地下水浅埋区层状土壤结构对包气带硝态氮累积和淋失的影响

农业过量施肥造成包气带硝态氮(NO_(3)^(-)-N)累积与地下水NO_(3)^(-)-N污染加剧,明确非均质层状土壤结构对NO_(3)^(-)-N迁移过程的影响对防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。华北低平原区非均质层状土壤结构分布广泛,地下水埋藏浅,NO_(3)^(-)-N淋滤路径短,是地下水污染的敏感区域。本研究选择位于河北省沧州市南皮县的3个非均质层状土壤结构剖面(P1:含多个薄黏壤土夹层的无施肥草地;P2:含多个薄黏壤土夹层的农田;P3:含140 cm厚黏壤土夹层的农田)和1个对照剖面(P4:相对均质的粉壤土农田),研究层状土壤结构以及农业施肥对包气带NO_(3)^(-)-N累积与淋失规律的影响。结果表明,NO_(3)^(-)-N累积分布层位与黏壤土层深度和厚度相关,3个非均质层状土壤剖面NO_(3)^(-)-N含量均高于相对均质粉壤土剖面,且非均质农田中P3剖面NO_(3)^(-)-N含量峰值(238 mg∙L^(-1))和累积层厚度(100~250 cm)均最大。2018年雨季8—9月含黏壤土夹层剖面NO_(3)^(-)-N淋失量:P3(319.2 kg∙hm^(-2))<P1(383.9 kg∙hm^(-2))<P2(554.7 kg∙hm^(-2)),说明在雨季含厚黏壤土夹层剖面对包气带NO_(3)^(-)-N淋失的阻控效果显著优于含多个薄黏壤土夹层的剖面(P<0.05)。受层状沉积结构和地下水浅埋深的影响,P2浅层地下水NO_(3)^(-)-N浓度的超标率与平均增长速率(93%和2.14 mg∙L^(-1)∙d^(-1))显著高于P4(21%和0.53 mg∙L^(-1)∙d^(-1))(P<0.05)。研究明确了层状土壤剖面对NO_(3)^(-)-N运移具有阻滞作用且黏壤土夹层越厚阻滞作用越强,地下水NO_(3)^(-)-N浓度受包气带层状土壤结构和地下水埋深二者的综合控制。研究结果可为地下水浅埋区地下水硝酸盐污染防治提供科学依据。

土壤的层状结构对水分和溶质运移的影响研究综述

由于自然和人为因素作用,土壤多呈现交错复杂的层状结构,这种层状特性对土壤入渗、地下水补给及溶质迁移等过程具有重要影响。大量研究表明,水分和溶质在层状土壤中的运移特性与均质土壤有明显差别。本文综述了土壤的层状结构对水分和溶质运移的影响,并分别对实验研究和数值模拟研究两方面展开论述,在总结前人研究成果的基础上提出了层状结构土壤中水分和污染物运移进一步研究的方向。

黄土高原坝地层状土壤剖面孔隙分布特征

以明确自然界中广泛存在的层状结构土壤孔隙分布特征为目的。选黄土高原典型坝地土壤剖面为研究对象,利用CT扫描技术分析耕作层、犁底层、心土层土壤三维结构,探讨层状土孔隙参数随土层结构变化及界面层孔隙特征。结果表明:(1)瘦长型孔隙(孔隙形状系数≤0.2)是各土层土壤孔隙的主要形态。各土层的孔隙参数具有明显差异。耕作层的总孔隙度最高,大孔隙(≥1 mm)分布较多;犁底层孔隙总数量最高,含有较多孤立的小孔隙(≥0.1~0.5 mm)和微小孔隙(≥0.06~0.1 mm),但连通性最差;心土层孔隙参数多数介于耕作层与犁底层之间。(2)坝地剖面层状土壤具有一定厚度的界面层,各孔隙参数均在土层界面位置存在突变点,具有明显分界现象。孔隙特征参数均呈过渡位置渐变、界面位置突变的规律。在界面层,犁底层土壤总孔隙度和连通性与耕作层相比,分别显著下降41.6%,69.8%;心土层在界面层的土壤总孔隙度和连通性与犁底层相比,分别显著增高30.4%,52.3%。(3)孔隙孔径大小与孔隙形态密切相关,大孔隙形态多呈瘦长型,而微小孔隙形状则多呈规则型。(4)土层越深,连通性与总孔隙度、孔隙总数量、孔径分布及孔隙形状的相关性越强。界面层出现改变相邻土层的土壤孔隙质量。人为作用改变耕作层和犁底层的土壤孔隙特征,主要表现在对耕作层翻耕扰动,使得犁底层被动承压,心土层由于受到干扰较小,土壤整体呈现自然状态。研究结果可丰富非均质土壤结构的认识,为从微观层面理解层状土壤孔隙特征及其对土壤水气热传输的可能影响提供科学依据。