保水剂对半干旱区砂壤土水分运动的影响试验研究

采用室内土柱试验,研究了BJ2101XM型保水剂3种施用量及沟施和混施的方法对典型半干旱砂性土壤的入渗和蒸发的影响。结果表明:施用后,入渗速率最大降至对照的0.77(混施)和0.89(沟施);相同初始含水率下,连续蒸发下,土壤含水率均高于对照,其中混施6kg/亩的各层含水率是对照的1.3-39倍,其15cm处提高了42%;混施比沟施减少了6-25%的土壤蒸发量。     

保护性耕作对黄土高原旱地表土容重和水分入渗的影响

通过在陇中黄土高原半干旱区进行保护性耕作的定位研究,探讨了保护性耕作对土壤容重以及渗透性能的影响。结果表明:与传统耕作(T)、免耕无覆盖(NT)、传统耕作结合秸秆还田(TS)相比,试验的前2～3a免耕覆盖(NTS)使得土壤容重增大,而后保持稳定状态不再持续增加。通过对渗吸率、宏观毛管长度、有效孔径以及饱和导水率等指标的比较发现,免耕覆盖(NTS)对土壤的渗透性能有显著的改善作用。     

微咸水矿化度对重度盐碱土壤入渗特征的影响

通过微咸水室内一维垂直入渗试验,分析了淡水以及4种不同矿化度(2,3,4,5 g·L~(-1))微咸水对重度盐碱土壤累积入渗量、湿润锋运移深度、土壤含水率、入渗历时、入渗速率的影响。结果表明:累积入渗量、湿润锋运移深度、土壤含水率随微咸水矿化度的增加呈现增大的趋势,但与淡水相比,2,3,4,5 g·L~(-1)微咸水的累积入渗量、湿润锋运移深度随入渗时间的变化差异较小;同一土层,土壤含水率大小比较:淡水5 g·L~(-1)3 g·L~(-1)2 g·L~(-1)4 g·L~(-1);在微咸水灌溉条件下,累积入渗量与湿润锋运移深度呈线性关系。采用Kostiakov模型,Philip模型和Green-Ampt模型模拟微咸水入渗过程,结果显示,Kostiakov模型可以更好地描述重度盐碱土入渗率与入渗时间的关系。     

排土场土体裂缝特征对土壤物理性质的影响

以内蒙古胜利东二号露天煤矿南排土场为研究对象,研究排土场不同土体裂缝区土壤机械组成、孔隙状况、水分空间分布以及饱和导水率的特征和差异。结果表明：3个样地土壤机械组成以砂粒为主,土壤质地为砂质土壤,具有质地疏松、通气透水能力强、蓄水能力差等特点;3个样地土壤容重为1.22~1.45 g·cm^-3,且随着土层深度的增加先增大后减小;3个样地土壤含水率偏低,且随着土层深度的增加而减小;土壤饱和含水量、田间持水量和土壤有效水含量呈先减小后增大的变化规律,凋萎系数呈先增大后减小的变化规律,且不同土层之间存在差异。随着土层深度的增加,3个样地各个土层（0~10、10~20、20~30、30~40、40~50、50~60 cm）土壤饱和导水率平均值依次为1.16、1.02、0.95、0.71、0.47、0.27 mm·min^-1;土壤饱和导水率与土层深度之间具有较好的幂函数关系。土体裂缝的出现改变土壤容重、孔隙状况和土壤水分空间分布等土壤物理性质,进而影响排土场水分入渗、地表径流及产流产沙等水土流失过程。     

生物炭和保水剂对煤矸石基质水分物理特征的影响

探究煤矸石基质的水分物理特征,可为矸石山新土体的水分管理提供依据。本研究以生物炭、保水剂(丙烯酰胺和丙烯酸钾的共聚物)以及煤矸石与生土混合成的基质为研究材料,采用双因素三水平(生物炭和保水剂用量分别为煤矸石基质质量的0、2%和4%,以及0、0.02%和0.04%)完全试验设计,通过室内土培方法,研究添加生物炭和保水剂对煤矸石基质水分物理特征的影响。结果表明:混施4%的生物炭和0.04%的保水剂,煤矸石基质的田间持水量较对照显著提高52%。混施4%的生物炭和0.02%的保水剂使煤矸石基质的稳定入渗速率和累积入渗量较对照显著提高34.43%和42.57%;而单施2%的生物炭以及单施0.02%和0.04%的保水剂,未显著提高煤矸石基质的饱和含水量、毛管持水量和田间持水量。双因素分析表明,生物炭对煤矸石基质水分状况的影响比保水剂显著,在煤矸石基质中混施生物炭和保水剂比单施生物炭或保水剂更能提高其保水性能。聚类分析结果表明,在混施处理中,生物炭的施用量越多,煤矸石基质的保水性能越高,同时也提高了其累积入渗量和累积蒸发量。总之,混施生物炭和保水剂显著影响了煤矸石基质的保水性能和入渗性能。     

土壤初始含盐量对水分入渗特性的影响

研究土壤初始含盐量对入渗特性的影响,对盐碱地治理具有重要意义。在室内分别进行初始氯化钠含量为3.6、4.5、5.3、5.7 g•kg^-1和9.0 g•kg^-1的一维垂直土柱淋洗试验。根据试验数据,采用多元回归法,建立了湿润锋、累积入渗量与时间和土壤含盐量之间的量化关系,回归相关系数分别为0.992、0.922,回归模型拟合程度较好;根据累积入渗量得到了入渗率与时间和土壤含盐量之间的量化关系。实验和分析计算表明：土壤初始含盐量对入渗特性的影响大于时间对入渗特性的影响,相同时间土壤初始含盐量越高,入渗湿润锋、累积入渗量和入渗率值越小。     

灌水定额对波涌灌溉土壤间歇入渗特性的影响

通过肥液(KNO3溶液)室内入渗试验,模拟研究了地下水位埋深150 cm条件下灌水定额对波涌灌溉土壤间歇入渗特性的影响.结果表明,在试验条件下平均入渗速度随灌水定额的增加而减小;灌水定额越大平均周期减渗率越大;土壤含水率增幅随灌水定额的增加而增大;灌水定额越大,土壤水分向下运移越深,进入地下水中的水量越多,越容易造成地下水污染和水资源浪费.     

不同湿润比下滴灌土壤入渗特性模拟试验研究

为了研究滴头流量和设计湿润比对土壤水分运移规律及湿润体特性的影响,前期利用粘壤土进行试验研究,然后依据非饱和土壤水动力学理论和滴灌条件下土壤水分运移特征,建立了土壤水分运动模型,利用HYDRUS-3D对不同湿润比下滴灌土壤入渗模型进行求解。通过所建模型,对11个观测点的模拟结果与实测结果进行了对比,得出灌水结束时各观测点模拟与实测含水率的相对误差均小于10%,实测与模拟湿润比的相对误差为4.75%~11.78%。利用所建模型对不同情景下湿润体运移规律进行了模拟,获得了湿润体特征变化规律:滴头流量主要影响水平湿润锋的运移距离,而设计湿润比对垂直湿润锋运移距离的影响较大;滴头流量相同时,设计湿润比越大,湿润体内平均含水率越大,高含水区(含水率0.410 cm~3·cm~(-3))半径也越大;设计湿润比相同时,湿润体内含水率高于0.410 cm~3·cm~(-3)的湿润半径随流量增大而增大。     

科尔沁地区不同类型沙地土壤饱和导水率特征分析

土壤饱和导水率反映了土壤的入渗性质,是研究水分在土壤中运动规律的重要水力参数。利用Guelph入渗仪测量了科尔沁地区樟子松林、灌木林和草地0-20cm、20-40cm和40-60cm三个不同土层深度的土壤饱和导水率,分析了这三种类型沙地土壤饱和导水率的差异及其随土层深度的变化特征。结果表明:1)平均土壤饱和导水率樟子松林较大,草地次之,而灌木林较小,它们的平均取值在0.63～12.50mm/min范围内;随土层深度增加,樟子松林土壤饱和导水率逐渐增大,而草地的逐渐减少,灌木林的随土层深度变化不大;2)樟子松林和灌木林土壤饱和导水率与容重显著负相关;灌木林和草地土壤饱和导水率与细沙百分含量显著负相关,而与中沙百分含量显著正相关;樟子松林和草地土壤饱和导水率与粗沙百分含量显著正相关。     

微咸水钠吸附比对土壤理化性质和入渗特性的影响研究

目前微咸水的开发利用成为缓解淡水资源不足的一条重要途径,由于微咸水中含有各种盐分离子,会影响土壤的入渗特性,而且不同的钠吸附比对土壤的影响程度不同。为了分析钠吸附比对土壤入渗能力的影响,在河北省中科院南皮生态试验站进行了一维垂直积水入渗试验研究,在土壤初始含水率均为2.25%、入渗水的矿化度均为3 g/L时,分析不同钠吸附比的微咸水累积入渗量和湿润锋随时间的变化过程,发现二者具有相同的变化规律,用Philip模型进行分析,发现该模型对钠吸附比低于12.56(mmol/L)0.5的微咸水模拟结果较为精确。随着钠吸附比的变化,土壤剖面湿润区的水分运动接近活塞流;土壤含盐量主要受入渗水矿化度的影响,与钠吸附比关系不大。用钠吸附比较高的微咸水进行入渗,在土壤表层发生了Na 对Mg2 和Ca2 的置换作用,并导致表层土壤中钠离子的累积。     

不同粘粒含量土壤水分入渗能力模拟试验研究

为研究土壤粘粒含量对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤中添加沙粒、人工粘土的方法配制不同粘粒含量土壤,用土柱积水入渗模拟了人工配制土壤中粘粒含量对其入渗能力的影响.结果表明:(1) 土壤粘粒含量对土壤入渗能力有较大影响,随粘粒含量增多,入渗能力递减:＜0.001 mm粘粒含量从6%增加至40.4%时,稳定入渗速率从0.0169 cm/min降低至0.0068 cm/min,90 min累积入渗量则从3.66 cm降低至2.02 cm;(2) 稳定入渗速率、90 min累积入渗量与粘粒及物理性粘粒含量分别呈幂函数负相关、指数负相关关系,但与粘粒含量相关性更为显著;(3) 通过对Green-Ampt模型、Philip模型及Kostiakov模型的参数拟合及累积入渗量计算,发现在本试验中Kostiakov模型拟合精度最高,Philip模型次之,Green-Ampt模型较差,说明Kostiakov模型对于均质土体是个比较实用的入渗模型.     

负水头供水条件下土壤水分一维入渗规律的研究

将土壤供水头压力控制为负值,测定了垂直入渗、毛管上升和水平入渗3种情况下的土壤吸水过程.发现随供水吸力的增加,垂直入渗、毛管上升和水平入渗过程中湿润峰前进速度和入渗速度的相对差异变小.将入渗速率等于潜在蒸发速率时的湿润厚度定义为临界湿润厚度,计算了潜在蒸散宰为5 mm/d时不同负水头下壤土的临界湿润厚度;确认了垂直、毛管和水平入渗下湿润峰位置与入渗量的关系,将湿润蜂位置-累计入渗量曲线的斜率,印巴湿润土体内入渗水分所占的容积百分数定义为湿润系数,提供了所测壤土的湿润系数-负水头曲线;建立了负水头供水过程中土壤含水量空间分布模型;观察到湿润锋含水量与供水吸力闸的依赖关系.     

微咸水不同入渗水量土壤水盐运移特征研究

通过室内微咸水积水入渗土壤水盐运移模拟试验,分析了不同灌水量下湿润锋、土壤含水量、土壤含盐量、盐分浓度及Na 、Cl-浓度等的变化特征。研究结果表明,入渗水量与湿润锋呈线性关系,脱盐深度与湿润深度的比值近似为0.342。此外研究结果也显示上层土壤盐分浓度与入渗水矿化度密切相关,因此灌水量大小不仅影响湿润范围,而且直接决定上层土壤盐分含量。     

基于HYDRUS-2D的雨水集聚深层入渗系统土壤水分运移模拟

为了解雨水集聚深层入渗(RWCI)系统土壤水分的入渗规律,设置不同灌水量(10 L、21 L和36 L)和RWCI设计坑深(40 cm和60 cm)的室内土箱试验,观测不同灌水量与不同水头变化情况土壤含水率变化和土壤湿润锋在径向和垂直方向上运移过程,依据非饱和土壤水动力学理论,建立HYDRUS-2D变水头边界条件土壤水分二维入渗模型。通过与实测数据对比,结果表明模型模拟值和实测值具有较好一致性:垂向湿润锋相对均方差(R_E)、平均绝对误差(MAE)和纳什系数(NE)分别为0.019、0.011 cm和0.994,径向湿润锋R_E、MAE和NE分别为0.018、0.851 cm和0.977,土壤含水率R_E、MAE和NE分别为0.188、0.016 cm~3·cm~(-3)和0.916。相比于设计深度为40 cm的RWCI系统, 60 cm RWCI系统在不同灌水量下能够更有效地增加果树根系分布层的土壤含水率,增加土壤水分入渗深度;相同灌水量下RWCI系统设计深度的径向湿润锋分布间无明显差异,而垂直方向的分布具有明显差异;RWCI系统在相同的设计深度下,随着灌水量增大湿润锋在垂向与径向的运移距离差异逐渐增大。