生物炭对不同坡度坡耕地土壤水动力学参数的影响

在3种地形坡度条件下,开展了施加生物炭后连续两年的土壤水动力学效应试验研究,探究不同坡度坡耕地施加生物炭当年和次年对土壤水分常数、土壤水分特征曲线、比水容量、非饱和导水率K(h)和非饱和扩散率D(θ)的影响。结果表明:施用生物炭当年和次年均使土壤田间持水率和饱和含水率增大,且随坡度增加其增率变大,生物炭因子两年内对土壤水分常数的影响显著(P <0. 015),而坡度因子影响不显著(P> 0. 05),即生物炭因子作用更明显;施用生物炭两年内,在各个土壤吸力条件下土壤含水率均增大,土壤持水性增强,且同地形坡度呈正相关关系、同年限呈负相关关系;生物炭在两年内均增大土壤比水容量,使其供水能力加强,最大增量1. 830 207×10^-3cm^3/cm^4;地形坡度对K(h)无明显影响,但施加生物炭可使K(h)增大,土壤导水性增强,2016、2017年K(h)最高分别增加239. 61%、164. 04%;施加生物炭可降低D(θ),抑制土壤水分的水平运动,随地形坡度增加抑制效果增强。生物炭施用当年对各土壤水动力学参数的影响大于施用次年。研究结果可为东北黑土区坡耕地农业水土保护和利用提供理论依据。     

基于Hydrus-1D的滴灌土壤水分运移数值模拟

为探索滴灌土壤水分运移、土壤水分再分布及土壤水力特性参数等,利用Hydrus-1D软件对室内有机玻璃箱滴灌条件下土壤水分运动进行了模拟,并对其土壤导水率和土壤水分特征曲线进行了求解和拟合,并利用均方根误差RMSE和决定系数R2进行评价。结果表明Hydrus1-D软件对滴灌条件下土壤水分分布的模拟具有较高的精度,在滴头处实测的土壤含水率和模拟的土壤含水率其RMSE和R2可以达到0.021 6和0.856 2,并对土壤水分特征曲线和扩散率曲线进行了模拟,发现其能较好满足V-G模型和指数函数关系,说明Hydrus1-D软件可普遍用在分析评价土壤水分的有效性,研究土壤水分运动等方面。     

由入渗试验推求田间水分运动参数及其与试验室参数的比较

<正> 近年来应用非饱和土壤水运动原理,并通过数值计算来定量分析研究包气带中的水分动动愈来愈受到水文、水文地质、土壤物理、水资源、农田水利等学科科学工作者的重视。在定量分析研究非饱和土壤水的运动时,都必需首先求得水分运动参数D(θ)、K(θ)值及水分特征关系曲线。目前对D(θ)、K(θ)值的室内测定方法已较成熟,实验中的重复性     

不同灌溉处理条件下苗期冬小麦土柱中的硝态氮运移模拟

应用反求方法通过迭代求解硝态氮运移方程(CDE方程)来估算其源汇项的平均分布,并进一步优化获得源汇项中难以直接测定的参数——根系吸氮因子,从而建立了室内砂培土柱实验中冬小麦的根系吸氮模型。应用该模型模拟冬小麦砂培土柱实验中不同灌溉处理条件下土壤硝态氮动态的变化过程,结果表明,冬小麦各生长阶段土壤硝态氮浓度剖面的模拟值与实测值吻合较好,冬小麦根系吸氮总量模拟值与实测值之间的相对误差均在10%以内。     

红壤涌泉灌水分入渗试验及数值模拟

为了探索红壤涌泉灌的水分入渗规律,进行了不同流量下涌泉灌的水分入渗试验,依据非饱和土壤水分运动理论建立土壤入渗数学模型,采用软件HYDRUS-3D进行了求解,在模型验证后,采用数值模拟方法研究土壤水分入渗运动。模型验证说明:土壤含水率的模拟值与实测值相对误差较小,两种结果的吻合度比较高,涌泉灌土壤水分运动可以用该模型来模拟。数值模拟结果说明:随流量的增加,土壤水分运动特征值随之增大;随着时间的延长增减的幅度变小;入流量越大,湿润锋运移速度越快,土壤含水率增加的速率越大;当入渗达到稳定时,土壤含水率与流量呈等比例增加的关系。     

垂直线源入渗土壤水分分布特性模拟

基于非饱和土壤水动力学理论,利用Hydrus-2D软件分析了垂直线源入渗条件下的土壤水分分布特征。通过试验对比验证,反推出试验土壤的水力参数。结果表明,Hydrus-2D软件可用于垂直线源入渗土壤水分分布特征的模拟,且精度较好。对不同灌水技术要素条件下的垂直线源入渗土壤水分分布特征进行模拟研究,结果表明,垂直线源入渗条件下,不同质地土壤的湿润体形状差别不大,大小有明显的差别：砂壤土和粘壤土的水平湿润半径分别是砂土的0.59和0.24,垂直湿润深度分别是砂土的0.42和0.31;在不同线源埋深情况下,土壤湿润体的形状和大小差别不大,湿润体的位置有显著的差别,当埋深增加5cm,砂土、砂壤土、粘壤土的垂直湿润深度分别增加6%、11.5%、16%;线源长度和直径对土壤水分分布影响较大,其中线源长度主要影响垂直湿润深度,线源直径主要影响水平湿润半径;初始含水率高时,相同断面处的含水率增大;在相同入渗时段内,湿润锋水平运移距离和垂直运移距离随土壤初始含水率的增大而增大。     

水平微润灌土壤水分运动数值模拟与验证

【目的】进一步认识微润灌土壤水分运动规律。【方法】以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了微润管水平铺设方式下的土壤水分运动数学模型,利用SWMS-2D软件进行求解,采用室内试验及已有文献资料,对单位长度微润管入渗量、土壤湿润锋运移值、土壤湿润体体积和土壤剖面含水率等指标的实测值与模拟值进行了分析验证。【结果】入渗初期(24 h内),单位长度微润管入渗量模拟值与实测值之间存在一定差异,平均相对误差为11.7%;入渗后期(24 h后),模拟结果与实测结果一致性良好,平均相对误差为4.7%。微润管水平埋设时,土壤湿润锋沿微润管呈圆柱形分布,各时段的模拟值与实测值基本一致,平均相对误差绝对值为7.38%;土壤湿润体体积模拟值与实测值随时间的增加拟合性越好;土壤含水率等值线为围绕微润管的"同心圆",随着湿润体半径的增大而减小,微润管壁处土壤含水率最大。【结论】所建模型能比较真实地反映水平微润灌土壤水分运动状况,所建模型及采用SWMS-2D软件进行求解是可行的,采用数值方法模拟水平微润灌土壤水分运动过程是可靠的。     

设施茄子滴灌土壤水分运动数值模拟及验证分析

基于非饱和土壤水动力学理论及根系吸水模型,建立地面滴灌土壤水分运动数学模型,应用HYDRUS-2D模型模拟全生育期不同灌水处理条件下设施茄子滴灌土壤水分动态变化,结果表明：土壤含水量模拟值与实测值之间具有较好的一致性,所建地面滴灌土壤水分运动数学模型能较好地反映滴灌条件下茄子土壤水分运动规律。     

基于HYDRUS对稻田不同阶段土壤水分的模拟与分析

在稻田淹水到排水干田的过程中,稻田的土壤水分由饱和态转为非饱和态,这一过程中稻田土壤水分运移规律的变化以及水量各平衡要素的转化对稻田水分管理以及减缓农业面源污染等方面具有实际意义.为探寻稻田不同阶段土壤水分状况下的差异性,基于重庆丘陵区紫色土常规轮作水稻土壤水分的连续监测数据,利用HYDRUS-1D模型对稻田淹水、排水落干和收获后3个不同干湿阶段(阶段Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)的土壤水力参数和土壤含水量开展验证模拟分析.研究表明:(1) 根据R²与RMSE的误差分析结果,HYDRUS可以实现对不同阶段稻田土壤水分变化的有效模拟.(2) 根据土壤水量平衡分析,阶段Ⅰ的稻田土壤水分以水分补充的形式为主;阶段Ⅱ和Ⅲ的土壤水分以水分损失为主,底层渗漏量分别占总水分损失量的52%和95%.(3)根据HYDRUS的模拟结果,降雨直接影响土壤上下边界流的变化;阶段Ⅱ的实际作物蒸腾量和实际地表蒸发量低于阶段Ⅰ的,阶段Ⅲ稻田土壤的地表实际蒸发量与日照时数的关系更密切.     

滴灌条件下土壤湿润体特征研究

基于非饱和土壤水运动理论,建立了地埋滴灌条件下土壤水分运动数学模型。采用HYDRUS-3D软件对模型进行求解。通过实测结果与模拟情况对比分析,湿润体内土壤含水率模拟值与实测值差异不大,相对误差在10%以内。总体上模拟结果能较真实地反映点源滴灌条件下的土壤水分运动规律,可为滴灌系统的设计和运行提供一定的理论依据。     

普吉土介质弥散试验研究

普吉渣场黏土的水动力弥散特征是该地区地下水环境评价关键内容。以普吉地区非饱和红色黏土和黄色黏土为对象,以氯化钾为溶质,采用水平土柱入渗法对非饱和土壤水动力弥散系数Dsh（θ）进行了试验和分析。试验结果表明,对该2种土壤,非吸附性溶质Cl-1的水动力弥散系数Dsh（θ）与土壤含水率θ成幂函数关系;同一含水量条件下红色黏土中渣溶质运移的速率要大于黄色黏土。     

土壤水高矿化度对粉质黏土水力特性的影响

为获取高矿化度土壤水条件下的水力特征参数,并比较不同处理的影响,实验测定淡水、30、100及250g/L土壤水矿化度处理土样脱湿过程的水分特征曲线,并利用RETC软件进行模型参数拟合。结果表明,粉质黏土条件下,van Genuchten-Burdine模型可拟合各不同处理土壤水分特征曲线。各组实测曲线形态显示,在吸力较大阶段,当土壤水吸力增大到一定程度时含水率才发生变化,二者呈多值对应关系。TDS-30处理对应的残余体积含水率θr最大,α、n值最小,非饱和水力传导度K值衰减最快;中等大小孔隙的变化对非饱和水力传导度影响较为显著。研究成果可为深入开展矿化度潜水蒸发数值计算提供支持。     

沟播冬小麦田土壤水流动系统模拟

以衡水试验场沟播冬小麦田为例，建立了土壤沟垄微地形条件下土壤剖面二维饱和—非饱和水流运移的数学模型，对冬小麦生长条件下土壤水分的动态变化规律进行了模拟，揭示了人工微地形条件下典型时刻土壤水流动系统特征。结果表明：所建立的数学模型能较好地描述和模拟土壤剖面水分的运移过程和变化规律；土壤沟垄地形有利于形成局部优化的土壤水流动系统——根系汇流系统；土壤沟垄地形优化土壤水流动系统的效果受零通量面发育深度的限制。     

树枝覆盖与保水剂对土壤水分的影响

通过野外定位试验,研究了树枝覆盖和保水剂对土壤水分的影响。结果表明,树枝覆盖抑制土壤蒸发的效果明显,在土壤含水量大于16%时,可抑制2/3左右的土壤蒸发,树枝覆盖可提高表层土壤含水量达30%;滴灌条件下保水剂穴施可明显减少土壤水分的垂直入渗,提高湿润体的平均土壤含水量;滴灌条件下树枝覆盖结合保水剂穴施节水效果明显,使0~70 cm深度的土壤含水量增加了24%。     

滴灌双点源土壤水分入渗特性数值模拟研究

为了研究双点源滴灌条件下土壤水分运动规律,为滴灌多点源系统的合理设计提供理论依据,基于非饱和土壤水分入渗理论和双点源滴灌条件下土壤水分分布特征,建立了滴灌条件下双点源土壤水分入渗数值模型,利用流体建模有限元分析软件HYDRUS-3D对数值模型进行了运算.将湿润区内土壤含水率运算与实测结果进行对比可得:实测与模拟值一致性...     

塿土土壤水力特性空间变异的多重分形分析

为探讨塿土土壤水力特性的空间分布特征,对杨凌示范区大寨乡小麦与玉米轮作地进行直线分布土壤取样,室内测定了土壤水分特征曲线、饱和导水率、土壤含水率、容重等土壤水力特性,用Brooks - Corey模型对土壤水分特征曲线进行拟合,采用多重分形方法对Brooks- Corey模型参数(θs、α、n)、饱和导水率(Ks)、土壤含水率(θ)、容重(ρ)等进行空间变异性分析.结果表明:在全部采样方向上Ks、α及n的变异性较强,θsθ及ρ表现为弱变异;不同采样方向上土壤水力特性参数具有多重分形特征;不同采样方向上θ,、θ及p的多重分形结构较弱,空间变异性不强;不同采样方向上Ks、α及n的多重分形结构明显,广义分形维数分别为0.7 ～1.9、0.6～1.2、0.9～1.1,空间变异性较强,且Ks比α和n具有更为复杂的空间分布结构.     

保水剂对红砂岩土壤持水特性的影响

为了探究红砂岩土壤中施用保水剂对其持水特性所造成的影响,在红砂岩土壤中按保水剂质量比为0,0.25‰,0.50‰,1.00‰,2.00‰施用保水剂的条件下,测定了不同比例保水剂措施下的土壤水分特征曲线、土壤入渗过程和土壤水分蒸发过程,并用二次曲线求得最佳施用量.研究结果表明,随着保水剂施用量增加,饱和含水量θ_s呈增大的趋势,而残余含水量θ_r、进气值相关参数α和开关系数n总体上呈现先增大后减小的趋势,保水剂主要增加土壤重力水.施用保水剂抑制了土壤的入渗性能,降低了水分垂直入渗率,延长了入渗持续时间,减缓了土壤水分蒸发速率.综合考虑保水效果和施用量,红砂岩土壤最佳保水剂施用量范围为0.5‰~1.0‰.     

基于土壤水力传导度自动测试系统的瞬时剖面法试验应用

水力传导度表征土壤对水分流动的传导能力,是计算土壤水分运动的一个重要参数,反映非饱和土壤的导水率随含水率或基质势的变化关系。该文采用TS-4型土壤水力传导度测试系统分别对两种土壤进行了3次试验,结果表明:自动测定系统具有方便快捷、精度较高的特性,为实验室模拟非饱和土壤水运动参数测定试验提供了一种有效的方法。      

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10％以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.     

多点源滴灌条件下红壤水分溶质运移试验与数值模拟

为了掌握红壤多点源滴灌条件下水分溶质运移规律,为红壤丘陵地区脐橙滴灌灌溉设计和管理提供参考,建立了5个不同红壤容重下滴灌水分和硝态氮运移的数学模型。借助Hydrus-3D模型模拟了不同红壤容重、同一滴头流量和施氮量时土壤水分溶质分布特征和湿润锋推移和交汇过程。模拟结果与试验对比表明:模拟的湿润锋运移交汇过程、湿润体内土壤含水率以及NO_3~--N含量与实测值之间的偏差均在9.5%以内;模拟值和实测值具有很好的一致性,并显示在湿润锋交汇处土壤含水率和NO_3~--N含量低于同一深度滴头下方的土壤,另外高容重红壤阻碍湿润锋的推进速度。总体而言,Hydrus-3D可以用于红壤滴灌施肥灌溉条件下湿润体范围以及水分和氮素运移和分布的模拟。