一种基于大孔隙流理论的农田排水暗管的工作性能试验研究

【目的】解决滴灌条件下暗管排水困难的问题。【方法】提出一种具有大孔隙流作用的排水暗管结构,通过土槽试验研究其对暗管排水和排盐效果的促进作用。试验中设置3种大孔隙流导管布置密度(3、4、5根),设置2种布置形式,即垂直埋设和弯曲埋设,并以无大孔隙流暗管的排水暗管作为对照(CK);在相同灌水量和滴头流量条件下监测各种处理的土壤含水率和含盐量、暗管排水量和排盐量。【结果】(1)无大孔隙流导管的暗管不排水,而布置了大孔隙流导管的暗管均排出水分,排水量为7.81～12.25 L;并且随着大孔隙流导管布置密度的增大,暗管排水量也相应增加。(2)大孔隙流导管垂直布置时的排水量普遍比导管弯曲布置时的排水量大7.97%～19.57%。(3)CK的上层土壤脱盐、下层土壤积盐,而布置了大孔隙流导管的土壤整体处于脱盐状态,而且其表层土壤脱盐率最高可达92.86%,下层土壤脱盐率最高可达65.25%;导管布置密度越大,脱盐率越高。【结论】大孔隙流对暗管排水和排盐效果有促进作用,密度越大,促进作用越明显。     

黄河三角洲粉质盐碱土土壤结构特征与渗透性关系分析

以黄河三角洲粉质盐碱土为研究对象,通过扫描电镜及压汞试验,结合土壤渗透系数,分析土壤结构特征与渗透性之间的关系。结果表明:黄河三角洲原状盐碱土土颗粒呈紧密镶嵌式排列,孔隙狭窄且不连通,孔隙主要为小孔隙和微孔隙,孔径较小;对原状土进行渗透试验得到渗透系数为6.46×10~(-5) cm/s,渗透性较差;将土壤重塑后由于絮凝集聚体被破坏且该地区盐碱土中粉粒含量较多,其渗透系数降为2.40×10~(-5) cm/s。黄河三角洲粉质盐碱土结构致密,孔隙狭小不连通,不能为水分下渗提供充足的渗流通道,导致该地区土壤渗透性较差。综合考虑该地区土壤结构特征与渗透性,对其进行治理时,建议掺杂砂石,以打破原始结构,增加渗流通道。     

排盐补淡对滨海盐碱土壤盐分变化的影响

为明确增加地下水埋深及补淡淋洗对滨海盐碱土的脱盐效果,以期为滨海盐碱土壤改良及水资源合理利用提供科学依据。以浅井排盐和灌溉水、降雨淋洗作为排盐补淡措施,在距排盐井不同半径处对地下水位和1 m土层含盐量进行测定,研究其在排盐补淡过程中的变化情况。研究表明,利用4 m左右的简易浅井可有效增加地下水埋深,抽水区域地下水埋深围绕排盐井呈现"V"型变化;排盐对中度和重度盐碱土1 m土层含盐量的影响存在差异,中度盐碱土表现抑盐、重度盐碱土有脱盐效果,且都随着抽提半径的增大,抑盐脱盐效果减弱;灌溉或降雨对盐碱土壤有脱盐作用,抽水腾出土壤水库容会提高土壤脱盐率,比仅灌溉或降雨分别高34.22%和17.53%,接近水量的灌水处理比降雨效果明显。综上所述,增加地下水埋深、腾空土壤水库容可以有效抑制盐碱土壤返盐并提高灌溉水、降雨等淡水洗盐效率,加大土壤脱盐效果。     

基于CT扫描的微塑料对砂壤土孔隙结构的影响研究

【目的】探究微塑料对砂壤土孔隙结构的影响,为土壤新型污染物微塑料的防治提供科学依据,也对应用CT扫描进行土壤结构与土壤质量评估提供借鉴与指导。【方法】采用室内土柱模拟方法和计算机断层扫描技术,对CK（未赋存微塑料的空白组）和M（赋存2%浓度聚丙烯微塑料的试验组）处理进行了三维土壤孔隙结构的可视化分析和孔隙特征参数的测定。【结果】聚丙烯微塑料显著影响砂壤土孔隙结构。通过对三维孔隙结构可视化研究发现,CK中土壤孔隙分布较为均匀,出现明显下沉且纵向连续性强,而M处理中土壤孔隙破碎化程度高,连通性较差;且CK中土壤孔隙度为4.98%,M处理中土壤孔隙度只有3.79%。聚丙烯微塑料赋存条件下土壤孔隙数量与孔隙体积分布随土壤深度发生变化。在土柱0～4cm深度范围内,土壤孔隙总数量表现为CK>M处理,M处理中土壤孔隙总数较CK降低了73.02%,且二者的孔隙数量差异随土壤深度的增加而逐渐增大;土壤平均孔隙体积表现为CK(1 709mm3)>M处理（1235mm3）,且相较于CK,M处理的大体积土壤孔隙数量占比有不同程度的降低。聚丙烯微塑料对砂壤土孔隙形态特征产生了影响。随着土层深度的增加...     

天津经济技术开发区绿地土壤盐分动态变化特征

【目的】掌握天津经济技术开发区土壤盐分的动态变化及分布情况,保证城市绿地的可持续性。【方法】通过长期定位监测,分析了研究区2007―2014年的土壤含盐量及pH值。【结果】研究区土壤含盐量整体上均呈逐年降低趋势,截至2014年3月研究区0～80 cm各层次土壤含盐量均在0.11%～0.14%之间,已经达到了滨海地区绿化种植土壤标准对土壤含盐量要求;土壤pH值整体随时间呈波动减小趋势,土壤pH值整体下降了0.33;研究区绿地土壤含盐量分布不均,但随着时间变化,研究区土壤总体的盐分水平分布的均一性有所提高,研究区土壤pH值分布较为均一。【结论】"暗管排盐"措施对天津经济技术开发区的绿地土壤盐分调控效果良好,但仍要加强对绿地土壤水盐动态的监测,减少土壤次生盐渍化的发生。     

石油污染对土壤水理性质的影响

【目的】给石油污染土壤水分调节利用以及修复治理提供参考。【方法】系统归纳总结了现有石油污染对土壤水理性质的影响研究成果,同时对污染引起土壤水理性质产生变化的机理进行探讨。【结果】石油污染对生态环境产生了大量负面影响,使生态环境承载了巨大的污染负荷。当石油污染物进入土壤后,会影响了土壤孔隙结构,改变土壤颗粒表面润湿性,同时石油中含有的挥发、半挥发性有机污染物会对土壤水分运移产生阻滞效应,从而会对土壤的持水能力、毛管水运动特征、土壤渗透性能等多方面产生影响。【结论】为准确揭示石油污对土壤水理性质产生影响的作用机理,仍需进一步从微细观上深入开展相关研究。     

含钠盐量变化对土壤水分入渗特性影响的试验研究

【目的】研究土壤含钠盐量变化及钠盐含量垂向异性对土壤水分入渗特性的影响,以期为海涂盐渍土水土资源高效利用与保护提供理论依据。【方法】设置土壤含钠盐量垂向均质及垂向异质变化共6个处理,采用恒定水头入渗法进行土壤水分入渗试验。主要从入渗速率、累积入渗量及湿润峰距离3方面对土壤水分入渗特性进行分析讨论与模拟。【结果】对于盐分分布均匀的土壤,入渗初期水分入渗速率与土壤含盐量有显著关系,但对于盐分含盐量垂直分层土,土壤盐分含盐量与水分入渗速率关系较为复杂。在相同入渗时间内,盐分均质土累积入渗量随土壤含盐量增大呈显著降低趋势;对于盐分含盐量分层土壤,盐分含盐量垂向减小土壤累积入渗量大于盐分浓度垂向增加土壤,且土壤剖面垂向盐分含盐量变化对水分累积入渗量影响相比土壤盐分含盐量均匀变化对入渗过程的影响更显著。土壤湿润锋深度随入渗时间延长而增大,且在入渗初期速度较快,随后逐渐缓慢,最后趋于平缓,上层土壤盐分浓度对湿润锋深度影响较大。【结论】结合盐分均匀变化及垂向异质性变化土壤定水头入渗试验,明确了土壤孔隙水分运动与盐分浓度变化的响应规律。土壤垂向理化性质改变对水分入渗过程具有一定影响,同时利用Kostiakov入渗经验公式和简略Philip入渗方程可以较好地拟合该入渗过程。     

振动深松耕作对不同类型土壤水分特征曲线影响研究

为了探讨振动深松耕作措施对不同类型土壤的水分特征曲线的影响,利用吸力平板仪和压力膜仪对黑龙江省5种典型土壤,即黑土、黑钙土、水稻土、苏打盐碱土、沙土进行了测定。得到振动深松区和对照区的原状土壤在脱湿过程中不同吸力下的土壤含水率,并利用van Genuchten数学模型对5种土壤的水分特征曲线的实测值进行数值拟合,对比研究了5种土壤水分特征曲线及模型拟合参数、土壤当量孔径、土壤水分有效性及比水容量的变化。结果表明,振动深松前后土壤水分特征曲线差异显著。同一吸力下,深松区土壤含水率高于对照区,振动深松显著提高了土壤的有效供水能力,其中效果最佳的是苏打盐碱土和黑土。振动深松通过改善土壤结构,调整了孔隙孔径的比例,进而提高了土体的有效供水能力。     

不同排水措施对青海高寒区盐碱地改良效果的研究

【目的】解决青海高寒区盐碱地治理的问题。【方法】采取在青海柴达木盆地德令哈(中度盐渍化)与诺木洪(重度盐渍化)2处试验区建设排盐工程与田间试验的方法,在中度和重度盐渍化土地安装毛细透排水带与暗管进行排水,分析了毛细透排水带降盐技术对中度和重度盐渍化土壤盐分变化规律的影响。【结果】(1)中度和重度盐渍化土壤表层(0～10 cm)盐分下降最快,其他土层盐分量呈现显著下降,中度和重度土壤最高脱盐率分别为81.19%和96.62%,重度盐渍化土壤盐分可降低至中度水平;(2)2处试验区0～10 cm土壤盐分中Cl-、SO42-、Na+和K+量较原始土样明显下降,毛细透排水带对Cl-、SO42-、Na+和K+有显著的淋洗作用;(3)毛细透排水带降盐技术在青海高寒区中度盐渍化地区土壤脱盐率可达98.61%,重度盐渍化地区淋盐定额土壤脱盐率可达94.41%。在1 500 m3/hm2灌水量、灌水次数4次的淋盐定额下,中度盐渍化土壤的改良效果最好;在1 650 m3/hm2灌水量,灌水次数4次的淋盐定额下,重度盐渍化土壤的改良效果最好。【结论】毛细透排水带可以有效治理盐碱土壤,中度盐渍化地区改善土壤性质,恢复耕地,提高土地生产力。     

基于HYDRUS-2D盐荒地干排盐作用模拟研究

【目的】探究河套灌区典型区域在干排作用下的排盐量及耕地盐分向荒地运移所需的容泄区。【方法】于2017—2018年开展田间定位监测试验,建立二维饱和-非饱和土壤水盐迁移模型,利用HYDRUS-2D模型研究向日葵农田灌溉制度下的土壤盐分向荒地的迁移量及迁移范围。【结果】耕地与所需承载盐分的容泄区面积之比介于1.48～1.53,耕地全年向荒地的排盐量1.98～2.06 t。【结论】耕地盐分向荒地运移所需的容泄区范围取决于耕地面积及其占整个区域面积的比例,研究结果可为调节区域水盐平衡和盐荒地土壤改良提供科学依据。     

含砂层层位及厚度变化条件下层状土上升毛管水运动特性研究

【目的】解决我国西北地区土壤次生盐碱化问题。【方法】通过室内试验,对层状土上升毛管水运动特性进行了分析,并考虑了含砂层层位和厚度共同变化影响下的毛管水运动特性变化规律,建立了地下水补给量、毛管水上升高度随时间变化的函数关系,并进一步对其地下水补给量和毛管水上升高度等值线变化分布情况进行了对比分析。【结果】含砂层层位与体积常数和高度常数之间有明显的正相关关系;与达到稳定时的地下水补给速率和毛管水上升速率有明显的负相关关系,由于含砂层的作用,达到稳定时的地下水补给速率和上升速率与含砂层厚度有明显的负相关关系;当地下水补给的时间持续在0～4 d、含砂层层位在30～50 cm之间变化、厚度在0～15 cm变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显;当地下水补给的时间持续在4～12 d、含砂层层位在15～30 cm之间变化、厚度在15～30 cm之间变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显。【结论】函数中拟合参数体积常数v、稳定补给速率q*、地下水补给时间常数τQ决定了层状土地下水补给量的变化规律;毛管水上升高度υ、稳定上升速率μ*、上升高度时间常数τh决定了层状土毛管水上升高度的变化规律。     

秸秆深埋结合地膜覆盖土壤水盐运移模拟试验研究

[目的]探究滨海地区盐渍土在春秋季节强烈返盐问题的治理方法。[方法]通过室内土柱模拟实验,研究了覆膜和秸秆深埋对盐碱土水分入渗、蒸发及水盐运移特性的影响。[结果]淋洗入渗阶段,秸秆深埋可减缓水分入渗速度,优化耕层水盐分布,在提高耕层土壤含水率的同时增强了淋盐效果。潜水蒸发阶段,各处理均能抑制潜水蒸发,秸秆深埋整体抑蒸效果和控盐效果均优于土表覆膜,但蒸发结束后,覆膜处理浅层0~30cm土层土壤的含水率较其他未覆膜处理提高了11.74%~59.91%。[结论]秸秆深埋与覆膜相结合的处理体现了较优的保水控盐效果,可在滨海区农业生产中进行推广应用。     

不同灌水技术参数对农田水盐运移的影响

【目的】探索滴灌条件下农田高效洗盐适宜灌溉指标。【方法】通过人工控水试验重点研究了不同滴头流量(2.8和5.6L/h)和灌水定额(22.5、37.5和52.5mm)对盐碱地棉花根区盐分淋洗效果的影响。【结果】同一灌水定额条件下,湿润锋半径随着滴头流量的增加而增大;滴头流量增加,土壤水分分布呈宽浅型,表层土壤含水率逐渐升高。同一滴头流量条件下,湿润锋半径随着灌水定额的增加而增大;土壤含水率随着灌水定额的增加而增大。表层土壤盐分随着滴头流量和灌水定额的增大而减小,滴头流量为2.8 L/h时,水平脱盐半径30 cm,垂直脱盐深度60 cm;滴头流量为5.6 L/h时,水平脱盐半径40 cm,垂直脱盐深度40 cm。【结论】灌水定额52.5 mm时,脱盐效果最佳;随着作物的根部伸长,改变滴头流量,扎根40 cm以内用滴头流量5.6 L/h,扎根超过40 cm用滴头流量2.8L/h,可作为适宜的灌水技术参数。     

覆膜滴灌盐碱土改良效果研究

【目的】研究不同改良剂对覆膜滴灌盐碱土的改良效果。【方法】采用有机肥料、微生物菌剂、无机肥作为盐碱土壤改良剂,分析了不同改良剂对土壤pH值变化率、脱盐率、养分和玉米产量的影响。【结果】①不同改良剂均能降低盐碱土壤pH值和盐分,增加玉米产量,其中施用有机肥料300 kg/hm~2+微生物菌剂250 kg/hm~2的处理效果显著,在拔节期和成熟期,该处理的pH值变化率相比CK增加4.58%和2.65%,生育期内土壤脱盐率接近60%,玉米产量较CK增加39.04%;②施用不同改良剂后土壤有机质、速效钾在生育期内呈递增趋势,水解性氮、有效磷均呈先增加后减少趋势。【结论】在覆膜滴灌盐碱地的改良与利用中,以有机肥料和微生物菌剂为主要原料的微生物改良剂可作为优先选择。     

介质含水率与探地雷达电磁波特征参数关系

【目的】研究GPR电磁波属性参数与含水率的内在关系,揭示流域范围内土壤水分赋存特征具有重要意义。【方法】利用美国劳雷工业SIR-3000型地质雷达,对不同含水状态风积沙进行GPR探测试验,分析了不同含水率风积沙试样中电磁波传播过程的参数特征,建立了其与含水率的关系模型,并推算介电常数;利用介电常数仪直接测定不同含水率风积沙试样的介电常数,对比基于波速间接所得介电常数,校验了介质含水率与电磁波特征参数关系模型的有效性。【结果】随介质含水率增加,GPR电磁波的双程走时呈非线性增加趋势,波速呈负线性降低趋势;随含水率增加,基于GPR波速间接推算介电常数与介电常数仪直接测定介电常数呈相似增大趋势,相同条件下两类介电常数最大误差约3.6%。【结论】借助GPR电磁波波速与双程走时可以有效评价风积沙水分赋存特征与介电特性。     

覆膜开孔入渗——蒸发条件下夹砂层土壤水、盐、热变化规律

入渗-覆膜开孔蒸发条件下砂夹层影响水、盐、热运动的方式和规律尚不清楚。通过不同埋深砂夹层土体室内入渗-蒸发试验,分析了3个不同埋深砂夹层和覆膜开孔影响下土体水、盐、热变化规律。试验结果表明,夹砂层土体在整个积水入渗过程中经历非线性、线性两个过程;砂夹层对水流有一定的阻滞作用,同时对盐分的淋洗不利;不同覆膜开孔率蒸发条件下,任意时刻剖面温度分布均为表层0cm最高,土体底部最低,25cm为土体温度变化的影响深度;25cm以上不同砂夹层埋深土体剖面温度梯度规律表现为T（5～10cm埋深）〉T（10～15cm埋深）〉T（20～25cm埋深）。     

生物炭添加量对冬小麦花后干物质积累及转运的影响

【目的】提高微咸水灌溉效率并降低土壤盐渍化风险。【方法】以冬小麦为研究对象,设计避雨条件下不同微咸水-生物炭处理(CK,淡水;B0,5 g/L微咸水;B15,5 g/L微咸水及15 t/hm²生物炭;B30,5 g/L微咸水及30 t/hm²生物炭;B45,5 g/L微咸水及45 t/hm²生物炭)的田间试验,探讨了微咸水灌溉下生物炭添加量对土壤特性和冬小麦花后干物质积累及转运的影响机制。【结果】生物炭添加后土壤表层(0~20 cm)体积质量降低了2.27%~8.33%,总孔隙度增加了4.52%~13.47%,有机质量增加了30.02%~111.12%,土壤表层(0~20 cm)及主根区(0~40 cm)钠吸附比降低了23.88%~33.27%和22.34%~30.80%;15 t/hm²能够促进盐分淋洗,降低了微咸水灌溉下土壤含盐量,然而高剂量时将加剧盐分累积。单独微咸水灌溉下冬小麦生长受抑,最终产量下降了12.04%。生物炭能够缓解盐胁迫下叶片早衰,促进光合作用能力,并增加花前干物质转运量及花后干物质积累量,进而获取了更高的籽粒质量和收获指数。B15、B30、B45处理的最终产量较B0处理分别增加9.18%、7.73%、2.74%。【结论】15 t/hm²添加量的生物炭效果最佳,可促进微咸水资源的农业利用。     

珍珠岩粒径对土壤水分运移的影响

【目的】探究不同粒径珍珠岩对土壤水分运移的影响。【方法】设置大(1～3 mm)、中(50～200μm)、小(<50μm)3种粒径珍珠岩处理,对其表面结构进行扫描电镜观察研究各处理的吸水及在不同温度下的保水性能;向土壤中施加大、中、小3种粒径珍珠岩,通过盆栽与土壤水分入渗试验,探究其对土壤水分的影响。【结果】通过扫描电镜观察到珍珠岩表面孔隙随粒径的减小,孔隙数量减少,且孔径也减小,小粒径(<50μm)珍珠岩不具有孔隙;通过不同温度下珍珠岩持水量测定,表明大粒径(1～3 mm)与中粒径(50～200μm)珍珠岩在常温下具有一定的吸水性和保水性,中粒径珍珠岩在3个处理中吸水量最大,保水性最好;通过盆栽试验,发现大粒径与小粒径珍珠岩能促进土壤水分的蒸发,减少土壤水分,中粒径珍珠岩在土壤中具有一定的保水性;通过水分入渗试验,发现大粒径与中粒径珍珠岩能促进土壤水分入渗,土壤累积入渗量和湿润锋深度随着珍珠岩粒径增大而减小,Horton公式拟合更适合本试验的入渗模型。【结论】不同粒径的珍珠岩对土壤水分运移影响不同。大粒径珍珠岩具有疏松土壤,增加土壤水分散失的作用;中粒径珍珠岩能良好地协调土壤水气状况,促进土壤水分入渗,并且有一定的保水能力;小粒径珍珠岩会对土壤造成不良影响,不宜作为土壤添加基质。     

冲水洗盐对滨海盐碱地盐分变化的影响

【目的】改良盐碱地。【方法】通过引水冲刷的方法,研究盐碱地盐分因子的时空变化,采用常规理化分析方法对样点土壤的盐碱度进行分析,并比较土壤的阴阳离子和生态离子之间的相关性。【结果】随着冲洗的次数增多,土壤中SAR从11.87 mmol/L降到3.02 mmol/L,pH值(从8.47降到8.25,夏季盐碱因子量最低,而秋季为返盐期盐碱因子小幅增加;盐度量随着月份的增加而增加,10月份最大为8.30‰;EC和TDC呈先减小后增加的趋势,分别从982.67μS/cm到1 037.67μS/cm和491.33 mg/L到523.67 mg/L;上、中、下层土在不同月份间有差异。本试验盐碱离子主要是Na+、CL-构成,表现为CL->Na+>Mg2+>SO42->Ca2+>HCO3->K+>CO32-,SAR与Na+极显著正相关。【结论】减少土壤中Na+量对治理盐碱地具有极大的作用。