Soil surfactant stops water repellency and preferential flow paths

This study reports the effects of a soil surfactant on reduction and prevention of water repellency and preferential flow paths in a sandy soil of a golf course fairway, located at Bosch en Duin near Utrecht, the Netherlands. The golf course is constructed on inland dunes composed of fine sand with low organic matter content. The topsoil (0–25 cm) of the fairways exhibits an extremely water repellent behaviour resulting in the development of numerous localized dry spots during dry periods in spring and summer. The influence of surfactant treatments on the wetting of the soil was studied by measuring the volumetric water content with a hand‐held Time Domain Reflectometry (TDR) device. Actual water repellency was assessed by placing water drops at regular distances on soil cores taken to a depth of 25 cm with a small (1.5 cm diameter) auger at intervals of 25 cm over a distance of 25 m across the untreated and treated parts of the fairway. Surfactant applications resulted in more homogeneous wetting of the soil profile and elimination of actual water repellency in the fairway soil. Treatments significantly increased water uptake and moisture levels of the soil and prevented the development of preferential flow paths. A visible improvement in turf quality and density was evident on the treated part of the fairway.     

滴灌条件下土壤水分分布特性研究

在两种不同的土壤中,以不同滴头流量进行滴灌,通过对土壤湿润峰运移测量分析,提出不同土壤水分水平扩散和垂直扩散随时间变化的数学模型,根据该模型可以为各种作物滴灌设计参数的确定提供依据。     

树木蒸腾耗水研究进展

 在大量收集国内外研究资料的基础上,对树木蒸腾耗水量测定方法:快速称重法、整树容器法、蒸渗仪法、空调室法、化学示踪法、热平衡法、气体交换测定法、光合系统测定仪法;计算方法:水文学法、气象法、波文比法、空气动力学法、窝动相关法、红外遥感法;蒸散耗水研究尺度:枝叶尺度、单木尺度、林分尺度、区域尺度;及尺度转换问题研究现状以及存在的问题作了的详尽的综述,并在此基础上,对树木蒸腾耗水的未来研究方向做了展望。     

植物茎干水分系统混沌动力学特性分析

植物水分系统由于与周围环境的非线性相互作用，通常表现出复杂的时空格局。为了探究植物水分系统中的混沌特性，该研究以相空间重构、相关维数（correlation dimension,CD）、最大李雅普诺夫指数（largest Lyapunov exponent,LLE）为基础，研究了植物茎干水分时间序列中可能存在的混沌行为，研究树种包括海棠、花楸、黄丁香、铅笔柏和杨树。结果表明，植物水分系统存在混沌现象，且植物水分动态特性由控制变量数量有限的确定性系统决定。不同种类植物的茎干水分混沌参数普遍存在差异，同种植物生长状态相近时茎干水分的混沌参数相近，当生长状态出现差异时混沌参数随之发生变化。对不同生长状态的植物茎干水分混沌参数分析发现，杨树在干旱胁迫下LLE不高于0.006，而对照组平均值为0.010，木质部破坏胁迫后LLE不高于0.007，而对照组平均值为0.019，表明混沌参数可有效表征植物茎干水分数据变化趋势，并与植物生长状态存在联系，可以尝试利用这一规律对植物生长状态进行预测与回溯。该研究尝试从混沌理论的角度分析植物水分系统的复杂性，可为理解植物水分动力学的混沌行为提供新的途径。     

Effect of subcritical hydrophobicity in a sandy soil on water infiltration and mobile water content

Recent research shows that most soils are more or less water repellent. Already subcritical water repellency may cause incomplete soil wetting and preferential flow. Both processes potentially reduce the residence time of water and solutes in the vadose zone, resulting in an enhanced risk of groundwater contamination. The objective of the present paper is, therefore, to evaluate the impact of reduced soil wettability on the soil water infiltration rate and to investigate the tendency towards preferential flow with the analysis of the immobile water content in the infiltration zone. In november 2002, a field experiment was done in a coniferous forest, 30 km N of Hannover, Germany. Soil hydrophobicity was quantified by measuring the contact angles. The hydraulic conductivity of the podsolic sandy soil was measured depth‐dependent with a double‐ring tension infiltrometer in three soil horizons. To quantify possible preferential‐flow effects, a LiBr‐Tracer was added to the infiltrating water to evaluate the mobile water‐content fraction after infiltration. Additionally, infiltration rates of water were compared with infiltration rates of ethanol which were determined after water infiltration at the same locations. Results show that the actual water repellency of field‐moist soil was mainly subcritical (contact angle <90°). Water infiltration rates were reduced due to subcritical repellency by a factor of 3–170 compared with ethanol infiltration rates (exclusion of wetting effects). This spatially variable infiltration behavior was not clearly reflected neither by the small‐scale contact‐angle measurements nor by the analysis of the average immobile soil water content in the infiltration zone. We conclude that this specific infiltration behavior of water caused by small‐scale wettability effects may temporarily reduce the local connectivity of water‐flow pathways.     

脉动压差闪蒸处理对苹果片水分散失特性及品质影响

为了研究苹果片水分散失特性及品质变化规律,该文采用脉动压差闪蒸技术对苹果片进行干燥处理,结合低场核磁共振技术、重量法、物性分析等技术,分析苹果片水分散失特性和品质变化。闪蒸是脉动压差闪蒸干燥的一个中间阶段,也是一个至关重要的环节,因此该文着重研究闪蒸温度和闪蒸次数对瞬间脉动压差作用引起的水分散失、水分状态变化及苹果脆片品质的变化。试验结果显示:闪蒸温度对苹果片水分散失和品质都有影响,温度过低产品酥脆度不佳,温度过高引起脆片品质下降,由此得到适宜的闪蒸温度为95℃;多次脉动闪蒸对水分散失和质构的形成有促进作用,由于闪蒸瞬间温度和压力的突然降低,水分瞬间汽化为蒸汽,苹果片含水率降低,可以缩短干燥时间,提高脆片品质;闪蒸量随脉动次数的增加呈现出先上升后下降的趋势,这与苹果片内水分状态变化有关,初期以自由水为主而容易散失,后期以不易流动水和结合水为主,水分逐渐从高自由度向低自由度转变,导致水分散失速度减慢,水分闪蒸量减少;此外,核磁共振信号幅值的降低说明闪蒸作用可以促进水分散失;闪蒸促进水分散失的同时,引起内部结构膨胀,减少脆片干燥皱缩现象;闪蒸次数对苹果脆片品质也有一定影响,次数过多引起色泽变暗、膨化度降低、口感变差,综合各方面品质特性变化,得到闪蒸5次较为适宜。该试验结果可以为闪蒸作用对水分散失特性及品质影响研究提供理论基础。     

灌溉水中悬浮固体对土壤水分入渗性能的影响

为监测黑龙江省黑土典型区土壤的养分元素含量,综合利用统计理论与光谱分析方法,研究建三江农场黑土土壤的3类养分含量与土壤光谱之间的关系,建立土壤全氮、有效磷、速效钾含量高光谱反演模型,实现土壤养分元素含量定量预测。对黑土土壤航空高光谱数据进行处理,应用偏最小二乘回归（PLSR）和BP神经网络方法分别建立土壤养分元素含量的高光谱定量反演模型,结果表明：全氮PLSR和BP神经网络预测模型的RPIQ值（样本观测值第三和第一四分位数之差与均方根误差的比值）分别为2.42和2.80;有效磷PLSR和BP神经网络模预测型的RPIQ值分别为0.83和1.67;速效钾PLSR和BP神经网络模型的RPIQ值分别为2.00和2.33。试验证明土壤全氮和速效钾的光谱定量预测模型具备较好的精度和预测能力。但有效磷的预测效果不是特别理想,仅可达到近似定量预测的要求;BP神经网络建模相比偏最小二乘建模有更好的精度和预测能力,预测精度分别提高6.5%、10.1%和6.6%。     

干湿循环对土壤斥水性的影响

处于地表的各类土壤总是处于不断的干湿循环过程,土壤性质也会因此而发生改变。本文通过试验对干湿循环过程中斥水性土壤的"斥水–亲水"特性展开研究,试验结果表明:干湿循环对斥水性土壤的接触角及斥水性有重要影响。在干湿循环过程中,增湿时的初始状态不同则其初始接触角会发生变化,土壤斥水性对初始状态的敏感性随着黏粒含量的增加而增大。干湿循环开始时,土壤越干则初始接触角越大。当黏土和黏壤土试样含水量减小时,增湿或脱湿过程中滴水穿透时间(waterdroppenetrationtime,WDPT)先增加后减小,在某一时刻达到峰值,试样含水量相同时,脱湿过程所对应的WDPT要明显小于增湿过程,两种类型的土样在干湿循环中均没有临界含水量。随着含水量的降低,壤质砂土的WDPT是不断增加的,且干湿循环过程中斥水性砂土并没有出现峰值,存在明显的临界含水量。     

黄河中游河道生态环境需水量研究

河流生态环境需水量作为维持河流生态系统功能的重要因素已成为当前研究的热点问题之一.本文在探讨河流系统生态环境需水量内涵的基础上,系统阐述了生态环境需水各分项的计算方法,并以黄河中游为例,针对该区的实际情况,采用蒙大拿法、最小月平均流量法、最大月平均含沙量法等计算研究区主要支流的生态环境需水量.计算结果表明,黄河中游生态环境需水量为47.356亿m3,输沙需水量为40.666亿m3,水面蒸发需水量为10.314亿m3.窟野河、无定河、汾河、泾河、北洛河、渭河、伊洛河和沁河的河道生态环境需水总量分别为2.071亿m3、3.393亿m3、10.143亿m3、8.699亿m3、3.575亿m3、34.601亿m3、6.481亿m3和2.505亿m3.由于黄河中游并非一个独立的河流系统,与上、下游有着密切的水利联系,难以确定黄河中游河道生态环境需水总量,有待进一步探讨和研究.     

窑窖滴灌系统输水管路的优化布置

窑窖集雨滴灌成为解决我国干旱半干旱地区水资源短缺的途径之一。该文分析了窑窖分散式水源特点：水量较小，零星分布，管道设计困难，系统管理繁杂。以在农作物缺水关键期进行灌溉为出发点，根据水窖和地块分散的特点，通过对水窖输水线路优化设计，降低灌溉的管理和工程造价，设计最佳滴灌输水路线，达到水源联合调度的目的，并与传统设计方法和图论优化设计法进行了比较。所提出的设计方法适合解决各种地形条件下分布水源的输水路线布置问题。     

蓄水坑灌单坑土壤水分运动有限元模拟

为了合理设计干旱地区果树蓄水坑灌,该文根据土壤水动力学原理和单坑入渗土壤水分运动特点,建立了单坑二维土壤水分运动数学模型,采用有限单元法求解,并根据质量守恒原理建立了确定坑内水位变化过程的数学模型。室内单坑入渗土壤水分运动验证试验结果表明坑内水位变化过程、土壤含水率、湿润锋的实测值与模型计算值吻合较好,说明所建立的单坑二维土壤水分运动数学模型和坑内水位变化过程数学模型是正确的,采用有限元法对其求解是可行的,该模型可用于模拟单坑土壤水分分布规律。     

坡面薄层水流优势流速研究

降雨形成的径流是产生坡面土壤侵蚀的主要动力来源,径流流速是土壤侵蚀模型的重要参数之一.为研究电解质示踪法测量坡面水流流速过程中电解质优势流速和水流流速的关系,本研究利用实验水槽,在坡度4°、8 °、12°,流量12、24、48 L/min条件下,于距离电解质注入位置0.3、0.6、0.9、1.2、1.Sm处放置探针测量电解质传递过程,计算不同工况下各测量断面的电解质优势流速.结果表明:流量对电解质优势流速的影响大于坡度对其影响,电解质优势流速随距离增加而增大,采用指数函数拟合计算得到的电解质优势流速随距离的变化过程,得到稳定的电解质优势流速,即水流优势流速,其范围在0.241 ～0.568 m/s之间.随坡度和流量的增大,水流优势流速均增大.流量对水流优势流速增长的影响大于坡度对其的影响.不同坡度和流量条件下,水流优势流速与平均流速基本一致,二者的比值为1.007,水流优势流速与最大流速的比值为0.774,平均流速与最大流速的比值为0.776,符合坡面薄层水流的流态.结果可为研究坡面薄层水流动力过程提供新的计算方法和参考数据.     

饮用水源区小流域氮素污染负荷估算方法比较

采用输出系数法、通用土壤流失方程估算法、径流试验场法和相关关系法4种方法对密云土门西沟小流域非点源氮污染负荷进行估算。结果表明：输出系数法中的Johnes模型和考虑降雨影响的输出系数模型计算值相对误差比较大,考虑流域损失的输出系数模型计算结果与实测结果相对误差仅为5%;输出系数方法适用于资料比较缺乏的地区,输出系数的确定是提高估算精度的关键。对流域非点源污染发生类型区和类型单元进行详细划分,并将对各类型采用径流试验场法的监测结果推算到小流域就能减小估算相对误差;采用径流试验场法推算密云土门西沟小流域非点源氮污染负荷相对误差仅为8%;相关关系法通过建立降雨和污染负荷的关系,其估算值相对误差达到4%,此方法需要长期的降雨-水质监测数据;通用土壤流失方程估算法主要估算流域土壤侵蚀量,没有考虑径流对污染物输移过程中的沉积、起动和交换等问题,估算值会偏大。     

咸水灌溉下土壤水盐动态和作物生长研究进展

我国淡水资源短缺且分布不均, 供求矛盾突出, 合理开发利用咸水资源、增辟灌溉水源将成为解决水资源危机的重要途径之一。本文从以下几个方面对国内外咸水资源灌溉利用的研究进展进行了综述, 以期为咸水安全灌溉提供指导。(1)咸水灌溉对土壤水盐运移的影响, 主要包括咸水灌溉后不同土层土壤水盐分布规律、不同灌溉水矿化度对土壤水盐运移的影响、灌溉方式对土壤盐分积累的作用; (2)咸水灌溉对作物生长的影响, 主要包括咸水灌溉与作物产量、品质的关系; (3)咸水灌溉对作物生理变化的影响及其作用机理, 主要包括咸水灌溉对植株脯氨酸含量、抗氧化酶活性、丙二醛含量、叶绿素含量及光合作用的影响。     

土壤入渗性能的线源入流测量方法研究

土壤的入渗性能决定了雨水或灌溉水转换为土壤水、在地表形成径流的数量和引发土壤侵蚀的能量，因而在实践中有很重要的价值。该文提出了一种测量(坡地)土壤入渗能力的方法以及相应的计算模型，设计并构建了完整的测量仪器系统，用数码相机记录水流在地表的湿润面积随时间变化的过程，由此推导得到了计算土壤入渗性能的数学模型，并进行了室内试验。结果表明：水流推进面积、土壤入渗性能与时间均具有很好的幂指数相关关系。采用入渗量和供水量对比的方法，计算出上述试验的测量误差为6.1%，说明该方法具有较高精度。研究结果证实了测量方法、计算模型和试验方法的合理性，该方法简单、省时、省水，对土表要求较低，对野外有较强的适应能力，为今后的进一步研究提供理论依据。     

Mycelium of arbuscular mycorrhizal fungi increases soil water repellency and is sufficient to maintain water-stable soil aggregates

Using an in vitro bioreactor system in which the arbuscular mycorrhizal (AM) fungus Glomus intraradices was grown in a soil devoid of detectable living microbes, we could show that the mycelium of this fungus contributed to the maintenance of water-stable soil aggregates and increased soil water repellency, as measured by water drop penetration time. This is to our knowledge the first demonstration of a causal link between AM fungal growth and water repellency of soil aggregates. Our results also place AM fungal contributions to soil aggregation on a firm mechanistic footing by showing that hyphae are sufficient to produce effects, in the absence of other soil biota, which have always been included in previous studies.     

考虑泥沙颗粒影响的长距离供水工程单向塔水锤防护

长距离供水工程的安全稳定运行离不开水锤防护,然而传统的水锤计算模型和分析方法忽略了泥沙颗粒影响。该研究基于浆体水锤波速公式和管路当量摩阻公式构建特征线方程进行数值计算,并通过水库-管道-阀门系统（RPV）关阀水锤试验的压力数据进行模型验证;结合单向塔边界数学模型,探究了泥沙颗粒参数对某工程输水管路单向塔水锤防护效果的影响。结果表明：无防护掉电时,含沙工况下泵后的降压波幅值更大,较清水多出1.22m;含沙水管路沿线的最小内水压力均低于清水,差值最大为1.18 m。采用清水单向塔防护方案,除部分颗粒参数条件外（含沙量<10 kg/m3,颗粒直径=0.01mm）,含沙管路沿线均会出现负压;其内水压力最小值随着颗粒直径和含沙量的增大而减小,最低可达-2.41 m。在给定的颗粒参数范围内,提出满足工程防护需求的含沙水单向塔防护方案,其塔高较清水方案需要提高4 m。相关研究成果可为高含沙流域长距离供水工程的水锤防护设计提供一定的参考。     

半解析法求解水柱分离与断流弥合水锤问题及机理分析

为了应对长距离输水工程的水锤防护问题,分析了空气阀作用于波状管线有压输水系统发生水力过渡时的瞬态响应过程,提出了空穴增长和溃灭时间、管线最大含气率、最大压力峰值等参数的半解析公式,并由此探讨和研究影响空气阀水锤防护效果的关键因素。半解析解表明,位于空气阀下游的管段相对长度和管线高点的相对高程对系统的断流弥合水锤起了主导作用。将半解析解与特征线法数值解进行了对比,发现两者随主变量的变化趋势一致;分析了半解析解与数值解产生偏差的原因与半解析公式推导过程中几个假设的关系。结果证明,该文提出的半解析公式能够反映空气阀作为水锤防护装置时,主导断流弥合水锤压力峰值的关键因素。该研究可为水锤防护的相关研究提供参考。     

复混肥料中游离水含量的两种测定方法比较

复混肥料中游离水含量的测定方法通常采用卡尔·费休法或真空烘箱法 ,用卡尔·费休法测定时又可选用不同的萃取剂。本文用上述方法对不同原料组成的复混肥料中游离水含量进行比较测定 ,以说明各种方法的适用范围     

基于K-T变换的地表水体信息遥感自动提取模型

 传统的水体提取方法阈值法和谱间关系法对于水体和云体阴影难以区别,影响提取精度。为建立一种能精确提取水体并且能够消除各种云体阴影影响的模型,对所研究的图像先进行K-T变换,再利用新生成的6个波段建立水体信息提取模型。结果表明：只有水体（Water）的波谱曲线具有W型的独特特征,建立的水体提取模型Greenness〈Wetness〉Fourth不但可消除云体阴影,而且可高精度地提取地表水体。