重庆市四面山人工林土壤持水与入渗特性

通过土壤持水量和水分入渗速率的测定,对重庆市四面山4种人工林(杉木×马尾松针叶林、石栎×木荷×香樟×枫香阔叶林、石栎×木荷阔叶林、杉木×马尾松×木荷针阔林)土壤层的水文特征进行分析评价.结果表明,针阔混交林土壤饱和持水量最高,为314.98 mm;阔叶林其次,为301.26 mm与290.26 mm;针叶林最小,为237.94 mm.分别较荒地高44.93%,38.61%,33.72%和9.48%.石栎×木荷阔叶林土壤水分入渗速率最快,初渗速率为25.35 mm/min,稳渗速率为3.97 mm/min,平均入渗速率为5.48 m/min.灰关联评价结果显示,该区两种阔叶混交林均具调蓄涵养最大日降雨的能力,石栎×木荷×香樟×枫香阔叶林改良土壤持水性能效果显著,石栎×木荷阔叶林土壤水分入渗能力有明显提高.     

添加γ-聚谷氨酸减少土壤水分深层渗漏提高持水能力

γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid,γ-PGA)是一种高分子聚合物,具有超强的吸水能力和生物降解性。为探明γ-PGA在土壤改良方面的应用及对土壤水分运动的影响,该文基于室内垂直一维入渗土柱试验,研究了不同γ-PGA施量配比(0、0.5%、1%、2%、4%)对土壤水分入渗及持水特性的影响。结果表明:与对照组相比,添加4%的γ-PGA的累积入渗量、入渗率和湿润锋分别减少了57.95%、53.89%、59.58%;四种入渗模型参数的模拟结果显示,与对照组相比,随着γ-PGA施量的增加,Kostiakov公式中的经验系数从0.808减小到0.538,经验指数从0.530增大到0.623;Philip入渗公式中的吸渗率从0.704减小到0.292;Green-Ampt公式中,饱和导水率从0.0043减小到0.0011 cm/min,湿润区有效的土壤水扩散率从1.19减小到0.16 cm~2/min,湿润锋处的土壤水吸力无明显变化;垂直一维入渗代数模型中,饱和导水率从0.0044减小到0.001 cm/min,非饱和土壤吸力分配系数和土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数均无明显变化趋势。土壤的持水特性结果表明:随着γ-PGA施量的增加,土壤饱和含水率增加,且与对照相比,表层土壤(0~10 cm土层)的含水率呈显著增加趋势,深层土壤(≥10~40 cm土层)的含水率则呈减小趋势。同时,湿润土层的厚度逐渐减小,说明γ-PGA不仅可增强土壤的持水能力,而且还可改变土壤剖面水分的分布形态,使更多水分蓄积在作物根区土层区域。该研究为γ-PGA的田间土壤改良及应用提供了理论支撑。     

工程堆积体入渗特性及持水能力对降雨条件的响应

为探讨降雨对工程堆积体入渗特性及持水能力的影响,采用室内土壤基本物理性质分析及野外双环入渗方法,对不同降雨条件下工程堆积体入渗特性及持水能力的变化及影响因素进行研究。结果表明:工程堆积体土壤基本物理性质在不同降雨条件和坡位有较大差异,不同降雨条件下工程堆积体坡下的土壤容重大小表现为干旱(Ⅰ)小雨(Ⅱ)中雨(Ⅲ)大雨(Ⅳ);不同坡位工程堆积体的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度大小表现为坡下坡中坡上。不同降雨条件下,初始入渗速率大小表现为干旱(Ⅰ)小雨(Ⅱ)大雨(Ⅳ)中雨(Ⅲ),其大小依次为8.91,5.52,3.96,3.25mm/min;稳定入渗率大小表现为干旱(Ⅰ)中雨(Ⅲ)小雨(Ⅱ)大雨(Ⅳ),其大小依次为4.40,1.45,1.32,0.53mm/min。不同降雨条件下工程堆积体坡下的最大有效库容大小表现为大雨(Ⅳ)小雨(Ⅱ)干旱(Ⅰ)中雨(Ⅲ),其大小依次为469.03,402.48,378.11,321.88t/hm2,中雨(Ⅲ)条件下工程堆积体在各坡位的田间持水量最大。工程堆积体的持水能力与总孔隙度、毛管孔隙度、入渗性能呈显著正相关关系,而与容重呈显著负相关关系。研究结果可为工程堆积体边坡水土流失防治提供重要科学依据。     

土壤保水剂对土壤持水特性及作物出苗的影响

保水剂农业节水、保水、增产新技术一直是国内外学者重点研究的对象之一,但目前缺少一些基础性研究数据,本文着重就保水剂物理保水特性及对作物出苗的影响进行探讨.结果表明保水剂具有良好的膨胀性、吸水快和减少蒸发的特性,特别是改变水分特征曲线,大幅度增加土壤有效水,促进作物出苗作用尤为突出,可成为未来人工调控土壤水分的重要手段,应用前景非常广阔.     

长三角丘陵地不同植被林下土壤入渗特征分析

对南京市紫金山典型黄棕壤区麻栎纯林、麻栎马尾松混交林及灌木三种植被结构下土壤进行环刀法分层(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm)取样,采用传统土壤物理性质测定方法,研究了林分尺度下部分土壤物理性质的空间变异性及其与渗透规律的相互关系。结果表明:三种植被林下土壤在垂直方向上入渗速率由表及里均逐步递减,土壤初渗速率与土壤粉粒含量、土壤毛管孔隙度及土壤总孔隙度极显著相关,而土壤稳渗速率与土壤非毛管孔隙度极显著相关。同时,麻栎纯林的土壤渗透速率在三种植被类型中为最大;结合各植被结构下土壤持水能力分析,故而推断研究区麻栎纯林的土壤水文效应最为理想,可为该地区的人工造林植被结构搭配提供科学依据。     

不同水分条件下保水剂对土壤持水与供水能力的影响

为探明水分条件对保水剂作用效果的影响,采用盆栽实验,测定冬小麦生长结束后不同水分条件下保水剂不同用量（T1：0、T2：27 mg/kg、T3：54 mg/kg、T4：81 mg/kg）处理的土壤持水、供水及导水性能等。结果表明：保水剂的施用均提高了土壤持水、供水、导水能力及土壤有效水含量。轻度胁迫条件下,以T3处理的持水能力、有效水含量及导水能力最强,而供水能力以T4处理为佳;充分供水条件下,随保水剂用量的增加,土壤持水能力、供水能力、有效水含量及导水能力均提高,但T3和T4处理间差异不显著。与轻度胁迫相比,充分供水条件下各处理的持水能力、供水能力及导水能力均较高,而有效水含量以轻度胁迫条件下的T3处理较高,较对照增加18.6%。从经济的角度考虑,2水分条件下以T3处理（54 mg/kg）效果为佳。     

东北主要类型旱田土壤持水特性研究

土壤持水特性是对土壤水分有效性的一种反映,不同土壤持水特性存在差异。为了解东北地区主要旱田耕地土壤的持水特性,本研究通过定点采样方法,在不同地区选择了典型的黑土、草甸土、白浆土、碱土、褐土5类旱田耕地土壤,通过压力膜法得出不同水柱压力下土壤水分实测值,并通过Van Genuchten和Garden模型进行模型拟合,相关性极显著,通过Van Genuchten绘制土壤水分特征曲线,从曲线看出,不同类型土壤持水特性存在差异,0～10 cm土层各土壤水分特征曲线差异大、曲线分散,草甸土、白浆土、碱土含水量在各压力下均处于较高水平,褐土最低,黑土居中; 10～20 cm土层土壤水分特征曲线在低吸力阶段差异仍较大,高吸力阶段差异小,褐土含水量最低,草甸土、白浆土、碱土趋于一致,黑土居中; 20～30 cm土层差异减小,褐土、碱土、黑土趋于一致;通过Garden模型计算土壤比水容量,不同水吸力下,褐土比水容量最高,其次是黑土,草甸土、白浆土和碱土比水容量较低,说明褐土和黑土释水能力强;土壤饱和含水量与土壤容重显著负相关,土壤有效持水库容与土壤大颗粒、土壤0. 02 mm的颗粒呈极显著负相关,与0. 02～2 mm的颗粒含量呈显著正相关;草甸土、碱土、白浆土饱和持水库容高,但有效库容低,与褐土、黑土相反。因此,提高土壤持水能力要根据土壤的物质特性提出对应措施。     

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。     

土壤表面活性剂对土壤水分特性影响的研究

试验评估4种土壤表面活性剂Wet-Sol#233(Ⅰ)、WaterMaxx(Ⅱ)、Ad-Sorb(Ⅲ)和Fornula One(Ⅳ)对粉砂土和沙土水分特性的影响。在α=0.05水平下,表面活性剂处理和对照的渗透率、保水能力没有显著差异,仅在沙土样品中,处理问不饱和水力传导系数(P=0.009)和毛管上升(p=0.048)表现出显著差异。Ⅳ的不饱和水力传导系数显著高于Ⅱ和Ⅰ,和对照差异不显著,Ⅰ最低。毛管上升试验中,Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ样品的上升高度显著低于对照。通过土壤物理水分特性的数据统计,单一地使用阴离子型、非离子型、嵌段聚合物等4种土壤表面活性剂没有提高试验中亲水土壤的水分渗透分配和保水功能。     

盐阳离子类型及浓度对土壤持水及干缩开裂的作用效果

为探索阳性盐离子对土壤持水性能的影响,同时定量分析失水过程所致的土体收缩及裂缝特征,选取陕西粉黏壤土作为供试土壤,分别采用含有K+、Na+、Ca2+和Mg2+4种离子的盐溶液(浓度均为5、30和100 g/L)对土样进行饱和处理,采用离心机法测定土-水曲线,进一步对土壤持水能力进行评价;同时测定土体沉降高度,采用数字图像处理技术获取面积密度和长度密度等裂隙度量指标,对土体收缩和开裂水平进行定量分析。结果发现:1)van Genuchten模型适用于盐溶液浸泡土壤的土-水曲线拟合;2)4种盐离子均基本导致土壤持水能力降低(5 g/L Na+除外),且持水性与离子浓度呈负相关关系;同时使得土壤饱和含水率、残余含水率和进气吸力降低,其中土壤饱和含水率与离子浓度呈负相关关系;3)K+和高浓度Na+有利于减轻土壤轴向收缩度,且土体轴向收缩应变与K+(P0.01)和Na+(P0.05)浓度呈负相关关系;在收缩过程中,不同离子对土壤容重的影响程度表现为Mg2+Ca2+Na+K+;4)4种离子均可减轻土壤开裂程度,且裂缝面积密度和长度密度与K+(P0.01)、Na+(P0.01)和Ca2+(P0.05)浓度呈负相关关系,与Mg2+浓度呈正相关关系(P0.01)。研究可为盐碱土壤持水能力评价、制定灌溉制度提供参考。     

室内模拟降雨条件下土壤水分入渗及再分布试验

降雨入渗对城市绿化、防洪排涝、农业生产等方面有着重要的意义。采用室内模拟降雨,使用时域反射仪采集相关数据,从土壤含水率变化特征和湿润锋运移特点等方面,研究了在垂向一维条件下不同雨强降雨对水分入渗的影响,探讨在降雨条件下土壤水分的再分布情况,从而确定试验所用砂壤土保水性最优土层范围。结果表明：降雨结束后,土壤水分的再分布主要受土水势控制,随着时间的延长,蒸发作用逐渐占据主导地位;试验所用砂壤土的最佳保水性土层深度为20～35 cm,可为植物的选栽提供参考。     

不同生物炭施加量的土壤水分入渗及其分布特性

为了揭示生物炭施加到黑土区土壤后形成的特殊双层土壤结构对土壤水分入渗及其分布的影响,该研究采取室内与田间试验相结合的方法,探讨了积水入渗条件下不同生物炭施加量(0、10、20、40和80 t/hm~2)的土壤水分入渗特性,并建立了生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型,对不同生物炭施加量的农田土壤水分分布进行了模拟。结果显示,生物炭-土壤双层结构土壤水分入渗过程表现为斜率由大变小的两段非线性曲线,转折点为入渗锋面到达生物炭-土壤交界面后暂停继续下渗,上层土壤质量含水率累积到界面含水率超过临界含水率42.5%的时间;生物炭的施加使土壤入渗率、饱和导水率和临界吸力与对照相比提高的比例范围分别为21.95%~112.20%、14.29%~52.38%和13.75~78.69%,同时也可显著增强上、下层土壤的持水性能。在上层土壤厚度为20 cm时,影响临界吸力的因素只有生物炭的施加量,且其与施炭量的相关性大于土壤入渗率和饱和导水率;施用生物炭条件下的土壤水分分布规律可以用本研究所建立的生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型来表达。研究表明,生物炭添加能够改善黑土区土壤持水能力和水分入渗特性,有利于作物生长,减少地表径流和水土流失;同时也为生物炭在黑土区农业生产上的应用选择合理施加量提供科学参考。     

初始含水率对土壤中原油入渗的影响

为确定土壤初始含水率对原油在土壤中入渗的影响,该文利用3种土壤,根据设定不同初始含水率进行配置,开展土柱模拟试验,研究了不同初始含水率条件下原油在土壤中的入渗。试验结果表明：对于同一质地土壤,随着初始含水率的增加,原油在土壤中入渗的湿润距离和湿润推进速率均增加。原油在土壤中的入渗与土壤粉粒含量密切相关,当土壤初始含水率较低时,不同质地土壤,粉粒含量越高,原油在土壤中入渗越慢;随土壤深度增加,土壤中原油残留物的含量呈波动递减趋势;原油在土壤中入渗的湿润距离随时间的变化可用对数函数拟合,湿润推进速率与时间的关系可用Kostiakov公式拟合。     

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...     

影响土壤入渗积水时间因素的试验

为了研究供水强度、土壤容重、初始含水率、土壤质地等因素对非充分供水入渗积水时间的影响,建立入渗积水时间与单一因素的数学关系,在室内进行了8种均质土壤的非充分供水入渗试验。结果表明：供水强度与入渗积水时间呈降幂函数关系,土壤容重、初始含水率、质地各因素与入渗积水时间呈对数函数关系。研究结果对于水土保持及水文学的径流研究有重要意义,对于指导喷灌系统的设计具有实际意义。     

四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性

土壤斥水性影响入渗,进而影响作物产量。国外学者进行了一定的研究,但在中国研究的还很少。该文基于实测资料探讨几种常规的入渗模型在斥水土壤中的适用性。采用室内土柱进行积水入渗试验,对比了不同积水高度和斥水度条件下的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了土壤入渗率变化特征。结果表明,累积入渗量随入渗历时的变化可用幂函数描述,不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水土壤;累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系;利用Green-Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式和指数公式对入渗率与入渗历时间的关系进行拟合,其中Kostiakov公式更接近于实测值,其他模型拟合效果因斥水程度等因素的不同而异。     

大孔隙对土壤水分入渗特性影响的物理模拟试验

利用不同粒径砂石和大孔隙域模具模拟同一深度、不同有效面孔隙度,在特制试验装置中研究积水条件下大孔隙流的三维运移行为。结果表明：湿润峰平齐且稳定的转折时间和有效面孔隙度相关性较高;不同有效面孔隙度条件下累积入渗量符合Kostiakov模型但其参数是有效面孔隙度的函数;大孔隙的连通性在一定条件下对土壤水分的优先入渗起主导作用;大孔隙的存在导致大孔隙中心特征剖面湿润面积发生典型变化,给出了大孔隙中心特征剖面湿润面积增量的定量概念及其与有效面孔隙度之间的数学模型,并进行了验证,精度满足要求。     

磷素添加对土壤水分一维垂直入渗特性的影响

为探究磷素（P）添加对土壤水分一维垂直入渗特性的影响,该研究开展了磷素随水添加土壤入渗试验（CK、P1、P2、P3、P4）和加磷培养土壤入渗试验（ICK、IP1、IP2、IP3、IP4）,各试验均设5个P梯度,依次为0、0.075、0.15、0.225、0.3 g/kg。研究结果表明：1）随水施磷在入渗过程中对土壤入渗特性无显著影响;2）土壤加磷培养90 d后,其水分入渗能力显著增强（P<0.05）,相较于对照ICK而言,处理IP1、IP2、IP3、IP4的累积入渗量分别增加了7.82%、8.85%、9.82%、11.21%,所对应的入渗时间减小幅度分别为7.77%、14.56%、22.33%、27.18%;累积入渗量与湿润锋运移速度均随磷梯度增大而增大,拟合的Kostiakov公式和湿润锋运移距离-时间公式中的入渗参数与磷浓度呈现出很好的线性关系;3）IP3、IP4处理中0.25～2 mm粒级团聚体数量占比显著高于未加磷素的对照ICK（P<0.05）,与ICK相比分别提高了35.9%、51.28%。综上,磷素添加到土壤中时间的长短与土壤结构的变化有直接联系,加磷培养增加了土壤中0.25～2 mm粒级大团聚体的数量占比,从而增强了土壤入渗能力。该研究将施磷与土壤入渗能力相结合,揭示磷素添加对土壤水分入渗能力的影响及其机制,为农业生产中磷肥的合理施用提供理论依据。     

Modelling soil anaerobiosis from water retention characteristics and soil respiration

Oxygen is a prerequisite for some and an inhibitor to other microbial functions in soils, hence the temporal and spatial distribution of oxygen within the soil matrix is crucial in soil biogeochemistry and soil biology. Various attempts have been made to model the anaerobic fraction of the soil volume as a function of structure, moisture content and oxygen consumption. Aggregate models are attractive but difficult to parameterize and not applicable to non-aggregated soils. Pore models are preferable for pragmatic reasons, but the existing versions appear to overestimate the anaerobic volume at intermediate soil moisture contents. A modified pore model is proposed, in which anaerobiosis is calculated from a range of air filled pore size classes, based on the soil water retention curve and the soil moisture content. In comparison with previous pore models which are based on the estimation of an average size of the air filled pores, the pore class model presented here appears to give more adequate estimates of anaerobic volumes, especially at intermediate moisture contents. The pore model is attractive for process modelling of anaerobic functions such as denitrification, since it can easily be parameterized by the water retention characteristics of a soil.