PAM及波涌灌溉对水分入渗影响的微型水槽试验研究

波涌灌溉(Surge irrigation, 即间歇灌溉)是美国学者于70年代末提出的一种新型地面灌溉方式[1,2],曾被称为是地面灌溉的一次"革命".与传统地面连续灌溉相比,主要是供水的间歇性.在灌水间歇期湿润区地表易形成密实层,以减少第二次灌水时的入渗速度,增加行水速度,具有减少深层渗漏、提高灌水均匀度的作用.面对内蒙河套灌区5.667×105 hm2低效的地面灌溉耕地,提高地面灌水效率,是减少引黄量、降低地下水位、防止土壤次生盐碱化的根本途径.为此,在室内研究了波涌灌溉对当地典型土壤的作用效果.     

波涌沟灌节水机理与效果的试验分析

根据大量的田间入渗及灌水试验资料,分析了波涌沟灌的节水机理并评价了其灌水效果。波涌沟灌的节水性主要是由于在波涌灌溉条件下土壤间歇积水入渗而引起的减渗性,及由此引起的沟道推进流量增大、间歇水流所引起的沟道糙率减小而最终导致推进速度加快。试验分析表明,波涌沟灌较连续沟灌总供水推进速度提高了９％～２２％,灌水均匀度提高了１８％～２３％,灌水定额减小了８．３％～１８．２％。     

REE示踪法研究土壤侵蚀的室内模拟试验

通过动用ＲＥＥ示踪法对土壤侵蚀垂直分布的模拟试验研究，讨论了ＲＥＥ示踪法的基本原理，ＲＥＥ的选择与施放方法，模拟试验布设技术及示踪法的应用前景，室内试验表明：ＲＥＥ示踪法不仅可定量测定不同地形部位的相对侵蚀量，而且可提示降雨过程中各地形部位相对侵蚀量的变化趋势，为野外试验的顺利实施提供了可靠的科学依据。     

聚丙烯酰胺改良盐渍土壤的适宜用量研究

盐渍土的改良一般采用物理、化学、生物及工程措施,其中化学改良剂应用广泛。聚丙烯酰胺(PAM)作为高分子聚合物,能溶于水,并且有良好的凝聚作用,能够改良土壤物理结构,但是其用量的选择至关重要。本研究设计了不同的PAM浓度梯度(0.01、0.03、0.09、0.27、0.81 g/kg)进行盆栽试验,以得到改良中度盐渍障碍土壤的较适宜PAM用量。试验结果表明:PAM在盐渍土改良中较适宜的施用量为0.09 g/kg,在此施用量下,土壤电导率为最低值,为1.63 d S/m,较对照(不施PAM)下降13.42%;土壤毛管孔隙度为45.38%,较对照增加5.35%;总孔隙度为48.44%,较对照增加5%;土壤容重为1.35 g/cm~3,较对照降低5.71%;饱和导水率为0.052 mm/min,较对照提升76.7%。而施用量为0.81 g/kg时,改良效果下降。该结果对使用PAM改良中度盐渍土具有一定的指导意义。     

小定额波涌沟灌技术要素的多目标模糊优化模型

针对丘陵山区集雨灌溉灌水定额小等特点，利用模糊数学方法，在田间试验的基础上建立了波涌沟灌的多目标模糊优化模型，并求得各灌水技术要素的优化组合：供水时间15 min、停水时间15 min和入沟流量1 L/s。采用该组合技术要素实际灌水试验证明：试验所得各灌水质量指标与模糊优化结果吻合较好，灌溉质量综合效果较好。研究结果为波涌沟灌技术要素的制定提供了多目标模糊优化组合方法，为广大丘陵山区小定额波涌沟灌技术要素的选择提供了多目标模糊优化模型及优化组合方案。     

聚丙烯酰胺防治坡地土壤侵蚀的室内模拟试验

坡地施用聚丙烯酰胺能减少土壤侵蚀量56%以上,其中以阴离子型分子量300～400万的剂型效果最好,它平均较对照减少土壤侵蚀量78.1%.聚丙烯酰胺的适宜用量为0.3～1.2g*m-2.聚丙烯酰胺减少土壤侵蚀量的原因在于能促进土壤沉降,改善土壤结构,提高土壤水稳性.与对照相比,施用聚丙烯酰胺后土壤沉降系数提高11%～14%,结构系数提高5.5%～6.0%,水稳性团粒含量增加4.16%～11.32%.     

基于湖泊(水库)沉积物分析的土壤侵蚀研究

土壤侵蚀作为全球性的环境问题之一,受自然和人为因素的共同影响。而湖泊(水库)沉积物作为流域物质迁移的“汇”,可以连续、高分辨率地记录流域土壤侵蚀的信息。通过湖泊沉积指标的研究,可以反演流域土壤侵蚀过程、演化规律。与流域人类活动、气候变化等自然因素综合分析,可对流域土壤侵蚀发生机制等做出科学论断,为目前水土流失治理等提供参考依据。介绍了基于湖泊(水库)沉积物的放射性同位素示踪研究、矿物与磁性分析、粒度分析、孢粉、元素地球化学分析方法应用于土壤侵蚀的研究进展,并对其应用前景做了瞻望。     

黄麻土工布控制土壤侵蚀的持续效应研究

覆盖于斜坡１２０d的黄麻土工布重量降低６％－７％,覆盖２５０d左右降低２０％－４０％,在人工模拟大雨强度条件下,使用１２６d的黄麻土工布比光板地推迟３min产流,中雨强时,使用２２７d和４８０d的黄麻土布工布比光板地分别推迟４.95,0.57min产流,使用１２４d的黄麻土工布控制侵蚀效应非常显著,可比光板地减少径流量８７.45%,减少产沙量９９．８８％,使用２９３－３２３d的黄麻土工布比光板地减少径流量６３．２４％－６６．１９５,减少产沙量９７．３２５－９７．３９％,使用３４０－４８０d的黄麻土工布减水减沙能力有明显降低,但在降雨量为９．２％１６３．８mm的范围内,仍能减少 径注量２５．４％－４９．５９５,减少产沙量７０．９９５－８７．６６％。     

GIS支持下淮河流域土壤侵蚀的综合评价

以全国第二次水土流失遥感调查数据为基础,在GIS技术支持下,对淮河流域土壤侵蚀的空间分布特征进行了初步的研究;同时对流域不同土壤条件下土壤侵蚀的空间分布进行了定量分析,并以土壤侵蚀危险指数(soil erosion dangerous index,SEDI)评价分析了流域分县土壤侵蚀强度的空间分布。结果表明:粗骨土、棕壤等山地土壤侵蚀严重;流域土壤侵蚀以水力侵蚀类型为主,总体上侵蚀程度轻微,但局部地区仍然十分严重。在新的治淮高潮与规划中,应重视水土保持工作。     

高分子聚合物防治坡地土壤侵蚀模拟试验研究

通过人工模拟降雨试验，研究了坡面施加不同浓度的聚丙烯酸、聚乙烯醇、脲醛树脂3种聚合物对防治土壤侵蚀的效果。结果表明：高分子聚合物能推迟坡面产流时间、降低产流速率；与对照坡面相比，径流量减少42.05%、土壤侵蚀量减少58%以上；试验确定了3种聚合物有效施用浓度范围分别为：116～145 mL/m²，36～40 g/m²，180.0～240.0 mL/m²，并筛选出聚丙烯酸为综合作用效果最佳的高分子聚合物。上述3种高分子聚合物在防治水土流失方面有广泛的应用前景，今后还需对其效果持续性、最佳施用量等进一步研究。     

聚丙烯酰胺(PAM)对三峡库区紫色土坡面片蚀的影响

设置不同PAM施加量(0,0.4,0.8,1.6 g/m²),在不同坡度(15°,20°,25°)条件下开展不同雨强(60,90,120 mm/h)的模拟降雨试验。研究不同PAM施加量紫色土坡面片蚀产流产沙过程及其对产流产沙量的影响程度和主要因素,并分析了PAM对坡面片蚀可蚀性的影响。结果表明：坡面产流过程呈现先持续增加后趋于波动稳定的变化趋势,产沙过程则呈现先迅速减少并趋于稳定的变化趋势,PAM对片蚀的产流产沙过程变化趋势没有影响。和空白对照组相比,PAM施加量为0.4,0.8,1.6 g/m²的产流总量平均分别减小7.71%,35.16%,21.12%,产沙总量平均分别减小35.80%,49.39%,17.85%,PAM施加量为0.8 g/m²时产流总量和产沙总量最小。同种雨强下,不同施加量减流效益的大小顺序为0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,而减沙效益则受到坡度影响,在15°坡面减沙效益大小顺序是0.8 g/m     

PAM控制土壤风蚀的风洞实验研究

风蚀是我国干旱、半干旱地区土壤退化的主要影响因素。本实验采用室内风洞实验,研究了不同PAM处理对土壤的风蚀控制效果。实验土壤分别是黏粒含量为28.0%的壤土和黏粒含量为15.2%的砂壤土,实验条件为固定风速14 m/s、固定吹角5°。研究表明,对土壤表层覆盖PAM可以增加土壤的抗风蚀能力,有效地减少土壤风蚀,增加PAM使用量可以进一步增加土壤的抗风蚀能力,即4 g/m2PAM用量的效果要好于2 g/m2PAM的用量;前期累积在土壤中的PAM不能明显增加土壤抗风蚀的能力;在水分和PAM的共同作用下,黏粒含量高的土壤的抗风蚀能力要强于黏粒含量低的土壤。     

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅降雨装置

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅自１９９２年竣工以来运转正常,在降雨面积之大、降中度调节范围之宽、降雨特性与天然降雨之接近程度、以及自动化控制程度等方面,目前均为全国之最。在土壤侵蚀实验研究中发挥了重要作用。在论述土壤侵蚀模拟实验重要意义的基础上,简要介绍了有关模拟降雨装置（包括降雨喷头、供水管网等）的设计依据、选型和布设安装等情况,并介绍了模拟降雨的基本特征。     

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅降雨装置

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅自1992年竣工以来运转正常,在降雨面积之大、降雨强度调节范围之宽、降雨特性与天然降雨之接近程度、以及自动化控制程度等方面,目前均为全国之最.在土壤侵蚀实验研究中发挥了重要作用.在论述土壤侵蚀模拟实验重要意义的基础上,简要介绍了有关模拟降雨装置(包括降雨喷头、供水管网等)的设计依据、选型和布设安装等情况,并介绍了模拟降雨的基本特征.     

模拟降雨下黄土表土结皮的侵蚀响应

基于室内模拟降雨实验,对比分析有表土结皮、无表土结皮表面的溅蚀、坡面侵蚀过程,探讨表土结皮的侵蚀响应.结果表明,表土结皮对溅蚀量的影响与降雨历时有关,在短历时降雨(＜20 min)下,因有表土结皮表面存在松散细小颗粒,其溅蚀量大于无表土结皮表面;降雨历时＞20 min时,有表土结皮表面的溅蚀量表现出明显大于无表土结皮表面的趋势.有表土结皮表面的入渗率明显低于无表土结皮表面,因产流与入渗有紧密关系,表土结皮进而影响产流时间、产流量和产沙量;与无结皮表面相比,有表土结皮表面的产流时间提早,产流量快速增加,产沙量递增,易于发育细沟侵蚀.     

PAM调控土壤养分元素迁移与流失试验研究

[目的]研究聚丙烯酰胺(PAM)对氮磷钾素在砂土中的迁移和淋溶损失的影响,为探索PAM对控制养分元素的迁移、淋溶损失,提高水肥利用率的作用机制提供理论依据。[方法]采用室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个不同质量分数水平(0,0.02%,0.05%,0.1%和0.2%)的阴离子型聚丙烯酰胺处理组,观察PAM对氮磷钾淋溶和迁移的影响。[结果]PAM能降低土壤淋溶液中的氮浓度,各PAM处理组与对照组相比,土壤淋溶液中氮浓度降低了28.8%~45.5%,同时能抑制土壤中的氮向下迁移;PAM促进了土壤对氮的吸附与固定,各处理组土壤中的氮含量与对照组相比增加了135.2%~285.7%;PAM能够降低土壤淋溶液中的钾浓度,各PAM处理组与对照组相比,土壤淋溶液中钾浓度降低了33.2%~51.8%,同时能抑制土壤中的钾向下迁移;PAM促进了土壤对钾的吸附与固定,各处理组土壤中的钾含量与对照组相比增加了42.5%~65.7%;PAM不能减少土壤溶液中磷的淋溶损失,对土壤吸附固定磷没有明显的作用,反而减弱了土壤对磷的吸附固定能力。[结论]土壤中施加PAM能有效减少氮、钾在土壤中的淋溶损失,增加土壤对氮、钾的保持固定作用,但对磷的作用效果并不理想。     

模拟玉米茎秆流对土壤侵蚀的影响

玉米茎秆流是降雨过程中经玉米冠层截留后沿茎秆流向根部的水量,是种植坡地地表径流的重要组成部分,对植物根部的土壤侵蚀过程具有重要影响。采用人工模拟降雨方法,研究了成熟期玉米茎秆流对坡地土壤侵蚀的影响。试验土槽长为0.40 m、宽为0.23 m、深为0.14 m;采用直径为2 cm的PVC管模拟成熟期玉米茎秆,高度为1.2 m;模拟茎秆流量为5,10,15 g/s,用相同降雨条件下无茎秆流坡地作为对照措施;降雨强度为60,90,120 mm/h,降雨历时108 min,坡度为10°。结果表明:(1)与对照措施相比,茎秆流具有加快坡地地表产流的作用;(2)模拟茎秆流条件下地表产流量和产沙量均高于对照,相较无茎秆流坡地,3个降雨强度下各茎秆流量的产流贡献率为14.90%~43.10%,产沙贡献率为12.47%~26.75%;(3)茎秆流在茎秆周围地表形成细小股流,促使坡地土壤侵蚀过程由面蚀向细沟侵蚀转变,从而增加了坡地土壤侵蚀量。因此,在坡地水土流失计算与评价中应考虑茎秆流的土壤侵蚀作用。     

中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究

国家重点基础研究发展计划（973）项目＂中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究＂针对国家对土壤侵蚀防治对策基础理论的迫切需求和国际学科前沿重大问题,选择东北黑土漫岗丘陵区、西北黄土高原区、南方红壤丘陵区和西南紫色土山丘区等4个主要水力侵蚀区,从侵蚀过程、侵蚀模型和侵蚀调控3个层面进行了系统研究。揭示了不同方式和不同尺度下土壤侵蚀发生发展的过程及其空间格局、影响因子和作用机制;构建了中国多尺度水蚀预报模型;提出了水土流失与水土保持的环境效应评价指标体系与方法;综合集成了适应自然生态过程和人类活动的水土流失调控范式。该项研究成果丰富和发展了具有中国特色的水土保持科学,为国家制定水土保持战略和规划提供了理论依据。     

施用PAM防治松散土风蚀的机理及其抵御风沙流能力研究

采用室内风洞试验方法,研究了内蒙古西部干旱半干旱地区荒漠沙地松散土风蚀规律、风沙流对风蚀量的影响和施用PAM防治松散土壤风蚀的机理及其抗风沙流的能力。风沙流对风蚀量的影响试验,采用试样接续放置的方法,前一试样为后一试样提供风沙流;施用PAM试样抗风沙流的能力试验,采用PAM使用量为1g/m2,2 g/m2和4 g/m2等3个处理水平和0,17.6%,36.4%,7.7%等4个吹角水平。试验结果表明,相同的风速条件下风沙流对土壤的侵蚀程度比净风侵蚀程度高得多,侵蚀量显著不同;PAM用量为1 g/m2时,在7~8m/s风速的风沙流作用下只能经历5~10 min的吹蚀试样即破坏;PAM用量为2 g/m2时可以抵御8~10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀;PAM用量达4 g/m2时,可以抵御10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀试样仍未破坏,几乎可以防止自然界99%的各级风速所引起的土壤风蚀。从经济方面考虑,推荐PAM用量为2g/m2可以防止自然界中大部分风力(约97%~99%)造成的风蚀,经济上是可行的。经PAM处理的试样破坏过程和切片分析得出,在松散土表面喷施PAM之所以能够有效地防止风蚀,最根本的原因是施用PAM溶液后松散土表面可形成较厚的结皮。     

降雨过程中红壤表土结构变化与侵蚀产沙关系

通过人工模拟降雨和表土微形态观测,研究了发育于泥质页岩、第四纪红粘土和花岗岩3种母质的红壤在降雨侵蚀过程中表土土壤结构的变化及其对侵蚀的影响。结果表明:降雨过程中,泥质页岩红壤极易形成土壤结皮,增加径流,响应结皮的形成,径流速率和含沙量较高,且迅速达到最大值,随后径流稳定而含沙量持续下降。第四纪红粘土红壤团聚体稳定,较难形成结皮,且结皮易被破坏,导致侵蚀过程中产流产沙量较低,均随降雨时间的延长而呈缓慢上升趋势。花岗岩红壤基本上不能产生结皮,粗化现象严重,因此产流量和产沙量也较低;由于土壤团聚体稳定性差以及径流的选择性运移,泥质页岩红壤和花岗岩红壤侵蚀泥沙中细颗粒(<0.02mm)含量远高于土壤中该粒径颗粒。而第四纪红壤侵蚀泥沙中粗颗粒较多,以多级团聚体的团聚体为主。