温度影响下土壤水分运动模型

根据不同温度条件下的入渗资料，分析了活塞(Green-Ampt)公式在温度场中的适用性，认为，Green-Ampt公式适用于温度场影响下的土壤水分运动。温度影响下的土壤水分运动的通量主要依赖于概化区的饱和导水率、湿润锋处基质势以及温度，其中饱和导水率的温度效应较大，而基质势的温度效应较小，在较轻质地土壤中可以忽略基质势的温度效应。     

土—根界面行为对单根吸水的影响

本文主要讨论了冬小麦根尖在土壤水分胁迫下发生收缩，产生土根空气界面（ψｓ≤－０１ＭＰａ），从而影响土壤根系的水分动力学性质．试验观测到的最小根直径为初始根直径的５２％（ψｓ＝－１１ＭＰａ）．土根界面厚度随根直径的减小而增大，最大厚度为０１１７ｍｍ．土壤充分供水（０—－０１３ＭＰａ），根径向导度最小，是根吸水的限制因素；土壤水分胁迫（－０１２—－１０５ＭＰａ），土根界面导度最小，变为根吸水的限制因素；土壤严重干旱（＜－１０５ＭＰａ），土壤导度最小，土壤水分不足限制了根吸水．     

一年野生草本植物根系力学性能动态变化特征

土壤-根系复合体力学性能与根系力学性能密切相关。通过野外小区随机取样,测定了一年野生草本植物—狗尾巴草和稗草的根系参数和力学性能。结果显示:研究期间,狗尾巴草根系直径和根系密度参数随生长历时先增大后减小,稗草根系直径和根重密度随生长历时持续减小,而其含根量则随之先增大后减小;狗尾巴草根系直径小于稗草,但其含根量、根重密度、根长密度以及草根抗拉力和抗拉强度均大于稗草;两种植物单根抗拉力和抗拉强度分别与根系直径呈极显著幂函数正相关和对数负相关(P≤0.001),除较粗根系(0.6 mm)外,单根抗拉力和抗拉强度均随生长历时先增大后减小。试验结果有助于进一步了解土壤-根系复合体力学性能的动态变化特性征,以为固土护坡野生草本植物的选择提供一定理论依据。     

引黄泥沙对黏质盐土饱和导水率的影响

为研究引黄泥沙对黏质盐土颗粒组成和土壤饱和导水率(K_s)的影响,以滨海地区黏质盐土为研究对象,利用黄河三角洲引黄灌区亟须处理的淤积泥沙作为改良剂,分别进行了土壤颗粒组成和土壤饱和导水率测定试验。结果表明:(1)黏质盐土随配沙比例增大,极细砂含量由3.356 1%增长到61.461 1%,细砂含量由0.180 9%增长到2.459 7%,粗粉粒含量由47.437 4%降低至31.150 9%,细黏粒含量由29.015 3%降至3.893 9%;(2)土壤饱和导水率随配沙比的增大而增大,二者为极其显著的指数函数关系,决定系数为0.937 5,以理想饱和导水率为限制条件,适宜配沙比例为[45.7%,56.8%];(3)土壤粒级与土壤饱和导水率的作用强度大小排序为极细砂细砂粗粉粒中砂细粉粒细黏粒粗砂粗黏粒石砾;(4)建立了极细砂含量和细砂含量x与土壤饱和导水率的回归方程,分别为K_s=0.018 6e~(0.083x),K_s=0.0160 7e~(2.122x)。     

冻融作用对松嫩平原草甸土物理性质的影响

冻融作用可改变土壤容重、孔隙度、团聚体稳定性,及饱和导水率等物理性质。本文设置冻融强度-15～25℃和-5～25℃,冻融循环次数0、1、3、5次和初始低含水率Lw 6.5%,高含水率Hw 17%三个变量,旨在从机理上分析草甸土物理性质对冻融作用的响应机制。结果表明:除土壤容重和孔隙度外,土壤团聚体稳定性和土壤饱和导水率均发生显著变化(P0.05)。冻融作用使土壤容重和孔隙度分别呈现出减小和增大的趋势,随着冻融循环次数的增加,容重和孔隙度变化幅度逐渐减小,最后基本趋于稳定;冻融作用降低土壤团聚体稳定性,-15～25℃和-5～25℃条件下,分别在5次和3次达到稳定;冻融作用增加土壤饱和导水率,随着冻融循环次数的增加,土壤饱和导水率逐渐增加;相同条件下,冻融强度和含水率的增加均能使上述土壤物理性质指标变化更明显。     

华北地区滴灌控制基质势对生菜产量和水分利用的影响

利用三年试验资料研究了华北地区滴灌条件下,不同基质势处理(-10 kPa,-20 kPa,-30 kPa,-40 kPa,-50 kPa)对结球生菜产量、水分利用效率(WUE)及灌溉水利用效率(IWUE)等的影响。结果表明:随着滴头正下方0.2 m深度处土壤基质势控制的降低,整个生育期结球生菜的灌溉水量、累计耗水量明显减少,而水分利用效率和灌溉水利用效率随着土壤基质势控制的降低明显升高,但不同处理生菜总产量无显著差异。三年监测数据表明,受生长期降雨影响,大部分时间土壤基质势实际都维持在-30 kPa以上。因此,露地滴灌种植生菜,缓苗后,可通过控制滴头正下方0.2 m深度处土壤基质势下限高于-30 kPa来指导灌溉。     

辽西淋溶褐土土壤水动力学参数的推导及验证

土壤水动力学参数对指导农业生产、水利和水保工程设计是必不可少的。本文运用RETC软件,由土壤机械组成和容重推导出vanGenuchten模型的土壤持水曲线方程和土壤传导率方程,然后再对土壤持水曲线方程进行求导得出土壤比水容量方程,最后用实测结果进行验证。结果表明,土壤含水量θ(h)、土壤导水率K(h)计算值与测定值的相对误差均随着水势的降低而减小,土壤含水量的相对误差较土壤导水率低,且均小于10%,土壤导水率的相对误差范围在18%～39%。因此,运用RETC软件推导出的土壤水动力学参数还是可行的。     

不同根系分布模式下的土坡抗剪性能研究

以香根草根系及其所在土壤构成的根-土复合体为研究对象,通过室内直剪试验,探讨不同含水率和垂直压力条件下,不同根系分布方式对复合体抗剪性能的影响。结果表明:根系数量和径级相同时,在土壤天然含水率和2～3 m土层压力下,当所有根系均垂直于剪切面时,根系分布越集中,对根-土复合体抗剪强度的提升越明显;当根系以不同的空间角度均匀分布时,根-土复合体抗剪强度相对于素土的增长率大小顺序为根系全部垂直的分布方式(M_a)根系全部呈45°倾斜的分布方式(M_b)根系一半倾斜45°一半垂直的分布方式(M_c)。在天然含水率条件下,随着垂直压力的增大,根-土复合体的抗剪强度增长率呈现先减小后增大的趋势;随着含水率增大,土体内摩擦角先增大后减小,黏聚力总体呈减小趋势。     

风沙区采煤塌陷不同裂缝宽度下土壤水分特性研究

为揭示风沙区采煤塌陷不同裂缝宽度下土壤水分变化特征,以神府-东胜煤田石圪台煤矿塌陷区为研究对象,对研究区内不同裂缝宽度条件下(1、2、3、4、8 cm)的土壤含水量、田间持水量、最大吸湿量和土壤饱和导水率等土壤水分特性指标与无裂缝区进行对比分析。结果表明:无裂缝区土壤含水量、田间持水量和最大吸湿量均大于裂缝区;土壤饱和导水率小于裂缝区。在裂缝区,随土壤裂缝宽度的增加,土壤含水量、田间持水量和最大吸湿量逐渐减小,土壤饱和导水率逐渐增大。说明风沙区采煤塌陷裂缝在一定程度上破坏土壤原有结构,降低土壤持水,贮水能力,加快土地沙化,导致环境恶化,应引起当地政府部门重视。     

高羊茅根系增强土壤粘聚力的试验研究

为研究植物根系与土壤颗粒粘聚情况与抗剪强度的关系,选择高羊茅植物(Festuca arundinacea Schreb)(无植物对照)盆栽于3种不同土壤基质(高岭土、重钙土、河沙)进行控制性盆栽试验。分别测定生长形成根土复合体后根土复合体抗剪强度、及其对应下的根系表面积、体积以及长度、根系作用区的土壤pH值、电导率等指标。研究试验结果表明,在同一含水率、同一垂直荷载作用下活性的植物根系提高了土体抗剪强度(与素土对照相比)、粘聚力有明显提高,而内摩擦角提高程度较小。与无根系作用的土体相比,高羊茅—高岭土、高羊茅—重钙土根土复合体粘聚力c值增幅度在100%左右;3种土壤基质中由于河沙本底粘聚力低,高羊茅—河沙根土复合体粘聚力的增长倍数最大;而内摩擦角提高程度较小。通过根系分析,土体粘聚力随根系体积的增大有所增加,根土复合体区域的土壤电导率、pH值也有所提高。此外,对植物根系提高土壤粘聚力的这种"根土关系"和根土复合体提高土壤颗粒粘聚力的机制问题进行了探讨,根土作用通过粘聚力的提高与增强直接关系到土壤结构体形成与稳定,这对研究斜坡土壤的植物稳定与土壤破坏下的抗冲性、抗侵蚀能力大小与破坏分离过程等都有一定的指导意义。     

升压和降压过程玉米根系水分传输的比较

利用压力室连续测定了升压过程和降压过程玉米根系的水流量和导水率. 结果表明降压过程测得的根系水流量和导水率显著大于升压过程的, 并且前者的起始压小于后者. 根据根的复合运输模型, 这种差异可能是由于升压和降压过程中质外体运输途径的细胞壁空间充水程度不同造成的. 其生理意义在于使植物高蒸腾后仍维持高导水率, 有利于植株高蒸腾失水后复水.     

Spatial variability of soil hydraulic and physical properties in erosive sloping agricultural fields

It is essential to minimize soil quality degradation in sloping agricultural fields through stabilization and improvement of soil hydraulic properties using sustainable soil management. This study aimed to analyze the impact of different tillage practices, including conventional tillage (CT), minimum tillage (MT), and zero tillage (ZT), on soil hydraulic conductivity in a sloping agricultural field under maize–wheat rotation. The results showed that the highest runoff volume (257.40 m³), runoff coefficient (42.84%), and soil loss (11.3 t) were observed when the CT treatment was applied. In contrast, the lowest runoff volume (67.95 m³), runoff coefficient (11.35%), and soil loss (1.05 t) were observed when the ZT treatment was adopted. The soil organic carbon and aggregate mean weight diameter were found to be significantly greater (with mean values of 0.79% and 1.19 mm, respectively) with the ZT treatment than with the CT treatment. With the tilled treatments (CT and MT), substantial changes in the saturated soil hydraulic conductivity (k_s), near-saturated soil hydraulic conductivity (k), and water-conducting porosity (ε) were observed between two crop seasons. These three soil parameters were significantly higher in the period after maize harvesting than in the wheat growing period. In contrast, no significant difference in these soil parameters was found when the untilled treatment (ZT) was carried out. With regard to the slope positions, k_s, k, and ε showed different behaviors under different treatments. The toe slope position showed significantly lower k_s and ε values than the summit and middle slope positions. Of the evaluated tillage practices, ZT was found to be the most promising means to improve the soil hydro-physical properties and effectively reduce surface runoff and soil erosion.     

不同耕作措施及玉米生育期对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响

为探讨耕作措施和玉米季对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响,以横坡垄作坡面为研究对象,顺坡垄作坡面为对照,研究野外自然降雨条件下玉米季黄壤坡耕地土壤团聚体组成及其稳定性的变化特征,以期为山地黄壤区土壤抗蚀性研究提供理论依据。结果表明:①不同耕作措施对玉米种植土壤团聚体组成和稳定性影响显著,横坡垄作坡面较顺坡垄作含有更多大粒级团聚体;以(10,0.25]mm水稳性团聚体(WSA_>0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、结构体破坏率(PAD)、水稳性团聚体分形维数(D)、团聚体稳定性系数(ASI)为指标进行分析,得出横坡垄作坡面土壤团聚体稳定性较顺坡垄作坡面好。②随玉米生育期的推进,土壤大粒级团聚体含量及团聚体稳定性均呈现出显著升高的趋势,且在成熟期达极大值,表明玉米生育期也显著影响土壤团聚体组成及稳定性。③相关性分析得出,团聚体稳定性与根系密度、根表面积、根体积呈极显著正相关关系,根系的发育对增强研究区土壤团聚体稳定性具有重要的贡献。适宜的耕作措施和合理的种植模式均有助于研究区水土流失的有效防控。     

Influences of soil hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissures caused bygroundwater exploitation简

In order to study the influences of hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissure caused by groundwater exploitation,based on the Biot’s consolidation theory and combined with the nonlinear rheological theory of soil,the constitutive relation in Biot’s consolidation theory is extended to include the viscoelastic plasticity,and the dynamic relationship among the porosity,the hydraulic conductivity,the parameters of soil deformation and effective stress is also considered,a threedimensional full coupling mathematical model is established and applied to the study of land subsidence and ground fissures of Cangzhou in Hebei Province,through the analysis of parameter sensitivity,the influences of soil hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissure are revealed.It is shown that the elastic modulus E,the Poisson ratio v,the specific yield u and the soil cohesion c have a great influence on the land subsidence and the ground fissures.In addition,the vertical hydraulic conductivity z k and the horizontal hydraulic conductivity s k also have a great influence on the land subsidence and the ground fissures.     

林木根系对坡面土崩解特性的影响

林木根系能大大增强坡面土抗崩解能力。首先制作不同直径、含根量、分布形式、含水量的根系重塑土样,然后对不同条件下根-土复合体进行崩解试验,分析了林木坡面土体崩解特性的影响因素。实验数据表明:根系直径相同时,复合土含水量从15%增加到25%,水平根系的复合土抗崩解能力减小较快,垂直根系及复合根系抗崩解能力减小较慢;含水量一定时,3种根系分布形式的复合土抗崩解能力随根系直径和数量的增大而增大;根系直径和复合体含水量一定时,复合根系的根土复合体抗崩解能力最强,垂直根系次之,水平根系最弱。由此可以得出:林木根系影响土崩解的主要因素是根系分布形式,其次为土的含水量及根系直径,这对选择适宜林木植物护坡具有一定的借鉴作用。     

带缺陷膨润土防水毯的渗透试验

分别以自来水和0.05 mol/L的CaCl2溶液作为渗滤溶液研究带缺陷膨润土防水毯(GCL)的渗透性能。试验结果表明:自来水渗滤时,GCL的渗透系数随着缺陷直径的增大而增大,缺陷直径达11 mm时缺陷不能完全愈合,致使渗透系数超过1×10-9m/s。CaCl2溶液渗滤时,随着离子交换作用的进行,渗透系数随孔隙体积流量的增大有增大的趋势;缺陷直径小于5 mm时GCL具有一定的自愈能力,但增至7mm时缺陷不能愈合,溶液和缺陷的共同作用使得GCL的防渗性能很差。     

Performance of infiltration swales with regard to operation in winter times in an Alpine region

In cold climate regions winter conditions significantly influence the performance of stormwater infiltration devices. Frozen soil and water storage by snow changes their operation. In this paper winter operation of a grassed infiltration swale was investigated using on-site and laboratory measurements. The field investigation of a grassed swale at a parking place in an Alpine region showed that the swale fulfilled its function properly. Although the top layer was frozen for some time, the storage capacity of the swale was sufficient to store the precipitation until the conditions improved. The soil attenuated the air temperature, at 20 cm below ground surface the soil was only frozen for one week. winter maintenance proved to be a problem, together with the snow from the parking place a lot of gravel and fine particles were deposited at one end of the swale. This decreased the hydraulic conductivity at that point significantly. The laboratory tests with soil columns showed an increase of flow time through the soil column with decreasing soil moisture content. For soil temperatures below 0 degrees C the hydraulic conductivity was reduced for increasing initial soil moisture contents. All in all the hydraulic conductivity was best around 0 degrees C for all soil water contents. However, also at minus 5 degrees C the coefficient of hydraulic conductivity was always at least above 10(-6) m/s, thus within the range of tolerated hydraulic conductivity specified in the national guidelines. Nevertheless, the handling of the soil was found to have high influence on the results. The results indicate that in the Alpine region infiltration swales operate sufficiently under winter conditions although with decreased performance.     

包气带垂向渗透系数的原位试验研究

野外试验测定包气带渗透系数对于研究非饱和带水分运移过程、植物根系吸水特征及产汇流规律具有重要意义。本文采用Inverse Auger法在毛乌素沙地开展了原位包气带垂向渗透系数测定实验。通过实验数据分析表明:①为获得较可靠的垂向渗透系数,野外实验时,需要重复注水过程,使包气带应尽可能湿润,消除水平吸渗对垂向入渗的影响;②采用Porchet推导的计算公式计算包气带垂向渗透系数时,应对获取的数据进行统计分析,放弃不符合实验物理背景的数据。在上述分析基础上,计算得到实验介质平均垂向渗透系数为2.23 cm/h。上述原位实验数据的分析方法和实验结果对相关实验研究具有一定的借鉴意义。     

紫花苜蓿根系拉拔试验研究

为了研究紫花苜蓿根系的拉拔力学性质和评价其根系固土力学机制的增强效应,采用室外原位拉拔试验分析了影响苜蓿根系拉拔力的因素。试验结果表明：① 紫花苜蓿根系拉拔力随着直径、根长、根系表面积的增大而增大,抗拉力与直径增长趋势呈指数关系,根长L2（20~30 cm）比根长L1（10~20 cm）平均拉拔力增大了69.62%,根长L3（30~40 cm）比根长L2平均拉拔力增大了61.7%,根长L3平均拉拔力比根长L1增大156.16%。② 拉拔力随根系表面积的增大而增大;根长L2、L3的平均根系表面积分别是根长L1的2.28倍和5.17倍;根长L2、L3平均拉拔力分别是根长L1的1.70倍和2.66倍。③ 紫花苜蓿根系拉拔力与植物根径呈负相关,满足幂指函数关系。拉拔强度T的大小为T3 (30~40 cm)>T2 (20~30 cm)>T1 (10~20 cm),根长L2、L3的平均拉拔强度比根长L1的减小了14.70%,53.71%。     

秸秆还田下耕作深度对土壤机械组成和土壤密度影响

为探明耕作深度对秸秆还田下土壤机械组成和土壤密度的影响,进行了小麦秸秆还田玉米大田试验,设置了20 cm、25 cm、30 cm三个耕作深度,测定了玉米生育期的土壤机械组成、土壤密度和玉米收获时的根系量和产量。结果表明:三个耕作深度下,以犁底层为界,砂粒、粉粒和黏粒的含量在犁底层之上和之下变化显著,砂粒随着土层深度加大而减小,粉粒和黏粒则相反,但播前和收获时耕作深度对三个粒级在剖面的分布规律没有明显的影响。三个耕作深度的土壤密度在玉米不同生育时期的变化趋势相似,方差分析表明玉米生育时期对同一土层深度的土壤密度有影响,但规律不明显。耕作深度对玉米产量和根系量的影响相同,以耕作深度25 cm的根系量和产量为最大,耕作深度与耕层平均土壤密度呈显著负相关。