基于不同土壤转换函数的土壤水分运移模拟对比研究

土壤水力参数是土壤水分运移模拟的关键输入。在野外应用中,土壤水力参数一般由土壤转换函数(PTF)基于土壤质地信息估计获取。为了对比分析不同PTF对土壤水分运移模拟的影响,本文选取了八个常用的PTF,基于七个FLUXNET中的站点,利用HYDRUS-1D软件开展了土壤水分运移的模拟。结果表明,使用不同的PTF会导致预测结果的显著差异。对于VGM模型,Rosetta3是最稳定的PTF;对于BC模型,Cosby2是最稳定的PTF。基于本文的模拟结果,不同PTF应该在模型中比较使用,以避免由于PTF的选择而带来的不确定性。

秸秆还田及蚯蚓活动对小麦-玉米轮作下土壤水分运移的影响

为探讨关中平原小麦-玉米水分高效利用的栽培技术方式,采用田间定点观测方法,研究秸秆还田+接种蚯蚓处理对土壤含水量的影响。设置CK(对照)、S_(1)(秸秆还田3000 kg·hm^(-2))、S_(2)(秸秆还田6000 kg·hm^(-2))、E(接种蚯蚓)、S_(1)E(秸秆还田3000 kg·hm^(-2)+接种蚯蚓)、S_(2)E(秸秆还田6000 kg·hm^(-2)+接种蚯蚓)共6个处理。结果表明:各处理较CK处理均提高了土壤含水量,S_(1)、S_(2)、E、S_(1)E、S_(2)E处理下土壤含水量分别增加0.21%~27.47%、0.43%~32.85%、1.00%~15.53%、3.25%~36.52%、2.97%~51.24%。CK、S_(1)、S_(2)、E、S_(1)E、S_(2)E处理下土壤含水量分别为15.51%、17.14%、17.66%、16.33%、17.94%、18.91%;S_(2)E处理土壤蓄水保水效果最佳,S_(2)、S_(1)处理次之,E处理效果最差。由小麦扬花期、收获期到玉米抽雄期、收获期,不同处理下0~100 cm土壤含水量整体呈增长趋势,最大均值在玉米收获期(20.60%),最小均值在玉米抽雄期(8.63%)。相比于CK处理,其余处理均扩大了高含水区范围,且接种蚯蚓处理下土壤高含水区范围大于未接种蚯蚓处理。对小麦-玉米生长期土壤含水量影响因素相关分析结果显示,土壤含水量与>0.25 mm的大团聚体、SOC含量、TN含量呈显著正相关关系(P<0.05),与0.053~0.25 mm、<0.053 mm的土壤团聚体、pH值、毛管孔隙呈显著负相关关系(P<0.05)。可见,秸秆还田与蚯蚓活动有利于增加土壤含水量,扩大深层高含水区,提高土壤蓄水能力,进而提高降水利用效率。

冻结期和冻融期土壤水分运移特征分析

西北内陆盆地冻结期和冻融期几乎占全年时间的 1 /2 ,该时期土壤水分运移特点与非冻结期存在较大差异。本文根据北疆昌吉平原区土壤水分运移观测试验 ,分析了冻结期和冻融期土壤水势分布和土壤含水量变化规律及其与潜水的转化关系 ,并阐述了冻融水的生态环境意义。

土壤水分对土壤中硝态氮水平运移的影响

对硝态氮示踪的风沙土和黄潮土中水分及其扩散率进行了研究.结果表明,硝态氮水平运移速率受土壤含水量的影响较大,并随土壤含水量增加而增加.硝态氮水平运移速率随土壤水分扩散率的变化呈指数曲线变化趋势.硝态氮水平运移浓度随土壤含水量的增加而减少,并呈幂函数曲线变化,硝态氮水平运移浓度与含水量的相关系数达到极显著水平.硝态氮水平运移浓度还受到土壤水分扩散率的影响,随土壤水扩散率的升高而下降,并在湿润锋(土壤干湿交界)面上达到最大值.

微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比

以微孔陶瓷灌水器为研究对象,在0 m工作水头下进行土壤水分运移特性试验,并以10 m额定工作水头下工作的地下滴灌灌水器作为对照。通过对比分析2种灌溉方式下累计入渗量、流量、湿润体特征和土壤含水率变化,结果表明:相同灌溉时间下微孔陶瓷渗灌的累计入渗量、湿润锋运移距离、湿润体截面面积均明显小于地下滴灌。微孔陶瓷渗灌的流量随时间逐渐减小,直至接近于零;试验后期,微孔陶瓷渗灌湿润体内整体土壤含水率变化较小;由于微孔陶瓷渗灌为无压连续灌溉,因此在其工作过程中可为作物提供一个恒定的水分环境。而地下滴灌的流量则会维持稳定,使得土壤含水率一直增大,停止灌溉后由于土壤水分再分布而减小。地下滴灌为被动恒压灌溉,因此其灌溉条件下作物生长的水分环境处于干湿交替的循环变化状态。

土壤水分与溶质运移机制的分形理论研究进展

土壤中水分和溶质运移一直是土壤-水环境系统中的研究热点,也是目前仍未得到很好解决的问题。将分形理论应用于土壤水分溶质运移机制的研究,探讨其领域中的众多复杂问题,是一种全新的思路和方法。在对土壤结构定量化的分形表征进行简要阐述的基础上,重点介绍了分形理论在水分特征曲线和水力传导度等土壤水分运动基本参数的分形模型、土壤水分运移过程模拟、土壤溶质运移的非费克现象、弥散度的尺度效应以及溶质运移机制研究方面所取得的一系列成果,并就分形理论今后在土壤水分、溶质运移研究中的应用作了展望。

保水剂对注水播种玉米土壤水分运移及水分生产效率的影响

通过大田免储水灌注水加保水剂播种玉米灌溉试验,分析了保水剂对土壤水分扩散规律及变化动态、玉米耗水量、水分生产效率和产量等指标的影响效果。结果表明,保水剂施量为2.5g/m2的注水播种玉米(YB2.5)在全生育期都具有良好的保水效果,是既增产又节水的最佳处理;保水剂施量为1.5g/m2和保水剂拌种处理只在播后101d内可有效增加土壤含水率,之后保水效果逐步衰减;施量为0.5g/m2处理与不施加保水剂处理相比,土壤含水率无明显提高,说明保水剂施量过小时,保水效果不明显。

地下滴灌条件下棉花土壤水分运移田间试验研究

在棉花大田实地测量的基础上，对地下滴灌条件下棉花不同生育期内土壤含水量进行分析，同时对实际应用效果进行监测，结果表明：地下滴灌影响土壤水分变化深度主要为20-60cm，棉花根系主要集中在15～50cm。通过对棉花常规地面沟灌、膜下滴灌和地下滴灌土壤水分变化试验研究分析和应用效果监测，棉花地下滴灌节水增产效果显著。

次降雨事件下雨养区典型小流域土壤水分运移规律

以黄土丘陵沟壑区典型小流域为研究对象,采用稳定同位素分析法,结合野外调查和室内试验,对绥德县王茂沟小流域次降雨事件后不同土地利用下包气带土壤水稳定氢同位素(δ2 H)变化规律进行剖析,为黄土丘陵沟壑区包气带土壤水分运移机理、模型参数确定以及生态保护与建设提供科学依据。结果表明:(1)草地、林地和农地土壤含水率的变化范围分别为6.74%~21.42%,6.74%~19.08%和7.86%~20.74%,土壤蓄水量的变化范围分别为265.6~384.0,275.1~368.7,289.5~334.6mm,土壤水δ2 H的变化范围分别为-113.41‰^-71.84‰,-115.10‰^-50.98‰和-112.28‰^-63.78‰。(2)草地、林地和农地土壤含水率变化趋势均存在时间节点。(3)不同土地利用下的包气带土壤水氢稳定同位素变化存在显著性差异,农地和草地较林地更有利于赋存土壤水分。(4)不同土地利用下土壤蓄水量峰值与蓄水能力呈负相关关系,峰值越大,相应的蓄水能力越低。(5)林地、草地和农地均存在"优先流"现象,草地和林地能显著延伸"优先流"发生路径,农地可能与地下水水质与补给密切相关。

宽垄沟灌覆膜条件下土壤水分运移初探

宽垄沟灌作为一种大田作物栽培灌水方式已逐步受到关注。为研究灌水前后水分在垄沟间的运移及再分布,本试验在大棚内模拟宽垄沟灌垄上覆膜栽培条件以及灌水方案,采用中子仪进行水分观测。试验数据显示,在本试验条件下,垄背剖面的两个观测点表层,灌水前其含水量仅为田间持水量的65%和66%,灌水后垄沟水分的侧向入渗,144 h(6 d)分别达到田间持水量的73%和80%,408 h(17 d)达到田间持水量的78%和79%。试验结果表明,在宽垄沟灌覆膜条件下,水平向及垄背垂直向含水量梯度的存在导致水分侧向及向垄背的补给明显,且在覆膜条件下,垄背蒸散发损失少,起到减少土壤水分无效损耗、高效利用之效果。

强降雨条件下沙丘土壤水分运移特征分析

通过开展野外模拟降雨及亮蓝示踪试验,分析古尔班通古特沙漠强降雨条件下沙丘土壤水分运移规律。结果表明,2003-2013年间沙漠降雨以小雨量、小强度、短历时降雨特征为主。存在少数大雨量、大强度、长历时降雨;裸沙地平均土壤入渗率为7.87mm/min,远大于最大自然降雨强度(14mm/h),降雨条件下沙丘坡面不易形成地表径流,降雨期间土壤水分以垂直入渗为主。强降雨后再分配阶段,土壤水分顺坡侧向运移显著;陡坡、缓坡下部土壤水分顺坡侧向运移补给量分别为8.68,4.66mm,各占坡下部土壤水分来源的37.32%和32.63%,是坡下部土壤水分的重要来源。雨后土壤水分运移是土壤水分空间分布的重要影响因素,土壤水分顺坡侧向运移主要作用于土壤水分水平空间分布;强降雨后土壤水分富集层及富集区域向深层及坡下部运移;缓坡土壤水分空间富集层较浅,坡中部为土壤水分富集区域;陡坡土壤水分空间富集层较深,坡下部为土壤水分富集区域。

滴灌条件下沙地土壤水分分布与运移规律

通过对不同流量的滴头，不同灌水历时条件下沙地土壤滴灌湿润体的大小与形状的观测观察，以及对滴灌停止后不同间隔时间的土壤湿润锋运移，湿润体的发展，土壤水分的分布与再分布测量分析，使之对滴灌条件下土壤湿润体的大小及发展、土壤水分的分布与再分布规律等有了比较清楚的认识。本文不进行理论上的土壤水分分布模拟，仅从众多的实测资料分析着手，揭示土壤水分分布与运移规律，旨在为砂壤地玉米滴灌的参数确定（滴头间距、流量、灌水历时等）提供基本依据。通过土壤水分与湿润体实测资料分析认为，滴灌玉米的滴头流量在２．０ｌ／ｈ左右，灌水历时２～３ｈ，滴头间距为５０ｃｍ左右为宜。过长的灌水历时（大于３ｈ）即可能导致灌溉水的无为损失，造成先进的节水灌溉技术条件下新的水浪费问题。滴头间距过密，会加大不必要的工程投资。

贡嘎山暗针叶林森林生态系统土壤水分运移特征分析

开展优先流研究是土壤水运动机理研究由均质走向非均质领域的标志,可以有效解释早期水文学研究所困扰的不符合达西定律及对流--弥散方程等重大问题,但它在常规手段下难以获取。该文利用自制实验仪器,在研究区域开展室内土柱实验,系统分析研究区域土壤水分运移特征及优先流运移特征。结果表明:研究区域内4个演替阶段的土壤水分运动的壤中流过程主要表现为优先流,而土壤中的基质部分,则表现为不动区域。一旦优先流路径形成,土壤将不再阻拦水入渗,导致随后的降雨入渗穿过前面已经湿润并存在的优先流路径。优先流路径是研究区域水分在土壤中运移的主要途径,只要降雨雨强不停止,水将始终沿着优先流路径向下运移。运用综合染色示踪及影像分析技术对土柱出流液的流量、流速及通量数值进行分析,可以判断出研究区域的土壤优先流具有环绕特征和非平衡特征。

葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律模拟研究

为探讨葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律，为葡萄的滴灌灌溉制度提供理论依据，利用HYDRUS-2D软件模拟了该条件下土壤纵剖面水分分布，并与实测值进行了对比。结果表明，滴头正下方各深度处体积含水率均方根误差（RMSE）在1．82％-2．76％间，模拟具有较高精度，模型参数可靠。再结合模型验证后参数，分别模拟了滴头流量为2．4L／h时，灌溉8、10、12h后水分再分布24h时土壤水分运移规律。结果表明，滴灌12h时，土体湿润体面积范围较广，有效含水率深度与葡萄根系发育规律较匹配，满足葡萄架下与架外根系生长对土壤水分要求。

湘北红壤坡地土壤水分特征及其水分运移

湘北红壤坡地土壤持水力强,有效水含量低(10％左右),含水量呈季节性变化(年变化可分为饱和、亏缺和补充3个时期);土壤结构性差,养分贫乏,原始生产力低,易产生降雨土壤侵蚀。湘北红壤坡地雨水自然资源化程度为降雨量的(46±2)％,农业利用中必须强化雨水资源化过程。坡地典型农业利用系统(旱季)地表/大气界面的水分传输表现为:植被构成是影响传输通量的第一要素;气温和界面水势是影响土/气界面水分传输的主导环境气象因子;辐射和空气饱和水气压差是影响叶/气界面水分传输的主导环境气象因子;在一定的土壤含水量范围内,土/气界面水分传输通量受表层土壤含水量控制。土壤水分变化影响能量平衡,土壤蒸发量与土壤表层水分含量之间有线性正相关;土壤水分除通过影响能量分配来影响植物蒸腾外,土壤水分还能通过影响叶片气孔导度来影响植物蒸腾速率。

注射灌土壤水分运移分布特性试验研究

通过室内注射灌水分入渗试验,研究了注射灌土壤水分运移分布特性。研究表明:注射灌的累积入渗量随时间延长而增大,与时间呈幂函数关系;注射灌土壤湿润锋为圆心在出水口下方的半圆形,湿润锋运移速度随时间延长变缓,过两出水口中心连线中点竖直切面的运移速度在初期小于过两出水口中心的竖直切面,随着时间延长运移速度相接近;在出水口下方,土壤水分向下运移范围较大,土壤含水量较大,变化较小,而在出水口上方,土壤水分向下运移范围较小,土壤含水量较小,变化较大。以上研究可以为进一步补充注射灌理论技术提供基础。

残膜对土壤水分运移的影响

采用室内模拟的方法对残膜影响土壤水分运移进行了研究。结果表明,残膜会阻碍土壤水分向上移动,而且残留量和残膜面积越大,阻碍作用越明显。此外,残膜对土壤水分下渗有一定的促进作用。

入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布的影响

为了研究入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布特性的影响,通过室内注射灌入渗模拟试验,测定了不同入渗水头下注射灌的累积入渗量、湿润锋运移距离和土壤剖面的含水率。研究表明:注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,入渗水头越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。土壤湿润锋近似为圆心在出水口偏下的半圆形,湿润锋随时间延长运移速度变缓。在出水口下方土壤湿润范围比出水口上方大,土壤含水率也较大。入渗水头越大,相同入渗时间的土壤湿润范围越大,相同位置的土壤含水率越高。本研究结果丰富了注射灌理论,为入渗水头的选择提供参考。

基于MATLAB的土壤水分运移数值模拟

土壤水分运移曲线是模拟水分在土壤中运移的关键。基于水分运移RICHARDS方程的二维数值模型,采用MAT-LAB对膜下滴灌的点源和线源土壤水分运移过程进行数值模拟,以砂壤土的膜下滴灌为试验和仿真的对象,利用MATLAB中的PDE工具,对土壤水分运移过程进行数值模拟,得到滴灌条件下土壤水分的水平运移和垂直运移曲线,并将实测曲线和拟合曲线进行了比较,结果表明偏差较小。

土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布特性影响试验研究

通过室内不同土壤初始含水量的注射灌水分入渗试验,研究了土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布特性影响。研究表明:注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,土壤初始含水量越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。在出水口下方土壤水分湿润范围较大,土壤含水量也较大,而在出水口上方则相反。土壤初始含水量越大,土壤湿润范围越大,距离出水口相同距离的土壤含水量越大。以上研究可为进一步补充注射灌理论技术提供基础。