浅谈土壤水分测定技术及土壤水分动态的研究

土壤水分是土壤的重要组成部分,对作物的生长、节水灌溉等有着非常重要的作用。土壤水分研究涉及的行业范围很广,主要方向包括土壤水分测定技术、地形因子对土壤水分的影响、不同尺度土壤水分分布规律、土壤水分模型拟合、土壤水运动机理,以及土壤水分动态等许多方向。     

节水灌溉对玉米田间土壤水分的影响

通过设置充分灌溉、节水20％、节水40％3种灌溉方式对玉米田间土壤中水分含量及变化情况进行研究,结果表明,节水20％处理下土壤中的水分含量相对较高,利于玉米生长;且在各个处理的苗期,各层土壤中的水分变化不大,拔节期后,0―40cm土层变化剧烈,60―100cm则相对平缓,得出玉米的根系主要分布在0―40cm土层中。     

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。     

毛管埋深和土壤层状质地对地下滴灌番茄根区水氨动态和根系分布的影响

通过2年日光温室滴灌施肥灌溉试验,探讨毛管埋深和土壤层状质地对根区土壤水分、NO3(-)-N和番茄根系分布的影响,为地下滴灌的设计和运行提供依据.毛管埋深取0、15和30cm三个水平,设置0、150和225kgN/hm(2)三个施氮量水平,3种土壤包括均质壤土(L)、上砂下壤土壤(SL)和壤土中有砂土夹层土壤(LSL).研究结果表明,番茄生育期内根区平均土壤含水率和根长密度在0～20cm土层中随毛管埋深的增加而降低,在20～70em土层中随毛管埋深的增加而增大.地下滴灌土壤NO3(-)-N含量在0～20cm土层中较地表滴灌有所增加.毛管埋深对番茄总根长密度影响不显著,而最大根长密度随毛管埋深增加而降低,且出现的土层变深.层状土壤质地对土壤水分、NO3(-)-N和番茄根系在土壤剖面上的分布影响较大,与均质壤土处理相比,LSL处理0～20cm土层土壤含水率降低18%,NO3(-)-N含量降低23%.根长密度增加44%,土壤剖面上总根长密度与均质壤土处理相当;SL处理0～20cm土层土壤含水率降低28%,NO3(-)-N含量降低55%,根长密度降低35%,土壤剖面上总根长密度较均质壤土处理降低37%,因此在上粗下细层状土壤中应慎用地下滴灌.     

毛管埋深和土壤层状质地对地下滴灌番茄根区水氮动态和根系分布的影响

通过2年日光温室滴灌施肥灌溉试验,探讨毛管埋深和土壤层状质地对根区土壤水分、NO-3N和番茄根系分布的影响,为地下滴灌的设计和运行提供依据。毛管埋深取0、15和30cm三个水平,设置0、150和 225kgN／hm\+2三个施氮量水平,3种土壤包括均质壤土(L)、上砂下壤土壤(SL)和壤土中有砂土夹层土壤 (LSL)。研究结果表明,番茄生育期内根区平均土壤含水率和根长密度在0～20cm土层中随毛管埋深的增加而降低,在20～70cm土层中随毛管埋深的增加而增大。地下滴灌土壤NO-3N含量在0～20cm土层中较地表滴灌有所增加。毛管埋深番茄总根长密度影响不显著,而最大根长密度随毛管埋深增加而降低,且出现的土层变深。层状土壤质地对土壤水分、NO-3N和番茄根系在土壤剖面上的分布影响较大,与均质壤土处理相比,LSL处理 0～20cm土层土壤含水率降低18％,NO-3N含量降低23％,根长密度增加44％,土壤剖面上总根长密度与均质壤土处理相当;SL处理0～20cm土层土壤含水率降低28％,NO-3N含量降低55％,根长密度降低35％,土壤剖面上总根长密度较均质壤土处理降低37％,因此在上粗下细层状土壤中应慎用地下滴灌。     

浅埋式滴灌土壤水分分布规律试验研究

以探寻合理的滴头埋深与流量为目的,开展浅埋式滴灌下土壤水分分布规律的试验研究。试验土箱净尺寸为30cm×30cm×60cm(长×宽×高),供试土壤取自新疆青河县阿苇灌区试验站。试验设置5、10、15 cm 3个滴头埋深,各埋深条件下设置不同流量的处理。结果表明:不同滴头埋深的情况下均存在土体破坏的临界流量,滴头埋深越大临界流量也越大,滴头埋深为5、10和15 cm对应的临界流量分别为1.0、1.7和2.5 L/h;随着流量的增大,滴头埋深过浅时,水量向湿润体上部聚集,当埋深超过一定深度时,水量向湿润体下部聚集;在临界流量情况下,湿润锋前60 min运移速率较快,随着滴头埋深的增大,灌水结束后湿润体的垂向湿润长度越长,土壤平均含水率值越小;滴头埋深为10 cm、流量1.7 L/h时,湿润体水分分布较为合理。     

干旱区梭梭茎干液流特性及对土壤水分的响应

研究荒漠植物耗水特征及其与土壤水分的关系,分析维持荒漠植物生长的潜在水源,对提高干旱区用水效率,保证荒漠生态环境的安全具有重要意义。以新疆干旱区荒漠植被梭梭为研究对象,采用热扩散法研究其茎干液流特性,采用中子仪测定和烘干法相结合的方法测定土壤含水率,并分析了茎干液流与土壤水分的响应关系。结果表明:梭梭的茎干液流密度呈明显昼夜变化,日间液流密度明显高于夜间,且随着胸径的增大,日间液流密度减小;土壤含水率随土层深度的增加呈倒"S"型分布,5~8月土壤含水率逐渐减小,中间土层含水率随时间推移减小幅度显著;随着土壤含水率的降低,夜间液流密度基本保持不变,但日间液流密度的峰值明显减小。分析结果可为提高干旱区用水效率,保证西部生态环境的安全提供理论支撑。     

不同灌水处理对多砾石砂土膜下滴灌玉米 水分分布特征的影响

为探究不同灌水定额对多砾石砂土膜下滴灌玉米土壤水分分布的影响,采用大田小区对比的试验方法,分析30.0mm、37.5mm、45.0mm、52.5mm、60.0mm五种灌水定额对土壤水分分布的影响。结果表明:同一灌水处理条件下,土壤剖面含水率等值线分布形式的变化过程是"长轴在垂向的椭圆形-长轴在横向的椭圆形-单峰曲线"。灌水24h后土壤含水率达到一个相对的稳定状态,且土壤表面25cm内的含水率明显小于灌后0h土壤含水率;40cm深度处土壤含水率达到最大。不同灌水定额土壤含水率变化趋势一致,随灌水定额的增加含水率等值线图越接近于椭圆形;在垂直方向与水平方向土壤含水率增加幅度分别表现为:中部下部上部、左部中部右部;52.5mm灌水定额处理下不同深度的土壤含水率最接近田间持水率。试验分析认为在多砾石砂土地区52.5mm灌水定额处理是水分分布最优的灌水处理。     

灌溉水中盐分对土壤结构性质及水流运动特征的影响

再生水和微咸水等用于农田灌溉对缓解农业用水紧缺、保证粮食稳产高产方面作用显著。但这些非常规灌溉水中的盐分进入受灌农田土壤会引起土壤结构性质的改变,进而引起入渗水流运动特征的变化,增大了农业灌水和施肥的管理难度及地下水受污染的风险。本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水盐分浓度(0、1.0、3.0和5.0 g/L)、灌水频率(1天1次、2天1次、4天1次)、含盐灌溉水-清水交替灌溉模式(纯清水灌溉、纯含盐灌溉水灌溉、含盐灌溉水-清水交替灌溉)对受灌土壤容重、团聚体结构稳定性、孔隙结构特征、地表入渗性能以及入渗水流运动非均匀特征的影响。结果表明,适度的盐分浓度、较低的灌水频率但较大的灌水定额、含盐灌溉水-清水交替灌溉均有利于提升土壤团聚体的稳定性、抑制土壤板结、改善受灌土壤的地表入渗性能、降低入渗水流运动的非均匀性。研究成果对再生水和微咸水农田灌溉制度设计具有参考价值。     

基于遥感和地面测量的多尺度土壤水分产品验证分析

遥感反演是大尺度土壤水分监测的有效手段,但地面验证一直是土壤水分遥感反演的瓶颈。针对地面土壤水分测量,频域反射仪(FDR)和宇宙射线中子法(CRS)在土壤水分测量中展现出较大的应用潜力。本研究选取不同像元尺度的土壤水分遥感反演结果,包括30 m分辨率Landsat土壤水分反演、1 km分辨率MODIS土壤水分反演和SMAP卫星3 km分辨率和9 km分辨率土壤水分反演产品,利用CRS和FDR土壤水分监测数据对不同像元尺度土壤水分结果进行精度验证分析。结果表明:CRS在30 m分辨率、1 km分辨率、3 km分辨率和9 km分辨率土壤水分反演结果中精度均较FDR方法高,其中1 km分辨率中CRS反演值的均方根误差小于3 km分辨率和9 km分辨率的误差。CRS测量方法对小降水事件较敏感,会带来一定误差。     

长期膜下滴灌棉田土壤水盐空间分布特征研究

为分析播种前膜下滴灌棉田土壤不同深度水分和盐分的分布特征,对1998年开始利用膜下滴灌种植技术的棉田进行大规模网格取土,主要分析了棉田土壤水盐空间分布特征。研究结果表明:在生育期初播种前,棉田土壤0~5、5~20、20~40、40~60、60~80及80~100 cm对应土层中,水分变异系数小于盐分变异系数,且都属于中等变异性;土壤各层水分和盐分含量总体都呈现出表层土壤水分和盐分含量较低,深层土壤水分和盐分含量较高的分布规律;在0~100 cm土层中,随着深度增加,水分和盐分含量呈现出先增大后减小的趋势;设置排盐沟,能够使土壤盐分向排盐沟运移,有助于棉田改良。     

裸岩石砾地覆土厚度对土壤水分的影响

覆土厚度与土壤水分的关系密切,直接影响到土地的整治与利用效果。设置一试验小区,在分析土壤水分的时间动态分布特征及空间变化特征的基础上,研究了裸岩石砾地不同覆土厚度对土壤水分的影响。结果表明:覆土厚度在50 cm以内时,土壤水分的时间变异性较大,土壤水分随土层深度的增加而增加,覆土厚度对表层土壤水分含量影响较大;覆土厚度超过50 cm后,土壤水分含量相对稳定,时间变异性较小,土壤水分随土层深度的增加呈先增大后减小趋势,表层土壤水分含量变化不大。通过分析得出,为保障土壤水分含量,在裸岩石砾地整治中,覆土厚度不宜小于50 cm,研究成果为类似地区土地整治中覆土厚度的确定提供了一定的理论依据。     

加气灌溉对部分土壤生境因子的影响

通过温室小区试验,研究了加气灌溉对土壤生境因子的影响。结果表明:与对照处理相比,加气灌溉降低了4.0%的平均土壤含水量,增加了1.5%的平均土壤O_2含量、3.4%的平均土壤温度、3.7%的平均土壤NO_3~-—N含量及1.0%的平均土壤NH_4~+—N含量。加气灌溉对试验中观测的土壤生境因子的影响不显著(p0.05),但土壤生境因子的微小改变可能会大幅改变土壤的环境效应和作物产量及品质,值得进一步研究。该研究对深入研究和客观评价加气灌溉技术具有重要意义。     

土壤非饱和导水率机理的探讨

本文从土壤微观结构的统计学角度出发，提出各向均一土壤孔径统计分布曲线的幂函数表达式，由虎论证了土壤非饱和导水率随含水率而变的统计特征和物理机理，导出了相应函数关系，用文献提供的萨庇壤和吉里粉壤土实验成果，对上述关系做了验证。     

干旱半干旱矿区采煤裂缝对土壤水分的影响研究

为研究采煤塌陷裂缝对土壤水分的影响,选取了阜新塌陷区为研究区,应用系统聚类、Mann-Kendall秩次相关检验法及多元线性回归等数理统计的方法,研究了塌陷裂缝不同深度的土壤容重变化特征,分析了塌陷裂缝尺度、距裂缝距离和土壤含水率的关系。研究结果表明,研究区土壤容重随着埋深线性增大,且容重的变化幅度具有明显的突变点,连通裂缝、隐伏裂缝和非塌陷区的突变点位置分别为50cm、70cm和150cm;同一尺度不同深度裂缝处,裂缝宽度对土壤含水率的影响随深度的增加而减小;在同裂缝同深度情况下,随着与裂缝距离的增加土壤含水率越高,至2m后影响不明显。裂缝尺度影响了土壤含水量的空间分布特征,裂缝尺度的增大使得土壤含水率平均偏差增大。