露天煤矿排土场覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响

表土回覆是露天煤矿排土场生态修复的关键步骤,覆土厚度直接影响植物生长和复垦成本,为研究露天煤矿排土场不同覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响,采用室内土柱模拟试验,设置10,20,30,40,50 cm共5个覆土厚度,分别进行垂直入渗试验和室内盆栽试验(玉米),并结合氢氧同位素稳定示踪技术,研究不同覆土厚度土壤入渗和玉米水分利用特征,筛选研究区排土场最佳覆土厚度。结果表明:覆土厚度为10~30 cm(27.05~33.02 mm/min)的初始入渗速率显著高于40~50 cm(21.59~24.89 mm/min)的初始入渗速率(p<0.05),稳定入渗速率随覆土厚度的增加而增大,当覆土厚度高于40 cm后,随着覆土厚度的增加稳定入渗速率维持在3 mm/min左右。矸石层入渗过程受覆土层的影响较大,覆土厚度高于40 cm后,矸石层入渗速率基本稳定在土层连接面的入渗速率上。不同覆土厚度下玉米木质部水氢氧同位素值与土壤水氢氧同位素随土层变化曲线交点主要集中在覆土层,因此,玉米生长水分主要来源于覆土层。覆土厚度越大,2条线交点增多、交点分布范围增大,玉米对土壤水分的利用范围越大,当覆土厚度超过40 cm后,玉米水分利用范围基本维持在10~40 cm。结合阜新市最大降雨强度190 mm/h,该地区露天矿排土场覆土厚度应高于40 cm。

不同粘粒含量土壤水分入渗能力模拟试验研究

为研究土壤粘粒含量对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤中添加沙粒、人工粘土的方法配制不同粘粒含量土壤,用土柱积水入渗模拟了人工配制土壤中粘粒含量对其入渗能力的影响。结果表明:(1)土壤粘粒含量对土壤入渗能力有较大影响,随粘粒含量增多,入渗能力递减:<0.001 mm粘粒含量从6%增加至40.4%时,稳定入渗速率从0.0169 cm/min降低至0.0068 cm/min,90 min累积入渗量则从3.66 cm降低至2.02 cm;(2)稳定入渗速率9、0 min累积入渗量与粘粒及物理性粘粒含量分别呈幂函数负相关、指数负相关关系,但与粘粒含量相关性更为显著;(3)通过对Green-Ampt模型、Philip模型及Kostiakov模型的参数拟合及累积入渗量计算,发现在本试验中Kostiakov模型拟合精度最高,Philip模型次之,Green-Ampt模型较差,说明Kostiakov模型对于均质土体是个比较实用的入渗模型。

重庆市四面山林地土壤水分入渗特性研究与评价

采用Spearman秩相关分析法与灰色关联度分析方法,对四面山几种不同林地土壤水分入渗特性进行了研究分析。结果表明,林地土壤容重、砂砾含量及非毛管孔隙度对土壤饱和导水率具有显著相关性。非毛管孔隙度、砂砾含量与土壤饱和导水率成正相关关系,土壤容重与土壤饱和导水率成负相关关系。选取土壤水分初渗速率、稳渗速率、入渗时间与累积入渗量4项参数进行灰关联评价。林地土壤水分入渗特性灰关联紧密相关程度依次为阔叶林(0.8031)>楠竹林(0.7869)>针阔混交林(0.4454)>针叶林(0.4039),阔叶林土壤在所研究的几种林地中具有较好的渗透性能。Horton水分渗透模型对各林地土壤水分入渗过程拟合的相关系数R值均大于0.950,对所研究的四面山林地土壤水分入渗过程具有良好的适用性。

坡耕地土壤水分入渗影响因素分析

利用人工模拟降雨装置对影响坡耕地土壤入渗的诸因素进行了研究。发现坡面产流历时与土壤容重、初始含水率、坡度、降雨强度、耕作管理措施呈负相关;土壤稳渗速率与降雨强度、耕作管理措施呈正相关,与土壤容重、初始含水率、坡度呈负相关。通过综合因素分析可知,影响坡面土壤入渗和产流历时的主要因子为土壤物理性质和耕作管理措施。

容重对不同有机质含量土壤水分入渗特性的影响

通过不同有机质含量的土壤入渗试验,分析有机质含量及容重对土壤水分入渗特性的影响。结果表明:容重对质地相同而有机质含量不同的土壤表现出不同的影响程度,对高有机质含量的土壤影响显著,有机质含量高的土壤在容重递增的过程中,土壤累积入渗量、湿润深度显著下降,稳定入渗率以乘幂形式迅速下降;有机质含量较低的土壤,容重增加对土壤入渗过程影响相对较小,容重增加时,其累积入渗量、入渗率、湿润深度也有不同程度的减小,但其减小的幅度范围较小,稳定入渗率呈平缓线性降低。采用Green-Ampt模型与Philip模型模拟不同容重及有机质含量的土壤饱和导水率结果与实测值吻合较好。

土壤水分入渗影响机制研究综述

分析了土壤水分入渗理论及过程模型发展历程,阐明了此领域目前的研究热点。重点对影响土壤水分入渗的结皮、初始含水率、密度、机械组成、结构、有机质含量、温度、钠离子含量及剖面特征等因素逐个做了仔细分析,总结了各因素对土壤水分入渗能力的影响机制。在此基础上,提出土壤水分入渗研究未来研究重点。

塔里木河上游绿洲典型地表特征土壤水分入渗性能研究

在塔里木河上游农业绿洲区选取草地、裸地、棉花地和盐碱地4种典型地表特征,用圆盘入渗仪测定土壤水分入渗过程并做模型拟合与分析.结果表明:绿洲内不同地表特征下土壤水分入渗性能存在明显差异,稳定入渗率大小为棉花地(1.02mm.min-1)>草地(0.76mm.min-1)>裸地(0.36mm.min-1)>盐碱地(0.11mm.min-1);在入渗初期,累计入渗量为盐碱地最大,草地和棉花地次之,裸地最小,但随入渗时间增长累计入渗量逐步受控于稳定入渗率.以裸地为参照,棉花地和草地的入渗性能较好,而盐碱地入渗性能较差.应用常用的入渗模型对入渗过程进行了模拟:Kostiakov模型和Horton模型分别对棉花地、草地和裸地、盐碱地均具有最好的模拟效果,这两种模型在本区内有最好的适用性和准确性;Green-Ampt模型在本区的适用性较差.

基于HYDRUS-2D的负压灌溉土壤水分入渗数值模拟

依据土壤水动力学理论,结合负压灌溉条件下土壤水分运动特征,建立了土壤水分入渗模型。利用HYDRUS-2D对所建模型求解,并模拟在负压地下灌溉下,水分在土壤垂直剖面随时间的入渗变化规律。将模拟结果与试验测量结果进行对比验证,结果表明,两者相对误差为2%～4%,所建模型可以有效描述负压地下灌溉条件下土壤水分入渗规律。利用该模型模拟研究了不同灌水器半径（8、10、12 cm）和不同土质（北京地区土壤和基质）下土壤水分的入渗情况。结果表明：灌水器半径是影响土壤水分入渗的显著性因素。灌水器半径越大,水分入渗速率越快。灌水器尺寸对入渗起始时的入渗延迟有较大影响,灌水器半径越大,延迟越小。土壤水分入渗速率与灌水器半径呈正相关。

咸淡水分配比例对盐碱土壤水分入渗特征与脱盐效果的影响

以黄河三角洲重度盐碱化土壤为研究土样,在室内对其进行垂直一维积水入渗试验,研究5种咸淡水分配比例下累积入渗量、湿润锋深度和入渗率随时间的变化规律及灌溉后土壤脱盐深度、脱盐率。结果表明:(1)首轮微咸水入渗结束后,第二轮淡水灌溉的过程中,在同一时间,与全部微咸水灌溉相比,累积入渗量、湿润峰深度和入渗率均产生了明显的下降,并且淡水灌水量越多,下降的幅度越大,但其仍显著大于全部淡水灌溉;(2)累积入渗量与湿润锋深度呈良好的线性关系,回归方程的决定系数R2均大于0.99;与Green-Ampt模型和Philip模型相比,Kostiakov公式更适于描述入渗率与时间的关系;(3)咸淡水分配比例对土壤脱盐深度影响较小,但对脱盐深度内的脱盐率影响显著,在一定深度范围内,咸、淡水先后灌溉下土壤脱盐率远远大于全部微咸水灌溉,与全部淡水灌溉差异较小,但随着土层深度的继续增加,其土壤脱盐率明显小于全部淡水灌溉,与全部微咸水灌溉基本一致。

不同林地土壤水分入渗和入渗模拟的研究

由达西定理和能量守恒原理推导了土壤水分入渗的数学模型，水平土柱法实测了模型中的基本运动参数：土壤水分扩散率Ｄ（θ），推求了土壤水分非饱和导水率Ｋ（，经过计算机用有限差分法模拟了六块不同林地的土壤水分入渗过程，实地试验检验了模拟结果。结果表明计算的累积入渗量和入渗率与实测值非常一致。经过模拟结果绘制的入渗时水分随时间变化的剖面图，形象地反映了不同林地的土壤水分入渗的全过程。

土壤水分入渗的研究进展和评述

从土壤水分入渗理论、入渗公式、入渗测定方法以及土壤入渗影响因素4个方面,介绍了国内外有关土壤水分入渗研究的若干成果和进展,并做了简要的分析和评述。

不同降雨历时梯田和坡耕地的土壤水分入渗特征

以黄土高原丘陵沟壑第三副区庄浪县为例,研究不同降雨历时条件下坡耕地和水平梯田土壤（黄绵土）水分入渗变化特征,应用Hydrus-1D模型对不同降雨条件下的土壤水分入渗进行定量模拟研究。结果表明：（1）与实测数据相比,Hydrus-1D模型模拟降雨后土壤水分的运移较合理。（2）地表层（0~40 cm）土壤含水量变异系数（CV）呈中等变异,即5 d的时间内梯田和坡耕地地表层的土壤含水量变化大,随着土层深度的增加变异系数减小,呈弱变异性。（3）在1.45 mm/min降雨强度下,在23 min时拔节期的小麦坡耕地产生径流,水平梯田在整个过程中没有产生径流。（4）降雨历时为10 min时,在土层深度为0~15 cm,梯田土壤含水量比坡耕地多0.13%~1.65%,在土层深度为30~200 cm,梯田和坡地都没有下渗。降雨历时为20min、30min时,在土层深度为0~20 cm,梯田的土壤含水量比坡耕地的分别多0.05%~2.22%、0.01%~2%。

黄土区不同地类土壤水分入渗与模拟研究

以晋西黄土区为研究对象,研究黄土区土壤的水分入渗规律。为了更好地研究不同环境因子(尤其是立地、坡度、植被)对于土壤入渗性能的影响,在不同的土地利用条件下,对不同地貌部位进行了野外入渗实验。研究结果表明土壤渗透率随时间的变化规律是:在开始时渗透率最大,继之随时间而降低;林地累计入渗量明显高于其它用地。此外,林地的土壤入渗速率为最优,道路路面为最小。研究表明Philip方程能够很好地对当地土壤入渗进行模拟。

浑水灌溉下土壤水分入渗规律研究综述

目前,国外土壤水分连续入渗研究主要集中在Green-Ampt模型的修正以及Philip、Parlange入渗方程的求解两方面。国内学者对浑水连续入渗的研究认为:浑水与清水入渗的差异主要是浑水中物理性黏粒的存在引起的,浑水入渗模型以通过浑水灌溉试验进行拟合而得到的经验公式为主;对浑水波涌灌间歇入渗研究认为,不同泥沙粒度组成的浑水间歇入渗能力均小于同条件下的浑水连续入渗能力,且减渗率随入渗周期数的增加而增大。今后应开展不同灌水方式、多种影响因素下的浑水灌溉研究。

坐水播种时耕层土壤水分入渗的二维数值模拟

描述了坐水播种时土壤水分入渗的物理过程 ,根据非饱和土壤水运动理论 ,对其建立了二维数学模型 ,用交替隐式差分法进行了求解 ,并用室内试验验证了数值模拟结果。通过对模拟结果的分析 ,说明了回土量、较低土壤初始含水率以及种沟宽度对入渗过程的影响 ,由此提出了坐水播种实践中控制回土量的 3个条件。

极端干旱区小城镇绿地土壤水分入渗性能研究——以阿拉尔市为例

为进一步促进阿拉尔生态城市建设和保证城市可持续发展,以阿拉尔市绿地土壤为研究对象,选取校园、市政、居民区、道路绿化带4个功能区绿地土壤,用环刀法测定土壤水分入渗过程并做了模型拟合和分析。结果表明:4个功能区绿地土壤水分入渗性能存在明显差异,稳定入渗率为道路绿化带绿地(0.31 cm/min)>校园绿地(0.05 cm/min)>市政绿地(0.02 cm/min)>居民区绿地(0.01 cm/min);应用常用的入渗模型进行了拟合,通用模型及Kostiakov模型能较好地描述4个功能区的绿地土壤入渗特征,Philip模型在本区的适用性最差。研究结果为阿拉尔市绿地土壤的管理提供一定依据。

等高绿篱系统土壤水分入渗特性研究

以等高绿篱(新银合欢和黄荆)前淤积土与石坎梯田为研究对象,探讨等高绿篱系统与石坎梯田不同土层深度、不同距篱/坎的土壤水分入渗特性及其影响因素,并对其土壤水分入渗过程进行模型拟合。结果显示,同一土层,随距篱坎变长,各处理土壤入渗性能坎依次减弱,不同距篱绿篱处理土壤入渗性能存在较大差异,而不同距坎石坎梯田处理土壤入渗性能差异相对不明显,随土层加深,绿篱处理土壤入渗性能相应依次减弱,而石坎梯田处理土壤入渗性能急剧减弱;表层(0-0.15 m)土壤平均入渗性能,石坎梯田处理优于绿篱处理,对于二层(0.15-0.30 m)土壤平均入渗性能,绿篱处理转而优于石坎梯田处理,三层(0.30-0.45 m)土壤,各处理土壤入渗性能基本相当;黄荆处理土壤入渗性能存在明显的空间变化规律,主要通过水平和垂直两个方向来体现,其中水平方向,距篱远近间接反映了黄荆对土壤入渗性能的影响程度,距篱越近,影响越大;土壤容重、砂粘比与有机质对土壤入渗性能均有显著影响,而初始含水量仅对初始入渗率有显著影响,其中砂粘比对初始入渗率、前30 min入渗量影响最大,容重对稳定入渗率影响最大;Green-Ampt模型和Philip模型更适合本研究土壤水分入渗过程描述与模拟,且具有较高的准确性。

长江上游亚高山针叶林土壤水分入渗性能及影响因素

森林土壤水分入渗性能是森林生态系统水分循环的基本环节 ,直接影响森林 水文生态效应。本文研究了长江上游支流大渡河的水源地—贡嘎山东坡亚高山针叶林分布区土壤水分入渗性能及其影响因素 ,结果表明 :研究区土壤稳渗率均较大 ;其中混交成熟林土壤稳渗率最大 ,林木皆伐后土壤稳渗率最小 ,其它森林类型介于其间 ;土壤稳渗率与 >0 2 5mm水稳性团聚体含量、水稳性团聚体平均重量直径 (MWDw)、非毛管孔隙度呈极显著相关 ,与水稳性团聚体分形维数 (Fdw)呈显著性相关 ,另与森林类型、枯落物层、容重、砾石含量有一定相关性。

土壤水分入渗年变化特性的试验研究

以大田玉米地的土壤水分入渗跟踪试验为依据 ,分析讨论了土壤水分入渗的年变化特性 ,结果表明 ,给定土壤质地 ,土壤结构由疏松变密实 ,土壤水分入渗能力逐渐减小 ,土壤含水率的变化引起土壤水分入渗能力上下变幅。研究结论对于节水灌溉的灌水技术参数的确定和灌水效果的研究具有理论意义 ,对灌溉的用水管理具有实际意义。

土壤水分入渗的温度效应及其数学模式

通过水平和垂直土柱入渗试验,定量研究了温度对两种不同质地土壤水分入渗性能的影响。结果表明,温度对实验土柱含水率分布及土壤水分入渗特性速率产生显著影响。在此基础上由 Philip 扩散理论和 Swartzendruber 毛管模型所产生的推导式对其温度效应的机理进行了分析,对用理论模式计算与实测数据进行了比较。