裂隙网络对坡面流及土壤水分入渗影响

为研究裂隙对坡面流及土壤水分入渗的影响，通过染色示踪试验，对染色示踪图像进行二值化处理，提取出各像素点染色信息。对染色信息及试验数据处理得到径流量、土壤水分入渗量等参数，进而分析裂隙网络对入渗深度、染色面积、坡面流及土壤水分入渗的影响。结果表明，裂隙网络的存在减小了坡面径流系数，增大了降雨入渗系数；较无裂隙试验相比，50 mm/h 雨强下裂隙试验平均径流系数减小了 0.42，降雨入渗系数增大了0.53；30 mm/h 雨强裂隙试验平均径流系数减小了 0.15，降雨入渗系数增大了 0.38。裂隙网络的存在增大了剖面的入渗深度、染色面积；较无裂隙试验相比，50 mm/h 雨强下裂隙试验平均入渗深度增大了 21.34 cm，平均染色面积增大了36.0%；30 mm/h雨强下裂隙试验平均入渗深度增大了5.70 cm，平均染色面积增大了9.5%。     

残膜对土壤水分入渗的影响及入渗模型适用性分析

为研究不同残膜量对土壤水分入渗的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了滴灌条件下6个残膜添加量(0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2)处理分别对土壤入渗率、湿润锋运移距离及水分分布的影响,比较了Kostiakov模型、Philip模型和Green-Ampt模型对含残膜土壤水分入渗过程的适用性。结果表明,残膜延长了土壤水分入渗时间,入渗至45 cm土层深度时入渗历时随残膜量增加而增大;入渗一定时间,含残膜的入渗曲线与无残膜曲线分离,分离时间随残膜量增加而提前,分离时间与残膜量之间呈对数函数减小;Kostiakov模型更适合模拟含残膜土壤的入渗过程;湿润锋运移距离与入渗时间呈幂函数增长关系,但湿润锋运移距离随残膜量增加而递减;随残膜量增加,作物适宜生长区和水分分布重心逐渐上移。残膜对土壤水分入渗有较大不利影响,其影响程度随残膜量增加而增大。     

土壤容重对土壤水分入渗特性影响研究

采用一维垂直积水入渗法研究不同容重对入渗率、累积入渗量及湿润锋的影响,试验结果表明对应于同一入渗时间,容重越大,入渗率、累积入渗量及湿润锋深度均越低;相对于基准入渗量和基准湿润锋,容重越大,其减渗率μ和减锋率η均随之越大;稳定入渗率有随土壤容重的增加而减小的趋势;不同容重的累积入渗量和时间的平方根呈显著的线性关系,拟合的系数M随容重增加而降低,并与容重较好的呈幂函数关系;湿润锋深度与入渗时间呈幂函数关系,随着容重的增加,入渗的系数A降低,而指数B差异较小,系数A与容重之间较好的符合乘幂函数关系。研究结果为从入渗特性推求容重与土壤水分运动参数的关系提供定量分析依据。     

水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响

为了解水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响,通过室内滴灌入渗模拟试验,研究了滴灌条件下西安粉壤土在不同水温(4,20,30,40 ℃)时的水分入渗特性．结果表明:水平和垂直湿润锋运移距离均随着入渗时间的延长而增大,相同入渗历时,入渗水温越高,滴头流量越大,入渗的水量越多,湿润锋运移距离越大;分别建立了滴灌条件下不同温度水分入渗时水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和水温的关系模型,其相关系数均大于097．湿润体的平均含水量与入渗水温和时间密切相关,入渗水温越高,土体平均含水量越小;含水率等值线随着到滴头距离由近到远而从疏到密分布,离滴头越近,土壤含水率越高;随着入渗水温的不断升高,入渗到同一深度所需时间逐渐减小,对土层温度的影响越大,在入渗400 min内以土面至土面以下15 cm深度范围内的土温变化更为突出．结论可为更合理发展滴灌技术提供参考依据．     

轮胎压实对土壤水分入渗性能的影响

固定道保护性耕作可以有效地降低土壤压实程度,改善土壤结构。为此,以大田土壤水分入渗试验为依据,分析一年两熟区固定道保护性耕作系统对土壤水分入渗特性的影响,为其推广应用提供理论参考。试验结果显示:一年两熟区机具随机行走作业在表层土壤造成明显的压实;固定道保护性耕作可以降低0～30cm土层容重,降低0～40cm土层土壤紧实度,改善土壤结构,从而显著提高土壤水分入渗性能;相对于非固定道保护性耕作,固定道保护性耕作土壤水分稳定入渗强度提高111.1%,3h累积入渗量提高92.4%。     

土壤水分入渗影响机制研究综述

分析了土壤水分入渗理论及过程模型发展历程,阐明了此领域目前的研究热点。重点对影响土壤水分入渗的结皮、初始含水率、密度、机械组成、结构、有机质含量、温度、钠离子含量及剖面特征等因素逐个做了仔细分析,总结了各因素对土壤水分入渗能力的影响机制。在此基础上,提出土壤水分入渗研究未来研究重点。     

入渗水头及土壤体积质量对垄作沟灌土壤水分入渗和分布的影响

采用室内土箱模拟试验,对不同入渗水头高度、体积质量的垄沟内湿润锋运移特性、入渗速率、灌溉需水量及含水率分布进行了研究。结果表明,相同体积质量条件下,随着入渗水头高度的升高,相同入渗时间湿周长度,湿润锋水平侧渗距离,垂向入渗距离均逐渐增加;水平侧渗距离与垂向入渗距离比值逐渐增大,说明入渗水头越高,水平侧渗距离越远。入渗速率在入渗初期最快,随着时间延长,入渗速率逐渐减小,最后趋于稳定入渗;相同时刻,水头高度越高,入渗速率越快。相同水平侧渗距离条件下,低水头比高水头垂向入渗距离更深;入渗水头越高,土壤体积质量越大,灌溉需水量越少。     

玉米叶混掺对土壤水分入渗的影响

通过不同玉米叶混掺比例及混掺层埋深的垂直入渗试验,并以纯土为对照,研究玉米叶混掺对累积入渗量、入渗率及剖面含水率等的影响。结果表明,处理间土壤水分特征曲线差异明显;相同土壤水吸力下,添加玉米叶的土壤含水率均高于纯土处理,且添加3%玉米叶的土壤保水性明显优于添加1%玉米叶;土壤密度一定时,累积入渗量均表现为纯土1%玉米叶处理3%玉米叶处理;添加3%玉米叶对剖面含水率的影响高于1%玉米叶。     

生物炭对黑土区土壤水分及其入渗性能的影响

为探究黑土区施用生物炭对土壤水分及其入渗性能影响的持续性,2016—2018年连续3年在东北黑土区进行了单次施加生物炭(75 t/hm~2,BC处理)和不施加生物炭(CK处理)的室内外对比试验,分析各土层土壤含水率及土壤水分入渗过程。结果表明:施加生物炭可增加各土层土壤含水率,使其极值比K_a和变异系数C_v减小,且土壤含水率、K_a、C_v的变化幅度均随生物炭施用年限增加而减弱,2016—2018年苗期耕层土壤含水率增加最多,分别增加了14.54%、11.48%和7.08%;施加生物炭明显增大了土壤累积入渗量、土壤入渗速率,增强了土壤入渗能力,促进了湿润锋的运移,各年份BC处理土壤累积入渗量由大到小依次为2016年、2017年、2018年,初始入渗速率f_1分别增加了70.48%、58.98%和48.41%,土壤稳定入渗速率f_c由大到小依次为2016年BC处理(1.65 mm/min)、2017年BC处理(1.22 mm/min)、2018年BC处理(1.17 mm/min)、2016年CK处理(0.46 mm/min)、2017年CK处理(0.43 mm/min)和2018年CK处理(0.38 mm/min);2016—2018年中,2016年BC处理湿润锋运移距离最深(32.24 mm),各表征土壤入渗性能的指标均于生物炭施用当年效果最优,而后逐年减弱;土壤累积入渗量与时间具有幂函数关系,湿润锋运移距离与时间具有三次函数关系,R~2均在0.963～0.998之间;Philip、Kostiakov、Horton 3个入渗模型拟合对比结果表明,Kostiakov模型R~2最高(0.946～0.991)、RMSE最小(0.516～1.941 mm/min),拟合参数与实际情况相符,故本研究中Kostiakov模型拟合的土壤水分入渗过程最优。本研究可为东北黑土区施加生物炭后改良土壤水分入渗过程提供理论依据。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。     

深松铲横向间距对土壤水分入渗的影响

深松铲横向间距是影响深松作业效果的主要因素之一,对土壤水分入渗性能产生重要影响。为此,以箭型深松铲为对象,综合应用离散元仿真、Hydurs2D数值模拟和田间试验,研究不同铲距对土壤垂直剖面内水分入渗特性的影响。结果表明:离散元仿真及Hydrus2D的模拟值和实测值拟合程度较好;铲距对土壤水分入渗速率有重要影响,铲距增加会引起土壤扰动面积增大,加速水分入渗;湿润锋垂直运移距离随着铲距的增加略有波动,整体呈减小趋势;通过调整铲距可以改变土壤水分富集区的位置。在农业生产中,可根据作物需水特性选择合适的铲距,以提高深松土壤水分的利用效率和效益。     

覆膜和降雨强度对玉米耗水过程及土壤水分入渗的影响

【目的】研究农田作物生长过程中,覆膜和降雨特征等因素对玉米耗水过程和土壤入渗产生影响。【方法】根据北京地区典型年降雨量设计和模拟春玉米生育期降雨过程,利用群集式测坑和挡雨棚及附设人工降雨装置,开展了不同地表覆盖条件下降雨强度对玉米耗水及水分利用效率的影响研究。降雨强度包括小雨强0.5 mm/min和大雨强1.5 mm/min,覆盖和种植条件包括膜下滴灌(MDI)、地面滴灌(SDI)和对照无作物种植(NP)。【结果】①MDI处理水分利用效率较SDI处理高13.5%。与SDI处理相比,MDI处理作物耗水量减小了40.6 mm,覆膜主要提高20～60 cm土层储水量。②大雨强条件下土壤深层渗漏量增多了3.4%～15.6%;降雨和灌溉对土壤水分影响深度主要为0～150 cm土层,相对于SDI处理,MDI和NP处理土壤储水量大大增加。③小雨强时表层0～20cm土壤入渗NP处理最快,大雨强时MDI处理入渗最快。作物根区40 cm深度处,小雨强时MDI处理的土壤水分最快达到峰值,而大雨强时NP处理最快达到峰值。60 cm深度处不同覆盖条件下在2种雨强时土壤水分变化速率一致,达到峰值速率表现为NP处理>MDI处理>SDI处理。【结论】覆膜具有较好的节水增产效应;降雨强度越大,土壤水分下渗越快;相同降雨量时小雨强降雨更有利于土壤水存储。不同的降雨强度对土壤水分入渗和再分布影响不同。研究结果可为雨水资源的合理利用从而提高农田水分利用效率提供理论依据。     

覆膜土壤水分入渗特性研究

为探究覆膜条件下坡度、水分容量对土壤水分入渗的影响,采用室内人工模拟降雨,比较分析了在同一降雨强度下不同坡度梯度、不同水分容量的覆膜土壤水分的入渗率、累积入渗量等指标的动态变化。结果表明:15°,30°,45°坡度条件下,覆膜水分入渗所受影响较小;当坡度为65°时,覆膜土壤水分入渗率与累积入渗量显著性降低。10kg/m2水分容量时覆膜土壤水分入渗速率与累积入渗量均为最低,22kg/m2水分容量时达到最大,14与18kg/m2水分容量的入渗率与累积入渗量差异较小。     

农田裂隙分布及其对土壤水分运动影响试验研究

通过农田土壤裂隙演化试验以及土壤染色示踪试验,应用MATLAB软件对裂隙照片、染色示踪照片二值化处理,去噪处理后,提取出裂隙率、土壤入渗深度、染色面积等形态相关参数,分析了裂隙以及裂隙存在下土壤水分运动规律。结果表明,裂隙发育过程中,裂隙的深度和宽度服从正态分布,初期表现为裂隙深度、宽度的共同发展,后期主要是裂隙深度的变化;裂隙率的变化在初期呈线性变化,裂隙率变化速率逐渐变缓;裂隙的存在,促使入渗深度呈带状分布,同时加大了平均入渗深度和入渗面积,降低了入渗均匀度。     

微润交替灌溉下管埋深对土壤水分入渗的影响

为了探究微润交替灌溉条件下,地埋微润管合理埋设深度,采用室内土箱模拟试验,研究了当微润管铺设间距为30 cm,压力水头为150 cm,土壤容重为1.25 g/cm3,微润管埋深分别为15和20 cm时的土壤水分累计入渗量、土壤含水率、湿润锋运移距离等指标的变化,每组试验重复3次。结果表明:累计入渗量随时间线性递增,两微润管在埋深15 cm时的累计入渗量比埋深20 cm时的累计入渗量分别高11.33%、13.57%;埋深为15 cm时土壤含水率大于埋深为20 cm的土壤含水率;微润交替灌溉条件下,埋深15 cm时湿润锋运移距离大于埋深20 cm时湿润锋运移距离约0.5~2.9 cm,埋深对湿润锋运移有影响但不显著;湿润锋运移距离与时间的拟合结果为良好的幂函数关系,两者具有显著的相关性;埋深为15 cm时形成的湿润体截面积较埋深20 cm时大,且土体表层已经湿润。     

保水剂混施厚度对土壤水分垂直入渗特性的影响

通过室内混施保水剂水分入渗试验,研究了保水剂混施厚度对土壤水分垂直入渗特性的影响。结果表明,混施保水剂不同程度上减小了土壤水分入渗率、累积入渗量和湿润锋运移距离。保水剂混施厚度越大,对入渗率的抑制程度越大,累积入渗量和湿润锋运移距离越小。随着入渗时间的延长,土壤水分入渗率逐渐减小,累积入渗量和湿润锋运移距离却逐渐增大。...     

上层土壤密度对模拟指流层状土壤水分入渗的影响

通过室内模拟指流,利用回归分析法进行分析,建立了以上层土壤密度为参数的Kostiakov和Philip模型对模拟指流的层状土壤入渗的改进模型,并进行了验证。结果表明,入渗时I;7相同时,累积入渗量随着上层土壤密度的增加而减小;Kostiakov和Philip模型都适合于模拟有指流产生的层状土壤的入渗,其相关系数都在0．...     

毛管埋深对地下滴灌线源入渗土壤水分运移影响研究

通过室内试验,对地下滴灌土壤水分分布进行了观测分析。结果表明,在流量和灌水量一定的情况下,无论是在水平方向还是垂直方向上,随着毛管埋深的增加,湿润锋运移的速度减慢,且湿润锋在垂直方向和水平方向的运移距离也随着埋深的增大而减小。对于同一埋深而言,滴头二侧的含水率分布对称;对于不同的埋深,埋深越大,在距滴头一定距离内,含水率越高,并且随着滴灌带埋深的增加,湿润体饱和区域在不断增大,特别是在垂直方向上。     

三峡库区紫色土土壤水分入渗特性研究

利用室内环刀法对三峡库区紫色土土壤水分入渗特性进行了研究。结果表明,不同土地利用类型土壤稳定入渗率位于为0.0075~1.73 mm/min之间,大小依次为竹林地>榨菜地>柑桔地>荒草地;Horton入渗方程在紫色土不同土地利用类型上拟合的结果在α=0.01上达到了显著水平,可以作为表达三峡库区紫色土土壤水分入渗过程的模型。土壤稳定入渗率与土壤理化性质间存在一定相关关系,其中土壤稳定入渗率与砂粒含量之间呈幂函数关系,与容重呈指数函数关系,与非毛管孔隙度呈幂函数关系,与大于0.25 mm的水稳性团聚体含量之间呈指数函数关系。多元对数线性回归模型可作为紫色土土壤水分入渗特性参数预报模型。     

基于人工降雨的土壤水分入渗研究

以半干旱区农田水循环为出发点,以西辽河半干旱区建平县为代表,通过人工模拟降雨及三因素三水平正交试验设计,对不同农田下垫面处理方式对降雨入渗的影响进行研究。为全面了解情况,共选取雨强(10、20、30mm/h)、土壤初始含水率(田间持水率的50%、60%、70%)及农田下垫面处理方式(平整裸地、起垄不覆膜、起垄覆膜)3个降雨入渗影响因素。结果表明:农田下垫面处理方式变化对降雨入渗的影响受控于降雨强度,雨强为最大降雨累积入渗量的首要影响因素,土壤初始含水率的影响较小。起垄覆膜对降雨入渗的影响主要体现为加快湿润锋推移,缩短入渗时间,减少降雨累积入渗量。