微咸水灌溉下粉垄耕作土壤水盐运移特性

【目的】明确微咸水灌溉条件下粉垄耕作土壤水分入渗规律及水盐运移特征。【方法】基于室内土箱试验,分析3种微咸水矿化度(0g/L(S1)、3g/L(S2)和5g/L(S3))和2种耕作(粉垄耕作(FL)和传统翻耕(FG))条件下的土壤水分入渗特征和水盐运移规律。【结果】水分平均入渗速率和垂直湿润锋推进速率随着微咸水矿化度的升高呈先增大后减小的变化趋势,水平湿润锋运移速度随着微咸水矿化度的升高而持续增加。FL处理下的土壤水分入渗速率、湿润锋推进速率相比FG处理有明显提升。Kostiakov模型可较好地拟合2种耕作措施下的土壤累积入渗量与入渗时间之间的关系(R²>0.99)。灌溉后20 d,FL处理下的土壤含水率均小于相同微咸水矿化度下的FG处理;同一耕作措施下,土壤含水率随着微咸水矿化度的升高而增加。【结论】微咸水灌溉与粉垄耕作对土壤水分入渗、土壤湿润锋运移和土壤水盐再分布具有改善作用。与灌溉前相比,灌溉后20 d,FL处理下的土壤平均脱盐率为42.95%～55.98%,而FG处理下的土壤平均脱盐率为32.34%～43.29%。随着矿化度的增加,FL处理下的平均土...     

微咸水-改良材料协同调控对碱化土壤水盐运移的影响

【目的】探索微咸水-改良材料协同调控对碱化土壤水盐运移的影响。【方法】基于一维垂直土柱入渗试验研究不同微咸水淋洗结合不同改良材料对碱化土壤水盐运移的影响。【结果】水分入渗速率和累积入渗量表现为“磷石膏”处理最大,随着淋洗水矿化度的增加,累积入渗水量和湿润锋推进深度呈增加趋势,但各处理间的差异变小。与其他处理相比,“磷石膏”和“硫酸亚铁+柠檬酸”处理在1.2 g/L矿化度水淋洗条件下可显著降低0～40 cm土层的土壤全盐量,但在3.6 g/L矿化度水淋洗条件下则会增加上层土壤盐分量。1.2 g/L和2.4 g/L矿化度水淋洗条件下,“磷石膏”处理显著降低了0～30 cm土层的土壤Na⁺、Cl^-、HCO₃^-+CO₃^2-等有害盐分离子量,而在3.6 g/L矿化度水淋洗下,“硫酸亚铁+柠檬酸”处理在降低0～30 cm土层的HCO₃^-+CO₃^2-、Na⁺量以...     

微咸水微润灌溉下土壤水盐运移特性研究

为探明土壤水分和盐分在利用微咸水进行微润灌溉条件下的运移情况,采用室内土箱模拟试验方式,设置2.0、2.5、3.0、3.5、5.0 g/L 5种不同矿化度处理,以蒸馏水处理作对照,共入渗72 h。结果表明:入渗结束时在不同方向上的最大运移距离随矿化度增大呈先增大后减小趋势,在3.0 g/L处理下达到最大值,且微咸水处理的湿润锋运移距离均大于蒸馏水处理;将累积入渗量代入Kostiakov入渗公式,入渗系数随矿化度的增大呈先增大后减小趋势,入渗指数不断减小;土壤电导率以微润带为轴心向四周不断增大,在湿润锋处达到最大值,脱盐区与湿润体形状相关,呈圆环状分布;入渗结束后土壤剖面平均含盐量与蒸馏水处理之间无显著性差异,脱盐半径随矿化度的增大呈线性递减趋势;利用微润灌进行灌溉,土壤盐分存在表聚和底聚现象,且表层积盐更为严重。     

不同矿化度对层状土入渗规律的影响研究

为研究不同矿化度水分对沙壤土中壤土夹层入渗规律的影响,设置4种矿化度处理,分别为0,1,3,5g/L,进行室内土柱垂直一维积水入渗试验。结果表明:壤土夹层对不同矿化度水分均有阻渗作用;各处理累积入渗量在湿润锋到达夹层界面前随时间呈非线性变化,通过夹层后随时间呈线性变化,各处理稳渗率大小关系为V(3g/L)>V(5g/L)>V(1g/L)+>V(0g/L);矿化度为0~3g/L时,累积入渗量、入渗后土壤含水率均随矿化度提高而增大;入渗结束后,各处理夹层界面上层土壤脱盐,夹层界面下层土壤积盐。     

微咸水矿化度对秸秆还田下土壤水盐运移分布影响

为了研究微咸水与秸秆还田的综合利用效应,在室内进行一维垂直入渗试验,分析了秸秆还田下不同矿化度对土壤水盐运移分布的影响。结果表明,相同入渗时间下,累积入渗量以矿化度3g/L为分界点随矿化度的升高先增后减,湿润锋的变化规律相似;土壤含水率随矿化度的增加表现出先增后减的趋势,以3和5g/L时土壤保持较高含水率;电导率随矿化度的增加而增加,当矿化度大于3g/L时,微咸水对土柱的淋洗作用不大。     

磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响

采用300 mT磁感应强度恒定磁水器对不同矿化度微咸水(0.14、2、3、4、5 g/L)进行磁化处理,并进行一维垂直土柱入渗试验,研究磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响。结果表明:微咸水磁化处理后,土壤入渗速率及湿润锋迁移速率显著降低,湿润体含水率显著提高;微咸水矿化度对磁化效果具有显著影响,磁化微咸水矿化度为3 g/L时,相同入渗时间累积入渗量和湿润锋深度相对减少量最大,湿润体含水率相对增加量最多。磁化微咸水入渗对Philip和Green-Ampt入渗公式参数有显著影响,相同矿化度的磁化微咸水土壤吸渗率S、饱和导水率K_s及湿润锋处吸力hf均小于未磁化微咸水;磁化与未磁化微咸水相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s与矿化度之间均呈现较好的二次多项式关系,在矿化度为3 g/L时,相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s均达到最大。磁化微咸水能够提高土壤持水能力,相同土层深度的土壤含水率显著增加;微咸水磁化处理后,脱盐率显著提高,土层深度0~20 cm磁化微咸水脱盐率均大于未磁化微咸水,矿化度为3 g/L的磁化微咸水磁化脱盐强度最大,相对脱盐效果更好。     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

矿化度对微润灌土壤入渗特性的影响

采用室内土箱模拟试验的方式,研究了5种矿化度条件下微润灌土壤水分的入渗特性。试验结果表明:矿化度对湿润体形状影响小,微润灌湿润体横剖面呈近似圆形;矿化度对湿润体体积影响较大,矿化水湿润体体积大于清水的湿润体体积。当矿化度为3 g/L时,微润灌湿润体湿润锋运移速率最大,湿润锋运移速率与时间呈幂函数关系。矿化水可增加微润灌的累计入渗量,但累计入渗量与矿化度之间不是单调关系,当矿化度为3 g/L时,累计入渗量达到最大,土壤平均含水率也最大。     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

EN—1对黄土性固化土水分垂直入渗特征的影响

采用一维垂直入渗试验方法,对不同容重、不同固化剂掺量处理的固化土水分入渗过程进行了研究.结果表明:黄绵土容重在1.2～1.4g/cm3范围内,土壤容重对黄土性固化土的入渗能力有较大影响,土壤容重越大,对应于同一时刻入渗率越低,累积入渗量越小,湿润锋推进距离越短.3种土壤容重条件下,不同EN-1固化剂掺量对累积入渗量和湿润锋运移距离的影响均显著(P＜0.05),且随着固化剂掺量增大,累积入渗量和湿润锋运移距离均有先增大后减小的趋势;固化剂掺量在0.05％ ～0.1％范围内累积入渗量最大;累积入渗量与湿润锋运移距离呈良好的线性关系.固化剂掺量对土层含水率的影响在低容重(1.2 g/cm3)条件下明显,随着容重增加,影响逐渐减小.利用Philip模型、Kostiakov经验公式和指数公式对固化土入渗率与入渗历时的关系进行拟合时发现,Kostiakov公式拟合值更接近于实测值,且容重越大,拟合精度越高.     

负压灌溉下土壤水分运移特性及氮素分布规律研究

[目的]揭示负压水肥一体化灌溉对红壤水分及氮素运移特征的影响。[方法]配置6种不同质量浓度硝酸铵溶液(0、10、15、20、25、30mg/L),设置无压(负水头高度为0)和负压(1/2极限负水头高度)2个水平进行红壤入渗试验,分析了其入渗特性及氮素分布规律。[结果]硝酸铵溶液促进水分入渗,无压和负压状态下,入渗溶液质量浓度为25mg/L和15mg/L时水平与垂直方向湿润锋运移均达到最大,与相应CK相比累积入渗量最大分别增长2.69倍和3.00倍,平均入渗率分别增长2.38倍和2.18倍;土壤硝态氮和铵态氮量显著增加(p<0.05),与相应CK相比无压和负压状态下硝态氮量最大分别增长8.05倍和7.75倍,铵态氮量最大分别增长13.37倍和10.42倍。停渗时刻,同一质量浓度入渗溶液无压状态下水平与垂直方向湿润锋运移距离、累积入渗量均显著高于负压状态,各处理最大分别高出2.01、2.148和4.69倍;距出水点相同的距离,无压状态下土壤含水率、硝态氮和铵态氮量均高于负压状态。[结论]负压灌溉显著缩短水平与垂直方向湿润锋运移距离,降低土壤累积入渗量、含水率、硝态氮和铵态氮量。2种入渗条件下,土壤硝态氮量随入渗距离增加而增加,而土壤铵态氮量随入渗距离增加则呈下降趋势。     

残留地膜对粉壤土水盐氮运移与再分布的影响

为探究残留地膜(以下简称“残膜”)对土壤水盐氮运移与再分布的影响,设置了不同残膜含量(0,100,200,400 kg/hm²)室内一维垂直土柱入渗-蒸发试验,测定了水分再分布过程中土壤湿润锋和各土层土壤质量含水率、电导率、硝态氮及铵态氮等指标.结果表明：残膜改变了土壤的入渗性能,当土壤中残膜量低于200 kg/hm²时,土壤湿润锋运移距离与累积入渗量均有增加;当残膜量高于400 kg/hm²时,土壤湿润锋运移距离与累积入渗量比处理CK分别减少3.59%和4.07%;随残膜含量增加,水分对盐分的淋洗效果降低,对氮肥的淋洗效果增加;残膜阻碍了盐分与硝态氮的向上运移,对铵态氮向上运移随铵态氮质量比减小由阻碍作用转变为促进作用;当残膜量高于400 kg/hm²时,土壤水分与盐分CV值比处理CK分别增加10.15%和6.51%;随残膜含量增加,硝态氮质量比CV值显著减小,不同处理土壤相同土层铵态氮质量比CV值差异较大,土壤剖面内铵态氮的变异程度无明显差异;蒸发结束时,残膜对水分蒸发的促进作用随残膜含量增加转...     

不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

膜孔灌自由入渗条件下VG模型参数的敏感性分析

【目的】探究膜孔灌自由入渗条件下VG模型参数敏感性。【方法】基于HYDRUS-2D软件,采用单因子扰动分析方法,研究vanGenuchten方程中α、n、θ_r对膜孔灌单点源自由入渗特性的影响。【结果】(1)单位膜孔面积累积入渗量与α负相关,与n正相关,θ_r对单位膜孔面积累积入渗量无影响。水平湿润锋运移距离与α负相关,θ_r对其无影响。垂直湿润锋运移距离与θ_r负相关,与n正相关。入渗结束时高含水率湿润体面积与θ_r、n正相关,n的扰动对高含水率湿润体面积影响最大。(2)单位膜孔面积累积入渗量的相对灵敏度随α增大而逐渐减小,α的正扰动对单位膜孔面积累积入渗量的影响程度弱于负扰动。α负扰动时,水平湿润锋运移距离的相对灵敏度随扰动幅度的增大而逐渐增大;α正扰动时,水平湿润锋运移距离的相对灵敏度随扰动幅度的增大而逐渐减小。(3)n负扰动时,单位膜孔面积累积入渗量与垂直湿润锋运移距离的相对灵敏度均随扰动幅度的增大呈先增加后减小的趋势;n正扰动时,单位膜孔面积累积入渗量的相对灵敏度随扰动幅度的增...     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

钠盐溶液与淡水交替供水方式对红壤水盐运移特征的影响

为优化再生水与淡水交替供水方式，研究交替供水方式对红壤入渗特性及水盐分布规律的影响，以确定最优交替供水方式。选取5、10 g/L 2种浓度钠盐溶液和淡水为试验用水，设置了咸淡水混合（SF混合）、咸淡交替（SF）、淡咸交替（FS）、咸淡咸淡交替（SFSF）和淡咸淡咸交替（FSFS） 5种供水方式，并以淡水（CK）为对照，进行一维垂直土柱入渗试验。结果表明：2种钠盐浓度下累积入渗量随着交替次数增加而增加，360 min入渗时刻，5 g/L和10 g/L淡咸淡咸交替处理分别比淡咸交替处理增加了28.85%和18.98%;Philip模型更适合描述FS交替供水和CK下土壤累积入渗量随入渗时间的变化，Kostiakov模型更适合描述SF混合、SF、SFSF、FSFS处理下红壤入渗特征；土壤剖面盐分分布受交替供水方式的影响，盐分累积程度受钠盐浓度的影响，在同一供水方式下，2种钠盐浓度的电导率（EC）分布规律一致，且随钠盐浓度增加，EC值增大。5 g/L下淡咸淡咸交替供水能增强土壤入渗能力，降低土壤盐分累积，为最优交替供水方式，推荐淡咸淡咸交替供水为南方亚热带区红壤再生水灌溉方式。     

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。     

灌水器埋深对红壤区涌泉根灌双点源入渗水氮运移的影响

【目的】研究红壤区涌泉根灌双点源入渗土壤水氮运移分布规律,为提高涌泉根灌水氮利用效率和灌水器合理埋深提供理论依据。【方法】在大田通过灌水器埋深分别为30、45、60cm的硝酸铵钙溶液入渗试验,研究了灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分以及铵态氮和硝态氮运移特性的影响,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋运移距离与入渗历时的关系模型。【结果】灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,红壤累计入渗量和稳定入渗率分别为18.84 L和0.035 cm/min、17.09 L和0.031 cm/min以及14.37 L和0.024 cm/min,即灌水器埋深越大,土壤的累计入渗量和稳渗率就越小,且累计入渗量与入渗历时之间均符合幂函数关系;灌水器埋深分别为30、45和60 cm时,交汇入渗发生的时间分别为168、187和197 min,交汇发生时间增幅依次为10.16%和5.56%,湿润锋运移距离随埋深的增大而减小,运移距离与入渗历时之间均符合对数函数关系,且竖直向下的运移距离均大于竖直向上;土壤含水率均随着土层深度的增加而先增加后减小,对于同一土层,灌水器处土壤含水率最大,其次为交汇面处,而距离灌水器12.5cm处土壤含水率最小;土壤铵态氮和硝态氮均随土层深度的增加而先增加后减小,在水平方向,距离灌水器越近,铵态氮的质量浓度越大,对于硝态氮而言,灌水器埋深不同,硝态氮的分布存在明显差异。【结论】灌水器埋深对涌泉根灌双点源交汇入渗红壤的水氮运移分布均有显著影响,且埋深超过60 cm时,氮肥淋失风险较大,且对作物吸收不利。     

粉壤土水盐运移对咸淡水交替灌溉的响应

为了分析不同间歇时间和矿化度对黄河三角洲粉壤土水分入渗特征及盐分分布的影响,进行了咸淡水交替灌溉的室内土柱试验,设置4种间歇时间(0, 30, 60, 90 min)和3种咸水矿化度(3,6,9 g/L),分析了累积入渗量、入渗历时、土壤水盐分布等参数变化.结果表明:相同入渗水量下,咸淡水交替灌溉的入渗历时随间歇时间的增加而显著增大.当咸水矿化度为3,6,9 g/L时,咸淡水交替灌溉处理的平均土壤含水率差异不具有统计学意义,但咸水矿化度为3 g/L处理的平均土壤含盐量低于咸水矿化度为6和9 g/L处理,且间歇90 min的平均土壤含盐量远低于其他处理.因此,当咸水矿化度为3 g/L,间歇时间较长的灌溉方式有利于降低土壤盐分.     

地下水浅埋下层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为进一步揭示地下水浅埋下的层状土波涌畦灌间歇入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土Brook-Corey和Green-Ampt（BC-GA）改进入渗模型,推导出层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润锋运移深度的函数关系,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数。周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大。根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性,对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大;供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。