红枣经济林不同植被覆盖土壤水分入渗特征

【目的】模拟不同植被覆盖土壤水分入渗过程并选择该研究区的最适模型。【方法】采用野外双环入渗试验方法,测定了不同植被覆盖下土壤水分入渗特征,采用Philip模型、Horton模型、Kostiakov模型对不同植被覆盖区土壤水分入渗过程进行拟合。【结果】①不同植被覆盖区土壤水分入渗速率均表现为初始入渗速率最大,平均入渗速率次之,稳定入渗速率最小;②自然生草区土壤初始入渗速率最大,清耕区土壤的平均入渗速率和稳定入渗速率最大,且清耕区与自然生草区土壤初始入渗速率、平均入渗速率和稳定入渗速率均差异显著;③Horton入渗模型对不同小区土壤入渗过程拟合效果最好,Philip入渗模型拟合效果次之,Kostiakov入渗模型拟合效果最差。【结论】红枣经济林不同植被覆盖下土壤水分入渗特征具有显著差异,Horton入渗模型更适合研究该区域红枣经济林土壤水分入渗过程。     

不同土地利用方式下土壤水力性质对比研究

针对草地、保护地、菜地和茶园4种不同土地利用方式的土壤进行了4个压力水头(-9、-6、-3和0 cm)、2个不同盘径的圆盘入渗试验。结果表明,在本试验条件下,不同盘径的圆盘入渗仪测定结果差异不显著,小盘径圆盘更适合用于野外测定土壤水力特征参数。随着水头的减小,4种土地利用方式的土壤稳定入渗率和土壤非饱和导水率呈不同程度的减小。4种土地利用方式土壤的水力学性质差异显著,根据实测资料确定了不同负水头下的土壤饱和导水率和Gardner指数模型参数α,土地利用方式对土壤导水率和Gardner指数模型参数α均有显著影响。不同土地利用方式下土壤大、小孔隙对水流的贡献率影响显著,中等孔隙1、中等孔隙2对水流贡献率影响不显著。茶园和草地各级土壤孔隙对水流的贡献率随孔隙尺寸减小而降低,而菜地和保护地小孔隙(孔隙半径0~0.1 mm)对水流的贡献率为最高。     

多因素浑水膜孔灌入渗特性分析

主要选取土壤容重、土壤初始含水率、膜孔直径和浑水含沙率4个影响因素,研究多个因素综合作用下的浑水膜孔灌单点源入渗特性及分析各因素的敏感性.试验采用正交设计,利用SPSS软件多元回归分析法,对四因素影响下的单位膜孔面积累积入渗量进行了回归分析,拟合决定系数R=0.98,表明各影响因素均对浑水膜孔灌单点源入渗有影响.利用相对值法分析了各因素入渗参数对单位膜孔累积入渗量的影响程度,且显著程度由大到小依次为膜孔直径、土壤容重、土壤初始含水率、浑水含沙率;利用敏感性指标判断得出在同一入渗时间,各影响因素越大对浑水膜孔灌单点源入渗的入渗速率的影响越弱.     

泰安棕壤土不同土地利用类型饱和导水率比较

为了分析土地利用类型对土壤饱和导水率的影响,利用单环入渗概化解法对泰安棕壤土草地、麦地、果树行间裸地3种土地利用类型饱和导水率进行研究.结果表明:草地、麦地、果树行间裸地的饱和导水率、入渗速率以及累计入渗量呈现依次降低的变化趋势.随着时间的增加,累计入渗量不断增加,试验时间120 min内,草地累计入渗量最大,数值为78.564 cm;麦地入渗量次之,数值为67.609 cm;果树行间裸地入渗量最小,数值为30.082 cm.利用实测累计入渗量与观测时间的拟合关系,得到3种土地利用类型累计入渗量的表达式,对累计入渗量进行估算,草地、麦地、果树行间裸地累计入渗量计算值与实测值相对误差分别在6,8,7 min后波动在5%以内,在15,52,56 min后波动在1%以内,同时推求了草地、麦地和果树行间裸地3种不同土地利用类型下的土壤饱和导水率K_s分别为0.073 1,0.032 9,0.015 8,以期为不同土地利用类型对原状土饱和导水率的影响研究提供参考.     

不同地表条件下季节性冻融土壤入渗能力的预报模型研究

基于田闻入渗试验,以数理统计理论为基础,对5种不同地表条件下季节性冻融土壤入渗能力预报模型进行了探索研究.研究表明,不同地表条件下,不同影响因子对不同地表条件地块土壤入渗能力的影响显著性有所差异,0～10 cm土层土壤含水率对入渗能力的影响是最显著的;其次为5 cm土层深度处土壤温度,裸地土壤温度对入渗能力的影响不显著;冬小麦地和人工草地土壤入渗能力受气温的影响较显著,休闲裸地和玉米秸秆覆盖地次之,地膜覆盖地土壤入渗能力受气温的影响不显著.建立的0～10 cm土层土壤含水率、5 cm土层深度处土壤温度和气温三因子线性模型具有一定可行性,避免了考虑因素单一的缺点.     

荒漠草原灰钙土土壤入渗特征及测定方法比较

为了研究荒漠草原土壤水分入渗特征,并对比不同方法间的差异,以宁夏天然草地地带性灰钙土为研究对象,采用双环法和环刀法测定其入渗过程,分析并比较2种方法的试验结果及影响因素,利用模型拟合土壤的水分入渗过程。结果表明:环刀法测得的初渗率、稳渗率、平均入渗率和达到稳渗时间均小于双环法,分别小了77.69%~94.67%,27.69%~52.88%,56.74%~64.79%,12.50%~42.5%。双环法更适宜采用Horton模型描述入渗速率随时间变化的过程;环刀法更适宜采用Kostiakov模型。土壤累计入渗量采用一元二次方程拟合效果最好,其决定系数R^2均在0.991以上。土壤物理性质对入渗特征的影响因土壤内部条件在2种试验方法中的差异而略有不同。     

深松耕作对土壤物理性状和入渗性能的影响

为探讨深松耕作对华北平原地区土壤物理性状和水分入渗性能的影响,采用双环(APM)、入渗仪等试验材料,研究了深松(40 cm)+旋耕(PS)和仅旋耕(CK)2种耕作方式对冬小麦全生育期土壤物理性状及入渗特性的影响.结果表明:冬小麦全生育期,PS处理(0,40]cm土层土壤容重、紧实度较CK分别降低6.58%,31.29%,土壤含水率较CK增加12.11%;PS处理20,40 cm深度土壤饱和导水率较CK分别显著提高116.65%,83.69%,60 cm深度土壤饱和导水率较CK提高8.25%;PS处理土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和累计入渗量畦灌前较CK分别提高21.52%,31.75%和11.56%,畦灌后较CK分别提高61.54%,68.42%和12.63%,差异具有统计学意义;采用4种入渗模型对入渗试验进行了比较,其中,Kositiakov入渗模型能够较好地对各处理进行拟合,决定系数R 2在0.92~0.96,得到了不同处理畦灌前后的入渗系数a和入渗指数b.研究结果可为不同耕作方式模拟畦灌过程、确定畦灌最优灌水技术参数提供参考依据.     

基于人工降雨的土壤水分入渗研究

以半干旱区农田水循环为出发点,以西辽河半干旱区建平县为代表,通过人工模拟降雨及三因素三水平正交试验设计,对不同农田下垫面处理方式对降雨入渗的影响进行研究。为全面了解情况,共选取雨强(10、20、30mm/h)、土壤初始含水率(田间持水率的50%、60%、70%)及农田下垫面处理方式(平整裸地、起垄不覆膜、起垄覆膜)3个降雨入渗影响因素。结果表明:农田下垫面处理方式变化对降雨入渗的影响受控于降雨强度,雨强为最大降雨累积入渗量的首要影响因素,土壤初始含水率的影响较小。起垄覆膜对降雨入渗的影响主要体现为加快湿润锋推移,缩短入渗时间,减少降雨累积入渗量。     

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。     

基于EMD方法的土壤入渗空间异质性及其影响因素研究

利用经典统计学方法和经验模态分解方法(EMD),分析了杨凌区、武功县和乾县临平镇一带0~40cm土层土壤物理性质(初始含水率、体积质量、有机质、颗粒组成)和入渗性能(90min累积入渗量、初始入渗率、稳定入渗率)的空间变异性,研究了EMD分量对变异的贡献率,并进一步对多尺度下土壤入渗性能与土壤物理性质进行了相关性分析。结果表明:1土壤物理特性空间序列中,除土壤体积质量变异系数为0.08、表现为弱变异外,含水率、颗粒组成及有机质均表现为中等变异,变异系数为0.11~0.35;2对于土壤入渗特性,稳定入渗率、90min累积入渗量和初始入渗率均表现为中等变异,且三者变异程度依次减弱;3EMD分解研究发现:小尺度分量对土壤入渗性能总变异的贡献率比大尺度分量高;不同的土壤物理性质对土壤入渗性能的影响随尺度变化。     

环式入渗仪测量土壤初始入渗率效果试验

提出一种环式入渗试验装置,可以在入渗进行一段时间后,通过观测初始入渗水在土壤剖面的分布,估量初始入渗的过程。该入渗环为可拆分的两个半环,以便通过观察入渗水分在土壤剖面的分布估计初始入渗特性。论述了环的构成和测量过程与方法。同时用有机玻璃圆管装填土样,对比观察模拟真实一维入渗过程。用采自北京的粉壤土和该试验装置进行土壤入渗试验。试验分为3种入土打击能量:1、2、4 kg铁锤,自1 m高处自由落体打击入渗环入土。土壤干体积容积密度分别为:1.2、1.3、1.4 g/cm3。每次试验均向环内注入2 L水,每组试验进行2次重复。入渗环内土壤湿润土体表明,实际发生的土壤入渗为由环壁向环内土壤的径向入渗和由地表向下垂直入渗构成,环壁与土壤剖面间产生的优先流极大地影响了初始土壤入渗率的测量精度。在初始入渗阶段,由环壁向土体的水平径向入渗宽度和由地表向土体的垂直入渗深度近似相等,垂直入渗深度是水平径向入渗宽度的1.001倍。环式入渗仪测得的土壤初始入渗率为模拟真实一维入渗率的3.3倍。研究结果可为环式入渗仪测量结果的评估提供参考。     

优先流影响下环式入渗仪内入渗过程可视化试验

提出了一种室内土壤入渗试验装置,可以直接观测入渗过程中水分在环内土壤中的运动过程。详细描述了该装置的构成、工作原理和试验方法与过程。该装置由可以拆分的土槽和入渗环及可以透视的有机玻璃板组成。将入渗环打击进入土槽内土壤后,用钢板将环内的土壤沿径向切分成两半,移去其中一个半环及其中的土壤。用有机玻璃板封闭和固定另一半环内的土壤,用于进行土壤水分入渗过程的可视化试验,观察环式入渗仪内的水分运动过程。用采自北京的粉壤土进行入渗过程试验,同时根据水量平衡原理计算得到土壤入渗性能曲线。剖切面的湿润过程直观地显示了入渗环内水分的入渗过程存在优先流,不仅影响初始入渗过程,而且对整个入渗过程均产生影响。根据土壤湿润体所指示的土壤入渗特征将整个入渗过程划分为3个阶段:初始入渗阶段、过渡阶段和稳渗阶段。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。     

压砂条件下水分一维垂直入渗试验研究

为研究压砂对土壤水分垂直入渗规律的影响,选取沙土和壤土这2种土壤作为研究对象,采用土柱试验模拟压砂条件下沙土和壤土的水分入渗垂直运动的影响规律,并分别设置2种土壤无压砂处理的对照试验,分析压砂对2种土壤的水分入渗垂直运动的影响规律.结果表明:压砂提高了包含砂层在内的土壤入渗能力,但抑制了砂层下土壤的入渗性能;通过函数拟合得到了累积入渗量随入渗时间变化的经验方程式,拟合程度较高;压砂条件对土壤初渗速率有较大影响,压砂条件下的沙土的初渗速率为不压砂的1.67倍,壤土为2.37倍,压砂对壤土初渗速率影响更为明显;稳渗速率均较小,且压砂对2种土壤的稳渗速率无明显影响;压砂对2种土壤的湿润深度随累积入渗量的变化均起到抑制作用,且对壤土抑制作用更强,2种土壤去除砂层影响后土层的湿润锋深度与累积入渗量的关系均近似呈线性规律.     

层状红壤水分入渗特征试验与模拟

认识土壤结构对土壤水分运移影响是提高土壤水分利用效率和控制面源污染的重要基础.以容重为1.35和1.55 g/cm³的均质土及其组成的上松下紧层状土壤结构为对象,采用室内土柱恒定水头水分入渗试验和模型模拟相结合的方法,分析不同土层结构的水分入渗过程及水分再分布特征.结果表明,上松下紧的层状土壤积水入渗速率过程可明显分为上层入渗阶段和下层入渗阶段; 与均质土相比,层状土轻微降低了上层的入渗速率和提高了下层初始速率,但对下层的稳定入渗率影响不大.层状土壤可显著提高上层土壤含水量,且水分再分配过程在界面处发生了突变.采用HYDRUS-1D模型模拟层状土壤入渗水分再分布,直接组合均质的土壤水力参数模拟效果较差,需要对进气吸力进行参数优化.研究成果可为红壤地区土壤水分管理和污染防治提供理论支撑.     

基于HYDRUS-3D模型的微润灌溉土壤水分入渗模拟

掌握土壤水分入渗规律对于合理制定灌溉方案、设置灌溉参数和改进灌溉技术有重要意义。为探究微润灌溉条件下土壤水分入渗规律,利用HYDRUS-3D有限元模型对微润灌溉下土壤水分入渗进行了数值模拟,讨论了初始压力水头和土壤质地对土壤水分入渗的影响。数值模拟结果显示：在土壤水分入渗的垂直剖面上湿润体以微润管为中心呈同心圆状向外扩散,扩散速率与初始压力水头呈正相关。模拟试验周期为36h,分3个时间段进行土壤水分扩散速率的计算,0~5h内土壤水分平均入渗速率为1.85cm/h,6~15h内的平均入渗速率为0.79cm/h,16~36h内的平均水分入渗速率为0.59cm/h。土壤含水率最大值出现在微润管周围,向外围呈减小趋势。相同时间内土壤湿润峰运移距离随初始压力水头的增大而增大,微润灌溉下水分入渗速率在3种质地的土壤（砂壤土、壤土、粘壤土）中依次增大,并测得在压力水头为-180cm时整个模拟周期中3种质地土壤的平均水分扩散速率分别为：0.69、0.53、0.46cm/h。研究表明,土壤含水率和水分扩散速率随压力水头的增大而增大,随土壤黏粒含量的增大而减小。     

河套灌区渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响

【目的】探究渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响及其变化规律。【方法】以河套灌区典型斗渠规模的渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响为对象,采用水位下降静水法入渗试验,分析了渠道水深对累积入渗量、入渗率、渗漏强度的影响。【结果】(1)在同一渠道水深条件下,土壤累积入渗量随着渗漏用时的延长而增加;土壤入渗率和渠道渗漏强度均随渗漏用时逐渐减小并最终趋于稳定。(2)不同渠道水深条件下土壤累积入渗量、土壤入渗率和渠道渗漏强度均呈现出随水深的增加而增大的趋势。(3)在渠道水深作用下渠床土壤含水率动态分布受基质势梯度、土壤导水率及湿周的影响较大。【结论】渠道水深对渠床土壤入渗特性中的累积入渗量、入渗率、渗漏强度及渠床土壤含水率动态分布均有较大影响,且前三者均随水深的增加而呈现指数规律增大,并且在不同渠道水深的相近入渗特性下最优水深为70 cm。     

膜下滴灌对降雨入渗影响研究北大核心

为深入了解膜下滴灌起垄及覆膜下垫面形式对降雨入渗的影响,以田间原位观测试验为基础,通过对平整裸地、地面灌、无膜滴灌及膜下滴灌4种不同下垫面形式下降雨前后土壤含水率的观测,从入渗量、入渗深度及湿润锋运移速率三方面着重分析了同一天然降雨条件下,起垄及覆膜对降雨入渗的影响效果。结果表明:入渗深度主要受降雨条件影响;起垄的集水作用,可促进湿润锋运移速率,增加入渗量,且降雨历时越短、雨量越大,该作用越明显;地膜的隔水及汇水双重作用,会造成水平方向土水势的显著不均衡性,膜下滴灌入渗量及湿润锋运移速率均小于其他3种下垫面形式,但增加雨量或雨强,则会削弱地膜覆盖引起的差异。     

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。     

细颗粒物质潜入土壤对入渗的影响研究

基于水泥、粉煤灰、黏土土添加物潜入土壤模拟入渗试验,分析了细颗粒物质种类和添加量对土壤水分入渗过程的影响。结果表明,不同添加物显著影响土壤水分入渗能力,其阻渗能力为:水泥黏土粉煤灰;细颗粒物质添加量对土壤水分的入渗能力有一定影响,但影响不显著。添加物改变了土壤孔隙度,影响土壤表层水分运移的部分通道,影响入渗过程。