拟方法,探究不同材料生物炭对土壤湿润过程、累积入渗量和蒸发过程的影响。结果表明:不同材料生物炭下的土壤入渗和蒸发过程存在显著差异。马铃薯杆炭显著促进了湿润锋的运移,而藜麦杆和油菜杆炭在中后期减缓了湿润锋的运移速度。添加生物炭处理均提高了土壤早期的入渗速率,降低了土壤后期的稳定入渗速率,其中马铃薯杆炭表现最好,促进了早期入渗,而且后期入渗降低少,在入渗55 min时,马铃薯杆炭累积入渗67.8 mm,比对照提高41.8%。在模拟施炭土壤的入渗过程方面,Kostiakov模型表现最优。施炭对于前期土壤蒸发无显著影响,但显著提高了后期的土壤蒸发量。蒸发30天后,马铃薯杆、油菜杆和藜麦杆炭累积蒸发量分别比CK高5.2%,9.2%和10.2%。马铃薯杆生物炭能显著提高土壤的入渗能力。研究结果为青海省东部农区选择合适的生物炭种类提供了科学依据。     

生物炭和PAM混施影响煤矸石基质水分的入渗和蒸发

探究生物炭和聚丙烯酰胺(PAM)混施对煤矸石基质水分入渗和蒸发的影响,可为矿区矸石山土壤水分的调节提供依据。采用模拟土柱方法,研究不同矸土比(1∶2,1∶1和2∶1)的煤矸石基质,在混施生物炭(1%,2%和4%)和PAM(0.5‰和1‰)条件下,基质水分的吸持性能、入渗及蒸发特征。结果表明:(1)对煤矸石基质入渗性能的影响程度为生物炭PAM矸土比;随生物炭施用量的增加,基质的饱和含水量以及入渗速率均呈增加趋势,而PAM施用量的增加则减弱了煤矸石基质的饱和含水量和入渗速率。(2)添加1‰PAM处理的基质累积蒸发量均低于添加0.5‰PAM的处理;矸土比对煤矸石基质水分蒸发影响程度较生物炭和PAM大。(3)聚类分析表明,4%生物炭和0.5‰PAM混施时煤矸石基质的水分吸持性能及入渗速率较高;而矸土比为2∶1时,2%的生物炭和1‰的PAM混施可减弱基质水分的蒸发。总之,增加生物炭施用量有利于基质水分入渗,而PAM用量的增加,可抑制煤矸石基质水分的蒸发。     

生物炭不同施用方式对水盐调控及小麦苗期生长的影响

为研究生物炭不同应用模式对盐碱土水盐调控及小麦苗期生长的影响。通过室内桶栽模拟试验,生物炭以2种物理状态(粉状和杆状)、3个添加量(1%,3%和5%质量百分比)分别作为覆盖和添加物,以不添加生物炭的处理作为对照。结果表明：“干播湿出”条件下,FF(粉状覆盖)、GF(杆状覆盖)处理小麦出苗率分别为对照(CK)的7.33～9.00,3.00～3.33倍;FH(粉状混合)、GH(杆状混合)处理的出苗率较CK分别提高66.67%～166.67%,33.00%～367.00%。FF、GF处理的株高大幅提高,较CK分别提高21.52%～34.55%,24.54%～40.48%;FH、GH处理的株高小幅提高,较CK分别提高-1.35%～12.22%,3.76%～8.59%。不同应用模式的灌后含水率差异明显,FF处理的表层土壤较CK提高0.31%～15.58%;而GF处理的表层土壤含水率较CK下降0.40%～7.65%;FH、GH处理的土壤含水率较CK分别提高7.33%～18.61%,1.33%～18.38%;蒸发后FF、GF处理的含水率较CK分别提高4.34%～45.38%,27.08%～53.22...     

残膜对土壤水分入渗和蒸发的影响及不确定性分析

为探究残膜对土壤水分入渗和蒸发过程的影响规律,通过室内土柱试验,设置6个残膜量水平（0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2）,研究了残膜对湿润锋运移、土壤水分分布、累积入渗量和累积蒸发量及其不确定性的影响。结果表明：随残膜量增加,湿润锋垂直运移速率和累积入渗量逐渐减小;残膜量>80 kg/hm2时,湿润锋运移速率大幅下降;累积蒸发量随残膜量增加而递减而蒸发系数呈递增趋势,土壤保水能力减弱;随残膜量增加,0～10和20～45 cm含水率呈降低趋势,而土壤水分的变异系数呈增加趋势,残膜加剧了土壤水分垂直分布的变异性,残膜量>320 kg/hm2的处理会出现表土层“板结”现象;基于Gibbs抽样算法分析表明,Kostiakov入渗模型和Rose蒸发模型各参数的95%后验置信区间上下限的差值和标准差均随残膜量增加而增大,累积入渗量和累积蒸发量的95%后验置信区间面积呈增大趋势,土壤累积入渗量和累积蒸发量的不确定性随残膜增多而增强。该研究可探明残膜污染区的土壤水分运动规律,并为提高Kostiakov模型、Rose模型的模拟效率和模拟精度提供参考。     

秸秆生物炭对黏壤土入渗规律的影响

为提高干旱半干旱区耕作土壤灌溉水的利用效率,采用秸秆生物碳对黏壤土进行改良,并用3种经典入渗模型进行入渗模拟,寻求适于描述研究区土壤入渗规律的模型及改良方案。采用双环入渗试验测定4种生物炭施用水平（10 t/hm²,20 t/hm²,30 t/hm²,50 t/hm²）的田间作物生育期内土壤含水率、入渗速率及累积入渗量,分别采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov经验公式对试验组与对照组（CK）的入渗过程进行模拟。结果表明:施用量为30 t/hm²较CK效果最为明显,施用层（0—40 cm）入渗速率增加44.6%,耕作层土壤含水率增加8.9%,累积入渗量增加45.45%。比较3种模型的入渗过程拟合结果,认为Kostiakov经验公式拟合的效果符合实测规律,可为研究区改良土壤水分入渗过程提供理论依据。     

施用生物炭对紫色土坡耕地耕层土壤水力学性质的影响

该研究通过野外坡耕地小区施用1%秸秆生物炭1年后的对比试验,揭示生物炭对川中丘陵区紫色土耕作层土壤水力学参数、大孔隙度及其对饱和导水率的贡献率所产生的影响。试验设对照区与施用生物炭区2个处理,各处理有3个平行小区,耕作层土壤分为表层和亚表层(2~7和7~12 cm)。比较2个处理小区试验结果,可以发现:1)施用生物炭导致植物难以利用的土壤滞留水和易流失的结构性孔隙水的含量(θstr)下降,而基质性孔隙中植物有效水含量显著提高(P0.05),由(0.058±0.003)cm3/cm3增加至(0.085±0.002)cm3/cm3;2)表层和亚表层土壤中对产流起主要贡献的半径125μm的总有效孔隙度分别平均增加54%和8%,其中孔径500μm的孔隙增加最为明显,高达110%和355%;3)表层和亚表层土壤的饱和导水率分别平均增加45%和35%。研究证明,施用生物炭,一方面,能增加土壤有效水的持水量,有利于植物抗旱;另一方面,提高土壤导水率,有利于水分入渗,从而减少地表径流及土壤侵蚀的发生。     

掺砂对土壤水分入渗和蒸发影响的室内试验

通过掺砂调控农田土壤水分入渗和蒸发,对新疆干旱绿洲农田抑盐、保水及合理的掺砂制度制定具有重要意义。该研究以不同的掺砂率为影响因子进行土柱模拟试验,设置了4个掺砂率水平,分别是0（对照）、25%、50%、75%。结果表明：不同掺砂率条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著地乘幂关系,影响顺序为75%＞50%＞25%＞0,且在掺砂率≥25%影响幅度较大;不同掺砂处理对土壤水分蒸发过程同样也有显著地影响,随着掺砂率的增加,土壤蒸发显著减弱,随着掺砂率的增加,抑制土壤蒸发越强,且在掺砂率≥75%时有较大幅度影响。土壤在连续20 d蒸发过程中,各个处理的土壤累积蒸发量随时间的关系和Rose经验公式拟合度高; 不同掺砂处理能显著提高土壤掺砂层以下的土壤含水率,随着掺砂率的增加而增加,其中掺砂75%时最高。     

土壤温度对土壤水分入渗的影响

为了解温度对土壤水分人渗参数的影响,研究了黄土高原三种典型土壤(神木风沙土、安塞黄绵土、杨凌蝼土)在不同温度(18℃,25℃-27℃.30℃,35℃)时的人渗特征.用幂函数对湿润锋距离与时间关系进行拟合.并用Philip入渗公式对累积人渗量及入渗率进行拟合.结果表明:(1)温度对湿润锋的影响主要是通过对参数a的影响来实现.而对土壤水分人渗率的影响主要是通过吸湿率S起作用;(2)随着温度的升高,同种土壤水分入渗达到某一深度所用时间缩短.但不同质地的土壤之间的差别较大;(3)随着温度的升高.湿润锋运移速率和入渗速率增加,且湿润锋运移速率及人渗速率与温度和时间关系可用多元复合幂函数关系拟合;(4)温度对同一土壤湿润锋运移速率和水分人渗速率的影响随着温度的变化而变化.在较低温度区温度对其的影响大于较高温区.     

Effects of biochar application on phreatic water evaporation and water-salt distribution in coastal saline soil

A 35-day simulated evaporation experiment was conducted to evaluate the effects of biochar application on phreatic water evaporation and water-salt distribution in coastal saline soil. Three biochar rates (0, 1%, and 5%; w/w) were applied to 65-cm-long soil columns. Results showed that applying the low biochar application rate effectively inhibited soil water evaporation. The 1% biochar treatment resulted in 4.4% lower cumulative soil water evaporation compared with the control, while it caused salt accumulation in the surface soil. By contrast, the high biochar application rate had little effect on cumulative soil water evaporation. Nonetheless, the 5% biochar treatment significantly increased the soil water-holding capacity while decreasing sodium adsorption ratio and salinity in the surface soil. In conclusion, applying a higher biochar rate (e.g., 5%) could improve salt water-distribution in the coastal saline soil under the experimental conditions.     

再生水及盐溶液入渗与蒸发对土壤水盐和碱性的影响

为研究再生水利用对土壤盐碱性影响的特殊性,采用室内大型土槽试验,对比研究了清水、再生水和钠吸附比(sodium adsorption ratio,SAR)分别为3、10和20(mmolc/L)0.5的盐溶液入渗与蒸发10次(模拟灌溉2a)期间对土壤及土壤溶液盐分迁移累积和碱性的影响。结果表明:与清水相比,再生水和SAR值为20(mmolc/L)0.5的盐溶液处理中0～40cm深度壤土含水率较高,80～120cm砂土含水率的增加产生滞后现象;再生水和盐溶液入渗与蒸发后土壤中盐分产生累积,累积量为9.54%～51.83%,而再生水处理中淋洗液带出的盐分最多,是其他处理的1.09～1.42倍。清水、再生水和盐溶液处理土壤溶液钠吸附比(SAR)<3(mmolc/L)0.5,土壤pH值<8.5,再生水和盐溶液入渗与蒸发引起土壤碱化的风险较低。再生水入渗与蒸发后土壤溶液中K+和Ca2+在土体中的迁移分布与清水和盐溶液处理不同,再生水对土壤中Cl-有较强的淋洗作用,长期再生水灌溉过程中土壤K+、Ca2+和Cl-的迁移和淋洗需要引起重视。试验结果对农业中长期安全合理利用再生水具有指导意义。     

毛乌素沙地降雨入渗和蒸发特征

通过室内和野外模拟降雨的入渗和蒸发实验,研究不同降雨量条件下,沙地的最大入渗深度、入渗速率以及每天的蒸发量。结果表明：降雨量大小对沙地的入渗深度、入渗速率影响显著,并且不同下渗深度的水分在沙土中保存时间不同,1、2、5和10mm降雨分别在4．6、11和15d左右全部蒸发,而15mm以上的降雨由于稳定干沙层的抑制作用,除了一部分蒸发以外,还有部分水分保存在沙土中。同时由于沙区不同植被根系的垂直分布差异较大,所以,降雨量越大,入渗越深,越能被深根性植被所利用,且利用时间越长。     

土壤盐－水动力学：Ⅳ.水分蒸发与渗漏时土壤剖面离子组成的变化

Through a simulation test carried out with soil columns(61.8 cm in diameter),the changes of ionic compositon in soil profile during the processes of water evaporation and infiltration were studied.Under evaporation conditions,ions moving upward with fresh groundwater were mainly Cl^-1,SO4^2-,Ca^2 ,and Na^ .When the mineralized groundwater took part in the salt accumulation.the ionic composition in soils was close to that in ground water supplemented.Under rainfall infiltration conditions,the salt-leaching role occurred mainly in the top soil.With the decrease of total salt content,NO3^-and Cl^- reduced rapidly,SO4^2- decreased slowly,but HCO3^- had a little change only.Among cations,Na^ and Ca^2 contents lowered at the same speed,and mg^2 decreased slowly.     

不同轮耕模式对旱地土壤结构及入渗蓄水特性的影响

为了探索免耕与深松隔年轮耕对土壤结构及入渗蓄水性能的影响,2007-2010年在宁南旱区采用免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松与连年翻耕3种耕作模式,对土壤体积质量、团聚体、入渗率及水分利用效率等方面的影响进行了研究。结果表明:与连年翻耕相比,免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理使0～60cm各土层土壤体积质量平均降低3.5%、6.2%(P<0.05);使0～20cm土层>0.25mm机械稳定性团聚体数量平均分别增加10.3%(P<0.05)和20.3%(P<0.01),>20～40cm土层分别平均增加17.2%(P<0.05)和23.6%(P<0.01)。免耕/深松/免耕处理0～10cm和>30～40cm土层的水稳性团聚体稳定率分别比连年翻耕提高35.1%和45.8%(P<0.05),深松/免耕/深松处理>10～20cm和>20～30cm土层水稳性团聚体稳定率分别提高101.7%和61.7%(P<0.01)。不同轮耕模式显著增强了土壤的入渗性能,提高对土壤水分的有效利用及降水利用率,免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理降雨入渗率较连年翻耕分别提高35.2%和15.3%(P<0.05),水分利用效率平均提高7.2%和7.7%(P<0.05),降水生产效率平均提高9.6%和10.7%(P<0.05)。     

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。