微咸水膜下滴灌对盐碱化农田土壤斥水特征的影响

在内蒙古河套灌区布置了2年大田试验,研究了不同覆膜方式下微咸水滴灌对盐碱化农田土壤水、盐分布及其土壤斥水性的影响。采用滴水穿透时间(Water drop penetration time,WDPT)法测定土壤斥水性,得到了不同土壤斥水性随含水率变化的规律。结果表明,膜下滴灌盐碱化农田土壤的斥水性在表层土壤与电导率呈正相关,与土壤pH值无显著相关性。弱碱性微咸水滴灌条件下,单次滴灌降低了滴头附近土壤的WDPT,但增加了远离滴头土体的WDPT;高频滴灌(灌溉频率为3 d)可显著降低土壤剖面整体的WDPT。膜下滴灌盐碱化农田土壤的斥水特征曲线均可用Gaussian和Lorentzian模型进行描述。滴灌对土壤斥水性最大时对应的土壤含水率(θ_m)影响不大(P 0. 05),而对斥水性消失时对应的土壤含水率(θ_c)影响显著(P 0. 05)。Lorentzian模型对盐碱化农田土壤的斥水特征曲线的拟合效果更优,通过该曲线可准确得到特定土壤的θ_m和θ_c。本研究可为微咸水滴灌及斥水性土壤的合理利用提供理论依据。     

砂土斥水性与含水率关系的试验研究及理想模型分析

为了探究土壤斥水性与含水率的关系,采用滴水渗透时间法进行室内试验,基于理想土壤颗粒模型,通过接触角变化进行理论分析,研究了不同含水率下砂土斥水性质的变化规律。结果表明:砂土斥水性随含水率的增大表现出以1.5%~2%含水率范围为拐点的先增大后减小的单峰曲线变化趋势;砂土自身斥水强度越高,其斥水持续时间的峰值越大,对应的土壤含水率值越小,且表现出斥水性质的下阈值含水率也相对越小;滴水渗透时间法和接触角法对土壤斥水性的判定存在差异,其实质是二者分别从土壤的斥水持久性和斥水强度两个角度对斥水性质进行评价。以上研究结果可为斥水土壤的研究奠定基础。     

影响土壤斥水性的污灌水质主成分分析

为了探明不同污灌水质对土壤斥水性的影响,研究采用12种不同污染程度的生活污水对以色列3种类型的5种斥水土壤进行斥水性测定分析,通过对非均质条件下测定的土壤斥水持续时间进行标准化处理,并对12种污水中的9种独立水质指标进行主成分分析,计算污水水质综合指标,分析不同污水水质综合指标和不同主成分分量与土壤斥水性持续时间的关系.研究结果表明:黏性土和壤土的斥水持续时间与综合水质指标F值呈线性正相关关系,即土壤斥水持续时间随水质污染程度的增大而增大;砂质土壤的斥水持续时间与F值不具有统计学意义,即土壤斥水持续时间不受水质污染程度的影响.经多元回归分析得出,水质中的2个主成分分量与黏性土和壤土的土壤斥水性都呈正相关关系,而且第一主成分对土壤斥水性的影响大于第二主成分.     

斥水土壤的水力参数及水平吸渗规律

为了对不同斥水程度土壤的水力性质进行分析,对比了van Genuchten和Brooks-Corey模型对于不同斥水程度下的塿土、砂姜黑土、盐碱土和砂土的适用性;进行了一维水平吸渗试验,分别运用Philip模型和Kostiakov公式对入渗规律进行了模拟,并分析了吸渗率和斥水持续时间的关系;采用水平吸渗法推求了土壤非饱和扩散率,并用指数函数拟合了非饱和扩散率和体积含水率的关系.结果表明:van Genuchten和Brooks-Corey模型对亲水和斥水土壤均具有较好的适用性;斥水性土壤的累积入渗量随时间变化曲线在一定时刻发生转折,未转折前Kostiakov公式的模拟结果比Philip模型好;当斥水时间大于40 s时,吸渗率的变化趋于稳定并在0~0.1 cm/min0.5内变化;非饱和扩散率和体积含水率关系的模拟可采用指数关系,且其对亲水性土壤的模拟效果优于斥水性土壤.斥水土壤的水力参数与亲水土壤的有明显差别,且表现出特殊性.     

翻耕法对土壤斥水性改良效果

为了消除土壤斥水性对农业生产的不利影响,对以色列具有强斥水性的2种土壤（黏性土、砂质土）、4种不同深度的翻耕处理（0～2.5,0～10,0～20,0～30 cm）和种植与否（种植、不种植）共进行16个处理,研究翻耕法对土壤斥水性的改良效果.对于种植的处理,每隔4个月重新进行翻耕处理一次,对于不种植的处理,在试验过程中不再进行翻耕处理,以1年时间为试验期,在每个阶段开始和结束时测定土壤斥水持续时间,最后对各试验在不同阶段土壤斥水持续时间进行比较分析.结果表明：对斥水性土壤进行翻耕处理的物理方法可以暂时消除土壤的斥水性,但斥水性又会在灌溉一段时间后重新出现,经过多次翻耕可有效地消除土壤的斥水性,消除效果随翻耕次数、时长和翻耕深度呈显著的正相关关系.翻耕法对黏性土壤的改良效果明显好于砂质土壤.研究结果可为物理方法进行土壤改良提供理论依据.     

土壤斥水性影响因素及改良措施的研究进展

论述了森林火灾、土壤含水率、有机质含量、pH值、生物膜和粘土矿物质等因素对土壤斥水性的影响以及国内外土壤斥水性改良措施的研究进展,并提出当前土壤斥水性研究的重点和今后的研究方向是土壤毛孔或粒子范围方面的研究、土壤含水率和斥水性的表达、大范围田间斥水性对不同水文学要素的定量影响,同时指出国内土壤斥水性的研究发展方向。     

土壤斥水性影响因素及改良措施的研究进展

论述了森林火灾、土壤含水率、有机质含量、pH值、生物膜和粘土矿物质等因素对土壤斥水性的影响以及国内外土壤斥水性改良措施的研究进展,并提出当前土壤斥水性研究的重点和今后的研究方向是土壤毛孔或粒子范围方面的研究、土壤含水率和斥水性的表达、大范围田间斥水性对不同水文学要素的定量影响,同时指出国内土壤斥水性的研究发展方向.     

次生盐渍土垂向剖面斥水性及其与理化性质关系

为探求土壤剖面斥水性的变化规律及其与土壤水盐含量、pH值的关系,在新疆新垦膜下滴灌棉田以10 cm×10 cm和5cm×5cm的网格等间距采集两个土壤剖面样品,对剖面土壤的斥水性、含水率、含盐量和pH值了进行经典统计、地学统计和相关性分析。结果表明：次生盐渍土剖面斥水性呈中等程度变异,空间自相关性中等偏弱;土壤斥水性在40cm深度附近时最强,在大于80cm深度的土层斥水特征不明显;在0~40cm深度土层,含水率与土壤斥水性正相关,在40~80cm深度与斥水性负相关;含盐量除在0~10cm的表层与斥水性正相关外,在其余土层均为负相关; pH值与斥水性之间多为正相关。     

酒精溶液对斥水土壤入渗规律的试验研究

采用室内土柱积液入渗试验,进行了不同斥水程度的2种土质的酒精溶液和蒸馏水的对比入渗试验研究,对比了不同斥水程度的土壤累积入渗量和入渗率随时间的变化,验证了Kostiakov公式在斥水土壤酒精溶液入渗的适应性,探索了i与t-1/2的拟合关系,以及全盐量和氯离子的剖面分布。结果表明,酒精入渗条件下,斥水性的存在明显影响土壤的入渗性能,而不同程度斥水性的斥水土壤的入渗能力变化不明显,但明显小于亲水土壤;湿润土层内的全盐量和Cl-的淋洗在不斥水条件下效果不明显,而在斥水土壤中较为明显,且在湿润锋处达到最大值;对土壤入渗率与入渗历时的关系,Kostiakov公式的适应性较好;i与t-1/2呈良好的指数关系。斥水性的存在影响酒精溶液入渗,但不同斥水程度的斥水土壤入渗不受酒精溶液的影响。与蒸馏水入渗相比,酒精溶液入渗极大地加速了土壤的入渗过程。     

土壤斥水性与有机质质量分数的变化关系研究

土壤有机质质量分数是影响土壤斥水性的最主要因素之一,为研究二者之间的关系,选用以色列3类不同质地斥水性土壤为对象,分别在田间和实验室测定土壤斥水性和有机质质量分数,并绘制土壤斥水性和有机质质量分数的等值线图和关系图。结果表明,对于粘性土壤和沙质土壤,土壤斥水性随有机质质量分数成幂指数关系,但对于壤土,二者之间没有非常明显的线性关系。研究结果可为分析不同土壤的斥水性影响因素和土壤改良提供理论依据。     

不同质地斥水土壤的入渗模型

为了对斥水土壤的入渗特性及形成机理作进一步研究,分别对4种不同质地的斥水土壤进行了一维土柱垂直积水入渗试验.作图分析了斥水土壤入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋的变化情况及入渗结束后剖面含水率的分布,并采用4种入渗模型对入渗率随时间变化情况作了对比;对累积入渗量与湿润深度之间的关系采用线性关系进行了描述.结果表明:与亲水土壤相比,4种斥水土壤在入渗过程中自某一时刻会出现入渗特性的改变:I-t,zf-t及z_f-I曲线均会自某点起发生转折,以此转折点可以将整个入渗过程分为转折前和转折后进行分析.Kostiakov公式可以较好地描述亲水土壤在整个入渗过程中及斥水土壤入渗转折前的i-t关系;不同质地的斥水土壤在入渗转折后入渗率变化情况差异较大;斥水土壤湿润锋与累积入渗量之间的关系可以在转折前后采用两段线性公式进行较好地描述;发现了斥水土壤剖面较上层土壤含水率大于亲水土壤的现象.     

中南地区典型地带性土壤的斥水性及其影响因素分析

选取我国中南地区不同发育程度典型旱作土壤为研究对象,通过测定土壤基本理化性质与滴水穿透时间(WDPT),探究了该区域土壤斥水性变化规律及其影响因素。结果表明,(1)自北向南,随着水热条件增加,土壤p H值逐渐降低,游离氧化物(Fed、Ald)逐渐增加,非晶质氧化物(Feo、Alo)没有明显的地带性变化;表层有机质量高于下层,而林地表层高于耕地表层;(2)供试土壤均为亲水性土壤,WDPT分布在0.47~4.00 s之间,自北向南土壤斥水性整体呈逐渐降低的趋势;(3)WDPT与p H值、CEC、粉粒量显著正相关(r0.54,p0.05),砂粒量、非晶质氧化铁(Feo)、游离氧化铁、铝(Fed、Ald)与WDPT呈负相关关系(r-0.56,p0.05)。逐步回归分析表明,Fed和Feo对土壤斥水性的影响最显著(R2=0.71,p0.01),可以用来评价和预测土壤斥水性。     

烘干温度和时间对潜在土壤斥水性的影响研究

为研究不同烘干温度和时间对测定土样潜在斥水性的影响,选用以色列2种类型的4种土壤,通过在25、45、65和105℃的4种不同温度和不同时间的组合对土壤样品进行烘干,然后测定潜在土壤斥水性,最后分析不同烘干温度在不同时间下对不同土壤潜在斥水性的影响。结果表明,在测定土壤潜在斥水性时的最佳烘干温度为45～65℃,最佳烘干时间为24h。     

覆膜开孔条件下斥水性层状土壤蒸发实验

覆膜开孔影响田间非均质土壤的水分运动过程,尤其当斥水程度不同时,其运动过程更趋于复杂.在控制土表不同覆膜开孔率条件下,进行了不同斥水程度的塿夹砂和砂夹塿的土柱蒸发实验,测定和分析了不同条件下土壤水分蒸发量变化过程和含水率剖面.结果表明,全覆膜的累积蒸发量-时间曲线明显较低,相应的蒸发10d后土壤水分剖面也与初始水分剖面接近,对于塿夹砂尤其明显.覆膜开孔率增加时,同条件下两种层状土的累积蒸发量与全覆膜相比均有明显增加,表明一旦覆膜开孔,覆膜保墒效应便明显降低.斥水程度增加时,累积蒸发量有所减小,说明斥水性的存在降低了水分运移速率.当土壤为严重斥水时,斥水性对水分运动过程的影响比覆膜开孔率的影响更明显.对于不同斥水程度的塿夹砂,采用对数函数表达累积蒸发量和时间的定量关系较好,而对于不同斥水程度下的砂夹塿分别采用幂函数和对数函数表达.     

近红外传感器测量不同种类土壤含水率的适应性研究

采用我国不同土壤类型地区的5种土壤样品,利用自行设计的近红外传感器测量不同土壤含水率对应的反射光强。选取中心波长1 940 nm的近红外光为测量光,1 800 nm为参考光,将两波长的反射光强值换算为相对吸收深度。实测结果表明,随着土壤含水率的增加,相对吸收深度增加,两者间呈线性相关关系。选取独立样品对线性标定模型进行验证,除红土外,其他4种样品的均方根误差均小于6%。通过标定,所设计的传感器能够较好地测定不同土壤的含水率。     

土壤的斥水性和含水量变化关系的数学模型

以以色列西南部Berry的原状土壤为例,采用滴水穿透时间法测定土壤斥水性随土壤由湿到干的变化情况,并对此关系建立正态、指数正态、对数正态3种数学模型,在对各模型进行综合指标评定后得出,指数正态模型为最佳数学模型。经实测数据进行验证和误差分析,预测结果很好。为进一步研究土壤斥水性和进行土壤改良提供理论依据。     

猕猴桃果园不同采样密度下土壤含水率空间变异性研究

为揭示小区尺度乃至微尺度土壤含水率的空间变异性,在杨凌地区猕猴桃果园选取40 m×40 m区域,并在此基础上再以8、2 m为间距进行网格划分,基于经典统计学和地统计学理论,对不同采样密度条件下0~60 cm土层土壤含水率的空间分布特征及其空间变异性进行了研究。结果表明,对于40 m×40 m(L)、8 m×8 m(M)和2 m×2 m(S)3种尺度,0~60 cm深度各土层土壤含水率在水平方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异,且随尺度减小和土层深度增加而减小,且所有取样点处0~60 cm深度内土壤含水率在垂直方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异。在3种尺度中,土壤含水率存在强烈的空间相关性,表征土壤含水率空间分布形态的半方差函数因尺度不同存在较大差异,L尺度可采用球状和指数模型,M尺度可采用线性模型,S尺度可采用高斯、指数、线性模型。L尺度合理取样数较实际少,而M和S尺度合理取样数较实际多,对于3种尺度,基本表现出0~30 cm土层合理取样数较实际多、30~60 cm土层合理取样数较实际少,表明取样点的合理性分布有待进一步优化。由于地形原因导致当地果园内南北侧土壤含水率空间分布存在较大差异。     

黄绵土风干过程中土壤含水率的光谱预测

以2014年两次在陕西省乾县田间采集的129个黄绵土土壤样本为研究对象,建立土壤含水率定量反演模型。在土壤风干过程中测量光谱反射率及含水率,分析土壤含水率与光谱反射率之间的关系,并利用一元线性及指数回归建立土壤含水率光谱预测模型。结果表明在400~1 340、1 460~1 790、1 960~2 390 nm波长范围内,与含水率相关性最大的反射率对应的波长分别为570、1 460、1 960 nm;吸收深度最大的波长位于490、1 460、1 960 nm。土壤光谱特征指标与含水率之间的线性相关关系优于指数相关关系。以特征波长1 980 nm(C1980)、1 980 nm的吸收深度(D1980)和1 480 nm的吸收深度(D1480)为自变量建立的线性模型为土壤含水率预测的最优模型,校正和验证的决定系数R2大于0.92,相对预测偏差(RPD)大于2.5,均方根误差(RMSE)小于2.5%。研究表明利用自然土样,在风干过程中进行土壤含水率光谱快速预测是完全可行的,从而为遥感实时、快速监测土壤水分含量及大面积土壤水分反演提供了参考。