覆膜开孔土壤蒸发的水盐分布特征及运移规律研究

在干旱半干旱的新疆地区,覆膜灌溉面积在逐年增加。但由于田间地膜覆盖率无法达到100%,同时出苗孔和灌水孔的存在使得研究覆膜灌后地表覆膜开孔率不同时蒸发的水盐运动很有必要。为获得覆膜开孔蒸发的土壤水盐分布特征,采用垂直一维入渗蒸发双层有机玻璃土柱实验系统进行蒸发试验。以概化的覆膜开孔率为上边界条件,针对初始水盐均匀和入渗结束后的蒸发两种处理,研究了覆膜开孔率影响下,蒸发土壤含盐量剖面和盐分浓度剖面的分布特征。结果表明,对水盐均匀处理,剖面盐分浓度可采用含水率及开孔率的函数关系表达;而对入渗蒸发处理,剖面盐分浓度随覆膜开孔率的范围不同可采用不同的指数形式表达。表土10cm返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加。单位膜孔面积的返盐量随覆膜开孔率的增加而减小,呈幂函数关系。此外,相同开孔率条件下,单位膜孔面积上蒸发量(ER)与土表10cm返盐量(Wsm,10)之间呈良好的线性关系。     

初始湿度对覆膜开孔蒸发水盐运移的影响

为了解初始含水率(湿度)变化对覆膜开孔蒸发的盐分与蒸发量的定量关系,通过不同湿度土壤的室内蒸发实验,研究了覆膜开孔率影响下土壤水分和盐分的运动特征.结果表明,初始含水率越大,不同覆膜条件下累积蒸发量越大,单位膜孔面积累积蒸发量(E_R)随开孔率增大而急剧减小.不同初始湿度的ER与覆膜开孔率的关系可用乘幂表示;表土返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加;不同含水率土壤的盐分浓度削面分布趋势一致,含水率越大,表层盐分浓度越大,含水率较小的土壤.盐分浓度在表层最大.在盐分含量最低点附近达到最小值,表层以下4-13cm的盐分浓度均小于初始值;不同覆膜开孔率条件下不同含水率土体剖面盐分浓度与垂直位置之间可用幂函数表示.研究表明,初始湿度对土壤水盐运动的影响存在定性特征,而覆膜开孔率对水盐运动的影响有定量关系可循.     

覆砂对土壤入渗、蒸发和盐分迁移的影响

探讨覆砂厚度对土壤水分入渗、蒸发、盐分迁移的影响,对新疆干旱区农田抑盐、保水及合理的覆砂制度制定具有重要意义。本文采用定水头法入渗和模拟稳定蒸发条件,研究覆砂厚度对土壤水分入渗、蒸发过程以及盐分迁移的影响。以覆砂厚度为影响因子,在土壤表层设置4个厚度,分别是0(对照)、1.7、3.6、5.7 cm。研究结果表明:(1)覆砂抑制了土壤水分净入渗能力,这一抑制作用随着覆砂厚度增加而减弱;(2)覆砂可以显著抑制土壤蒸发,随着覆砂厚度的增加抑制力增大。在20天蒸发过程中,覆砂处理蒸发呈稳定态势,且累积蒸发量符合线性方程,而对照符合Rose经验公式;(3)覆砂可以改变土壤盐分在剖面中的运移,尤其减弱了盐分的表聚。总之,覆砂显著地抑制了土壤蒸发和盐分表聚,即在覆砂厚1.7 cm上就可达显著效果,但对土壤的净入渗能力具有抑制作用。     

不同覆膜开孔率下土壤水分和潜水蒸发的模拟研究

为研究蒸发阶段不同覆膜开孔条件下土壤水分运动,在室内进行蒸发模拟试验的基础上,采用HYDRUS-1D模型对不同覆膜开孔率和大气蒸发能力条件下土壤剖面含水率和潜水蒸发量动态变化进行了模拟,并与实测资料进行比较。结果表明:土壤剖面含水率同时受大气蒸发能力和覆膜开孔率的共同作用,随覆膜开孔率和大气蒸发能力的增加,土壤剖面含水率减小,且上层土壤含水率差异比下层土壤明显;覆膜开孔率和大气蒸发能力一定时,土壤剖面含水率在蒸发初期有所增加,蒸发后期基本保持稳定;覆膜对潜水蒸发的阻滞作用明显,但开孔率增加到一定数值时,表层盐分的影响大于覆膜的影响,使土壤含水率增大,累积蒸发量减小。经实测数据验证,模型精度较好,表明HYDRUS-1D模型用于不同覆膜开孔率下的土壤水分运动模拟是可行的。     

玉米秸秆覆盖对麦田土壤温度和土壤蒸发的影响

研究了秸秆覆盖下的麦田土壤温度和土壤蒸发的动态变化规律。试验结果表明,玉米秸秆覆盖冬小麦田后,日最高地温比对照低,日最低地温比对照高,日振幅减小,温度变化较对照平缓;冬季具有提高土壤温度的作用,春季则有降低地温的作用。少覆盖处理冬季0～10 cm地温3年平均提高0.3℃/d,春季降低0.42℃/d;多覆盖处理冬季0～10 cm地温3年平均提高0.58℃/d,春季降低0.65℃/d;秸秆覆盖后有效地抑制了土壤蒸发,冬小麦生育期内,少覆盖处理比对照平均减少了21%,多覆盖减少了40.4%。覆盖处理春季的低温效应,推迟生育期3～7 d,加上后期的干热风,造成覆盖处理的冬小麦非正常成熟,影响了冬小麦的产量,少覆盖平均减产4.1%,多覆盖平均减产10.4%。     

秸秆深埋配施硫酸铝对西辽河平原地区 苏打盐碱土水盐运移的影响

为探索秸秆深埋和硫酸铝改良剂配施交互作用对苏打盐碱地水盐运移的影响,在通辽市科尔沁左翼中旗开展覆膜滴灌下不同硫酸铝用量与秸秆深埋的田间试验,以甜菜为指示作物,常规处理为对照(CK),在有无秸秆深埋(A、B)的条件下分别设置4 水平硫酸铝添加量(30、60、90、120 g/m2),揭示硫酸铝用量、秸秆深埋与土壤含水率、盐分的相关关系,提出覆膜滴灌及秸秆深埋下适宜的硫酸铝用量。结果显示,未添加秸秆处理中B3 处理0 ～ 50 cm 土体平均含水率最高(23.8%),比CK 高8.2%,且平均含盐量最低(1.69 g/kg),比CK 低12.6%;添加秸秆处理中A3 处理0 ～ 50 cm 土体平均含水率最高(26.6%),比B3 处理高2.8%,平均含盐量也最低(1.57 g/kg),比B3 处理低19%,且平均积盐率最低,比B3 处理降低7.6%;A3 处理在10 ～ 20 和20 ～ 30 cm 处土壤含水率均显著高于B3 处理(P<0.05),在0 ～ 10 和20 ～ 30 cm 处土壤含盐量较B3 处理显著降低(P<0.05);A3 处理0 ～ 30 cm 各土层均有脱盐趋势,达到显著水平(P<0.05),平均脱盐率11.5%;硫酸铝和秸秆深埋交互作用与土壤含水率呈极显著正相关(0.808),与土壤含盐量呈显著负相关(-0.564)。秸秆深埋和硫酸铝改良剂综合作用可有效降低土壤pH 值0.53 ～ 0.94,缓解土壤碱化度20.5% ～ 21.9%。覆膜滴灌及秸秆深埋下硫酸铝用量在72 ～ 104 g/m2 为适宜当地的推荐用量。研究结果可为西辽河平原地区盐碱土壤改良提供理论依据。     

秸秆深层覆盖对水分入渗及蒸发的影响

 为探讨秸秆还田对土壤水分入渗和蒸发造成的影响,通过在土表下20 cm处铺设3cm厚秸秆隔层的土柱试验表明:在灌溉水分入渗时,秸秆隔层阻碍了土壤重力水入渗,降低了土壤重力水由土壤上层向下层入渗的速率;在土壤水分蒸发过程中,秸秆层隔断了土壤的毛细管,使秸秆层以下土壤水很难通过土壤毛细管作用而向地表运移并蒸发。秸秆深层覆盖可以使深层土壤水分的蒸散量减少2%～3%,对深层土壤的蓄水保墒有积极的作用。     

秸秆纤维网覆盖下纤维用量对土壤蒸发的影响

为研究不同纤维用量下秸秆纤维网覆盖对土壤蒸发过程的影响,以不同的秸秆纤维用量为因子,设100、300、500 g/m2三个用量水平,以裸土为对照,进行了模拟试验。结果表明:用秸秆纤维网覆盖土壤表面能够有效抑制土壤蒸发,在土壤含水量较高的阶段,抑制作用更加明显;秸秆纤维网覆盖对蒸发的抑制作用与秸秆纤维用量密切相关,在相同的秸秆纤维网性状和同一土壤含水量条件下,秸秆纤维用量越大对蒸发的抑制能力越强;秸秆纤维网覆盖能明显改变土壤蒸发过程,覆盖条件下的土壤与裸土相比,蒸发量不仅降低而且更加平稳;在26 d的连续蒸发过程中,覆盖条件下的累计土壤蒸发量与时间呈近似线性关系,而裸土则为对数关系。     

不同秸秆生物炭对土壤水分入渗和蒸发的影响

探究不同秸秆生物炭对土壤入渗和蒸发的影响,对于秸秆废弃物的资源化利用和水土资源高效利用具有重要意义。选取3种秸秆(油菜、藜麦和马铃薯)为原料制备生物炭,采用室内土柱模拟方法,探究不同材料生物炭对土壤湿润过程、累积入渗量和蒸发过程的影响。结果表明:不同材料生物炭下的土壤入渗和蒸发过程存在显著差异。马铃薯杆炭显著促进了湿润锋的运移,而藜麦杆和油菜杆炭在中后期减缓了湿润锋的运移速度。添加生物炭处理均提高了土壤早期的入渗速率,降低了土壤后期的稳定入渗速率,其中马铃薯杆炭表现最好,促进了早期入渗,而且后期入渗降低少,在入渗55 min时,马铃薯杆炭累积入渗67.8 mm,比对照提高41.8%。在模拟施炭土壤的入渗过程方面,Kostiakov模型表现最优。施炭对于前期土壤蒸发无显著影响,但显著提高了后期的土壤蒸发量。蒸发30天后,马铃薯杆、油菜杆和藜麦杆炭累积蒸发量分别比CK高5.2%,9.2%和10.2%。马铃薯杆生物炭能显著提高土壤的入渗能力。研究结果为青海省东部农区选择合适的生物炭种类提供了科学依据。     

混掺小麦秸秆对不同土壤育苗砖蒸发的影响

育苗砖能为植物营造一个良好的生长环境,引导植物根系的发育和生长,且苗的移栽不受时间限制。对红黏土、黄绵土、山地白土和黑麻土分别添加0%,5%,8%和10%的小麦秸秆后制得育苗砖,并对其进行蒸发试验。在相同土壤下测得它们蒸发量大小顺序为:混掺0%小麦秸秆的育苗砖>混掺5%小麦秸秆的育苗砖>混掺8%小麦秸秆的育苗砖>混掺10%小麦秸秆的育苗砖。结果表明,混掺小麦秸秆对育苗砖蒸发影响显著,而且秸秆混掺比例越大蒸发量越小,故添加秸秆可有效减少育苗砖的蒸发损失。混掺相同比例小麦秸秆的不同土壤育苗砖,蒸发量大小顺序为:红黏土育苗砖>黑麻土育苗砖>山地白土育苗砖>黄绵土育苗砖。综合分析来看,混掺10%小麦秸秆的黄绵土育苗砖蒸发损失最小。     

潜水埋深为零时塔里木盆地不同土质潜水蒸发与水面蒸发关系分析

根据渭干河灌区潜水蒸发试验站和阿克苏水平衡试验站的实际监测资料，分析了E₆₀₁型蒸发器与E₂₀蒸发皿观测的水面蒸发的关系、不同土质潜水埋深为零时潜水蒸发与水面蒸发的关系，提出了潜水蒸发能力系数的概念，并分析了其与土壤机械组成的关系。结果表明：塔里木盆地非冻结期E₆₀₁型蒸发器与E₂₀蒸发皿观测的水面蒸发的折算系数变化在0.65～0.78之间；除细砂土外，E₆₀₁蒸发器观测的水面蒸发强度不能代替潜水埋深为零时的潜水蒸发强度；不同质地土壤的粉粘粒(d<0.02 mm)含量百分数与潜水蒸发能力系数呈指数相关关系。     

潜水埋深为零时塔里木盆地不同土质潜水蒸发与水面蒸发关系分析

根据渭干河灌区潜水蒸发试验站和阿克苏水平衡试验站的实际监测资料,分析了E601型蒸发器与E20蒸发皿观测的水面蒸发的关系、不同土质潜水埋深为零时潜水蒸发与水面蒸发的关系,提出了潜水蒸发能力系数的概念,并分析了其与土壤机械组成的关系.结果表明塔里木盆地非冻结期E601型蒸发器与E20蒸发皿观测的水面蒸发的折算系数变化在0.65～0.78之间;除细砂土外,E601蒸发器观测的水面蒸发强度不能代替潜水埋深为零时的潜水蒸发强度;不同质地土壤的粉粘粒(d<0.02 mm)含量百分数与潜水蒸发能力系数呈指数相关关系.     

秸秆覆盖对夏玉米农田土壤水分与热量影响的模拟研究

利用试验实测资料确定作物根系吸水模型和水热运移模型的参数,分别利用有限差分法对水热运移模型进行离散和迭代法对模型进行求解,通过模拟研究秸秆覆盖对夏玉米农田土壤水分和热量的影响。研究表明该模型能描述不同覆盖率条件下夏玉米生育期农田土壤水分和热量的变化规律,土壤含水率在0～40 cm逐渐减少,在40～100 cm逐渐增大;土壤温度在0～20 cm逐渐减少。不同覆盖率下土壤含水率和土壤温度的变化规律均为覆盖率150%＞覆盖率100%＞覆盖率50%＞不覆盖。可见秸秆覆盖节水和控温效果明显,为节水条件下的作物高产提     

砂石条形覆盖下土壤水分蒸发动态研究

砂石覆盖已被证实有提高农作物产量的作用,为了研究条形砂石覆盖对土壤水分蒸发的影响,采用精度较高的重力传感器称重测量系统测定水分蒸发动态,进行了5种砂石覆盖度(0%、25%、50%、75%、100%)、2个灌水量(25 mm和35 mm)和2种土壤(砂土和土)的土壤水分蒸发试验。结果表明:砂石覆盖能够有效地抑制土壤蒸发,且抑制作用与砂石覆盖度密切相关。蒸发初期砂石覆盖度越大,日蒸发量越低,但后期日蒸发量趋于稳定(0.6 mm)。相同覆盖度下,土累积蒸发量(Ec)低于砂土。砂石覆盖度增加后累积蒸发量Ec随时间变化过程曲线逐渐降低;同时总蒸发量Et相应减小,蒸灌比也依次减少,蒸发量差ΔE增大,表现为覆盖度为100%的Et仅为裸土的65%左右;裸土的Et占灌水量I的50%左右,而覆盖度为100%的Et占灌水量I的35%左右。Ec与时间的关系符合Gardner理论关系,从而得出Ec与时间和覆盖度的两参量函数关系。     

覆盖稻草及加盖薄膜对免耕马铃薯农艺性状及品质的影响

研究了覆盖不同厚度稻草（4、8 cm）以及加盖普通地膜和黑色地膜对免耕马铃薯农艺性状及品质的影响。结果表明：覆盖不同厚度稻草的影响效果具有显著的差异,与覆盖稻草4 cm相比,覆盖稻草8 cm可提高单株结薯数和产量,降低绿薯率,但降低出苗率和株数,其他品质参数差异不明显;在覆盖稻草4 cm的基础上加盖薄膜具有提高单薯重和产量的作用,但在覆盖稻草8 cm的基础上加盖薄膜则对出苗不利,降低了出苗率和株数,降低产量;加盖地膜能显著降低绿薯率,其中黑色地膜的效果优于普通地膜。     

黑土区覆混耕作中玉米秸秆还田对土壤水分入渗性能的影响

覆盖混埋耕作主要通过联合整地机对秸秆进行切碎并均匀混入土壤,对降低风蚀水蚀、提高耕层土壤蓄水能力及构建优质种床具有重要作用。为探究覆混耕作中玉米秸秆对土壤水分入渗性能的影响,该研究利用Design Expert软件,根据Box-Behnken试验原理通过室内土柱模拟试验,以覆混耕作中秸秆混埋深度、秸秆混埋量、秸秆长度为影响因素,以渗水量为指标进行三因素三水平二次回归正交试验。通过建立响应面数学模型,分析了各因素对土壤水分入渗性能的影响,并对影响因素进行了综合优化。试验结果表明：对渗水量影响主次顺序为秸秆混埋深度、秸秆长度、秸秆混埋量;当秸秆混埋深度为20 cm、秸秆混埋量为80%、秸秆长度为9 cm时,渗水量达到最优值0.249 L。利用优化后的参数进行试验验证,土壤渗水量为0.247 L。研究结果可为覆混耕作中联合整地机的作业参数调整提供参考和土壤水分入渗性能研究提供参考。     

Effects of biochar application on phreatic water evaporation and water-salt distribution in coastal saline soil

A 35-day simulated evaporation experiment was conducted to evaluate the effects of biochar application on phreatic water evaporation and water-salt distribution in coastal saline soil. Three biochar rates (0, 1%, and 5%; w/w) were applied to 65-cm-long soil columns. Results showed that applying the low biochar application rate effectively inhibited soil water evaporation. The 1% biochar treatment resulted in 4.4% lower cumulative soil water evaporation compared with the control, while it caused salt accumulation in the surface soil. By contrast, the high biochar application rate had little effect on cumulative soil water evaporation. Nonetheless, the 5% biochar treatment significantly increased the soil water-holding capacity while decreasing sodium adsorption ratio and salinity in the surface soil. In conclusion, applying a higher biochar rate (e.g., 5%) could improve salt water-distribution in the coastal saline soil under the experimental conditions.     

残膜对土壤水分入渗和蒸发的影响及不确定性分析

为探究残膜对土壤水分入渗和蒸发过程的影响规律,通过室内土柱试验,设置6个残膜量水平（0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2）,研究了残膜对湿润锋运移、土壤水分分布、累积入渗量和累积蒸发量及其不确定性的影响。结果表明：随残膜量增加,湿润锋垂直运移速率和累积入渗量逐渐减小;残膜量>80 kg/hm2时,湿润锋运移速率大幅下降;累积蒸发量随残膜量增加而递减而蒸发系数呈递增趋势,土壤保水能力减弱;随残膜量增加,0～10和20～45 cm含水率呈降低趋势,而土壤水分的变异系数呈增加趋势,残膜加剧了土壤水分垂直分布的变异性,残膜量>320 kg/hm2的处理会出现表土层“板结”现象;基于Gibbs抽样算法分析表明,Kostiakov入渗模型和Rose蒸发模型各参数的95%后验置信区间上下限的差值和标准差均随残膜量增加而增大,累积入渗量和累积蒸发量的95%后验置信区间面积呈增大趋势,土壤累积入渗量和累积蒸发量的不确定性随残膜增多而增强。该研究可探明残膜污染区的土壤水分运动规律,并为提高Kostiakov模型、Rose模型的模拟效率和模拟精度提供参考。