运用染色示踪方法研究土壤质地对土壤水非均匀流动特征的影响

为研究土壤质地对土壤水流运动非均匀特征的影响,在砂土、壤土和粉质粘土中采用亮蓝(砂土)和碘离子(壤土和粉质粘土)作为示踪剂分别开展了2个、5个和4个不同入渗条件(土壤初始含水率和入渗水量)的染色示踪试验,通过计算活动流场模型(Active Region Model,ARM)分形特征参数(γ)来定量描述和比较不同入渗条件下土壤水流运动的非均匀特征。研究结果表明,(1)活动流场模型较好的捕捉到了土壤水流运动整体的非均匀信息;(2)当其它入渗条件(土壤初始含水率和入渗水量)相同时,土壤水在细质地土壤中运动的非均匀程度要高于其在粗质地土壤中运动的非均匀程度。     

土壤水非均匀流动的碘-淀粉染色示踪研究

在壤土和粉质黏土条件下采用碘-淀粉染色示踪方法分别开展了6个和4个不同土壤初始含水率和入渗水量的示踪试验,通过分析入渗深度和染色面积分布模式来研究入渗条件(土壤初始含水率、入渗水量和土壤质地)对土壤水非均匀流动特征的影响。研究表明:①土壤初始含水率升高时,土壤水入渗深度增大,但土壤初始含水率对染色面积分布模式无明显影响;②土壤水入渗深度随入渗水量的增大而增大,但入渗水量的增大对土壤水入渗深度增大的影响有限;③当入渗水量较小时,土壤水流运动以优先流为主;随着入渗水量的增大,土壤水流运动逐渐转变成以基质流为主的流动形态;④土壤水在细质地土壤(粉质黏土)中运动具有更高的非均匀程度,非均匀流通道总宽度较窄。     

塔里木河流域不同林龄胡杨与柽柳的水分利用策略研究

基于稳定同位素方法研究了塔里木河流域胡杨和柽柳的水分来源及分布特征,探讨了塔里木河流域胡杨和柽柳的水分利用策略。结果表明:(1)胡杨和柽柳的植物水与土壤水的降水偏离程度与地下水存在显著差异(P0.05),表明土壤中存在不完全混合的水源库,与植物耗水和地下水补给存在动态联系;(2)不同林龄胡杨和柽柳土壤水δ~(18)O值随土壤深度增加均呈下降趋势,受蒸发作用影响,表层土壤水δ~(18)O值波动明显;(3)不同林龄胡杨和柽柳水分利用来源存在差异,胡杨和柽柳对土壤水的吸收利用随林龄增加层位下移。无论在幼苗阶段或成熟阶段,柽柳利用土壤水的深度均低于胡杨,表明其适应干旱环境的能力更强。     

坡面径流水蚀动力参数室内试验及模糊贴近度分析

为了确定何种水蚀动力参数能更好地描述径流剥蚀土壤的过程,该文在坡度为3°～30°和流量为2.5～6.5 L/min范围内采用变坡土槽径流冲刷试验,对土壤水蚀动力过程进行了系统模拟,并运用模糊贴近度的分析方法,系统地研究了坡面水蚀动力参数(单宽径流能耗、水流剪切力、水流功率和单位水流功率)与土壤剥蚀率之间的贴近程度。研究结果表明:流量相同时,单宽能耗与土壤剥蚀率贴近程度最大,水流功率次之,且单宽能耗和水流功率分别与土壤剥蚀率呈线性关系,该研究说明单宽能耗和水流功率能较好地描述径流剥蚀土壤过程。     

入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动的影响

[目的]研究入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动(最大入渗深度和平均入渗深度、土壤水流运动非均匀程度和土壤优先流尺寸的影响)的影响,为农业灌溉施肥的高效利用、地下水环境保护以及流域水文过程预测等方面提供理论支撑。[方法]采用亮蓝染色示踪方法在砂土条件下开展了9组18个(每组2个重复)不同入渗水量(分别为1.25,2.5和5.0cm)和试验尺度(分别为0.25m×0.25m,0.5m×0.5m和1.0m×1.0m)的入渗试验。[结果](1)相同试验尺度条件下,土壤水最大入渗深度和平均入渗深度均随着入渗水量的增大而增大;土壤水流运动非均匀程度随入渗水量的增大而先增大后减小。(2)相同入渗水量条件下,当入渗水量较小时,土壤水最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度随着试验尺度的增大而增大;当入渗水量很大时,试验尺度的变化对最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度的影响不明显。(3)入渗水量的增加和试验尺度的增大都将使得优先流通道尺寸增大。[结论]入渗水量和试验尺度对土壤优先流运动有重要影响。     

数值模拟盐渍土盐分的季节变化

本文用数值模拟方法对土壤的盐分动态进行了周年的模拟计算.计算中考虑了盐分的沉淀与溶解,地下水位随时间变化等情况.计算结果表明:(1)数值模拟方法能反映季风区土壤盐分的季节变化;(2)雨季的集中降雨更有利于土壤脱盐;(3)地下水位的变化与气象因素的变化相配合影响着土壤水盐运动.     

梭梭和沙拐枣对风沙土壤水热盐动态的影响

为揭示塔克拉玛干沙漠公路防护林不同植物类型下土壤水热盐运移规律,于2015年5—9月采用CS656土壤水热盐三参数传感器对防护林内梭梭和沙拐枣根区土壤水分、盐分和温度进行实时监测,分析了气温与土壤温度的相互关系和土壤水盐动态变化规律。结果表明:(1)梭梭和沙拐枣根区土壤温度基本一致,气温与土壤温度呈极显著相关(p0.01),各土层间土壤温度相关性随深度的增加逐渐减弱;(2)受灌溉制度影响,防护林土壤水盐呈现出明显的周期性变化规律,梭梭和沙拐枣根区土壤水盐动态变化趋势相似。在垂直方向上呈单峰曲线,其峰值分别位于30,10cm土层处。其中,梭梭林下土壤可分为水分速变层、弱变层和稳定层3个土壤层次,而沙拐枣林下土壤可分为水分速变层和弱变层2个土壤层次;(3)灌溉后土壤湿润体均呈"半椭球形"分布,梭梭和沙拐枣根区土壤灌溉水影响深度分别为60,150cm,而土壤盐分呈"表聚型"分布,但尚未造成土壤盐渍化(1.0 mS/cm);(4)6—9月份梭梭根区土壤平均贮水量(116.34mm)略大于沙拐枣(100.99mm),土壤水分亏缺明显,都大于270mm。     

均质土壤一维非饱和流动通用程序

本文建立了一个非饱和土壤水一维流动的数值计算模型,用以模拟均质土壤、地下水埋藏很深,且在不同的初始条件与边界条件下的水分运动。可用来计算土壤剖面入渗、蒸发、蒸腾和再分配以及当这些现象交替出现时的水分运动过程。程序用FORTRAN语言编写,在M-150计算机上实现,并经室内试验初步检验。用该程序计算了几个算例:(1)稳定蒸发与波动蒸发的比较;(2)稳定降雨入渗土壤水分变化状况;(3)小麦生育期土壤剖面水分变化。     

土壤水吸力对控释尿素养分释放特征的影响

为探究不同土壤水吸力对控释尿素养分释放的影响,根据供试壤质砂土的水分特征曲线设置了6种不同土壤水吸力的处理,采用25℃恒温土壤模拟实验,测定土壤中控释尿素的养分释放特征。结果表明,土壤水吸力为0 k Pa时恒温土壤培养法与静水浸提法测得的控释尿素养分释放特征无显著差异。土壤水吸力为75 k Pa、30 k Pa和0 k Pa的3个处理,测定的土壤孔隙中空气相对湿度均为95%以上,土壤水汽饱和,释放期基本相同,表明在不考虑水分流动及养分扩散状况影响时,土壤水分条件已不再是影响控释尿素养分释放的主要因素。土壤水吸力525 k Pa和260 k Pa(土壤孔隙中空气相对湿度分别为84%和91%)时释放期分别为416.4 d和120.0 d,相对于土壤水饱和时释放期(63.6 d)的相对相差分别为146.8%和59.1%,远超过《控释肥料》行业标准规定的允许差(20%),表明控释尿素的释放率和释放期受到土壤水吸力过高的抑制。土壤水吸力大小直接影响土壤孔隙空气湿度的饱和与否,土壤水吸力对控释尿素养分释放的影响通过土壤水汽作用于肥料颗粒实现。     

冻融坡面水蚀动力参数动态响应时空演化过程

为揭示冻融作用对坡面土壤水蚀的影响,探究春季解冻期坡面土壤的水蚀动力参数动态响应时空演化过程,采用2个坡度(10°,15°)、4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5L/min)和4个起始解冻深度(2,5,10,15cm),进行野外径流冲刷试验,系统地分析冻融坡面水蚀动力参数雷诺数、弗劳德数、流速、水流剪切力、水流功率和单位水流功率在不同起始解冻深度、不同流量和不同坡度条件下的时空演化过程。结果表明:冻融坡面水蚀动力参数雷诺数、流速、水流剪切力和水流功率随流量的增加呈增加趋势;水流剪切力、水流功率与单位水流功率随坡度增加而增大;水流剪切力和水流功率随起始解冻深度的加深而增大;雷诺数、弗劳德数、流速和单位水流功率随起始解冻深度的变化趋势不明显,其起始解冻深度为5cm时,水蚀动力参数随时间变化最为剧烈;建立了冻融坡面水蚀动力参数雷诺数(R~2=0.728)、水流剪切力(R~2=0.644)、水流功率(R~2=0.721)、流速(R~2=0.533)和单位水流功率(R~2=0.553)的幂函数预测方程。     

青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源研究

通过对青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源进行研究,以期揭示青海湖流域高寒草甸系统壤中流的产流机制。收集了大气降水、土壤水和壤中流中δ~(18)O和δD及实测降水数据,对比分析了大气降水、土壤水和壤中流的氢氧同位素特征,并使用了二源线性混合模型对壤中流进行了产流来源计算。结果表明:青海湖高寒草甸分布区大气降水线(LMWL)的斜率和截距均高于全球大气降水线(GMWL),降水较多的月份δ~(18)O、d-excess值较低;壤中流的水分来源与地形及其土壤深度密切相关,具体表现为:(1)壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流氢氧同位素值相对聚集,并具有较明显的蒸发富集特征,表明该部分壤中流多源于降雨前储存于土壤中的水分,雨前土壤水对于壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流的平均贡献率为85.88%和83.48%;(2)坡中壤中流水分来源因土壤深度而异,雨前土壤水对壤中流在坡中土壤下层(40—80cm)产流的平均贡献率为57.59%,表明大气降水和雨前土壤水贡献相当;壤中流在坡中土壤上层(0—40cm)产流与当地大气降水的季节变动基本一致,雨前土壤水对该层壤中流产流的平均贡献率为39.90%,表明其主要受到大气降水的驱动,与坡中金露梅灌丛根系和土壤孔隙分布有关。同时,随着雨前含水量、降水量和降水特征的不同,雨前土壤水和大气降水对于壤中流的贡献特征也会发生变化。     

几个有关土壤水问题的探讨

本文从孔径分布连续性的角度，讨论弛毛管水联系破裂湿度和土壤水运动阶段的划分在定量上的不确定性。同时，根据土壤－植物－大气连续体系水分热力学函数的实测资料，论证了在判断土壤水运移方向时，熵增加原理的局限性和偏摩尔Ｇｉｂｂｓ自由能减小原理的适用性。并且进一步阐明了水流第二定律的三个基本点，以及在应用该定律时曾经出现的误解。     

黑河中游农田荒漠过渡带土壤冻融过程中水热动态

以黑河中游典型农田荒漠过渡带为例,对过渡带3种景观单元冻融期土壤水热动态进行了野外定位监测。结果表明:(1)土壤温度随气温剧烈变化,变幅随土壤深度的增加而减小,3种景观单元土壤温度变幅由剧烈到平缓的顺序为:荒漠农田防护林,并依次形成60,100和80cm深的冻土层;(2)受土壤性质和地表覆盖的影响,冻融过程中,农田、防护林土壤含水量变化明显,且农田土壤水分含量4月初达到最大值,而荒漠土壤含水量则基本保持不变;(3)土壤水分变化滞后于土壤温度的变化,防护林土壤水和温度变化较农田缓慢;(4)浅层地下水位在冻结期下降,融化期回升,且回升速率大于下降速率。冻融过程可有效减小土壤水分的蒸发和渗漏,冻后聚墒明显,利于下层土壤水分的保持,对于来年植物生长具有一定的意义。     

水保措施对褐土水稳性大团聚体的影响研究

以北京市延庆县水土保持科技示范园不同水保措施的径流小区为对象,研究了水保措施对土壤水稳性大团聚体的影响。主要研究结果为:(1)仅采用工程措施会破坏土壤水稳性大团聚体,特别是粒径为5～8mm的水稳性大团聚体,并降低土壤大团聚体的水稳定性;采用植物措施后可以明显增加土壤水稳性大团聚体的含量,特别是增加了2～5mm和5～8mm粒径的水稳性大团聚体的含量,并明显提高土壤大团聚体的水稳定性;(2)土壤有机质对土壤团聚体的形成具有明显的促进作用,有机质含量与土壤水稳性大团聚体的含量和大团聚体的水稳定性之间均具有显著的相关性。研究结果对水土保持工作具有一定的参考意义。     

农田覆膜对冬小麦土壤水热的影响

针对以往在不同覆膜栽培方式下冬小麦土壤水热效应规律的研究不足,探究了不同覆膜方式冬小麦土壤水分效应和温度变化规律。试验共设计宽窄行垄膜(WLR)、宽窄行平膜(WPR)、等行距垄膜(DLR)、等行距平膜(DPR)、等行距平作裸地(CK)、全膜平作(PM)6个处理,采用TRIME-TDR和ECH2O水分传感器进行分别测定0—200cm土壤含水率以及5cm,10cm,15cm,20cm,25cm的土层地温的动态监测,以探索不同覆膜方式对土壤水热的影响。结果表明:(1)冬小麦全生育期内,0—200cm土层,PM,WLR处理的平均土壤贮水量分别比CK增加了8.52%,6.81%,其他处理差异不显著;在冬小麦生长阶段4月和5月降雨充沛时期,所有覆膜处理土壤含水率较对照处理分别减少2%~12%。(2)降雨对覆膜条件下的土壤水热影响较大,雨后覆膜处理的土壤含水量较不覆膜低,土壤表层温度急剧下降,25cm以下深层土壤温度下降相对缓慢。(3)土壤温度日变化随土层深度呈"锥形",5—25cm土层深度每增加5cm,土壤温度随气温的变化滞后0.8h左右。在干旱少雨时,宽行起垄覆膜能显著增加土壤贮水量,调节膜下土壤温度。     

黄土坡面径流剥离土壤的水动力过程研究

坡面土壤侵蚀是径流冲刷和坡面抗蚀作用以及地面物质补充能力之间相互作用的复杂过程。本研究采用野外实地放水冲刷实验,研究了20°裸地(CK)及鱼鳞坑(YLK)、苜蓿草地(MXCD)、秸秆覆盖(JGFG)径流调控措施坡面薄层水流剥离土壤颗粒的水动力学过程,并运用水流切应力、单位水流功率、径流动能三种理论进行了详细分析。结果表明:(1)对于裸地和调控措施坡面,输沙率与径流剪切力、径流功率之间均呈现良好线性关系,与水流动能之间呈现良好对数关系;土壤侵蚀发生时均存在临界切应力和临界功率。(2)随放水流量增加,坡面流速迅速增大,导致水流切应力、单位水流功率、径流动能增大,进而水流对土壤颗粒的剥离能力增强,最终土壤侵蚀加剧。总之,三种理论在描述土壤侵蚀过程时各具特点,径流切应力更能详细地揭示土壤颗粒分离过程,而径流动能及功率理论更能简便、准确地描述坡面土壤侵蚀过程。     

冻融坡面土壤剥蚀率与侵蚀因子关系分析

为确定影响冻融坡面土壤剥蚀率的主要土壤侵蚀因子,采用2个(10°、15°)坡度、2个(3、9 L/min)流量和4个(2、5、8、11 cm)起始解冻深度组合进行野外冲刷试验,分析土壤剥蚀率随坡度、流量和解冻深度变化规律,研究土壤剥蚀率与水蚀动力参数(径流水深、水流剪切力、水流功率、单位水流功率)间的相关关系,运用逐步回归分析方法,建立冻融坡面土壤侵蚀预测模型。结果表明:相同起始解冻深度条件下土壤剥蚀率随着坡度和流量的增加有增大的趋势,相同坡度条件下,流量为3 L/min时,起始解冻深度5 cm时土壤剥蚀率最大;流量为9 L/min时,随着起始解冻深度的增加土壤剥蚀率增加;土壤剥蚀率与水流剪切力、水流功率、单位水流功率分别呈显著线性正相关关系(P0.01);建立了基于水流功率和起始解冻深度的土壤剥蚀率预测方程(R~2=0.967)。     

深松和压实对旱地棕壤硬度和水分入渗性能的影响

通过比较分析深松与压实及对照处理棕壤农田土壤的硬度剖面分布和水分入渗曲线变化,研究不同耕作措施对土壤机械物理性质和通透性能的影响。结果表明:(1)深松和压实处理后,0~25 cm土层硬度大小顺序为压实对照深松,25~40 cm土层的硬度为深松压实对照;而这一处理效果随处理后时间的延长而逐渐减弱,但90天后0~25 cm土层处理间差异依然存在,而25~40 cm土层这一差异不明显;(2)菲利浦公式能较好地表达压实、深松和对照处理土壤水分入渗速率随时间的变化过程,且不同处理及各处理重复间的土壤入渗曲线变异性较大;(3)对各处理土壤入渗菲利浦公式做标定处理求得的代表性入渗曲线,其初始入渗速率大小顺序为深松对照压实,而稳定入渗速率则为对照压实深松处理;说明深松和压实对土壤入渗能力影响明显不同,深松不仅能提高前期土壤水入渗能力、还能抑制入渗后期的深层渗漏。     

坡耕地反坡水平阶对土壤水N、P垂直再分配的影响

 采用野外监测和室内实验分析相结合的方法,对昆明市松华坝水库水源区坡耕地反坡水平阶土壤水N、P垂直再分配进行研究,结果表明:1)土壤水总氮TN、氨态氮NH+4+-N、硝态氮NO3--N和总磷TP在20～40cm土层自然坡面和反坡水平阶2种处理差异性均显著,40～60 cm土层TN和NH+4+-N浓度和土壤TN质量分数相关系数为0.94(P<0.05)和0.97(P<0.01),土壤水TP浓度分别和土壤TP、AP质量分数相关系数为0.90(P<0.05)和0.98(P<0.01);40～60cm土层土壤水TN浓度和土壤TN质量分数相关系数为0.92(P<0.05),土壤水TP浓度和土壤AP质量分数相关系数为0.96(P<0.01);60～80cm土层土壤水NO3--N浓度分别和土壤TN、AN质量分数相关系数为0.90(P<0.05)和0.92(P<0.05),土壤水TP浓度和土壤AP质量分数相关系数为0.93(P<0.05);80～100cm土层土壤水NO3--N浓度和土壤AN质量分数相关系数为0.94(P<0.05);在0～100cm土层,反坡水平阶处理能有效地将坡耕地地表径流转化为土内径流,造成土壤水N、P质量分数不同程度的增高趋势;土壤水N、P在土壤剖面的运动是引起土壤N、P累积的动力。     

基于数值模拟的土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响分析

为探究不同气候条件下土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响,利用HYDRUS-1D模型,以湿润、半干旱和干旱气候区的气象数据为驱动,结合生成的砂土和黏壤土土壤水力参数集,模拟生成土壤水时间序列集;而后,利用去趋势波动分析法对生成的土壤水数据进行长程相关性分析.结果 表明:(1)土壤水标度指数(h)介于0.570～1.91...