植物混掺条件下二维土壤水分运移试验及模拟研究

【摘要】近年来我国环境问题频发,水资源短缺、沙漠化严重、土地大范围盐渍化、农作物减收减产,这些都成为制约我国经济发展的重要因素。寻求合理有效的方法改变土质、优化水资源利用成为全球研究的热点。土壤水分运移也成为服务于一系列土壤环境问题的重要学科。本文分析借鉴了国内外的研究成果,对作物留茬和秸秆还田等改善土质的方法进行研究,探索解决问题的新方法。本文主要以改善土壤结构、提高农田灌溉效率为目的,采用室内二维土槽试验与HYDRUS软件模拟相结合的方法,对植物混掺条件下的土壤水分运移情况进行了分析。获得如下主要结论：1、土壤水分在二维土槽试验中的运动规律表现为：累积入渗量随着时间的推移逐渐增加,但是增加速度逐渐减缓,最终趋于稳定；二维入渗的湿润锋为一近似椭球形的曲线,垂直方向的湿润锋推移距离大于水平方向,但是差别不大；入渗结束后对土壤含水量进行测量,发现含水量等值曲线与湿润锋推移曲线相类似,且离灌水沟距离越远,含水量越小。2、在土壤中添加不同种类和比例的混掺物能够改变土壤性质,从而对土壤水分运移规律产生影响。影响的结果根据混掺方式不同而存在差异。3、由于混掺种类的不同,对土壤水分运移规律的影响表现为：玉米叶对土壤水分入渗存在阻碍作用,在土壤中添加玉米叶能够减缓水分下渗速度,使水分水平扩散,同时提高浅层土壤的含水量；玉米芯则存在吸水性和边壁排水性两种作用方式,对土壤水分运移的影响也根据两种作用方式的强度不同而产生变化,主要还要考虑其他两种处理因素的影响。4、对设置不同混掺比的处理进行对比,结果显示混掺比越大,混掺物的作用效果越明显,尤其是3%玉米叶的阻水效果,较1%玉米叶混掺增长迅速；对于玉米芯混掺处理,在混掺比为1%时表现边壁排水性占优势,加速水分入渗速度,当混掺比为3%时,则吸水性占优势,减缓入渗速度,提高土壤持水性。5、不同的混掺层埋深也对土壤水分运移的规律产生影响,这主要是由于混掺深度不同,混掺层与水分的作用面积与接触时间不同造成的。当埋深较深时,植物混掺层的作用效果被加强,不仅有效阻碍了水分的垂直入渗,更提高了土壤的持水性和水平扩散作用。6、采用HYDRUS对土壤水分特征曲线进行模拟,并于试验所得数据拟合,选取最优经验模型,为VanGenuchten模型。再利用最优拟合模型对植物混掺条件下的二维入渗规律进行模拟,将模拟所得的湿润锋和含水量等数据与实测值进行对比分析,结果显示相似度达0.9以上,模拟效果良好。
【作者】任倩慧；
【导师】赵廷红；郑健；
【作者基本信息】兰州理工大学，水利水电工程，2014，硕士
【关键词】植物混掺；HYDRUS模拟；水分运移；含水量；累积入渗量；湿润锋；

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