黄河泥沙充填复垦耕地表层土壤垂直入渗特性研究

采用单圈入渗法,以当地原有长期耕种的耕地为对照,对引黄河泥沙充填复垦第2年的耕地表层土壤水分垂直入渗过程进行了现场测定,探讨复垦耕地耕种第2年的入渗特性,分析比较不同复垦时间的土壤入渗结果,并选用5种入渗模型对入渗特征曲线进行了拟合。结果表明:充填复垦第2年对照耕地的初始入渗率、稳定入渗率平均值分别是充填耕地的1.12倍和2.19倍,充填耕地呈上层表土入渗能力差、下层泥沙保水性能差的特性,有待改良;充填耕地各试验点间入渗率差别较小,入渗能力稳定;充填复垦第2年充填耕地初始入渗率、稳定入渗率平均值分别是第1年的1.51倍和1.43倍,充填耕地入渗率显著提高(P<0.05),耕种措施有改善充填耕地入渗能力的作用。Mezencev模型对充填耕地土壤入渗特征拟合效果最佳,Kostiakov模型对对照耕地土壤入渗特征拟合效果最佳;综合充填耕地和对照耕地而言,Mezencev模型具有最佳的拟合效果,其次为Kostiakov模型、NRCS模型、Horton模型和Philip模型;各模型的RMSE、R2、SSE和Ajust-R2指标显示,模型评价具有较好的一致性。

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(75t/hm2,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Ka和变异系数Cv减小,且土壤含水率、Ka、Cv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f1分别增加了70.48%、58.98%和48.41%,土壤稳定入渗速率fc由大到小依次为2016年BC处理(1.65mm/min)、2017年BC处理(1.22mm/min)、2018年BC处理(1.17mm/min)、2016年CK处理(0.46mm/min)、2017年CK处理(0.43mm/min)和2018年CK处理(0.38mm/min);2016—2018年中,2016年BC处理湿润锋运移距离最深(32.24mm),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,R2均在0.963~0.998之间;Philip、Kostiakov、Horton3个入渗模型拟合对比结果表明,Kostiakov模型R2最高(0.946~0.991)、RMSE最小(0.516~1.941mm/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。