添加物與鹽分對(duì)土壤持水與水分入滲-蒸發(fā)特性的影響.pdf

1、我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量大且利用效率較低，加之正面臨淡水資源短缺和供需矛盾突出的現(xiàn)狀，故發(fā)展劣質(zhì)水灌溉有利于緩解淡水資源透支開(kāi)采的問(wèn)題;另一方面，在不當(dāng)?shù)耐恋乩梅绞接绊懴?，農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致土壤持水能力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，故采用投入成本低且操作簡(jiǎn)單的方法（例如向土壤中施加保水材料）改善土壤持水能力尤為重要。因此，發(fā)展非優(yōu)質(zhì)水灌溉和提高土壤持水能力具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，同時(shí)也可降低農(nóng)田作業(yè)投入產(chǎn)出比。
　　本文以新疆砂壤土(XJ)、遼寧砂壤土(

2、LN)、山東壤土(SD)、陜西粉黏壤土(SX-A)、云南黏壤土(YN)和陜西黏壤土(SX-B)作為供試土壤，依據(jù)微咸水、咸水、鹽水和鹵水劃分標(biāo)準(zhǔn)，分別配制1、5、30和100 g/L的KCl、NaCl、CaCl2和MgCl2等4種溶液作為非優(yōu)質(zhì)入滲水源，選取小麥秸稈(WS)、麥殼(WH)和菜籽油渣(PD)作為土壤保水材料，開(kāi)展了室內(nèi)一維土柱模擬試驗(yàn)。重點(diǎn)研究了鹽分類型及濃度和添加物類型及施量對(duì)土壤持水能力的影響，同時(shí)對(duì)土壤失水過(guò)程中的收

3、縮特性進(jìn)行評(píng)價(jià);并研究了不同水質(zhì)鹽溶液和添加物對(duì)水分入滲和蒸發(fā)過(guò)程及其再分布特性的影響。主要取得以下研究成果:
　　(1) YN、LN、XJ、SD和SX-A土樣的土壤水分特征曲線適宜擬合模型分別為VG-B(m，n)、LND-M、VG-M(1-1/n,n)、VG-M(1-1/n，n)和VG-B(m，n)模型，其中vanGenuchten模型可作為最優(yōu)模型同時(shí)對(duì)5種土壤進(jìn)行±壤水分特征曲線擬合;在土壤水分特征曲線測(cè)定過(guò)程中，5種供試土

4、壤的收縮量表現(xiàn)為L(zhǎng)N＞SX-A＞YN＞XJ＞SD，且土壤有效收縮度隨吸力增加呈現(xiàn)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì);三直線模型可用于對(duì)土壤收縮特征曲線進(jìn)行描述，并可劃分為偽飽和段、結(jié)構(gòu)段和超正常段。
　　(2) WS、WH和PD等3種添加物有利于提高土壤持水能力，持水效果表現(xiàn)為PD＞W(wǎng)S＞W(wǎng)H，且持水能力隨添加物施量增加而增強(qiáng)，可分別提高土壤含水率約22.80％、10.93％和7.19％;結(jié)合毛管理論改進(jìn)的van Genuchten模型可對(duì)含有添加物條

5、件的土壤水分特征曲線進(jìn)行擬合，并采用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)率定。含有添加物土體線縮率隨吸力增加呈現(xiàn)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)、隨含水率增加呈現(xiàn)Logistic形式減小趨勢(shì);與純土相比，3種添加物可減小土壤收縮度和裂縫，不同處理的土體幾何收縮量和開(kāi)裂程度分別表現(xiàn)為WH＜PD＜WS和PD＜WS＜WH。
　　(3)K+、Na+、Ca2+和Mg2+等4種鹽離子易降低土壤持水能力，且土壤持水性隨鹽溶液濃度增高而降低;van Genuchten模型適合用于此4種

6、鹽離子溶液浸泡土壤的水分特征曲線擬合;4種離子易降低土壤飽和含水率、殘余含水率和進(jìn)氣吸力，其中土壤飽和含水率隨溶液濃度增加而降低。土體軸向收縮應(yīng)變與K+和Na+濃度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且分別存在極顯著和顯著相關(guān)性，K+(P＜0.01)、高濃度Na+(P＜0.05)和低濃度Mg2+可減輕土壤軸向收縮度，在收縮過(guò)程中，4種離子導(dǎo)致土壤容重增加的幅度表現(xiàn)為Mg2+＞Ca2+＞Na+＞K+;4種鹽陽(yáng)離子均可減輕土壤開(kāi)裂程度，且土壤裂隙面積密度和長(zhǎng)度

7、密度與K+、Na+和Ca2+濃度呈負(fù)相關(guān)、與Mg2+濃度呈正相關(guān)關(guān)系，且與K+、Na+和Mg2+濃度存在極顯著相關(guān)性、與Ca2+濃度存在顯著相關(guān)性。
　　(4) PD和WS均可減緩濕潤(rùn)鋒下移并對(duì)土壤水分具有減滲效果，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離和累積入滲量均隨添加物施量增加而減小;另一方面，二者均可抑制土壤蒸發(fā)，且累積蒸發(fā)量隨添加物施量增加而減小。摻混添加物土壤的累積入滲量與入滲歷時(shí)、累積蒸發(fā)量與蒸發(fā)歷時(shí)之間的關(guān)系可分別采用Kostiakov模

8、型和Rose模型進(jìn)行擬合;基于入滲和蒸發(fā)結(jié)束時(shí)的土壤剖面含水率，PD比WS更有利于提高土壤持水能力。
　　(5)對(duì)于楊凌當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤，整體表現(xiàn)出Ca2+和Mg2+更易導(dǎo)致濕潤(rùn)鋒下移，入滲結(jié)束時(shí)，土壤垂向剖面含水率隨溶液濃度增加而減小，且CaCl2和KCl溶液分別使得土壤剖面含水率最小和最大。擴(kuò)展對(duì)不同土壤的研究，表明對(duì)于YN、LN、SD、XJ和SX-B土樣，鹽溶液均可導(dǎo)致土壤水分加速入滲，但對(duì)土壤累積入滲量的影響差異較小;與對(duì)照處

9、理相比，SX-B土樣濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率受鹽溶液影響最小;另一方面，鹽溶液可導(dǎo)致土壤水分加速蒸發(fā)，此5種土壤水分散失分別受MgCl2、NaCl、CaCl2、KCl和NaCl溶液影響程度最低;入滲和蒸發(fā)過(guò)程結(jié)束時(shí)，此5種土壤剖面含水率分布分別受MgCl2、MgCl2 KCl、KCl和NaCl溶液影響程度最低。
　　添加物與鹽分對(duì)土壤水分特征曲線和水分在土體中的運(yùn)動(dòng)特征具有不同程度的影響，論文基于試驗(yàn)觀測(cè)并僅從土壤物理學(xué)角度對(duì)土壤持水特性和