崩岗不同土层土壤水力学特性差异性分析

为研究崩岗不同土层土壤水力学特性的差异性,采用离心法测定不同土层土壤水分特征曲线,筛选出适合的土壤水分特征曲线拟合模型,结合统计模型,推求土壤的当量孔径分布、比水容量、非饱和导水率和扩散率,分析崩岗不同土层土壤水力学参数的变化规律。结果表明,崩岗土层从红土层到砂土层的变化过程中,土壤质地由黏土向砂土变化;Fredlund&Xing模型对崩岗土壤土水特征曲线拟合效果最好;参数θs、α、n随着质地变黏重逐渐减小;随着土层深度的增加,土壤的持水性能降低;土壤比水容量、非饱和导水率和扩散率受土壤质地和基质吸力的共同影响。在低吸力阶段,3个指标随基质吸力变化比较平缓,砂土层土壤比水容量和非饱和导水率最大,扩散率最小;而在高吸力阶段,砂土层土壤的这些指标降低较快,且低于其他土层,各层土壤间导水率和扩散率差异随着基质吸力的增加而增大。     

温度对南方红壤和水稻土水分特征曲线影响差异性分析

为了研究温度变化对土壤水分特征曲线的影响,采用高速离心机法测定南方红壤和水稻土在4,12,20,28,36℃温度条件下土体脱湿过程的水分特征曲线,并运用VG模型进行参数提取,探讨了温度对土壤当量孔径分布、非饱和导水率及水分扩散度等参数的影响。结果表明:相同水势条件下红壤和水稻土的含水率随温度增加而显著减少(P0.05),表现出4℃12℃20℃28℃36℃的关系,且同一温度下的红壤持水性能显著高于水稻土(P0.05);不同温度处理下红壤和水稻土的非饱和导水率以及水分扩散度均表现出20℃最高、36℃最小的显著差异性(P0.05),这表明土壤在20℃时的导水能力和入渗能力相对最佳,且同一温度下红壤的非饱和导水率和水分扩散度均低于水稻土;红壤和水稻土的饱和含水率θ_s、进气值相关参数α、形状系数n均随温度增加而缓慢减小,拟合参数随温度变化而差异显著(P0.05),这说明土壤水分特征曲线参数对温度有一定的敏感性。研究结果可为进一步探讨温度对南方土壤持水性能和水分运移机制研究提供合理的参考依据。     

根据土壤水分特征曲线推求土壤的导水参数

本文中描述了土壤水分特征曲线的一个相对简单的幂函数方程.当把这一方程代入Burdine或Mualem的预报土壤导水率的模式后,可以得到相对导水率的分析解.相对导水率的表达式中仅包含一个参数,该参数用实验资料拟合水分特征曲线模型而得到.并结合特征曲线方程,给出了土壤水分扩散率的表达式.从Burdine和Mualem模式获得分析解的结果,与具有较宽范围导水性质的四种土壤的导水参数实测资料进行了比较.非饱和土壤导水率的预报结果良好;土壤水分扩散率的预报结果对其中三种土壤良好.     

再生水灌溉对红壤水力特性的影响

再生水长时间灌溉是诱发土壤水力特性演变的关键因素之一。该文采用再生水原液(reclaimedwater,RW)以及再生水原液稀释2倍(RW-2)、4倍(RW-4)、6倍(RW-6)等4种不同浓度再生水水源,设置再生水连续灌溉与再生水-蒸馏水交替灌溉(ARW、ARW-2、ARW-4、ARW-6)2种灌溉模式,以蒸馏水连续灌溉(CK)为对照,持续对第四纪红壤进行干湿循环模拟灌溉,直到土壤入渗趋于稳定为止。采用压力膜仪法测定各灌溉处理后的土壤水分特征曲线,选择van Genuchten(VG)模型对其参数提取,分析了红壤水力特性的演变特征及其参数影响。结果表明:再生水灌溉显著影响了红壤的持水特性,促使红壤孔隙大小、数量及其分布发生演变,该变化规律与再生水水质浓度、灌溉模式关系密切。与CK相比,再生水连续灌溉模式RW、RW-2、RW-4、RW-6处理下,红壤有效水分别提高了5.4%、3.6%、14.6%、-8.1%;再生水-蒸馏水交替灌溉模式ARW、ARW-2、ARW-4、ARW-6处理下,红壤有效水分别降低了9.9%、23.3%、26.5%、16.9%。与CK相比,连续灌溉对红壤水力传导性无显著影响;而交替灌溉则影响显著,其土壤非饱和导水率、水分扩散度大体表现为CKARW-6■ARW-4ARWARW-2。再生水灌溉对VG模型参数θs'、θr'、α、n均有显著影响;再生水的pH值、电导率及钠吸附比均与红壤有效水存在显著的相关性。该研究结果对红壤地区再生水长期灌溉利用风险评估提供了一定理论基础和技术支撑。     

北京山区典型森林生态系统土壤水文特征研究

对北京山区4种典型森林生态系统的土壤水文特征进行了研究。结果表明,除侧柏外,研究区各林分土壤容重都随土层深度增加而增加,土壤总孔隙度和毛管空隙度都随土层深度增加而减小,而非毛管空隙度变化没有普遍规律性。不同林分各层次土壤水势都随土壤含水率的增加而降低,100kPa为土壤水分特征曲线的临界值。土壤入渗的瞬变阶段发生在0～5min,渐变阶段发生在5～60min,稳定阶段发生在60min以后,针叶林的土壤渗透能力要明显高于阔叶林。用双环入渗法得出的土壤入渗过程用蒋定生公式拟合的效果最佳。     

非饱和土壤导水参数的推求

本文根据一维非饱和土壤水分的垂直入渗再分布和水平扩散再分布,采用土壤湿润剖面平均湿度和湿润锋湿度之间函数关系的三种形式,分别推导出非饱和土壤导水率,水分扩散率,比水容量的解析表达式,解析表达式中仅有四个独立参数,均可通过实验数据的简单拟合而得到.与其它方法相比,这种新的推求方法具有花费少、准确度高和测定范围大等特点.     

关中平原农田土壤水力参数空间分异与模拟

土壤水力参数是土壤水分和污染物迁移等陆面过程数值模拟的重要基础参数。为探明关中平原农田土壤水力参数空间分异特征,建立空间分布预测模型,在关中平原网格布设124个样点,采集根层0-20 cm原状和扰动土壤样品,利用van Genuchten模型拟合获取土壤水分特征曲线,获得残余含水量(θr)、饱和含水量(θs)以及系数α和n等土壤水力参数。采用经典统计学、地统计学和结构方程方法分析了θr、θs、α和n的空间变异特征及影响因子,建立了水力参数传递函数预测模型。结果表明:θr和α为强变异,θs为中等变异,n为弱变异。θr、θs、α和n半方差函数最佳拟合模型分别为球状模型、指数模型、指数模型和球状模型。θs和n具有强烈的空间依赖性,变程分别为32.7,54.3 km;θr和α具有中等程度空间依赖性,变程均为52.8 km。土壤质地、容重、pH、有机质和海拔是影响土壤水力参数空间分布的主要因子。基于土壤理化性质和海拔建立的水力参数传递函数模型具有较好的模拟效果,可用于关中地区大尺度农田生态系统土壤水力参数的模拟预测。     

黄土塬区10m深剖面土壤物理性质研究

土壤水分是影响黄土高原植被生长和生态环境建设的主要因素。已有对黄土高原土壤的持水性能、水分有效性能与移动性能、黄土高原环境的旱化与黄土中水分关系等方面的深入研究[1,2],也有小流域内土壤水分物理性状与地形和利用条件之间关系的具体分析[3,4]。但是这些工作所涉及的土壤剖面深度多为2 m或3 m,深层土壤水分物理参数研究还少有报道。而对于具有深厚土层的黄土塬区,高产农田与多年生林草地在土壤深层产生了不同程度的干燥化[5~7],土壤干燥化的深入探讨需要与剖面土壤物理性质相关联。为此,有必要对植物根系伸展范围以至更深层次的土壤质地、容重、水分特征曲线、饱和导水率、田间持水量以及萎蔫湿度等土壤物理性     

灌溉方式对土壤水分运动参数的影响

通过实测和拟合的方法研究了不同灌溉方式对土壤饱和导水率及非饱和土壤水分运动参数的影响。结果表明:膜下滴灌明显改善了土壤导水性能,0-10 cm各土层土壤饱和导水率明显高于地面漫灌,并且两种灌溉方式下土壤饱和导水率都高于裸盐地;不同灌溉方式下,相同含水率所对应的非饱和导水率及非饱和扩散率均不同,0-100 cm各土层都表现为膜下滴灌>地面漫灌>裸盐地。膜下滴灌对土壤水分运动参数的影响,并不是由土壤质地、容重、温度、盐分等因素作用而引起,可能是由于膜下滴灌改变了土壤的团粒结构或土壤中盐分的离子组成而造成的。     

施用生物炭对紫色土坡耕地耕层土壤水力学性质的影响

该研究通过野外坡耕地小区施用1%秸秆生物炭1年后的对比试验,揭示生物炭对川中丘陵区紫色土耕作层土壤水力学参数、大孔隙度及其对饱和导水率的贡献率所产生的影响。试验设对照区与施用生物炭区2个处理,各处理有3个平行小区,耕作层土壤分为表层和亚表层(2~7和7~12 cm)。比较2个处理小区试验结果,可以发现:1)施用生物炭导致植物难以利用的土壤滞留水和易流失的结构性孔隙水的含量(θstr)下降,而基质性孔隙中植物有效水含量显著提高(P0.05),由(0.058±0.003)cm3/cm3增加至(0.085±0.002)cm3/cm3;2)表层和亚表层土壤中对产流起主要贡献的半径125μm的总有效孔隙度分别平均增加54%和8%,其中孔径500μm的孔隙增加最为明显,高达110%和355%;3)表层和亚表层土壤的饱和导水率分别平均增加45%和35%。研究证明,施用生物炭,一方面,能增加土壤有效水的持水量,有利于植物抗旱;另一方面,提高土壤导水率,有利于水分入渗,从而减少地表径流及土壤侵蚀的发生。     

广西龙脊梯田区森林类型对土壤水力特性的影响

[目的] 研究不同森林类型土壤水力特性的变化特征,为区域生态景观建设与水源涵养功能提升提供科学依据。[方法] 以广西壮族自治区龙脊梯田区不同森林类型（竹林、杉木林、混交林）和梯田为研究对象,调查不同土层（10,20,40,60 cm）土壤物理特性,分析土壤水力性质差异及其影响因素。[结果] ①龙脊梯田土壤质地主要为粉砂质壤土;各层次土壤黏粒含量差异显著,而粉粒和砂粒含量差异不显著; ②杉木林和混交林各层次土壤容重差异性不显著,竹林与梯田下层土壤容重均显著大于上层;土壤毛管孔隙度、总孔隙度、田间持水量总体呈现：混交林>杉木林>竹林>梯田; ③竹林土壤渗透能力最强,杉木林和混交林次之,梯田最弱; ④相同土壤吸力下,混交林和杉木林土壤体积含水率大小相当,土壤持水能力均大于竹林和梯田。土壤容重、孔隙度（毛管孔隙度、总孔隙度）是土壤渗透性和持水性的主要影响因子,其中饱和导水率与土壤容重呈显著负相关,与孔隙度呈显著正相关;土壤水分特征曲线拟合参数θ_s与土壤容重、孔隙度（毛管孔隙度、总孔隙度）分别呈极显著负、正相关,α与土壤孔隙度呈显著正相关。[结论] 竹林土壤渗透性能最强,而土壤持水能力较弱,杉木林、混交林均具有较强的土壤持水能力,能发挥很好的水源涵养功能。     

典型旱地红壤水力学特性及其影响因素研究

为了更系统地了解旱地红壤供水与贮水能力、有效水含量及其变化范围,按自然发生层采集旱地红壤原状土样,对其进行了水力学特性和影响因素研究.结果表明,旱地红壤原状土饱和导水率变化范围为1.44×10-3～3.45×10 3 cm/s,并呈现自上而下减小的趋势.从旱地红壤水分特征曲线得出剖面各层土壤的饱和含水量、田间持水量、萎蔫含水量和有效水含量,其中有效水含量变化区间为0.083～0.124cm3/cm3,耕作层最高.在旱地红壤水力学特性的影响因素研究中,容重、质地、有机质含量和结构系数均与水力学特性呈一定的相关性,其中容重和孔隙度为旱地红壤水力学特性的主要影响因素.     

长期耕作对典型黑土水力性质的影响

为揭示长期耕作对黑土耕地水文退化的作用,以典型黑土区不同纬度带的未经机械耕作的林地与长期耕作的耕地土壤进行对比,研究沟垄耕作对土壤垂直和水平方向物理性质和水力性质的影响。结果表明：长期耕作使得总体物理与土壤水力性质严重退化,与林地土壤相比,耕地土壤质地未发生变化,有机质含量显著降低,容重从1.03（0.84~1.17）g·cm-3显著提高至1.31（1.20~1.46）g·cm-3,穿透阻力显著增加,持水供水与导水性显著降低,有效含水量从0.19（0.14~0.23）cm3·cm-3降至0.15（0.10~0.21）cm3·cm-3。物理质量指数S值从0.061（优）降至0.025（差）。长期沟垄耕作使得犁底层的饱和导水率（6.61 cm·d-1）仅为耕作层的1/10.。耕作导致耕作层垂直方向导水率（64.67 cm·d-1）低于水平方向（82.84 cm·d-1）。犁底层的穿透阻力（897.04 kPa）为耕作层的1.89倍,造成了耕作层与犁底层水力性质分层。长期耕作导致的耕地土壤水力性质分层和方向分异是促进耕地坡面径流“沟渠效应”而加速侵蚀退化的重要原因。     

采煤沉陷区包气带土壤水力参数测定及特征分析

为研究矿山采煤沉陷中的裂隙对包气带土壤水力参数影响,通过对淮南潘一煤矿沉陷区包气带土壤颗粒组成、水分特征曲线(SWCCs)和非饱和导水率曲线(UHCCs)测试分析,并与非沉陷区进行对比分析讨论。结果表明:处于稳沉阶段的沉陷区,其裂隙对包气带土壤水力参数产生影响表现为沉陷作用降低了包气带SWCCs斜率,且地表深部隐伏裂隙减小了SWCCs中的进气值,导致沉陷区包气带土壤释水能力增大;UHCCs测定分析表明,在相同基质势作用下,沉陷区土壤UHCCs明显低于对照组,由于沉陷产生的裂隙中的水最先被排空,形成不导水的空隙,导致非饱和导水率下降。研究结果为沉陷区水分运移试验研究提供一定理论与指导。     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

不同形成时间鼢鼠鼠丘土壤水力学性质的对比

为探寻高原鼢鼠活动对若尔盖草原土壤持水性能的影响,通过田间原位张力入渗和室内沙箱+压力膜仪试验,探索不同形成时间鼠丘土壤水力学参数以及土壤大孔隙度的差异。结果表明:与草地对照相比,鼠丘土壤中易于流失的结构性孔隙水(θstr)含量增加,而能被植物有效利用的基质性孔隙水(θtxt)含量下降(由对照组(0.14±0.02)cm~3/cm~3降低至(0.10±0.02)cm~3/cm~3)。新鼠丘和1年鼢鼠鼠丘中半径250μm中大孔隙的有效孔隙度较草地对照组分别平均增加30%和11%,饱和导水率分别平均增加38%和21%。高原鼢鼠活动改变了土壤水力学特征,降低了土壤有效水的持水量,提高了土壤饱和导水率,使草地保水能力下降,易出现水分亏缺,增加草地退化和逐步沙化的风险。     

晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响

[目的] 探究晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响,评价砒砂岩不同添加量对砂黄土的改良效果,为该区沙化土地修复工作提供理论依据。[方法] 将砒砂岩与砂黄土按照不同配比进行重构,研究其饱和导水率、土壤水分特征曲线、土壤有效持水量等指标。[结果] ①随着砒砂岩比例的增加(0%～100%),重构土中砂粒(0.05～2 mm)含量下降8.1%～33.5%,粉粒(0.002～0.05 mm)和黏粒(＜0.002 mm)含量分别增加5.2%～21.0%,2.9%～12.5%。当砒砂岩与砂黄土比例达到75∶25时,重构土壤质地由砂壤土转变为壤土;当砒砂岩与砂黄土按照25∶75比例混合时,该处理在10 ℃时的K_s为4.07×10^-6 m/s,与黄土高原地区典型的黄绵土田间自然状态下的K_s值相近; ②砒砂岩添加量对土壤水分特征曲线的影响主要在高吸力段,当砒砂岩与砂黄土的比例为25∶75时,土壤水分有效性相对较高; ③随着砒砂岩含量增加土壤保水性能呈现上升趋势,砒砂岩的添加比例越高,重构土壤饱和含水量(θ_s)和残余含水量(θ_r)越大。[结论] 砒砂岩与砂黄土按25∶75比例重构(土壤容重1.41 g/cm³)土壤有效持水量显著高于其他处理,是晋陕蒙地区土壤改良的有效方法。