盐碱土壤Philip入渗模型参数的神经网络预报模型

以改良盐碱土壤、提供入渗参数为研究目的,在山西省北部的4种盐碱荒地进行了系列入渗试验和基本理化参数测定试验。基于误差反向传播算法(Back Propagation算法),建立了盐碱地土壤基本理化参数与Philip入渗模型参数之间的神经网络预报模型。预测所得Philip入渗模型参数的平均相对误差如下:稳渗率A为4.30%、吸渗率S为0.31%,预测值与实测值吻合程度高。研究结果表明,基于盐碱地土壤条件,选择土壤体积含水率、容重、质地、有机质含量、全盐量以及p H作为预报模型输入变量,Philip入渗模型参数为输出变量的BP神经网络的预报模型是可行的。     

羟丙甲纤维素对土壤水分入渗特性及水稳性团聚体的影响

通过向土壤中施加不同含量的羟丙基甲基纤维素(简称HPMC),研究了HPMC对土壤水分入渗特性及土壤水稳性团聚体的影响。结果表明:(1)土壤中施加一定量的HPMC可以显著降低土壤入渗能力,在施加量为0～1.0g/kg范围内,累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗率均随施加HPMC含量的增加而显著减小;利用Philip方程和Kostiakov公式对实测数据进行拟合发现,两者均能较好模拟施加HPMC后土壤的入渗过程,随HPMC施加量的增加,吸渗率S、稳渗率A和经验系数K明显减小,经验指数β逐渐增大。(2)随HPMC含量的增加,0.25mm的水稳性团聚体百分比明显增大,供试土壤的分形维数逐渐减小,其平均重量直径与水稳性团聚体含量间呈显著正相关关系,表明施加HPMC之后,土壤结构更趋于稳定,土壤抗破坏和抗侵蚀能力增强。HPMC加入土壤后具有明显的减渗效果,一定程度上可以增加水稳性团聚体含量,改良土壤结构,并提高土壤的抗侵蚀能力。     

微咸水入渗下施加石膏对盐碱土水分运动特征的影响

基于一维垂直土柱积水入渗和水平土柱吸渗试验,研究了微咸水入渗条件下,石膏施量(0,0.1,0.2,0.4,0.6kg/m~2)对盐碱土入渗特性及水动力参数的影响。结果表明:(1)微咸水入渗条件下,施加石膏能够降低土壤入渗速率,增加土壤保水性能;随石膏施量的增大,Philip入渗模型吸渗率S逐渐减小并趋于稳定。(2)随着石膏施量的增加,饱和体积含水率增加,而饱和导水率减小,其变化均符合二项式关系。(3)van Genuchten模型参数α值随着石膏施量的增加而减小,而土壤水分特征曲线指数n值增大。(4)土壤水分扩散率随着石膏施量的增加而递减,当石膏施量0.4kg/m~2时,土壤水分扩散率趋于稳定。施加石膏能够改善微咸水在盐碱土中的水分运动特性,提高微咸水利用率。     

金沙江流域典型森林土壤水分入渗特征试验研究

对金沙江流域典型森林生态系统的土壤水文特征进行了研究。结果表明,研究区不同森林类型的土壤容重随着土层深度的增加而逐渐增大,土壤总孔隙度和毛管孔隙度随土层深度的增加而逐渐减小;土壤水分入渗受土壤容重的影响,随容重增加,稳渗率降低;不同森林类型土壤前120min平均入渗速率介于0.78~2.42mm/min之间,稳渗率介于0.10~0.53mm/min之间;无论是平均入渗率还是稳渗率均表现为:华山松林地滇杨林地圣诞树林地水冬瓜林地荒坡地;土壤入渗的渗润阶段发生在0~5min;渗漏阶段约发生在5~80min;渗透阶段发生在80min以后。采用Kostiakov模型拟合双环入渗法测得的入渗过程效果最佳,其次为Philip模型,而用Horton模型的拟合效果最差。     

微咸水入渗下施加PAM土壤水盐运移特性研究

土壤改良剂与微咸水灌溉相结合,对于合理开发利用微咸水、改善盐碱土结构及促进作物生长有着重要意义。基于一维垂直土柱积水入渗和水平土柱吸渗试验,研究了微咸水入渗条件下,不同聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)施量(0、0.02%、0.04%和0.06%)对盐碱土水盐运移特性的影响。结果表明:(1)微咸水入渗条件下,施加PAM能够降低土壤入渗速率,增加土壤保水性能。(2)施加PAM对Philip及Kostiakov入渗模型参数有显著影响,在PAM施量0.04%时,吸渗率S和经验系数K最小,而经验指数β最大。(3)在PAM施量为0.04%时,土壤饱和体积含水量最大,BrooksCorey模型进气吸力hd增加了15.30%,土壤持水性能显著提高;土壤水分扩散率最小,水分分布最均匀。(4)施加PAM能够显著提高土层的持水效率和微咸水的淋洗效果,在PAM施量为0.04%时,土层持水效率最高,盐分淋洗量最大。     

充分供水条件下点源入渗参数影响因素及其简化模型

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了充分供水条件下点源入渗的土壤水分运动数学模型,并应用SWMS-3D软件对模型进行了求解,模拟并分析了充分供水条件下多种典型土壤的点源入渗特性及其影响因素。结果表明,充分供水条件下点源入渗累积入渗量曲线符合Philip模型;在相同土壤质地、容积密度下,吸渗率与稳渗率随着膜孔直径的增大而增大;稳渗率随灌溉水深的增大而略有增大。基于Philip模型,提出了包含膜孔直径、灌溉水深的充分供水条件下点源入渗简化模型。并利用黄土高原典型土壤的室内试验资料与已有文献资料对简化模型进行了验证。验证结果表明,所建简化模型能较简单地确定吸渗率和稳渗率,可较准确地反映充分供水条件下点源入渗特点。     

腐殖酸对滨海盐碱土水盐运移特征的影响

为了探索腐殖酸对土壤水盐运移特征及入渗参数的影响,进行了5种施量（0,1,3,5,7 g/kg）的一维垂直入渗试验。结果表明,入渗时间相同,累积入渗量和湿润锋均随腐殖酸施量的增加而减小;相同入渗深度随腐殖酸施量的增加所需的入渗时间、累积入渗量、剖面平均含水量均不断增加。入渗完成时相较于CK,施量为7 g/kg时累积入渗量、含水量分别增加8.0%,10.0%;施加腐殖酸可促进土壤剖面盐分向土壤深层运移并有效降低土壤pH,相较于CK施量为7 g/kg时0—20 cm土层平均脱盐率增加10.2%;Philip模型和代数模型能较好地描述施加腐殖酸条件下水分入渗特征。吸渗率S随腐殖酸施加量的增加而呈线性减小,综合形状系数α则随着腐殖酸施量的增加而线性增加。另外,均方根误差、平均绝对误差分别为0.005~0.018,0.004~0.014 cm³/cm³,表明代数模型可以较好地描述含水量的分布。该研究结果可为应用改良剂改良滨海盐碱地的提供一定参考。     

枯草芽孢杆菌改良盐碱土过程中水盐运移特征

该文通过室内一维土柱试验,设置5种不同枯草芽孢杆菌质量分数(0、1、3、5、7 g/kg)处理,研究不同含量枯草芽孢杆菌对盐碱土水盐运移的影响。结果表明:施加枯草芽孢杆菌后,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均显著降低,在入渗时间为3 600 min时,枯草芽孢杆菌质量分数为1、3、5、7 g/kg的累积入渗量相比0 g/kg分别减少了18.49%、21.85%、12.18%、3.78%;当湿润锋运移至27 cm时,枯草芽孢杆菌含量为1、3、5、7 g/kg所用时间相比0 g/kg分别增大了96.21%、108%、37.84%、16.76%,在枯草芽孢杆菌施加量为3 g/kg时,单位入渗历时内累积入渗量、入渗速率及湿润锋的运移距离最小。枯草芽孢杆菌同样影响Philip方程和Green-Ampt入渗公式参数显著,土壤水饱和导水率KS、吸渗率S、稳定入渗率A随着枯草芽孢杆菌含量的增加先减少后增大,湿润锋处的吸力hf先增大后减少,当施加量为3 g/kg时,S、KS、A均取得最小值,hf取得最大值。枯草芽孢杆菌可提高土壤的保水性能,在土层深度为27 cm处,施加量为1、3、5和7 g/kg相比0 g/kg的剖面含水量分别增加了17.65%、31.76%、11.76%、7.06%。施加枯草芽孢杆菌的土壤在入渗结束后,土壤的含盐量分别降低了22.37%、31.29%、17.78%、10.67%。施加枯草芽孢杆菌后,1、3、5、7 g/kg的水稳性团聚体含量相比0 g/kg分别增加了13.02%、17.59%、9.68%和5.24%。综上,在盐碱土中施加3 g/kg的枯草芽孢杆菌,对盐碱土壤的治理具有积极作用。     

枯草芽孢杆菌对盐碱土水分运动和水稳性团聚体的影响

为探明微生物在盐碱地改良方面的应用,通过在盐碱土中加入枯草芽孢杆菌,研究不同浓度微咸水(0,1,2,3,4g/L)条件下,盐碱土中的水分运动和土壤水稳性团聚体的变化规律。结果表明:(1)枯草芽孢杆菌可以显著减少土壤的入渗能力,同时可减缓水分的迁移能力,添加枯草芽孢杆菌的土壤与相对应的对照组相比,累积入渗量和湿润锋推进距离均显著减少,其中在微咸水浓度为2g/L时,土壤累积入渗量减少幅度最大,为40.97%,其他处理减少程度依次为3,0,1,4g/L,湿润锋的推进距离也有类似的结果。(2)利用Philip和Kostiakov入渗模型拟合试验数据,发现Philip公式中的吸渗率S均小于相相应对照组,Kostiakov公式中的经验系数K均小于相应对照组,而经验指数β均大于相应对照组。(3)枯草芽孢杆菌可以增加土壤的保水能力,在微咸水浓度为2g/L时,对土壤水吸力的影响较大。与对照组相比,van Genuchten公式中土壤滞留含水率θr、饱和含水率θs及与进气值相关系数α均有所增大,形状系数n逐渐减小。(4)含有枯草芽孢杆菌的土壤,在微咸水入渗后其土壤团粒结构均有较大的改善。     

脱硫石膏对盐碱土一维水平吸渗特征及水分运动参数的影响

为探明添加脱硫石膏对盐碱土水分运动参数的影响,以改善和提高银川北部地区土壤结构和土地生产力,进行了室内一维水平土柱吸渗试验。选取6种脱硫石膏添加比例0,1.5%,3%,4.5%,6%和7.5%,探究不同脱硫石膏添加比例下盐碱土水平吸渗特征及水分运动参数的变化。结果表明:脱硫石膏添加减缓了土壤水分入渗过程,随着脱硫石膏添加比例增加,各处理累积入渗量与湿润锋运移距离均逐渐减小。幂函数与Philip模型能较好地拟合不同脱硫石膏添加比例下盐碱土水分吸渗特征,吸渗率随脱硫石膏配比增加逐渐减小,毛管力对水的吸持作用减弱。随着脱硫石膏配比增加,土壤饱和含水率依次增加,饱和导水率依次减小,土壤持水能力明显提高。在Brooks—Corey模型中,形状系数n逐渐增加,进气吸力h_d逐渐减小,土壤通气性增强。在相同含水率情况下,随着脱硫石膏配比增加,土壤水分扩散率减小。添加脱硫石膏增加了土壤持水性能,改变了土壤水分分布状况,对土壤水分运动参数有显著影响。研究结果可为合理利用脱硫石膏改良盐碱地提供参考依据。     

盐地碱蓬生长对滨海重盐碱地的改土效应

盐地碱蓬是滨海盐碱地生态系统群落演替中的先锋物种,也是植被建设的重要植物。为探究盐地碱蓬对滨海盐碱地的改土效应以及作用机制,通过滨海平原盐碱地原生盐地碱蓬群落土壤调查,结合室内土柱种植试验,研究了盐地碱蓬生长对滨海盐土土壤结构、土壤水分入渗特征及土壤盐分分布的影响,比较了盐地碱蓬通过植株吸收盐分和通过改善土壤结构促进盐分淋洗对滨海盐碱地降盐、改土的效果。结果表明:1)盐地碱蓬生长对滨海盐土土壤结构有明显的改善效果,野外生长盐地碱蓬的0～20cm土层土壤容重显著低于裸地,而土壤孔隙度显著高于裸地地块;室内土柱种植盐地碱蓬降低了各层土壤容重,平均降低6.16%;增加了各层土壤孔隙度,增加1.59%～5.15%。2)盐地碱蓬生长显著提升了滨海盐土土壤水分入渗性能。野外入渗试验结果显示,相同入渗时间内,生长盐地碱蓬的土壤累积入渗量、初始入渗率及稳定入渗率分别是裸地的3.6倍、2.5倍和3.0倍。室内土柱模拟试验结果显示,盐地碱蓬处理土壤的初始入渗率为0.08mm·min?1,是裸地处理的2.6倍;稳定入渗率为0.03mm·min?1,是裸地处理的3.0倍。3)盐地碱蓬的生长明显降低了土壤含盐量,盐地碱蓬收获后,野外调查试验和室内土柱试验中裸地处理0～40cm土层土壤含盐量分别降低2.67%和12.98%,而盐地碱蓬处理分别降低12.08%和49.28%。野外调查和室内土柱试验中,盐地碱蓬植株移走的盐量分别占总脱盐量的5.60%和2.26%,淋洗脱盐量分别占总脱盐量的94.40%和97.74%。以上结果表明,滨海重盐碱地种植盐地碱蓬具有明显的降低土壤含盐量的作用,这种作用除植株吸收带走部分盐分外,更重要的是通过盐地碱蓬的生长改善了土壤结构、加速了土壤水分入渗、促进了土壤盐分的淋洗。     

生化黄腐酸对不同质地苏打盐碱土水盐运移特征的影响

为了探讨生化黄腐酸（biochemical fulvic acid, BFA）对不同质地（砂质壤土和壤质砂土）苏打盐碱土的改良作用机理，明确BFA对不同质地苏打盐碱土水盐运移特征的影响，该研究通过室内一维垂直入渗试验，对不同BFA施加量（0（CK）、1、2、4、8 g/kg）条件下土壤水盐运移特征、入渗模型参数和土壤八大盐分离子的变化特征进行了研究。结果表明：对于砂质壤土，当入渗至280 min时，与CK相比，BFA施加量为1、2、4、8 g/kg处理的累积入渗量分别减小了3.70%、10.19%、12.04%、25.00%，湿润峰深度分别减小了9.33%、17.00%、24.00%、27.33%；对于壤质砂土，当入渗至40 min时，与CK相比，BFA施加量为1、2、4、8 g/kg处理的累积入渗量分别减小了1.36%、10.51%、18.98%、29.83%，湿润峰深度分别减小了5.00%、11.33%、21.67%、31.33%。土壤水分入渗速率会随着BFA施加量的增加而减小，在0、5、10、15、20、25、30 cm土层深度，8 g/kg施加量处理的砂质壤土含水率分别高于CK处理11.43%、4.99%、8.54%、8.79%、9.02%、4.98%、-7.76%，而壤质砂土含水率分别高于CK处理4.76%、9.28%、6.18%、9.25%、8.05%、8.77%、-0.06%。Kostiakov和Philip模型均能较好地模拟土壤水分入渗过程，且随着BFA施加量的增加，吸渗率逐渐减小。然而施加BFA同样会增加不同深度土层的含盐量，在土壤钙离子、镁离子浓度较低的情况下，可能会使得土壤中富集钠离子。因此，施加BFA能够改变不同质地苏打盐碱土的水盐运移特征，为了防止施加BFA加剧土壤的次生盐碱化以及考虑施加BFA后的经济效益，该研究推荐BFA施加量为2～4 g/kg时对于不同质地苏打盐碱土具有更好的改良效果。     

反演含碎石碳酸盐岩红土水力特性

为探究喀斯特地区碎石夹层对碳酸盐岩红土水力特性的影响因素,通过室内模拟土柱入渗试验,采用垂直入渗水头法研究3种碎石体积含量(0,40%,80%)和3种碎石埋藏深度(0,5,15 cm)分别与累积入渗量、湿润锋、入渗特性和土壤水分特征曲线之间的关系,并采用3种模型分析了含碎石土壤对传统土壤入渗模型的适用性,将实测入渗数据结合改进的Green-Ampt模型反演Brooks-Corey模型参数。结果表明:在相同碎石埋藏深度下,累积入渗量、湿润锋、初始入渗率、平均入渗率和稳定入渗率均随碎石含量增加而减小;当碎石含量为40%时,埋藏深度是15 cm的土壤稳定入渗率最大(12.71 mm/h),是埋藏深度为0 cm的1.33倍。Horton模型对含碎石夹层土壤入渗规律的适用性要优于Kostiakov模型和Philip模型。反演参数a、n和h_d在同一碎石埋藏深度(0,5 cm)下,随碎石含量增加而增大,而K_s随碎石含量增加而减小。通过土壤水分特征曲线可知,对照组土壤持水性最低;含碎石夹层土壤持水性随碎石含量增加而减弱,但碎石埋藏深度为15 cm时,含碎石夹...     

磁化微咸水及石膏改良对土壤水盐运移的影响

为了探究磁化水和石膏共同作用对水盐运移特征的影响,该研究通过室内一维垂直入渗试验,分析未磁化和磁化微咸水两种类型的灌溉水入渗下,5个石膏施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 kg/m2)对土壤水分和盐分运移特征的影响.结果表明:磁化和未磁化微咸水入渗时,累积入渗量和湿润锋深度均随着石膏施量的增加而减小.不同石膏施量...     

不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响

为探究不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响。采用室内有机玻璃土柱模拟试验,设置3个梯度灌水水质(蒸馏水、3 g/L微咸水、10 g/L咸水)和2种灌溉方式(结冰灌溉、直接灌溉)的6种不同处理,对土壤的水分入渗特性及脱盐效果进行对比分析研究。结果表明:(1)3个梯度灌水水质下,结冰灌溉方式的土壤初始入渗速率分别是直接灌溉方式的8.2,4.6,5.8倍。结冰灌溉方式下,灌溉水矿化度越高,土壤入渗速率越快;(2)Kostiakov模型适合拟合不同矿化度咸水结冰灌溉方式下的土壤水分入渗过程,Horton模型适合拟合不同矿化度咸水直接灌溉方式下的土壤水分入渗过程;(3)3个梯度灌水水质下,直接灌溉方式0—60 cm土层土壤含水率较结冰灌溉方式分别提高1.4%～6.3%,1.6%～3.6%,0.9%～7.6%;(4)各处理下0—30 cm土层土壤脱盐效果较为显著,盐分不断向土层60 cm处迁移,各处理土壤脱盐率逐渐降低。0—30 cm土层处,淡水直接灌溉方式下土壤脱盐率最大(93%～97%),3 g/L微咸水结冰灌溉的脱盐率次之(87%～91%)。50—60 cm土层处,淡水结冰灌溉方式下土壤脱盐率最高(13.3%),其次为3 g/L微咸水结冰灌溉方式(9.1%)。综合考虑,3 g/L微咸水结冰灌溉能够提高土壤水分入渗速率,有效降低0—60 cm土层的土壤盐分含量。     

三峡库区紫色砂岩不同发育程度土壤入渗特征及其影响因素

为探究典型母岩不同发育程度土壤入渗特征,在三峡库区王家桥小流域采用圆盘入渗仪测定新成土（S1）、雏形土（S2）、淋溶土（S3）3种紫色砂岩不同发育程度土壤入渗过程,探究入渗过程的影响因素,并用3种常用模型进行入渗过程模拟,分析比较这些模型的适宜性。结果表明：（1）不同发育程度间土壤理化性质差异显著。雏形土和淋溶土土壤容重较新成土分别增加10.71%,19.50%,土壤总孔隙度分别降低8.79%,18.69%,通气孔隙度分别降低67.40%,8.16%,土壤黏粒含量分别增加10.01%,38.36%,砂粒含量分别减小8.09%,48.29%,土壤有机质分别增加2.88%,8.68%。（2）不同发育程度土壤间初始入渗率、平均入渗率、饱和导水率均表现为新成土>雏形土>淋溶土,雏形土、淋溶土平均入渗率及饱和导水率分别是新成土的0.99,0.58和0.89,0.83倍。（3）不同发育程度土壤理化性质差异对土壤入渗具有显著影响,土壤入渗速率与总孔隙度、毛管孔隙度、通气孔隙度、砂粒含量呈正相关关系,与容重、黏粒含量、有机质含量呈负相关关系。（4） Horton模型对紫色砂岩不同发育程度土壤入渗过程拟合效果最优（R²=0.942）,Kostiakov模型次之（R²=0.858）,Philip模型拟合效果较差（R²=0.832）。通过观测与模拟不同发育程度土壤入渗过程,研究结果可为流域土壤水分运移规律探究提供有益借鉴。     

枸杞间作红豆草对不同盐渍化土壤水盐运移及产量的影响

[目的]研究不同盐渍化土壤中枸杞间作红豆草的水盐运移规律及枸杞产量效应,以期为甘肃省引黄灌区枸杞种植模式与盐碱地改良提供理论和技术支撑。[方法]设置枸杞单作和枸杞间作红豆草2种种植模式,非盐化(S_1)、轻度盐渍化(S_2)和中度盐渍化(S_3)3种盐渍化程度,分析不同种植模式和盐渍化程度下土壤水盐运移及枸杞产量。[结果]与枸杞单作相比,枸杞间作红豆草可显著提高3种盐渍化条件下0—20 cm土层土壤含水率,0—120 cm土层土壤含水率表现为枸杞间作红豆草低于枸杞单作,且非盐化(S_1)条件下二者差异最显著(p0.05);0—60 cm土层范围内,枸杞间作红豆草的土壤呈脱盐状态,S_1,S_2,S_3条件下的相对脱盐率分别为6.539,3.078,2.455,而枸杞单作的土壤呈盐分累积状态;随着盐渍化程度的加剧,枸杞鲜果百粒重和产量逐渐减小,其中非盐化(S_1)和轻度盐渍化(S_2)条件下,枸杞间作红豆草的鲜果百粒重、产量均高于枸杞单作,且差异显著(p0.05)。[结论]枸杞间作红豆草在提高表层土壤含水率,降低土壤含盐量的同时,有利于提高枸杞产量,且在非盐化(S_1)条件下效果较优。