本文關(guān)鍵詞：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　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：我國農(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采的問題;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(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)土壤失水過程中的收縮特性進(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van Genuchten模型可作為最優(yōu)模型同時(shí)對(duì)5種土壤進(jìn)行土壤水分特征曲線擬合;在土壤水分特征曲線測(cè)定過程中,5種供試土壤的收縮量表現(xiàn)為LNSX-AYNXJSD,且土壤有效收縮度隨吸力增加呈現(xiàn)對(duì)數(shù)增長趨勢(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PDWSWH,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裂程度分別表現(xiàn)為WHPDWS和PDWSWH。(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+(P0.01)、高濃度Na+(P0.05)和低濃度Mg2+可減輕土壤軸向收縮度,在收縮過程中,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種鹽陽離子均可減輕土壤開裂程度,且土壤裂隙面積密度和長度密度與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均可減緩濕潤鋒下移并對(duì)土壤水分具有減滲效果,濕潤鋒運(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)照處理相比,SX-B土樣濕潤鋒運(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)土壤持水特性和水分入滲-蒸發(fā)特性進(jìn)行了分析研究;然而不同類型添加物和鹽分的作用機(jī)理復(fù)雜,涉及到土壤化學(xué)等學(xué)科知識(shí),這還需今后做進(jìn)一步深入分析。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S152.7

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本文編號(hào)：1312298