人工模拟降雨大厅及模拟降雨设备简介

黄土高原土壤侵蚀和旱地农业国家重点实验室人工模拟降雨大厅位于陕西杨陵农科城，降雨大厅面积为1296m^2，其规模为世界上第二大模拟降雨大厅(图1)。该降雨大厅为我国土壤侵蚀与水土保持科学定量化研究提供了平台。     

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅降雨装置

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅自１９９２年竣工以来运转正常,在降雨面积之大、降中度调节范围之宽、降雨特性与天然降雨之接近程度、以及自动化控制程度等方面,目前均为全国之最。在土壤侵蚀实验研究中发挥了重要作用。在论述土壤侵蚀模拟实验重要意义的基础上,简要介绍了有关模拟降雨装置（包括降雨喷头、供水管网等）的设计依据、选型和布设安装等情况,并介绍了模拟降雨的基本特征。     

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅降雨装置

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅自1992年竣工以来运转正常,在降雨面积之大、降雨强度调节范围之宽、降雨特性与天然降雨之接近程度、以及自动化控制程度等方面,目前均为全国之最.在土壤侵蚀实验研究中发挥了重要作用.在论述土壤侵蚀模拟实验重要意义的基础上,简要介绍了有关模拟降雨装置(包括降雨喷头、供水管网等)的设计依据、选型和布设安装等情况,并介绍了模拟降雨的基本特征.     

用于土壤侵蚀试验的降雨模拟器研究进展

述评悬线式、针头式、管网式、喷头式4种降雨模拟器的特性及其应用现状与前景。悬线式和针头式降雨模拟器具有降雨强度下限低、均匀性好等优点,但在模拟降雨时,控制面积小,雨滴粒径偏大而且单一,所以应用渐少。管网式与喷头式降雨模拟器所产生的雨滴粒径与能量分布与天然降雨更为接近,广泛应用于土壤侵蚀试验研究中。目前,智能化、自动化、大型化的降雨模拟大厅不断涌现,同时根据雨滴发生基本原理搭建的手控、简易的降雨模拟器仍有其强大的生命力。     

模拟降雨下纳米碳对风沙土硝态氮迁移特征的影响

通过在神木六道沟流域开展模拟降雨试验,分别在试验小区上、中、下位置条施不同施加量的纳米碳(0.0%,0.1%,0.5%,0.7%和1.0%)研究其对硝态氮随径流、泥沙迁移及在土壤中再分布过程的影响。设计1.0m×1.0m降雨小区,前期在土壤表层以下5—10cm埋入不同施加量纳米碳,另设不施加纳米碳的小区为参照。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,降雨强度为90mm/h,降雨历时为40min。降雨前后分别采集土壤剖面土样,降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究纳米碳对于硝态氮迁移过程的影响。结果表明,在土壤中施加纳米碳,可有效减少坡面产流产沙量,且累计径流量、累计产沙量与土壤中纳米碳施加量呈现负相关关系;纳米碳的施加同样可降低径流、泥沙中硝态氮含量,随着纳米碳施加量的增加,径流和泥沙中硝态氮流失量减少,纳米碳施加量为1.0%时,可减少径流中硝态氮流失65.3%,泥沙中硝态氮流失85.7%;土壤剖面硝态氮变化对比表明,施加纳米碳处理中表层硝态氮含量明显低于对照处理,且在10—15cm出现硝态氮含量峰值,均大于对照处理。通过等效径流迁移深度分析硝态氮流失情况,无纳米碳施加处理的EDR最大,随着纳米碳施加量的增加,各处理的EDR依次减小。综上,在黄绵土中施加纳米碳,可有效减少土壤硝态氮的流失量,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区硝态氮流失的治理具有积极作用。     

人工降雨模拟试验的相似性和应用性探究

为了探究人工降雨模拟试验结果的相似性,通过文献数据和观测数据,分析了人工降雨模拟试验与天然降雨小区观测在径流、泥沙方面的差异及其原因,从数值和规律2方面深入讨论了室内模拟降雨试验结果的相似性问题。结果表明:(1)模拟降雨试验弱化了降雨因子对坡面径流和泥沙的影响,且雨强/雨量或降雨侵蚀力越小,模拟试验的相似性越差。(2)模拟降雨试验中产流和产沙随坡度的变化规律明显不同于天然降雨观测情况。(3)在坡面条件和降雨作用相同的情况下,在黄绵土坡面上利用静止喷嘴式降雨机进行人工降雨试验观测得到的土壤侵蚀量不到天然降雨小区的50%。因此,模拟降雨试验结果在数量和规律上与天然降雨观测结果存在一定差异性,二者的相似性问题需要进一步研究。     

DQSY型模拟降雨装置研制通报

 在分析、借鉴国内外研制经验的基础上,研制单喷头曲面设计、双层喷射变雨强弹簧调节的野外模拟降雨喷头,实现了以单喷头替代多喷头组合式模拟降雨装置,并达到同样模拟降雨效果。由于喷头采用曲面设计,确保喷射水舌有规律地变化;模拟雨滴动能接近于天然降雨动能;模拟降雨过程均匀;喷射面积稳定。实测证明:雨滴中数直径为0.574.26mm,降雨均匀系数≥0.8（±0.05）,降雨面积为150 m2,模拟降雨强度为30～240 mm/h。     

小时雨量系列模拟与土壤侵蚀量预测

降雨是产生水土流失的因素之一,为了计算降雨因子,采用了以小时降雨为基础的方法.确定某些地区的降雨因子时,必须获得尽可能长时间的平均值.然而,一般小时降雨资料的积累时间不够长,难以精确地计算降雨因子.因此必须模拟小时降雨,并用长期的资料来分析.本文用自回归模型模拟了小时降雨并把模拟结果同实测降雨资料作了比较.结果说明.这个模拟结果是适用的.另外,以模拟小时降雨计算出的R值可得到与实测资料非常一致的结果.这个模拟模型的作则,在于弥补了必要资料.     

人工模拟降雨的能量相似及其实现

 能量相似是降雨模拟的基本原则。通过对雨滴粒径、雨滴击溅速度、降雨均匀度等能量相似要素的分析和探讨,提出实现降雨模拟能量相似的重要手段,即在降雨高度、雨滴发生器等条件不变的情况下,通过调节雨强来实现降雨能量的相似;通过加大供水压力等手段可提高降雨动能,所以在降雨模拟实践中,降雨高度不一定需要达到使所有粒径的雨滴均达到终速所需的高度。     

降水时间变异度对大凌河流域洪水模拟的影响定量研究

结合垂向混合产流模型,以大凌河流域叶柏寿水文站为例,结合该水文站实测洪水数据,定量分析不同降雨输入时段和降雨空间分辨率对大凌河流域洪水模拟的定量影响。结果表明:采用静态参数情况下,随着降雨输入时段增加,其洪水模拟精度逐步降低,模拟误差逐步增大,但采用动态参数后,降雨输入时段变化对洪水模拟影响程度减弱;降雨空间分辨率增加并未对区域面降水量产生影响,因此其对洪水模拟影响程度减弱。     

红壤和紫色土抗侵蚀性指标的计算方法研究

以长江流域主要侵蚀性土壤——红壤和紫色土为研究对象,以土壤可蚀性K值作为土壤抗侵蚀性指标,采用通用土壤流失方程计算得到人工模拟降雨试验下红壤和紫色土的抗侵蚀性指标,分别为0.325 2和0.276 3。应用侵蚀—生产力评价模型（EPIC）,根据上述两种土壤的理化性质计算其土壤抗侵蚀性指标,分别为0.313 8和0.266 8。分析比较这两种方法得到的土壤抗侵蚀性指标,最终得到侵蚀—生产力评价模型（EPIC）的修正系数（1.04）。     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

不同改良剂对融雪剂盐害土壤的修复效果

[目的]探究不同改良剂对融雪剂盐害土壤的修复效果及其对矮牵牛生长的影响,为改良剂的大田推广提供理论依据。[方法]采用香菇菌糠、平菇菌糠和脱硫石膏3种改良剂,通过土柱室内模拟试验,对改良后土壤的pH值,土壤电导率(EC),K+,Na+,Cl-、容重和孔隙度进行测定。[结果]改良处理后,pH值均有不同程度的降低;香菇菌糠施用量为24g/kg时,降低土壤EC值效果最显著;平菇菌糠改良可以有效提高土壤中K+离子含量;对于降低土壤中Na+离子含量而言,表现为:平菇菌糠香菇菌糠脱硫石膏;香菇菌糠处理(24g/kg)对于降低土壤中Cl-离子含量、土壤容重和提高孔隙度等方面效果最显著,土壤容重比CK减少了57.3%,孔隙度增加了24.6%,使矮牵牛单株鲜重较CK增加了244.64%。[结论]当香菇菌糠施用量达到24g/kg时,改良融雪剂盐害土壤的效果最显著。     

土壤质量与土壤可持续管理

土壤是农业生存之本,土壤质量是联系土壤管理与可持续农业的桥梁与纽带。介绍了土壤质量的概念及其发展,在客观地分析我国土壤质量现状的基础上,提出土壤管理必须建立在土壤质量的基础上并兼顾土壤的生产性、稳定性、持续性、生存性及社会的可接受性,才能实现农业的可持续发展。     

旱地红壤与红壤性水稻土水分特性分析

对低丘红壤地区红壤性水稻土(黄筋泥田)和旱地红壤(黄筋泥)及不同利用方式下土壤的持水和供水特征进行了研究.结果表明,与红壤性水稻土相比,旱地红壤持水供水能力弱;红壤性水稻土各样品之间持水和释水能力的差异与有机质的变化相似,在红壤地区,培肥土壤有利于提高土壤抗旱能力,土壤利用方式不同改变了土壤孔隙的分布状况,使旱地红壤在低吸力段土壤的水分特征存在明显差异.     

土壤侵蚀与土壤肥力

对土壤侵蚀与土壤肥力概念进行了阐述,分析了两者之间的关系,指出土壤侵蚀与土壤肥力之间的作用是相互的,侵蚀造成土壤肥力的丧失,而土壤肥力的丧失反过来又加剧侵蚀作用的加强.在此基础上,提出了治理土壤侵蚀和培育土壤肥力时应注意的问题与治理方法.     

土壤动物与土壤健康

土壤动物与土壤健康息息相关,土壤动物多样性和功能能够灵敏反映人类活动和气候变化引起的土壤扰动.同时,土壤动物还通过与生物和非生物组分间的相互作用对地上生态系统产生反馈作用.当前土壤动物在土壤健康评价体系中的应用相对较少,主要集中在土壤线虫、节肢动物和蚯蚓等类群,仍缺乏基于土壤动物的系统性评价指标.因此,本文围绕土壤动物...     

土层置换对土壤物理性质及养分有效性的影响

以辽宁半干旱区旱田为研究对象,将0~20 cm土壤与20~40 cm土壤进行位置转换,探讨土层置换对土壤物理性质及土壤养分含量的影响。研究结果表明:土层置换后,10~30 cm土壤容重较常规耕作分别降低3.62%和5.11%;0~10cm与20~30 cm土壤含水量比常规耕作处理增大2.06%和6.82%;10~30 cm土壤导水率较常规耕作处理增加62.6%和219.2%;10~30 cm土壤碱解氮、速效钾、速效磷含量均高于常规耕作处理;玉米穗数、玉米出籽率、籽粒含水量以及玉米产量比常规耕作处理增加9.76%、4.67%、4.89%和8.56%。综上,应用土层置换技术,能够显著改善旱田土壤物理性状,提高养分有效性,为作物生长提供良好的土壤环境。     

土壤改良剂对黄绵土持水性能的改良效应研究

通过室内土柱培养,研究了PAM、沃特保水剂、β-环糊精、腐殖酸对黄绵土持水性能的改良效果.结果表明,不同改良剂在不同浓度下的土壤水分特征不同,但都符合土壤含水量与土壤吸力之间的关系式;在浓度0.05%～0.4%时,在同一改良剂处理下a值的大小变化规律是随浓度的增加而增大,即:0.4%>0.2%>0.1%>0.05%>CK;在同一浓度下,不同改良剂在培养3周和2个月时,不同改良剂处理下的a值的大小为PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在培养4个月后,在浓度＜0.2%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在浓度0.2%～0.4%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>腐殖酸>β-环糊精.