保水剂对土壤的物理性质与水分入渗的动态影响

保水剂在农业上的应用对于缓解干旱具有重要的意义,但其应用后会发生降解而最终失去保水作用,因此了解其在降解过程中引起的土壤物理性质的动态变化及水分运动的机理,是其能否正确应用的关键,本试验以保水剂在农业应用中的典型用量为基础,研究了保水剂对土壤的物理性质动态影响及一维土壤水分。结果表明,保水剂施入土壤后其性能不断衰减是导致土壤物理性质不断变化的最根本原因;土壤中施用保水剂后土壤的质量饱和含水率明显增加,饱和导水率降低,但随着保水剂性能的逐渐衰减,饱和含水率呈现下降趋势,饱和导水率呈现上升趋势;施入保水剂后土壤的扩散率是一个曲面,并且随着保水剂自身性能的衰减,呈现逐渐扩展的趋势;施用保水剂后土壤入渗的湿润锋前进速度下降,这主要是由于施用保水剂土壤的饱和含水量增加和保水剂膨胀堵塞土壤孔隙造成的;通过对施用保水剂土壤的扩散率和导水率的分时段研究,最终建立施用保水剂土壤的一维水分运动方程,试验证明其可行,且精度在允许的范围内。     

四种方法推求土壤导水参数的差别与准确性研究

利用土壤水分特征曲线拟合公式和实测的饱和导水率间接推求土壤非饱和导水参数K(θ)和D(θ)是目前大多数水文模型普遍采用的方法。以长武黑垆土为例,对其中比较流行的Broadbrige-White模型、VanGenuchten模型、Burdine模型和Mualem模型推求土壤导水参数的差别和准确性进行了比较分析。结果发现:在较高含水量范围内,4种方法推求的土壤导水参数与实测值相差很小,具有较高精度;用4种方法计算土壤水分扩散率D精度要明显高于对非饱和土壤导水率K计算精度;对黑垆土而言,用Broadbrige-White模型推求的土壤非饱和导水参数K和D精度最高。     

保水剂对土壤持水特性的作用机理研究

分别将B1(北京华瑞祥科技有限公司高吸水树脂保水剂)、B2(广东东莞市安信保水有限公司农林保水剂)、B3(唐山博亚科技工业开发有限责任公司的高能抗旱保水剂)3种保水剂以不同用量(0.05%、0.10%和0.50%)施入无团聚体孔隙的风沙土中,测定各处理土壤在不同吸力时的含水量,并用V-G模型拟合各土壤水分特性曲线,获得各处理土壤的水分特性曲线参数和主要水分常数等结果,以期揭示使用保水剂在改善土壤持水性方面的作用特征和机理。结果表明:1使用保水剂后,除土壤无效水部分无显著变化外,各处理土壤饱和含水量、田间持水量、重力水和有效水部分均显著增加,保水剂用量为0.50%时处理土壤的田间持水量比对照高3~4.7倍,使用保水剂显著改善了土壤中、低水吸力段的持水容量,即土壤的"孔隙"持水部分。2各处理土壤的水分特征曲线右移,各吸力段的持水容量明显增加,n值均小于对照,表明使用保水剂显著增大了在失水过程中土壤的持水能力。3使用保水剂后,各处理土壤增加的吸水量主要来源于重力水和有效水,保水剂用量为0.05%时,各处理土壤重力水所占比重高于60%,随着保水剂用量增加,重力水所占比重下降,有效水分所占比重提高,表明保水剂对土壤持水特性的作用机理主要体现为增加了土壤的"毛管孔隙"持水比例,即在低使用量时显著改善土壤重力水部分,随着保水剂使用量的增加则显著增加土壤有效水部分。4综合比较保水剂类型和对土壤持水能力的改善作用,B3型保水剂在使用量为0.5%时的改善效果最好。由此得出,化学保水剂尽管是一种具有很强分子吸水能力的基质,却在土壤中能够极大地改变土壤"孔隙"持水性,增加土壤有效水贮量,应当受到应有的重视和广泛使用。     

不同土体构型土壤的持水性能

通过GMS软件三维建模功能,将宁夏某葡萄基地土壤划分为4种土体构型:壤砂型、砂型、壤砂粘型和壤粘砂型结构,并对基地土壤的田间持水量、饱和导水率和容重进行了分析,研究了不同土体构型下的土壤持水性能。结果表明,土壤土体构型不同,其容重、田间持水量、土壤饱和导水率也不同。砂型结构的田间持水量和容重最小,分别为13%和1.5 g·cm~(-3),而土壤饱和导水率最大,为3.2 m·d~(-1);壤粘砂型结构田间持水量和容重最大,分别为16.5%和1.63 g·cm~(-3),而土壤饱和导水率最小,为1.02 m·d~(-1);田间持水量与土壤饱和导水率的相关系数为-0.92,呈显著负相关,与容重的相关系数为0.73,呈显著正相关。壤粘砂型土体构型上壤下粘,利于保水保肥,持水性能最好;砂型结构持水性能最差,其他土体构型持水性能一般,需要进行改良以提高土壤的持水性能。     

科尔沁地区不同类型沙地土壤饱和导水率特征分析

土壤饱和导水率反映了土壤的入渗性质,是研究水分在土壤中运动规律的重要水力参数。利用Guelph入渗仪测量了科尔沁地区樟子松林、灌木林和草地0-20cm、20-40cm和40-60cm三个不同土层深度的土壤饱和导水率,分析了这三种类型沙地土壤饱和导水率的差异及其随土层深度的变化特征。结果表明:1)平均土壤饱和导水率樟子松林较大,草地次之,而灌木林较小,它们的平均取值在0.63～12.50mm/min范围内;随土层深度增加,樟子松林土壤饱和导水率逐渐增大,而草地的逐渐减少,灌木林的随土层深度变化不大;2)樟子松林和灌木林土壤饱和导水率与容重显著负相关;灌木林和草地土壤饱和导水率与细沙百分含量显著负相关,而与中沙百分含量显著正相关;樟子松林和草地土壤饱和导水率与粗沙百分含量显著正相关。     

层状土壤指流实验研究

为了解层状土条件下指流平均推进速度与上层土壤性状的关系,分别以西北地区三种典型土壤（西峰土、榆林土、新疆沙土）为上层土、粗沙为下层土,在室内进行充分供水条件下层状土壤指流实验。实验结果表明,上层土的饱和导水率决定了下层沙土中指流的平均推进速度,且上层土的饱和导水率与指流平均速度呈线性关系。该结论对指流特征预测具有重要参考意义。     

聚丙烯酸钠的释水特征及对土壤物理参数的影响

聚丙烯酸钠作为保水剂的一种,在农业应用中能够防止水土流失,改善土壤水分状况,促进作物增产,提高作物品质。通过室内试验分析了聚丙烯酸钠的释水特征及土壤中混施不同比例(0、0.3%、0.5%、1%和1.5%)聚丙烯酸钠对土壤饱和导水率、收缩比和紧实度的影响。研究结果表明,聚丙烯酸钠释水与混施土壤后释水存在较大差异,100%聚丙烯酸钠在1.5 MPa吸力条件下能保持46.4%的水分,而在干土中可以快速100%的释放水分;随着土壤聚丙烯酸钠用量的增加,土壤透水性急剧降低,均匀混施达到1%时,饱和导水率接近0 m·d~(-1);干燥后土壤紧实度和收缩比增加,导致聚丙烯酸钠的农业应用也存在一定的潜在风险。     

土壤持水性及孔性的影响因素浅析

通过对有机质，碳酸钙在土壤持水性，土壤孔性方面的研究表明，（1）低吸力条件下，自然土（原状土）的持水能力随有机质含量的提高而显著增加（2）土壤中的孔隙度随有机质含量的提高而增加；（3）在有机质含量较低的条件下，碳酸钙对石灰性土壤的持水能力有很大的影响。     

黄土区坡沟系统容重、饱和导水率和土壤含水量变化分析

切沟是黄土高原侵蚀沟的重要类型之一,对流域水文、植被、地貌和生态等地表过程具有深刻影响。为明确土壤物理参数对切沟地形、坡位和深度的响应,在陕北黄土高原选择典型切沟,根据其走向设置沟道、沟缘及坡面3条样线,对40个样点按照10 cm深度间隔采集0~30 cm各土层原状土样,利用定水头法和烘干法对土壤容重、饱和导水率和土壤含水量进行测定并分析。结果表明:(1)地形对容重、饱和导水率和土壤含水量具有显著或极显著影响,3个参数随坡位自下而上均呈波浪式变化趋势;沟缘和坡面位置容重随坡位上升总体呈微弱减小趋势,沟缘表层坡下土壤含水量较其他坡位明显偏低;(2)沟缘和坡面位置不同土层深度饱和导水率及容重的大小变化规律与沟道恰好相反;(3)对于各土层深度而言,沟缘和坡面土壤含水量均与沟道内差异显著,且沟缘土壤含水量总是低于坡面。以上结果表明,切沟分布改变了土壤容重、饱和导水率和土壤含水量在坡面的空间格局,在黄土区坡沟系统内不同地形条件对相关土壤物理参数的影响不应忽视。     

保水剂用量对土壤水分的影响

为确定保水剂的合理用量,于2008年5月在陕西米脂县进行保水剂不同用量玉米盆栽试验研究.盆栽试验设置了保水剂不同用量(0、30、40、50、60 g)五个处理及保水剂与风干黄绵土配比用量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.30%)6个处理,分别研究了保水剂不同用量与土壤水势、土壤含水量的关系及对土壤持水时间的影响.试验结果表明,土壤含水量高(>18%)时各处理土壤水吸力十分接近,在土壤吸水力相同时,随着保水剂用量的提高其土壤含水量也随着提高;保水剂用量越大的处理玉米存活的时间也越长,0.20%和0.30%处理玉米存活时间较对照长3 d;综合分析表明本试验中保水剂与黄绵土配比0.20%和0.3%应用效果较好.     

Effect of Pisha sandstone on water infiltration in different soils on the Chinese Loess Plateau

The infiltration of water into soil is one of the most important soil physical properties that affect soil erosion and the eco-environment, especially in the Pisha sandstone area on the Chinese Loess Plateau. We studied the one-dimensional vertical infiltration of water in three experimental soils, created by mixing Pisha sandstone with sandy soil, irrigation-silted soil, and loessial soil, at mass ratios of 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, and 1:5. Our objective was to compare water infiltration in the experimental soils and to evaluate the effect of Pisha sandstone on water infiltration. We assessed the effect by measuring soil bulk density (BD), porosity, cumulative infiltration, infiltration rate and saturated hydraulic conductivity (Ks). The results showed that Pisha sandstone decreased the infiltration rate and saturated hydraulic conductivity in the three experimental soils. Cumulative infiltration over time was well described by the Philip equation. Sandy soil mixed with the Pisha sandstone at a ratio of 1:3 had the best water-holding capacity. The results provided experimental evidence for the movement of soil water and a technical support for the reconstruction and reclamation of mining soils in the Pisha sandstone area.     

荒漠结皮对土壤水分状况的影响

本研究针对鄂尔多斯沙地生物结皮进行调查 ,利用人工喷水模拟降雨分析结皮对土壤入渗性能的影响。研究表明 :生物结皮能显著地降低土壤水分的入渗速率。在去掉结皮时 ,表层下 5 cm处的土壤含水量在 1 0分钟时即开始显著增加 ,而有结皮时 ,此处的含水量则在 1 5分钟时才开始显著增加。利用圆盘入渗仪测定有结皮和无结皮条件下的土壤饱和导水率表明 :固定沙丘间地有生物结皮的土壤饱和导水率范围是 :2 9.1 0 - 82 .2 1 mm/ h;半固定沙丘有微弱结皮时饱和导水率为 1 43.5 4 - 2 30 .2 5 ;去掉结皮后土壤的饱和导水率可显著上升数倍 ,无结皮的流沙的饱和导水率最高。     

Effect of Pisha sandstone on water infiltration of different soils on the Chinese Loess Plateau

The infiltration of water into soil is one of the most important soil physical properties that affect soil erosion and the eco-environment, especially in the Pisha sandstone area on the Chinese Loess Plateau. We studied the one-dimensional vertical infiltration of water in three experimental soils, created by mixing Pisha sandstone with sandy soil, irrigation-silted soil, and loessial soil, at mass ratios of 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, and 1:5. Our objective was to compare water infiltration in the experimental soils and to evaluate the effect of Pisha sandstone on water infiltration. We assessed the effect by measuring soil bulk density(BD), porosity, cumulative infiltration, infiltration rate and saturated hydraulic conductivity(Ks). The results showed that Pisha sandstone decreased the infiltration rate and saturated hydraulic conductivity in the three experimental soils. Cumulative infiltration over time was well described by the Philip equation. Sandy soil mixed with the Pisha sandstone at a ratio of 1:3 had the best water-holding capacity. The results provided experimental evidence for the movement of soil water and a technical support for the reconstruction and reclamation of mining soils in the Pisha sandstone area.     

Topographic differentiations of biological soil crusts and hydraulic properties in fixed sand dunes,Tengger Desert

Biological soil crusts(BSCs) play an important role in surface soil hydrology. Soils dominated with moss BSCs may have higher infiltration rates than those dominated with cyanobacteria or algal BSCs. However, it is unnown whether improved infiltration in moss BSCs is accompanied by an increase in soil hydraulic conductivity or water retention capacity. We investigated this question in the Tengger Desert, where a 43-year-old revegetation program has promoted the formation of two distinct types of BSCs along topographic positions, i.e. the moss-dominated BSCs on the interdune land and windward slopes of the fixed sand dunes, and the algal-dominated BSCs on the crest and leeward slopes. Soil water retention capacity and hydraulic conductivity were measured using an indoor evaporation method and a field infiltration method. And the results were fitted to the van Genuchten–Mualem model. Unsaturated hydraulic conductivities under greater water pressure(–0.01 MPa) and water retention capacities in the entire pressure head range were higher for both crust types than for bare sand. However, saturated and unsaturated hydraulic conductivities in the near-saturation range(–0.01 MPa) showed decreasing trends from bare sand to moss crusts and to algal crusts. Our data suggested that topographic differentiation of BSCs significantly affected not only soil water retention and hydraulic conductivities, but also the overall hydrology of the fixed sand dunes at a landscape scale, as seen in the reduction and spatial variability in deep soil water storage.     

压砂地土壤导水特性空间格局及影响因子

采用10 m×10 m网格布点的方式对宁夏压砂田0~10 cm和10~20 cm深度下土壤饱和导水率(Ks)及其相关因素的空间变异规律进行研究。经典统计结果表明:2个采样深度下土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度表现为弱变异,饱和含水量和土壤有机质含量表现为中等变异;0~10 cm深度下K_s表现为中等变异,10~20 cm深度下K_s表现为强变异;10~20 cm深度下土壤各种性质的平均值均大于0~10 cm深度。Pearson相关性分析可知,影响K_s的主要因素是毛管孔隙度,其次为容重、总孔隙度、饱和含水量和有机质含量。地统计结果表明,0~10 cm深度下K_s表现为纯块金效应,主要受随机性因素的影响,10~20 cm深度下K_s主要受结构性因素的影响;在2个采样深度下容重主要受随机因素的影响。从空间分布图可以看出,2个采样深度下K_s和容重存在高度的负相关关系,与饱和含水量、总孔隙度和毛管孔隙度存在高度的正相关关系。     

黄土高原藓结皮覆盖土壤导水性能和水流特征

生物结皮具有特殊的水文物理性质,为探究其对土壤水分渗透性和水流特征的影响,以黄土高原风沙土和黄绵土上3种典型地表覆盖类型(裸地、藓结皮、藓结皮-草本植物混合)为对象,采用环刀法和染色示踪法对其导水性质与水流特征进行探究。结果表明:藓结皮对2种土壤类型0~5 cm土层土壤理化性质影响较大,与裸地相比土壤容重降低了9.85%~10.00%,土壤黏粒含量增加了1.01~1.29倍,表层有机质含量提高了2.73~3.02倍;藓结皮使0~5 cm土层土壤饱和导水率降低了61.32%~88.89%,而在5~10 cm土层饱和导水率则有明显上升。另外,由于草本植物的影响,藓结皮-草本植物0~5 cm土层与藓结皮土壤相比土壤饱和导水率提高了1.32~6.43倍;黄绵土藓结皮与藓结皮-草本植物的染色面积比均高于裸地,且水分下渗深度增加了10 cm,而风沙土藓结皮与风沙土裸地的染色面积比差异不明显。综上所述,藓结皮和藓结皮-草本植物的存在改变了表层土壤水分渗透性以及水流运动特征和水分下渗深度,影响着黄土高原土壤水分保持和生态恢复。