设施栽培下原状土与扰动土水分特性的试验研究

以四川省双流县设施栽培土壤为研究对象,对其原状土与扰动土的土壤水分特征曲线、水分物理性质和比水容量等项目进行了研究。结果表明,扰动土水分特征曲线总体变化趋势与原状土较为一致。在低吸力阶段,相同吸力条件下扰动土含水量高于原状土,在高吸力阶段两者差异较小。扰动土毛管孔隙度、总孔度和凋萎含水量在剖面上的总体变化趋势与原状土较为一致。扰动土不同土层田间持水量和有效水含量差异较小,原状土的田间持水量和有效水含量均随土层加深而减少。在低吸力阶段,相同吸力条件下扰动土比水容量远高于原状土,但随土壤水吸力增加,扰动土比水容量变化趋势逐渐与原状土一致。     

心土层对水稻生长及产量影响的研究

为明确不同类型水田土壤心土层与水稻生长特性及产量的关系,采用盆栽方法研究了白浆土型水稻土、黑土型水稻土和草甸土型水稻土以及有、无心土层对水稻生长特性和产量的影响。结果显示:叶绿素含量在水稻分蘖期和抽穗期差异显著,成熟期差异不显著,顺序依次为草甸土型黑土型白浆土型水稻土,成熟期有心土层均比无心土层处理叶绿素含量高;不同土壤水稻株高有心土层大于无心土层处理,但差异不显著;不同类型土壤水稻干物质积累量成熟期土壤间差异显著,黑土型水稻土为245.66 g/盆、草甸土型为239.13 g/盆、白浆土型为182.77 g/盆,有心土层高于无心土层处理;水稻垂直根长土壤间差异极显著,依次为黑土型草甸土型白浆土型水稻土,有心土层均高于无心土层处理;根干重有心土层显著高于无心土层处理;水稻产量土壤间差异显著,黑土型水稻土最高,为143.84 g/盆,之后依次为白浆土型136.56 g/盆,草甸土型131.56 g/盆,有心土层高于无心土层处理;心土层对产量贡献率,黑土型水稻土产量贡献率最高,为24.8%,草甸土型为9.6%,白浆土型为5.9%。     

广西岩溶区不同植被类型土壤水分特征及影响因素

[目的]了解岩溶区不同植被覆盖下的土壤水分特征曲线及其影响因素,为岩溶山区土壤水分运动的定量分析提供理论依据。[方法]通过野外调查与室内分析,研究广西平果果化典型岩溶峰丛洼地荒地、草地、灌丛、林灌4种不同植被覆盖下的土壤水分特征曲线。[结果]van Genuchten模型、Brooks—Corey模型和Gardner 3种模型对土壤水分特征曲线的拟合效果都很好,相关系数均在0.93以上,且残差平方和都小于0.000 5,但van Genuchten模型的拟合效果最好;土壤持水能力与植被的正向演替、饱和含水量、非毛管孔隙度、粉粒含量显著负相关,与土壤容重、黏粒含量、毛管孔隙度、初始含水量和毛管含水量极显著正相关;不同植被类型,相同吸力下,表层和底层土壤的持水能力最强,中间土层的持水能力较差;不同土层深度,相同吸力下,荒地的持水能力最强,林灌的持水能力最差。[结论]同一吸力下的土壤持水能力呈现出随植被的正向演替而不断降低的趋势;研究区影响土壤水分特征曲线的主导因素是非毛管孔隙度。     

深耕对黑土水分特征及动态变化影响

水分特征曲线是反映土壤持水性、供水性和水分有效性的重要参数。为明确深耕对黑土土壤水分特征及有效性的影响,通过田间多点取样,比较研究了深耕与常规耕作对土壤水分特征曲线、孔隙组成及水分动态变化影响。研究结果显示:深耕提高土壤饱和含水量和田间持水量,土壤水分特征曲线符合Van Genuchten模型,相关显著;深耕提高土壤有效孔隙比例,有效孔隙增加5.48%~82.00%;深耕提高了0~40 cm土层有效水储量,其中速效储水量和迟效储水量分别比对照增加1.54和1.21倍;深耕改变了作物整个生育期间土壤水分动态变化,5 cm土层土壤受降雨影响波动性大,对照、深耕无差异,15 cm、25 cm土层对照水分高于深耕,60 cm土层土壤水分含量对照低于深耕;对照0~30 cm土层土壤耗水量高于深耕7.8 mm,30~60 cm土层低于深耕7.2 mm,深耕深层土壤水分利用率高,是对照的1.74倍。黑土深耕可提高土壤水分有效性和总储量。     

不同侵蚀强度黑土的土壤水分特征曲线模拟

为研究土壤侵蚀对土壤水分特征曲线的影响,选择轻、中、重3种侵蚀强度黑土的15个样点,通过测定8个土壤水吸力对应的土壤水分,估算了不同侵蚀强度土壤水分特征曲线Brooks-Corey(BC)模型和Van Genuchten(VG)模型参数,并分析其差异性,比较2个模型模拟不同侵蚀强度黑土土壤水分特征曲线的精度。结果表明:轻、中度侵蚀黑土的田间持水量和凋萎湿度无显著差异,重度侵蚀则与其差异显著,随侵蚀加剧,黑土的持水能力明显降低。BC和VG模型共同的参数饱和含水量和滞留含水量参数值相同,且饱和含水量轻、中度侵蚀差异不显著,重度侵蚀与其差异显著。滞留含水量、形状参数λ和n分别接近于0cm~3/cm~3,0.10和1.10。2个模型反映土壤通气性指标的进气吸力hb和尺度参数α表现出一致性,即中度侵蚀黑土通气性最好。修正了VG模型形状参数m和n之间的关系,与原关系式相比中度侵蚀黑土m降低13%,轻度和重度侵蚀黑土分别降低30%和46%,修正后的VG模型更适合遭受不同强度侵蚀黑土的土壤水分特征曲线模拟。     

砂粒含量对土壤水分蓄持能力影响模拟试验研究

通过人工配制不同质地土壤,测定土壤水分特征曲线,研究了土壤中砂粒含量对其水分蓄持能力的定量影响.结果表明:(1)砂粒含量对土壤水分蓄持能力有较大影响.土壤持水能力随砂粒含量增加递减,表征土壤持水能力的水分特征曲线Gardner模型参数及表征土壤饱和含水量的Van Genuchten模型参数均随砂粒含量增加逐渐减小.(2)砂粒含量对土壤比水容量有较大影响,试验土壤在任一吸力水平下的比水容量值均随其砂粒含量增加递减.(3)试验土壤饱和含水量与砂粒含量呈线性关系,田间持水量、凋菱系数与砂粒含量都呈开口向下抛物线右半段的关系.(4)试验土壤有效水、迟效水含量随砂粒含量增加递减,二者与砂粒含量均呈开口向下抛物线右半段的关系.易效水含量与砂粒含量呈开口向上抛物线关系.     

陕西省洛川县第3-4层黄土和古土壤水分特征研究

通过对陕西省洛川县第3—4黄土层和第3—4红色古土壤层的原状土进行水分特征曲线、田间持水量等项目的实验测定,分析计算了各层土壤的供水储水性能及有效水分含量。结果表明,洛川第3—4黄土层和第3—4红色古土壤土层的水分特征曲线与Van Genuchten模型非常符合,相关系数R2均达0.99以上,说明采用Van Genuchten模型对这4个土层的水分含量和能量之间的关系进行描述是比较准确的。0～30kPa吸力条件下,第3—4黄土层比第3—4红色古土壤层持水量高,黄土层的供水(释水)性能和储水性能强于古土壤。这4个土层随着吸力的增加,在较低吸力段供水性能和储水性能减弱幅度较大,在较高吸力段减弱幅度较小。黄土层所能容纳的有效水含量、饱和含水量与田间持水量均大于红色古土壤层,黄土层的稳定凋萎湿度一般小于红色古土壤的稳定凋萎湿度。     

西南喀斯特石漠化过程对土壤水分特性的影响

通过对西南喀斯特不同石漠化过程中典型土壤水力特征的分析,研究了土壤水分参数与土壤水分库容特征及其影响因素。结果表明:(1)喀斯特地区土壤水分特征曲线呈先陡后缓的趋势,当土壤水吸力S<300 KPa时,土壤含水量θm下降很快,且陡直,土壤水分释放快,释放量大;当水吸力S超过300 KPa,直至1.5 MPa吸力段时,θm变化平直,土壤水分释放慢,释放量小。(2)未石漠化的荔波森林黑色石灰土表层土壤田间持水量达587.8 g/kg,有效水含量达435.8 g/kg,明显高于其它受到石漠化影响的土壤。土壤容重、孔隙度和有机质含量是影响土壤水分特征参数的主要因素。(3)喀斯特地区土壤较薄,土壤总库容和有效库容较低,是石灰岩地区土壤易发生侵蚀性退化和干旱的重要原因。通透库容占总库容的比例为:未石漠化的荔波原始森林黑色石灰土>潜在石漠化的普定灌丛黑色石灰土、玉米地棕色石灰土>轻度石漠化的荔波玉米地黄红壤,石漠化的发展减弱了土壤抗侵蚀能力。土层厚度、土壤有机质含量、土壤颗粒组成及0.3~0.03 mm孔隙度是影响土壤水分库容的主要因素。     

崩岗不同土层土壤水力学特性差异性分析

为研究崩岗不同土层土壤水力学特性的差异性,采用离心法测定不同土层土壤水分特征曲线,筛选出适合的土壤水分特征曲线拟合模型,结合统计模型,推求土壤的当量孔径分布、比水容量、非饱和导水率和扩散率,分析崩岗不同土层土壤水力学参数的变化规律。结果表明,崩岗土层从红土层到砂土层的变化过程中,土壤质地由黏土向砂土变化;Fredlund&Xing模型对崩岗土壤土水特征曲线拟合效果最好;参数θs、α、n随着质地变黏重逐渐减小;随着土层深度的增加,土壤的持水性能降低;土壤比水容量、非饱和导水率和扩散率受土壤质地和基质吸力的共同影响。在低吸力阶段,3个指标随基质吸力变化比较平缓,砂土层土壤比水容量和非饱和导水率最大,扩散率最小;而在高吸力阶段,砂土层土壤的这些指标降低较快,且低于其他土层,各层土壤间导水率和扩散率差异随着基质吸力的增加而增大。     

石油污染对土壤持水能力及供水强度的影响

[目的]研究石油污染对土壤持水能力及供水强度的影响,为有机污染物在土壤中迁移与转化规律研究提供理论基础。[方法]以陕北采油区的主要土壤类型—轻壤质黄绵土为研究对象,人为模拟获得5个不同梯度的石油污染土壤(0%,0.5%,1%,2%和4%),室内测定土壤水分特征曲线,采用Van Genuchten模型拟合获得模型参数,并以此为基础对比分析不同处理土壤持水能力、水分有效性、比水容量之间的差异。[结果]石油污染引起土壤持水性显著降低,污染浓度越大,持水性越低;对土壤水分特征曲线影响的显著区间主要在水吸力(pF)为1.5的低吸力段和水吸力(pF)为3.5以上的高吸力段,石油污染对土壤结构性的影响更加显著;高浓度的石油污染引起土壤有效水含量下降,加剧了土壤的干燥化程度,不利于协调干旱气候与植物需水性之间的矛盾;随着石油污染浓度的增加,土壤比水容量也呈现出显著递减趋势,土壤可利用水分对应的吸力范围相应变窄。[结论]石油污染显著降低了土壤的持水能力及供水强度,加剧了地区土壤旱情,给植物生产和生态环境带来严重危害。     

中国几种主要土壤的持水性质

土壤的持水性是指土壤吸持水分的能力。在对植物的有效范围内,土壤所吸持的水分是由土壤孔隙的毛管引力和土壤颗粒的分子引力所引起的,这两种力现在统称为土壤吸力,或基质吸力,它相当于土壤总水势中的基质势。     

刚察县不同植被类型的土壤水分特征研究

通过对土壤的物理性质和水分特征曲线的测定,分析了刚察县4种植被类型土壤的持水性能和供水性能。结果表明,不同植被类型土壤水分特征曲线与Van Genuchten模型非常符合,R2值都高达0.99以上,说明用Van Genuchten模型描述不同类型土壤水分数量和能量之间的关系是比较准确的。不同植被类型土壤的物理性黏粒含量为:油菜地>高草地>草灌地,土壤容重为:高草地>草灌地>油菜地,而总孔隙度为:油菜地>草灌地>高草地,表明油菜地土壤水分物理性质明显优于草灌地和高草地。土壤持水能力随着土壤吸力的增加而呈现先急剧递减后变化平缓的趋势,不同植被类型土壤持水能力为:高草地>草灌地>油菜地。通过改善土壤结构,增加土壤密度和降低土壤总孔隙度等改善土壤物理性质的措施能对其持水性能产生积极作用。土壤供水能力随着土壤吸力的增加而递减,低吸力段高草地和稠密草灌地的土壤供水性能均优于油菜地和稀疏草灌地,而高吸力段油菜地和稠密草灌地的土壤供水性能优于高草地和稀疏草灌地,表明高草地和稀疏草灌地植被极易受到干旱的威胁。     

基于van Genuchten模型的渭北苹果园土壤水分能量特征分析

针对渭北地区干旱缺水,果树生长发育受限的客观实际,开展了苹果树生育期0～150 cm土壤水吸力动态变化规律研究。依据渭北果园土壤剖面构型,将离心机法与水汽平衡法相结合,按照发生学土层,逐层测定了供试土壤水分特征曲线,并用van Genuchten模型拟合。基于该模型,将在幼龄果园、老龄果园以及农田定期逐层监测的土壤水分含量转化为土壤水吸力,以农田为对照,评价植果条件下土壤水分的胁迫状况。结果表明,van Genuchten模型能很好地拟合渭北果园耕层、农田耕层、黑垆土层及黄土母质层的水分特征曲线,拟合精度均达0.96以上。渭北地区农田受干旱胁迫较严重,3月中旬－7月初,0～100 cm土层均处于水吸力高于3.98的重度胁迫状态;受植被冠层覆盖及果树生育期的影响,干旱对果树的胁迫程度较农田小,对老龄果园胁迫程度比对幼龄果园的大,幼龄果园在3月中旬－5月初、5月底－7月初仅0～20 cm土层为高水吸力区,直至6月中旬－7月中旬高水吸力区才延伸到40～70 cm土层;老龄果园在3月中旬－4月底的0～40 cm土层、5月底－7月中旬的30～100 cm土层和7月中旬－8月底的0～20 cm土层为高水吸力区。可得出,渭北不同园龄苹果园在不同生育期的不同深度土层会间歇性地出现高水吸力的土壤水分胁迫区,但相对于农田而言,果园受到的干旱胁迫相对较轻,渭北地区植果有助于缓解干旱胁迫。     

生物炭对东北黑土持水特性的影响

为探究生物炭对东北黑土持水特性的影响,系统研究3种添加比例(2%、5%、10%)、3种粒径(0.25、0.5、1 mm)的杨木炭和竹炭对3种质地东北黑土(壤土、砂壤土、砂土)田间持水量和含水率的影响规律,构建添加生物炭黑土的水分特征曲线,并采用Van-Genuchten和Broods-Corey模型进行拟合。结果表明:生物炭能显著提高不同质地东北黑土的持水能力,黑土的田间持水量与生物炭的添加比例呈显著正相关,而与生物炭的粒径呈负相关,0.5 mm和1 mm粒径的生物炭对黑土田间持水量的影响差异不显著,杨木炭显著优于竹炭,0.25 mm、10%添加比例的杨木炭对东北黑土持水能力的提高效果最优,壤土、砂壤土、砂土3种质地黑土的田间持水量和饱和含水率分别可提高64.97%、66.42%、69.39%和47.60%、38.93%、31.18%;Van-Genuchten模型能更精确的模拟添加生物炭黑土的水分特征曲线,最佳离心时间为100 min,三次函数曲线能够较好的拟合添加生物炭黑土的体积含水率与离心吸力之间的多元动态关系,为生物炭对各种质地东北黑土水分运动规律的深入研究提供理论依据。     

含残膜土壤水分特征曲线模型构建

农膜残留在土壤中累积后必然会改变土壤水动力学性能,导致土壤水分入渗能力下降,并严重影响土壤水和溶质运移。而土壤水分特征曲线是影响土壤水分和溶质运移的重要土壤水动力学参数,为了探索残膜对其影响机理,该文通过室内试验设置了5个不同残膜量(0、50、100、200、400 kg/hm2)处理,研究了残膜对土壤水分特征曲线的影响,构建了残膜条件下土壤水分特征曲线模型(soil water characteristic curve with residual plastic film,RPF-SWCC),并对其性能进行了评价。结果表明:随着土壤中残膜量增多,土壤保水能力逐渐呈降低趋势;且低吸力段(主要排大孔隙土壤水)的当量孔径体积占比增大,而高吸力段(主要排中小孔隙土壤水)的当量孔径体积占比则减小,其中400 kg/hm2残膜含量处理比无膜处理大孔隙当量孔径占比增大近20%。对RPF-SWCC模型参数估计,显示随残膜量增加土壤饱和含水率呈降低趋势,且RPF-SWCC模型拟合精度总体上高于van Genuchten(VG)、Brooks-Corey(BC)及Log normal distribution(LND)常用土壤水分特征曲线模型;对高残膜量处理,RPF-SWCC模型的均方根误差,几何平均数及决定系数R2均优于常用模型,且200、400 kg/hm2残膜含量处理RPF-SWCC模型的均方根误差比VG模型分别降低了24.3%和65.0%,可见构建的RPF-SWCC模型能较好地应用于含残膜土壤的水分特征曲线拟合。该研究可为农膜残留地区水分迁移模拟以及水肥高效利用提供理论依据和技术支撑。     

基于土壤水分特征曲线的北京市废弃关停矿山修复效果研究

通过测定和分析北京市废弃关停矿山4个矿区3种立地类型的土壤水分特征曲线及土壤物理指标表明,经验方程θ=aS-b对北京市废弃关停矿山的土壤水分特征曲线有良好的模拟性,土壤有效水的上限(田间持水量)为0.01 MPa土壤水吸力所对应的土壤湿度,易有效水和难有效水的土壤水吸力界点以0.1 MPa为宜。从a值和ab值比较北京市废弃关停矿山土壤的持水性能和供水性能为:未被干扰区域>修复区域>被破坏区域。     

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。