本文關鍵詞：添加物與鹽分對土壤持水與水分入滲—蒸發(fā)特性的影響　出處：《西北農林科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：我國農業(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狀,故發(fā)展劣質水灌溉有利于緩解淡水資源透支開采的問題;另一方面,在不當的土地利用方式影響下,農田土壤結構被破壞,導致土壤持水能力呈現下降趨勢,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)質水灌溉和提高土壤持水能力具有現實指導意義,同時也可降低農田作業(yè)投入產出比。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,依據微咸水、咸水、鹽水和鹵水劃分標準,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,開展了室內一維土柱模擬試驗。重點研究了鹽分類型及濃度和添加物類型及施量對土壤持水能力的影響,同時對土壤失水過程中的收縮特性進行評價;并研究了不同水質鹽溶液和添加物對水分入滲和蒸發(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)模型同時對5種土壤進行土壤水分特征曲線擬合;在土壤水分特征曲線測定過程中,5種供試土壤的收縮量表現為LNSX-AYNXJSD,且土壤有效收縮度隨吸力增加呈現對數增長趨勢;三直線模型可用于對土壤收縮特征曲線進行描述,并可劃分為偽飽和段、結構段和超正常段。(2)WS、WH和PD等3種添加物有利于提高土壤持水能力,持水效果表現為PDWSWH,且持水能力隨添加物施量增加而增強,可分別提高土壤含水率約22.80%、10.93%和7.19%;結合毛管理論改進的van Genuchten模型可對含有添加物條件的土壤水分特征曲線進行擬合,并采用遺傳算法進行參數率定。含有添加物土體線縮率隨吸力增加呈現對數增長趨勢、隨含水率增加呈現Logistic形式減小趨勢;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。土體軸向收縮應變與K+和Na+濃度均呈負相關關系,且分別存在極顯著和顯著相關性,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種離子導致土壤容重增加的幅度表現為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+濃度呈負相關、與Mg2+濃度呈正相關關系,且與K+、Na+和Mg2+濃度存在極顯著相關性、與Ca2+濃度存在顯著相關性。(4)PD和WS均可減緩濕潤鋒下移并對土壤水分具有減滲效果,濕潤鋒運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、累積蒸發(fā)量與蒸發(fā)歷時之間的關系可分別采用Kostiakov模型和Rose模型進行擬合;基于入滲和蒸發(fā)結束時的土壤剖面含水率,PD比WS更有利于提高土壤持水能力。(5)對于楊凌當地農田土壤,整體表現出Ca2+和Mg2+更易導致濕潤鋒下移,入滲結束時,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。擴展對不同土壤的研究,表明對于YN、LN、SD、XJ和SX-B土樣,鹽溶液均可導致土壤水分加速入滲,但對土壤累積入滲量的影響差異較小;與對照處理相比,SX-B土樣濕潤鋒運移速率受鹽溶液影響最小;另一方面,鹽溶液可導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)過程結束時,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。添加物與鹽分對土壤水分特征曲線和水分在土體中的運動特征具有不同程度的影響,論文基于試驗觀測并僅從土壤物理學角度對土壤持水特性和水分入滲-蒸發(fā)特性進行了分析研究;然而不同類型添加物和鹽分的作用機理復雜,涉及到土壤化學等學科知識,這還需今后做進一步深入分析。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S152.7

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