微塑料对土壤持水性能的影响

为探究微塑料对土壤持水性能的影响,选用粒径为1 mm和25 μm的聚乙烯微塑料（PE—MPs）颗粒进行土培处理后,采用高速离心机法测得不同处理下的土壤水分特征曲线,并使用Gardner模型进行拟合分析。结果表明：（1）土壤中累积少量的PE—MPs （0~5.00 g/kg）能增强土壤持水性,但当累积量超过一定阈值（5.00~50.00 g/kg）会导致土壤持水能力显著降低。（2）1 mm大粒径PE—MPs大量积累对土壤持水性的降低效应更显著;25 μm小粒径PE—MPs少量积累对土壤持水性的提升效应更显著。（3）1 mm大粒径PE—MPs进入土壤后主要影响大孔隙与有效孔隙,对土壤有效含水率的影响较大;25 μm小粒径PE—MPs进入土壤后主要影响微小孔隙,对萎焉系数影响较大。该研究可为高农膜残留地区水分迁移模拟和农业生态风险评价提供理论依据。     

溶质类型与矿化度对土壤持水特性的影响

土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动与调控等方面的重要科学依据。以往土壤水分特性曲线的研究关注土壤孔隙特性的影响,而对土壤液体的影响关注较少。为此,本研究以甘肃省秦安县果园黑麻土为研究对象,采用室内模拟的方法,研究了不同矿化度(0、1、3、5、10 g L-1)的NaCl和Na2SO4溶液对土壤脱水曲线及拟合参数的影响。结果表明:水质的矿化度对土壤饱和含水量有一定的影响,低矿化度(3 g L-1)仅对低吸力段(pF2.5)水分特征曲线有影响,高矿化度(≥3 g L-1)对整个吸力段(pF在0~4.2)水分特征曲线有影响,其中矿化度为5 g L-1的NaCl和Na2SO4处理土壤容积含水量最小,且较对照差异最大。相同矿化度的NaCl和Na2SO4溶液对土壤水分特征曲线参数变化率的影响程度不同,对α的影响最为显著,其次为θs,再次为n。NaCl对参数α和n变化率的影响均随矿化度的增大呈先增加后降低趋势,而Na2SO4对参数α和n变化率的影响随矿化度的增大呈先降低后增大的趋势,且NaCl对土壤持水特性的影响大于Na2SO4。     

高寒地区寒冻雏形土的持水特性

讨论了高寒地区寒冻雏形土两个主要土类草毡寒冻雏形土和暗沃寒冻雏形土的持水特性及影响因子。寒冻雏形土具有较高的持水能力，共植物根系分布层饱和含水量为７９．８－１４３．７％，田间持水量可达３３．７－９９．６％，且暗沃寒冻雏形土的持水能力高于草毡寒冻雏形土。     

离心机法测定持水特征中的土壤收缩变化研究

土壤收缩特征是精确定量评价土壤结构和水力特性的关键,对农业、城市压实土壤水分溶质运移有重要影响作用.本文通过离心机法测定了黄土高原典型3种原状和扰动土壤的持水特征,分析了测定过程中的收缩变化特征.结果表明:土壤持水特征测定中随着压力的增加,有效收缩度增大,其变化规律可用对数函数来描述;土壤收缩过程分为超正常段、结构段和伪饱和段3个阶段,适于用直线模型描述;在伪饱和段和结构段,收缩特征值小于1,土壤收缩主要受水分散失控制;在超正常段,收缩特征值大于1,土壤收缩受水分散失和外加压力控制,压力起主导作用;离心机和压力膜法测定土壤持水特征要考虑压力对土壤收缩变化的影响.     

湖南省主要森林类型林地土壤持水功能及其改良技术

通过对37个森林类型的研究得知, 湖南省森林的贮水水平偏低,全蓄水量平均为4 102.9 hm2,有效贮水量为830.2 hm2;天然林、人工林、林下造林形成的模拟自然生态林一次最大有效贮水量分别为1 049.7, 534.5, 764.0 t/hm2.在天然林中,近成熟林和成熟林、中龄林、幼林分别为1 28 5.1, 1 065.4, 798.5 t/hm2 ;人工林3个龄级的森林分别为642.5, 563.0 , 534.5 t/hm2.根据目前森林结构质量差、贮水功能偏低的现象,提出了湖南林地土壤持水性能改良的技术对策.     

湖南省主要森林类型林地土壤持水功能及其改良技术

通过对37个森林类型的研究得知,湖南省森林的贮水水平偏低,全蓄水量平均为4102.9hm^2,有效贮水量为830.2hm^2;天然林、人工林、林下造林形成的模拟自然生态林一次最大有效贮水量分别为1049.7,534.5,764.0t/hm^2。在天然林中,近成熟林知成熟林、中龄林、幼林分别为1285.1,1065.4,798.5t/hm^2;人工林3个龄级的森林分别为642.5,563.0,534.5t/hm^2。根据目前森林结构质量差、贮水功能偏低的现象,提出了湖南林地土壤持水性能改良的技术对策。     

绿化屋顶轻量基质持水特性研究

绿化屋顶具有减缓雨洪、调节局部气候、净化环境等功能,在国内外各大城市得到广泛应用。轻量基质是绿化屋顶普遍采用的代替天然土壤的种植层基质,是屋顶水分涵养、植物生长的主要载体。有关轻量基质的持水性能研究目前尚不多见。结合在北京市某大学办公楼楼顶平台所建的绿化屋顶示范区,对种植层轻量基质的持水特性进行了相关试验,得出了表征其持水性能的相关参数,并用示范区气象和水分自动观测数据对试验测得的基质持水特性进行了验证,结果表明：绿化屋顶所用的轻量基质容重远低于普通土壤,而持水效果很好。该文研究成果可为绿化屋顶的水热规律分析及推广应用提供理论参考。     

河北坝上地区不同植被类型土壤持水性能研究

以河北坝上地区不同植被类型土壤为研究对象,使用离心机法测定不同土层深度不同吸力下的土壤含水率,利用Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线,分析土壤水文特征。研究表明:(1)研究区土壤为砂土,土壤容重为1.59 g/cm3,土壤水分特征曲线呈现"迅速下降–缓慢下降–稳定"的形态,不同植被类型土壤水分特征曲线相似;(2)农地的持释水能力最强,杨树样地的持水能力最差,柠条样地的释水能力最差,研究区内非农地的土壤凋萎系数平均为8.69%,随着土层深度的增加,土壤的持水能力、释水能力和凋萎系数都逐渐减小(P<0.05)。(3)坝上地区应逐步减少高耗水乔木,建立起可持续发展的乔灌草防护体系。本研究可以为确定张北地区土壤凋萎系数和土壤干层,并合理选择种植植被提供理论依据。     

掺混菜籽油渣减少土壤入渗改善持水特性

针对目前植物油渣较少应用于农业生产的现状,为探明植物油渣对土壤水分运动和土壤持水特性的影响,采用室内一维土柱入渗试验,以耕作层土壤为研究对象,定量掺混植物油渣,对比研究3种不同掺混深度(14、24和34 cm)条件下的土壤水分入渗特性,并对掺混油渣土壤的持水能力进行分析。结果表明:1)Philip和Kostiakov入渗模型均可用于描述掺混油渣条件的土壤水分入渗特性及参数拟合(R~20.99);2)与纯土相比,掺混植物油渣可有效减小累积入渗量和入渗速率,根层掺混油渣(34 cm土层)最大可分别减少累积入渗量和入渗速率约11.0%和41.7%;3)入渗结束时基于土壤剖面水分分布特征,土壤掺混植物油渣有利于提高土壤饱和含水率和根层土壤含水率,与纯土相比分别提高约14.3%和11.3%,有效增强了土壤持水能力;4)土壤掺混植物油渣可增加黏粒和粉粒、降低砂粒含量。该研究可为农田生产中植物油渣推广奠定理论基础,同时为植物油渣的田间土壤改良及应用提供参考。     

石油烃污染对土壤持水特征及水分有效性的影响

石油烃污染土壤已经成为我国一个严重的环境问题,污染后的土壤理化性质发生改变,直接影响土壤的持水特性及水分有效性,确定石油烃污染对土壤持水特征和水分有效性的影响及其程度可为揭示石油烃污染对土壤性质的影响提供新的科学认识。通过人工配置柴油和原油不同污染浓度污染的黄绵土,利用离心机法测定土壤水分特征曲线,分析了土壤的持水特征与水分有效性。结果表明:(1)不同浓度柴油与原油污染土壤后,水分特征曲线均位于未污染土壤的下部,其中原油污染的影响更甚。(2)水分特征曲线van Genuchten模型参数θ_s、θ_r随着污染浓度的增加呈现指数衰减,参数α值呈幂函数减小、n值出现随污染浓度对数增加的特点。(3)土壤的饱和含水量、田间持水量以及凋萎含水量均随柴油、原油污染浓度的增加出现下降趋势,表观土壤有效含水量随污染浓度表现出先降后升的U字形的变化模式。无论原油还是柴油污染土壤,均会影响土壤的持水特征和水分有效性,影响的大小与石油烃的类型和浓度密切相关。     

土壤水分特征曲线的分形模拟

Many empirical models have been developed to describe the soil water retention curve （SWRC）. In this study, a fractal model for SWRC was derived with a specially constructed Menger sponge to describe the fractal scaling behavior of soil; relationships were established among the fractal dimension of SWRC, the fractal dimension of soil mass, and soil texture; and the model was used to estimate SWRC with the estimated results being compared to experimental data for verification. The derived fractal model was in a power-law form, similar to the Brooks-Corey and Campbell empirical functions. Experimental data of particle size distribution （PSD）, texture, and soil water retention for 10 soils collected at different places in China were used to estimate the fractal dimension of SWRC and the mass fractal dimension. The fractal dimension of SWRC and the mass fractal dimension were linearly related. Also, both of the fractal dimensions were dependent on soil texture, i.e., clay and sand contents. Expressions were proposed to quantify the relationships. Based on the relationships, four methods were used to determine the fractal dimension of SWRC and the model was applied to estimate soil water content at a wide range of tension values. The estimated results compared well with the measured data having relative errors less than 10% for over 60% of the measurements. Thus, this model, estimating the fractal dimension using soil textural data, offered an alternative for predicting SWRC.     

分形模型在利用颗粒分布数据评价土壤持水性质中的应用

Soil water retention characteristics are the key information required in hydrological modeling.Frac-tal models provide a practical alternative for indirectly estimating soil water retention characteristics from particle-size distribution data.Predictive capabilities of three fractal models,i.c.,Tylcr-Wheatcraft model,Rieu-Sposito model,and Brooks-Corey model,were fully evaluated in this work using experimental data from an international database and literature.Particle-size distribution data were firstly interpolated into 20 classes using a van Genuchten-type equation.Fractal dimensions of the tortuous pore wall and the pore surface were then calculated from the detailed particle-size distribution and incorporated as a parameter in fractal water retention models.Comparisons between measured and model-estimated water retention cha-racteristics indicated that these three models were applicable to relatively different soil textures and pressure head ranges.Tyler-Whcatcraft and Brooks-Corey models led to reasonable agreements for both coarse-and medium-textured soils,while the latter showed applicability to a broader texture range.In contrast,Rieu-Sposito model was more suitable for fine-textured soils.Fractal models produced a better estimation of water contents at low pressure heads than at high pressure heads.     

基于土壤质地数据估算土壤保水性能Van Genuchten参数

The van Genuchten (vG) function is often used to describe the soil water retention curve (SWRC) of unsaturated soils and fractured rock. The objective of this study was to develop a method to determine the vG model parameter m from the fractal dimension. We compared two approaches previously proposed by van Genuchten and Lenhard et al. for estimating m from the pore size distribution index of the Brooks and Corey (BC) model. In both approaches we used a relationship between the pore size distribution index of the BC model and the fractal dimension of the SWRC. A dataset containing 75 samples from the UNSODA unsaturated soil hydraulic database was used to evaluate the two approaches. The statistical parameters showed that the approach by Lenhard et al. provided better estimates of the parameter m. Another dataset containing 72 samples from the literature was used to validate Lenhard’s approach in which the SWRC fractal dimension was estimated from the clay content. The estimated SWRC of the second dataset was compared with those obtained with the Rosetta model using sand, silt, and clay contents. Root mean square error values of the proposed fractal approach and Rosetta were 0.081 and 0.136, respectively, indicating that the proposed fractal approach performed better than the Rosetta model.     

砂姜黑土钙质结核剖面分布特征及其对土壤持水性的影响

钙质结核是砂姜黑土重要的成土特征,直接影响土壤结构和水分运移,但目前关于钙质结核对土壤持水性作用机制的研究主要集中在实验室尺度,而且报道较少.基于此,该研究在田间尺度上研究了钙质结核剖面垂直分布特征及其对土壤持水性的影响.结果表明:钙质结核主要分布在20 cm以下的土层,其含量和粒径均随土层深度的增加呈现增大趋势,>8...     

根据土壤粒径分形估计紫色土水分特征曲线

选择不同质地紫色土,分别根据土壤颗粒的数量和重量分布计算土壤粒径分形维数,并与Tyler和Wheatcraft土壤水分特征曲线模型的拟合分形维数进行比较分析。结果表明,三种途径获得的分形维数与土壤质地密切相关,均表现出土壤黏粒含量越高,质地越细,分形维数越高。土壤粒径数量分布分形维数(2.98～3.26)和土壤粒径重量分布分形维数(2.73～2.81)存在较大的差异,但二者间却存在显著的线性关系。土壤粒径分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数(2.72～2.84)均存在显著的线性关系,尤其是土壤粒径重量分布分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数数值十分接近。通过建立的土壤水分特征曲线模型分形维数与土壤粒径分布分形维数关系式,结合Tyler和Wheatcraft模型进行土壤水分特征曲线预测,预测值与实测值具有良好的一致性,因而根据土壤粒径分形预测紫色土水分特征曲线是可行的。     

黏粒质量分数对土壤水分蓄持能力影响的模拟试验

通过人工配制不同质地土壤,测定土壤水分特征参数,研究土壤中黏粒质量分数对其水分蓄持能力的定量影响。结果表明：1）黏粒质量分数对土壤水分蓄持能力有较大影响,土壤持水能力随黏粒质量分数增加而递增。2个水分特征曲线模型——Gardner模型及van Genuchten模型中,表征土壤持水能力的参数均随黏粒质量分数增加而增大。2）黏粒质量分数对土壤比水容量有较大影响,试验土壤在任一水吸力水平下的比水容量值均随其黏粒质量分数增大而增大。3）试验土壤饱和含水量、田间持水量分别与黏粒质量分数呈指数、对数正相关,凋萎系数与黏粒质量分数呈指数正相关。4）试验土壤有效水、迟效水含量随黏粒质量分数增加呈先升高后降低趋势,二者与黏粒质量分数均呈抛物线关系,最高点分别出现在黏粒质量分数为35.9%和35.8%处,易效水含量与黏粒质量分数相关性不显著。研究结果可为黄土区土壤水分蓄持机制进一步研究提供一定理论依据。     

施用绿肥条件下减施化肥对土壤养分及持水供水能力的影响

以长期定位试验为基础,设置7个紫云英和化肥施用配比试验处理,以探索施用绿肥情况下减施化肥对土壤养分、持水和供水能力的影响。结果表明:在翻压紫云英条件下,即使不施化肥土壤氮也可基本得到满足,应适量施用化学钾肥,必须合理施用磷肥,以保证土壤全量和速效养分得到平衡和持续供给,化肥施用量减少未显著降低水稻产量;土壤持水、供水能力在处理间的趋势表现为:紫云英+40%化肥紫云英+60%化肥紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥单施100%化肥、单施紫云英CK,与CK相比,其它6个处理田间持水量提高了1.6%~15.4%,有效含水量增幅更大,平均提高1.5%~30.5%,说明紫云英化肥配施能显著提高土壤的持水、供水能力,且化肥施用量越少效果越好,而单施化肥或单施紫云英效果有限。因此,紫云英施用量一定时(22 500 kg/hm~2),化肥施用量应减少至40%甚至更低。     

2种高分子保水材料对土壤持水能力的影响

采用离心机法,研究聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺2种高分子化合物在5种使用浓度（占干土质量0、0．01％、0．08％、0．2％与1％）的条件下对3种土壤（砂土、壤土、黏土）持水能力的影响。结果表明：3种土壤在0．01—1．5MPa水吸力时,持水能力随着2种高分子材料用量的增加而增加,砂土的作用效果较壤土、黏土更显著;2种高分子材料与土壤质量比控制在8／10000～2／1000范围内其作用效果较好,该用量条件下高分子吸持水分平均可释放83．7％供植物吸收利用。2种高分子材料对土壤持水能力的作用效果基本相同。     

鲁中南山地典型植被土壤颗粒与土壤水分特征曲线的分形学特征

土壤粒径分布与水分特征曲线是土壤的重要物理性质,对土壤侵蚀状况和土壤肥力有显著影响。以鲁中南山地典型植被下土壤为研究对象,运用分形学理论研究5种典型植被土壤颗粒与水分特征曲线的分形学特征。结果表明:1)不同植被类型的土壤颗粒单重分形维数、多重分形参数和土壤水分特征曲线分形维数具有显著差异,均表现为麻栎+刺槐混交林>黑松+黄连木混交林>黑松林>核桃林>荒草地;2)土壤分形维数有林地大于荒草地,混交林大于纯林;3)土壤分形维数与黏粒体积分数、粉粒体积分数呈显著正相关,与砂粒体积分数呈显著负相关;4)土壤颗粒单重分形维数与土壤水分特征曲线分形维数呈显著的正相关关系。说明土壤颗粒分布与土壤水分特征曲线的分形参数可以作为反映土壤结构性状变化的定量指标,可利用土壤颗粒分形与土壤水分特征曲线分形维数的相关关系来描述对应的土壤水分特征曲线。研究成果可为鲁中南山地退耕还林与生态造林工程建设及其生态效益评价提供理论参考。     

砒砂岩风化物对土壤水分特征曲线及蒸发的影响

运用高速离心机法和室内模拟蒸发的方法,对比研究了红色(RS)、灰色(GS)和白色(WS)三种颜色砒砂岩风化物在不同添加比例条件下对沙黄土和风沙土水分特征曲线、供水能力和干旱过程中失水过程的影响。研究表明:砒砂岩风化物的添加对沙黄土和风沙土水分特征曲线有较明显的影响。砒砂岩风化物的持水能力均高于沙黄土和风沙土,砒砂岩风化物添加提高了风沙土和沙黄土的持水能力,降低了沙黄土和风沙土失水速率;较低比例的砒砂岩风化物提高了沙黄土和风沙土的比水容量,但对风沙土和沙黄土低吸力段供水能力的提高作用并不明显。整个蒸发期间,砒砂岩风化物降低了沙黄土的标准蒸发量,而对于风沙土,其作用是蒸发前期降低,中后期增加。红色、灰色、白色三种砒砂岩风化物分别使风沙土的蒸发失水比提高了11.59%、10.14%和0.01%,添加三种砒砂岩风化物后的处理的最终平均含水量分别是风沙土的4倍、2.33倍、1.33倍,使沙黄土的蒸发失水比降低了13.33%、13.33%、29.52%,最终含水量降低了45.83%、54.17%、66.67%。因此,从提高土壤持水能力方面考虑,砒砂岩可以用于当地矿区和排土场区土壤改良,以促进生态修复。