再生水及盐溶液入渗与蒸发对土壤水盐和碱性的影响

为研究再生水利用对土壤盐碱性影响的特殊性,采用室内大型土槽试验,对比研究了清水、再生水和钠吸附比(sodium adsorption ratio,SAR)分别为3、10和20(mmolc/L)0.5的盐溶液入渗与蒸发10次(模拟灌溉2a)期间对土壤及土壤溶液盐分迁移累积和碱性的影响。结果表明:与清水相比,再生水和SAR值为20(mmolc/L)0.5的盐溶液处理中0～40cm深度壤土含水率较高,80～120cm砂土含水率的增加产生滞后现象;再生水和盐溶液入渗与蒸发后土壤中盐分产生累积,累积量为9.54%～51.83%,而再生水处理中淋洗液带出的盐分最多,是其他处理的1.09～1.42倍。清水、再生水和盐溶液处理土壤溶液钠吸附比(SAR)<3(mmolc/L)0.5,土壤pH值<8.5,再生水和盐溶液入渗与蒸发引起土壤碱化的风险较低。再生水入渗与蒸发后土壤溶液中K+和Ca2+在土体中的迁移分布与清水和盐溶液处理不同,再生水对土壤中Cl-有较强的淋洗作用,长期再生水灌溉过程中土壤K+、Ca2+和Cl-的迁移和淋洗需要引起重视。试验结果对农业中长期安全合理利用再生水具有指导意义。     

不同地下水矿化度条件下柽柳土柱的水盐分布特征

通过探讨土壤水盐分布特征对地下水矿化度的响应规律,为泥质海岸带盐碱土的合理利用和水土保持防护林的栽植管理提供科学依据.以栽植3年生柽柳苗木的土壤柱体为研究对象,在1.8m的地下水水位下,分别模拟设置淡水(0 g/L)、微咸水(3 g/L)、咸水(8 g/L)和盐水(20 g/L)4种地下水矿化度,并以不栽植柽柳的土壤柱体为对照,测定分析不同地下水矿化度处理的土壤水分、盐分以及溶液绝对浓度等水盐参数.结果表明:地下水矿化度可显著影响不同剖面的土壤水盐参数.随地下水矿化度的升高,整个土柱的含水量和含盐量均呈现升高趋势,而土壤溶液绝对浓度呈下降趋势.其中:柽柳土柱相对含水量均值在4种矿化度下,分别比对照下降24.4％、20.6％、11.3％和4.7％;微咸水、咸水和盐水矿化度下,柽柳土柱的含盐量均值,分别比对照下降6.7％、5.6％和8.7％.不同地下水矿化度条件下,随土壤深度的增加,土壤水分呈升高趋势,土壤溶液绝对浓度呈下降趋势,土壤盐分则表现为先下降再升高,并在80 cm土壤深度下,盐分达最低值.地下水矿化度的升高,有利于盐分随水分向土壤表层迁移.栽植柽柳可显著降低土柱的含水量、含盐量和土壤溶液绝对浓度,但随地下水矿化度的升高,栽植柽柳对土壤水分的降低作用在减弱,而抑制盐分作用在增强.     

地下水作用条件下粉砂壤土盐分动态研究

用粉砂壤土土柱进行了室内模拟试验，研究不同地下水埋深及其矿化度作用条件下非饱和粉砂壤土的盐分动态规律。在相同地下水埋深情况下，处于盐分动态平衡状态时的各模拟土柱相同层次土壤溶液浓度，与地下水矿化度呈良好正相关关系。在相同地下水矿化度条件下，土体积盐速率与地下水埋深呈负相关关系，但是各土柱相同埋深土体达到盐分动态平衡状态时的土壤溶液浓度差别不明显。对地下水埋深及地下水矿化度对耕作层土壤溶液浓度的综合作用效果进行了深入分析，建立了各积盐阶段耕作层土壤溶液浓度的增高值关于此二因素的数理统计模型。     

灌溉水盐分组成对土壤水盐迁移参数的影响

淡水资源不足和盐渍化是干旱地区农业生产的限制因子。研究水盐迁移参数是水盐调控的重要目标。为此,该研究以甘肃省秦安县兴国镇果园土样为研究对象,采用水平土柱入渗法,探讨不同盐溶液(氯化钠、氯化钠和氯化镁、氯化钠和氯化钙、氯化钠和氯化钾)在矿化度均为3 g/L的条件下对土壤水分扩散率和盐分离子水平迁移的影响。结果表明:不同盐分组成的灌溉水质和含水率对土壤水分扩散率的影响均达极显著水平(P0.01)。在灌溉水矿化度均为3 g/L的条件下,氯化钠盐溶液传输水分的潜在能力最大,加入一定的复盐对水分的传导起到阻滞作用,阻滞能力的大小是:氯化钙氯化钾氯化镁。不同盐分组成的灌溉水对土壤碳酸氢根和硫酸根的水平迁移具有显著的影响(P0.05),对盐分、钙离子和钠离子水平迁移具有极显著的影响(P0.01)。入渗距离对土壤pH的影响以及灌溉水盐分组成对土壤钠吸附比的影响均达显著水平(P0.05)。灌溉水盐分组成对模型参数初始值和终止值有显著的影响,参数初始值和终止值均呈现:氯化钠氯化钠和氯化镁氯化钠和氯化钾氯化钠和氯化钙。因此,从微咸水利用和盐渍化土壤改良的角度考虑,在微咸水灌溉中加入一定量的钙制剂可抑制水分扩散和降低土壤盐分含量;从灌溉方法来看,需从地块的两端轮换灌溉可预防地块一端脱盐而另一端积盐的现象。这一研究结果对于指导干旱、半干旱地区微咸水利用具有重要的科学意义。     

风化煤对苏打盐化土盐分运移的影响

针对山西省大同盆地中度苏打盐化土,利用山西灵石风化煤作为改良材料,进行室内培养试验和原状土柱模拟试验,研究风化煤不同施用量对苏打盐化土的pH、电导率(EC)、水溶性全盐量、水溶性Na~+的影响,以及风化煤对水溶性全盐量、水溶性Na~+在土壤中运移规律的影响。研究表明:通过培养试验发现15g/kg的风化煤处理的效果最佳,pH和碱化度(ESP)分别降低4.1%和34.6%。通过风化煤和纯水淋洗的共同作用下,试验中5个处理土壤0—10cm的pH值分别降低3.0%,7.2%,9.6%,10.6%和9.1%。风化煤15g/kg的处理,使0—10cm土壤中盐分占总盐分的比例从39.0%下降到11.8%。15g/kg的处理,能降低土壤中28.4%水溶性Na~+。结果表明,在大同盆地苏打盐化土改良,风化煤能有效降低土壤表层pH、水溶性盐分和水溶性Na~+,最佳用量是15g/kg。     

地下水作用条件下土壤积盐规律研究

用粉砂壤土土柱进行了为期一年的室内模拟试验 ,对不同地下水埋深及其矿化度作用条件下 0～ 40cm深度土壤的盐分运动规律进行了深入研究。地下水埋深 85cm、1 0 5cm情况下 ,0～ 40cm深度土壤电导率与地下水矿化度呈良好正相关关系。地下水埋深 1 5 5cm、试验设定条件下 ,各土柱 0～ 40cm深度土壤积盐强度都较小 ,并且相互之间差异不明显。获得了各土柱 0～ 40cm深度土壤电导率关于地下水埋深、地下水矿化度的统计模型。对土壤电导率动态规律进行了深入分析 ,并建立了地下水明显影响到该深度土壤后土壤电导率动态模型。     

基于HYDRUS模型的华北平原小麦种植区水盐运移模拟

土壤中水分和盐分是影响作物生长的两个关键因素,揭示水盐运移机制对阐明作物利用土壤水过程具有重要意义。本研究以华北平原典型农田——中国科学院禹城综合试验站为试验地,基于试验站内冬小麦种植地的长期土壤水分观测数据及室内土柱试验,应用HYDRUS-1D模型分别阐明土壤水分及盐分变化规律及分布特征,探究影响水盐运移的驱动因素,并评价HYDRUS-1D模型对研究区水盐运移模拟的适用性。水分运移模拟结果表明:浅层土壤水分运移模拟因受外界因素的剧烈影响而较深层土壤产生更大的误差,10cm、20 cm、30 cm、40 cm和60 cm处水分运移模拟结果的均方根误差分别为0.0348 cm~3·cm~(-3)、0.0179 cm~3·cm~(-3)、0.0179cm~3·cm~(-3)、0.0122cm~3·cm~(-3)和0.0053cm~3·cm~(-3);水分运移模拟的纳什效率系数平均值为0.826,变异系数为0.0560,表明模拟结果与实测土壤水分变化过程一致性较好。土柱试验结果显示:灌水8 L,入渗12 h、24 h、40 h、45 h和48 h后,各时刻土壤盐分含量在垂向上整体呈现先增大后减少的分布规律,均方根误差分别为0.181 g·kg~(-1)、0.131 g·kg~(-1)、0.120 g·kg~(-1)、0.034 g·kg~(-1)和0.027 g·kg~(-1),平均误差的平均值为0.174 g·kg~(-1)。受蒸发、耕作、根系等影响,理化性质变异性较大导致浅层土壤盐分运移模拟值与实测值偏差增大,纳什效率系数的变异系数达9.71。灌水8 L、16 L、24 L,入渗48 h后分别在土壤23 cm、26 cm、29 cm处出现盐分含量峰值,表明增加灌水量可加强盐分淋洗效果。此研究可为深入探究华北平原冬小麦土壤水盐运移规律、优化农田水资源管理、提高水资源利用效率提供一定理论基础。     

微咸水滴灌条件下沙穴种植的土壤水盐二维空间分布规律

河套灌区重度盐碱土具有结构性差、导水率低的特点,且该地区淡水资源短缺,为提高土壤水入渗性能,合理开发利用微咸水资源,可在滴头下方设置沙穴并利用微咸水灌溉。为探明不同矿化度微咸水滴灌的沙穴种植条件下二维土壤水盐分布规律,采用室内50 cm×50 cm二维土槽模拟试验,设置蒸馏水(0 g/L),2.0,3.0,4.0 g/L 4种不同矿化度处理,试验历时100 h。结果表明:在深度5 cm距滴头两侧15~20 cm及滴头下方25 cm的盐碱土处,土壤含水量较高,沙土土壤含水率随着矿化度的增加而增加,盐碱土土壤含水率随着矿化度的增加呈现先增加后降低的趋势,采用3.0 g/L灌溉水滴灌时,盐碱土含水率最大(变异系数为7.64%),说明利用3.0 g/L微咸水灌溉可有效提高沙穴种植条件下土壤含水率;入渗100 h后盐分主要聚集在滴头下方25~30 cm处,沙穴结构试验中,灌溉水矿化度为4.0 g/L的情况下土壤平均电导率最大(变异系数为50.59%),水平方向盐分淋洗效果优于垂直方向,且灌溉水矿化度越低,淋洗效果越显著,蒸馏水处理脱盐率为13.99%,灌溉水矿化度为2.0,3.0,4.0 g/L时积盐率分别为7.93%,14.57%,30.05%,脱盐半径随矿化度的增大而减小,3.0 g/L与2.0 g/L积盐量差异不显著(P=0.460>0.05),与4.0 g/L处理下积盐量差异显著(P=0.024<0.05)。结合土壤水盐空间分布规律,利用3.0 g/L微咸水可提高盐碱土土壤含水率,控制沙穴种植结构土壤积盐量,提高根系层土壤保水性。     

NaCl浓度对SBBR同步脱氮及N2O释放的影响

盐度是影响生物脱氮过程的重要因素。盐度增加会导致生物硝化和反硝化过程中N_2O的产生并释放。该文以添加NaCl的生活污水为研究对象,采用固定填料序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor,SBBR),考察了不同NaCl浓度(0、5、10、15和20g/L)对SBBR脱氮性能及N_2O释放的影响。结果表明,试验NaCl浓度范围内,SBBR出水COD稳定在40～60mg/L。硝化过程NO_2~-/NO_3~-随NaCl浓度增加而增加。NaCl浓度≤10g/L时,NH_4~+-N去除率大于95%,N_2O产率由4.08%(NaCl浓度为0)增至6.72%(NaCl浓度为10 g/L)。NaCl浓度为20 g/L时,驯化后SBBR内平均NH_4~+-N去除率为70%,平均N_2O产率为13.60%。无添加NaCl时,N_2O主要产生于硝化阶段的AOB好氧反硝化过程,SBBR内缺氧区有助于减少N_2O释放;高NaCl浓度条件下,N_2O主要产生于AOB好氧反硝化过程和内源同步反硝化过程,高盐度加剧内源反硝化阶段NO_2~-和N_2O之间电子竞争,抑制N_2O还原,其活性抑制性能与电子受体和初始C/N有关。与硝态氮还原速率和亚硝态氮还原速率相比,氧化亚氮还原速率受NaCl抑制最为明显,是导致高盐度条件下N_2O释放量增加的重要因素。     

盐胁迫对玉米发芽和苗期生长的影响

通过室内培养及盆栽试验，研究了不同浓度NaCl胁迫对玉米种子发芽和幼苗生长的影响。结果表明，≤0．5g／L NaCl处理有利于提高玉米种子萌发率、发芽率和根、芽的伸长及根数的增加。随盐胁迫浓度的增大，玉米种子萌发率、发芽率急剧下降，根芽伸长及根数极受抑制，0．5g／L NaCl可能是影响玉米种子发芽的临界浓度。用≥0．5g／L NaCl的盐溶液长期灌溉会因土壤中盐分累积而使玉米生长受阻，成活率下降，幼苗在形态上表现出盐害效应。用自来水（0．1g／L NaCl）处理的玉米幼苗在植株干重、根系干重、含水量等5个指标都较其它处理达显著水平，说明用低盐浓度（0．1g／L NaCl）灌溉可促进玉米生长发育，提高产量。     

羟丙基甲基纤维素作土壤改良剂对土壤溶质运移的影响

羟丙基甲基纤维素(hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC)是一种潜在的土壤改良剂,加入土壤中后具有明显的减渗效果,对缓解黄土高原水土养分的流失具有重要意义。该文通过在土壤中施加不同含量的HPMC,研究HPMC对土壤溶质迁移特性的影响。结果表明:1)HPMC质量分数在0～0.5 g/kg范围内,饱和导水率随HPMC添加量增大而逐渐减小,0.5g/kg组相比未添加HPMC的空白组降低37.3%;土壤中保守性溶质的运移速度显著降低;随HPMC添加量增加,溶质的初始和完全穿透时间明显推迟,穿透总历时延长;2)CDE方程和两区模型均能较好地模拟在土壤中添加不同含量HPMC时溶质的运移状况,2种模型的拟合曲线也均能与实测曲线较好吻合,但两区模型的模拟精度更高。3)基于两区模型的参数拟合结果,随HPMC添加量的增加,平均孔隙水流速越小,水动力弥散系数、弥散度和质量交换系数均增加,而土壤可动水体的含水量比率逐渐减少。     

华北地区微咸水应用对土壤水力传导性能的影响

由于淡水资源短缺,中国华北地区微咸地下水灌溉面积逐年增多。该文通过室内土柱淋洗试验,研究了灌溉水盐分浓度和钠吸附比(SAR)对华北地区非碱土(可交换钠百分比ESP0)和碱土(ESP30)饱和水力传导性能的影响。灌溉水盐浓度分别为2.5、10和25mmolc/L,SAR分别为0、10和30(mmolc/L)0.5。去离子(盐浓度0)作为对照处理。试验包括2个土壤碱度、9个灌溉水质组合和1个去离子水处理,共20个试验处理。试验结果显示,非碱土和碱土对微咸水应用的反应机理以及反应程度不同。当黏粒弥散程度较弱时,上部土壤的饱和水力传导度显著大于下层土壤;反之,则各层土壤的水力传导度均较小。在试验水质条件下,非碱土的平均饱和水力传导度的变化范围为0.75～13.25cm/h,而碱土的变化范围为0.06～6.50cm/h。碱土的稳定饱和水力传导度随着灌溉水盐浓度的增加或/和SAR的减小而增大,但在非碱土中稳定饱和水力传导度的变化规律与此基本相反。试验结果对合理应用微咸水灌溉非碱土和碱土具有指导意义。     

不同土壤结构改良剂处理的磷淋溶特性的研究

研究了水动力作用下磷素在土壤剖面中的垂直迁移特征,聚丙烯酰胺(PAM)和羧甲基纤维素(CMC)两种改良剂处理土壤后,能够促进土壤中磷素在水动力作用下沿土柱垂直向下迁移,不仅使土柱下层对应层次的速效磷含量高于对照,且使磷淋失量增加。PAM处理和CMC处理相比,更有利于磷素沿土柱向下迁移和淋失,促进磷素在土壤中的垂直移动     

微咸水灌溉条件下含黏土夹层土壤的水盐运移规律

黏土夹层影响着土壤水盐运移及分布,为了研究在含黏土夹层的土壤中进行微咸水灌溉时土壤的水盐运移规律,进行了春小麦微咸水灌溉大田试验,并在此基础上运用数值模型对土壤盐分累积趋势进行了模拟预测。结果表明,黏土夹层对土壤水盐运移具有显著的阻碍作用,黏土夹层以上土壤平均含水量、含盐量呈随灌溉水矿化度增大而增加的趋势,黏土夹层以下各处理土壤水盐分布几乎不受微咸水灌溉的影响;大定额冬溉洗盐后,各处理0～70 cm土层最大积盐率仍高达65.7%,部分盐分滞留在黏土夹层以上;土壤盐分分布预测结果表明,微咸水连续灌溉5 a后,灌溉水矿化度为4和5 g/L的处理土壤盐渍化倾向明显,不宜在含黏土夹层地区长期使用矿化度>3 g/L的微咸水进行灌溉,否则将对土壤环境产生严重危害。     

不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响

为探究不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响。采用室内有机玻璃土柱模拟试验,设置3个梯度灌水水质(蒸馏水、3 g/L微咸水、10 g/L咸水)和2种灌溉方式(结冰灌溉、直接灌溉)的6种不同处理,对土壤的水分入渗特性及脱盐效果进行对比分析研究。结果表明:(1)3个梯度灌水水质下,结冰灌溉方式的土壤初始入渗速率分别是直接灌溉方式的8.2,4.6,5.8倍。结冰灌溉方式下,灌溉水矿化度越高,土壤入渗速率越快;(2)Kostiakov模型适合拟合不同矿化度咸水结冰灌溉方式下的土壤水分入渗过程,Horton模型适合拟合不同矿化度咸水直接灌溉方式下的土壤水分入渗过程;(3)3个梯度灌水水质下,直接灌溉方式0—60 cm土层土壤含水率较结冰灌溉方式分别提高1.4%～6.3%,1.6%～3.6%,0.9%～7.6%;(4)各处理下0—30 cm土层土壤脱盐效果较为显著,盐分不断向土层60 cm处迁移,各处理土壤脱盐率逐渐降低。0—30 cm土层处,淡水直接灌溉方式下土壤脱盐率最大(93%～97%),3 g/L微咸水结冰灌溉的脱盐率次之(87%～91%)。50—60 cm土层处,淡水结冰灌溉方式下土壤脱盐率最高(13.3%),其次为3 g/L微咸水结冰灌溉方式(9.1%)。综合考虑,3 g/L微咸水结冰灌溉能够提高土壤水分入渗速率,有效降低0—60 cm土层的土壤盐分含量。     

基于渗流槽试验的吸附性外包滤料改善暗管排水脱盐效果

农田暗管排水再利用是缓解西北干旱、半干旱地区灌溉水资源短缺的有效途径,而外包滤料的结构与性状是改善暗管出流水质的关键。利用自行研制的渗流槽物理模型试验设备,将取自宁夏银北暗管排水项目区的土样,结合当地盐渍化土壤特征进行重新配置,以吸附性材料代替传统砂滤料,设置了仅敷裹土工布和外裹土工布+10 cm混合滤料两种暗管外包滤料,模拟研究冬灌淋洗盐分条件下,外包滤料结构型式对暗管排水区土壤水盐运移状况的影响及其出口水质状况。监测结果表明:淋洗试验初期,渗水逐渐浸润土壤,土壤中的盐分随水流垂直向下迁移并积聚于暗管周围,即埋深60～90 cm的土层中。淋洗中期,饱和带浸润水位自下而上逐渐上升,仅敷裹土工布的暗管,当饱和带水位超过暗管轴线位置时便开始排水,而包裹混合滤料的暗管,在饱和带水位达到暗管顶部后才开始排水。仅敷裹土工布时土壤整体的平均脱盐率比铺设混合滤料时的小11.45个百分点,两轮淋洗试验后,进入铺设混合滤料暗管水样的平均矿化度较仅敷裹土工布时的水样检测值分别降低了1.89和1.21 g/L,且其暗管排水流量亦明显增大。淋洗后期,试验系统停止供水后,受重力疏干排水滞后效应影响,当饱和带浸润...     

玛纳斯河流域微咸水滴灌对土壤盐碱性的影响

[目的]探究玛纳斯河流域微咸水滴灌对土壤盐碱性的影响,为新疆干旱区科学利用微咸水以及盐碱地治理提供理论依据。[方法]在新疆玛纳斯河流域进行定点试验,分析强蒸散条件下微咸水灌溉后土壤盐分的迁移规律及对土壤碱性环境的影响。[结果]滴灌降低了上层(0—30cm)土壤盐分,导致土壤盐分的底聚分布;土壤盐分的周期性变化显著(盐分变异系数在48.2%~82.7%之间),上层(0—30cm)土壤存在返盐风险;土壤pH值变化与盐分运移呈负相关,滴灌后土壤pH值呈波动上升趋势。[结论]耕层土壤盐分降低的同时存在碱度(pH值)升高的风险。     

犁底层深度对膜下滴灌土壤水盐运移影响的模拟研究

为了探寻膜下滴灌条件下犁底层深度对土壤水盐运移的影响规律,采用室内土柱模拟试验与数值模拟相结合的方法,对不同犁底层深度(无犁底层,CK;25 cm深度,PB25;30 cm深度,PB30;35 cm深度,PB35;40 cm深度,PB40;45 cm深度,PB45)下土壤水盐运移规律进行了研究,结果表明:犁底层可以阻碍...     

秸秆排水体埋深对盐渍土水盐分布的影响及排水抑盐效果

为探究秸秆排水体对盐渍土水盐运移的影响及其排水排盐效果,通过室内土柱试验,研究在淡水(CK)和微咸水灌水情况下秸秆排水体埋深为40和60 cm时供试土壤的水盐分布状况。结果表明,入渗阶段,湿润锋与入渗时间呈幂函数关系,累积入渗量与入渗时间则可采用Kostiakov模型进行拟合;蒸发阶段,秸秆排水体对埋设深度以下的土体具有明显的保水作用,40 cm埋深的处理在40~70 cm土层范围以及60 cm埋深的处理在50~70 cm土层范围土壤水分变化的相对变化量均0;秸秆排水体有利于保持灌水后土壤的脱盐状态,40 cm埋深处理和60 cm埋深处理比无埋设的对照处理分别减少了19.61%和15.68%的盐分变化量;秸秆体的排水排盐效果与灌水矿化度和秸秆排水体埋深密切相关,灌溉水矿化度适当的增加和秸秆体的埋设加深将有利于排水效果的提升,低灌溉水矿化度结合秸秆体深埋具有更好的排盐效果。该研究为微咸水灌溉及盐渍土的开发利用提供依据和参考。