不同粒径下土壤水分特征曲线的测定与拟合模型的研究

为研究不同粒径下土壤水分特征曲线的变化规律并探究描述曲线的最佳模型,以4种不同粒径的土壤为研究对象,用Ku-pF仪进行土壤水分特征曲线的测定,并用3种经验模型对实测曲线进行了拟合。试验结果表明:土壤粒径越小,其孔隙结构越密实,中、小空隙增多且连通性变差,土壤具有较高的进气值和良好的持水性能。不同经验模型对不同质地土壤的适用性不同,利用经验模型来拟合非饱和土壤水分特征曲线时,不能脱离参数的物理背景而单纯地追求拟合精度,通过对比、分析3种常用模型,得出Fredlund and Xing模型是描述土壤水分特征曲线的最佳模型。     

天津滨海地区3种典型土壤水分物理特性

采用压力膜仪法测定滨海地区盐渍土、吹填土和种植土3种典型土壤水分特征曲线,并用VG模型进行参数求解与曲线拟合.结果表明:VG模型能够较好地拟合天津滨海地区3种典型土壤的水分特征曲线,残差平方和较小.低吸力阶段,吹填土含水量最高,下降速度最快;高吸力阶段,吹填土的含水量介于盐渍土和种植土之间.心土层(20～40cm)、底...     

非饱和土壤水分运动参数的确定——以昆明红壤土为例

应用数学物理方法对降雨入渗、产流等水量转化关系模拟时,土壤水分运动参数即土壤水分特征曲线、扩散率、导水率是必不可少的数据,影响和控制着水及溶质在土壤和地下水中的分布和运移速度,是描述和研究土壤水运移的关键参数.以昆明地区红壤为例,利用离心机测定土壤水分特征曲线、水平土柱测定扩散率并计算出导水率,利用VG公式拟合土壤水分特征曲线,通过指数经验公式拟合土壤水体积分数与扩散率、导水率的关系,结果表明具有显著的相关性.在参数确定过程中,充分考虑了颗粒粒径、干容重等影响,得到了最优的土壤水分运动参数,为相关研究提供一定的参考.     

不同冻融时期土壤水分运动参数特征分析及数值模拟

为科学探究不同冻融期土壤水分运动参数变异规律,以野外大田实测土壤温度为参考.利用改进的水平土柱法测定土壤水分扩散率,用SW080B张力入渗仪测定土壤导水率.同时将试验获得的扩散率和导水率方程带入冻土水热运移方程,通过方程求解得出含水率值与实测值进行误差分析,进而验证土壤水分扩散率与导水率方程的适用性.研究结果表明:在快速冻结期,随土层深度增加,土壤扩散和导水能力呈现出增强趋势;在稳定冻结期,0～40cm土层扩散和导水能力变化不显著,且处于相对稳定状态;在融化期,土壤水分扩散和导水能力随土层深度增加呈现出先减小后增大的变化规律.此外,各土层含水率真实值和模拟值的均方根误差(RMSE)位于1.01～13.54cm~3/cm,误差较小.该试验方法能够较为精确的获取冻融期土壤水分运动参数,并且能够有效的实现冻融期土壤水分动态过程模拟.     

宁夏盐池县封育区沙地浅层土壤水分时空特征分析

以宁夏中部干旱带盐池县封育沙地为例,利用GPS定位,采用定位监测的方法,以自然状态下的流动沙地为对照,对不同封育年限的封育沙地的土壤水分时空特征进行分析.结果表明,不同类型封育沙地的土壤水分含量随着土层深度而变化,一般为表层土壤含水量均较低,随着土壤深度的增加,土壤含水量先增大后降低.土壤水分变异系数随着土层深度的增加均呈现出降低的趋势,土壤水分含量由大到小依次为流动沙地,封育2 a沙地,封育4 a沙地,人工恢复沙地.同时,根据生长季初末土壤含水量的变化特征,土壤水分的年内变化规律表现为流动沙地和封育2 a沙地的土壤水分为积累型,封育4 a沙地的土壤水分近似于平衡型,而人工恢复沙地的土壤水分则是消耗型.这主要是降水入渗补给和蒸腾蒸发两个相反过程相互制约的结果.     

果园土壤水分时间稳定性研究

利用TRIME-TDR获取烟台某果园0—30cm、0—60cm和0—100cm土层土壤水分,运用变异系数和相对偏差等方法研究土壤水分时间稳定性.结果表明,研究区大部分测点不同土层土壤水分在时间上的变异程度都属于中等变异;土壤水分时间稳定性随土层厚度增加而增强;基于土壤水分时间稳定性特征可确定研究区不同土层土壤水分平均值的代表性测点,且代表性测点的预测精度都较高;不同土层土壤水分平均值之间以及变异系数之间的相关性都较强,精度要求不高时,研究区0—60cm和0—100cm土层土壤水分平均值可分别用其代表性测点的上层土壤水分估算.     

基于MATLAB的土壤水分运移数值模拟

土壤水分运移曲线是模拟水分在土壤中运移的关键.基于水分运移RICHARDS方程的二维数值模型,采用MATLAB对膜下滴灌的点源和线源土壤水分运移过程进行数值模拟,以砂壤土的膜下滴灌为试验和仿真的对象,利用MATLAB中的PDE工具,对土壤水分运移过程进行数值模拟,得到滴灌条件下土壤水分的水平运移和垂直运移曲线,并将实测曲线和拟合曲线进行了比较,结果表明偏差较小.     

鼎湖山不同演替阶段的森林土壤水分动态

运用中子水分仪监测了鼎湖山土壤水分数据，分析了鼎湖山不同演替阶段林地的土壤水分动态及其特征，探讨了温室效应对自然群落演替下土壤水分的影响.研究表明，鼎湖山不同林型林地土壤水分变化具有明显的差异，但它们的总体变化规律基本一致，即季风林、混交林、针叶林同一土层土壤储水量具有相似的变化趋势，从地表往下，土壤各层储水量呈下降趋势.随着森林的演替，林地土壤持水能力增强，且逐渐集中分布在根系比较密集的土壤上层.从各土层间的相关性来看，季风林最强，其次为针叶林，混交林最小.根据各季节土壤储水量变化的特点，鼎湖山土壤水分变化的季节动态大致分为3个阶段：土壤水分亏损期（1-3月）、补偿期（4-9月）和相对稳定期（10-12月）.     

黑土区玉米地土壤水分的时空变异性研究

获取土壤水分的时空变异特征是土壤水分高效利用的基础,本研究以黑土区玉米地为平台,利用地统计学、多重分形和联合多重分形等方法,研究不同取样时间农田土壤水分的空间变异性.结果表明:黑土区玉米地土壤水分呈现多重分形特征,不同取样时间土壤水分均为弱变异;随取样时间变化,土壤水分变异程度呈增加趋势,由小于试验取样尺度引起的变异、0~20cm土层的空间相关范围以及20~40cm土层的空间相关程度呈减小趋势,0~20cm土层的空间相关程度以及20~40cm土层的空间相关范围变化趋势不明显;土壤很湿时,土壤水分的空间变异性往往由高值信息造成,其它情况下空间变异性往往由低值信息引起;土壤水分之间的多尺度相关程度明显大于单一尺度相关程度,0~20cm土层土壤水分之间多尺度相关程度的排序,与单一尺度上的排序相同,20~40cm土层单一尺度和多尺度上的相关程度排序不完全相同,分析土壤水分之间的相关性时,应着重考虑土壤水分之间的多尺度相关特征.     

晋西黄土区土地利用方式对土层有机质变异的影响

为揭示晋西黄土区不同土地利用方式下有机质的土层变异特征及其影响因素,选取刺槐林地、油松林地、荒草地和农田(玉米)坡地4种样地,分析土地利用方式、坡位、土层深度和土壤水分含量对土壤有机质含量的影响。结果表明,不同土地利用方式下土壤有机质含量大小顺序为:油松林地>刺槐林地>荒草地>农地; 坡位对土壤有机质含量及变异系数的影响复杂,难以出现一致性规律; 随土层深度增加,不同土地利用方式下土壤有机质含量差异显著,但均随着土层深度的增加而不断减小且变异性减弱; 两种林地和草地32～160 cm土层土壤水分与有机质含量呈显著正相关关系,而对于表层土壤和农地二者关系不密切。逐步回归分析表明,土层深度对土壤有机质空间变异影响最大。研究结果对晋西黄土区水土保持中林草措施的配置和生态环境建设有一定的参考价值。     

吉林西部盐碱土壤水力学参数特征及其影响因素

为探究吉林西部盐碱化土壤水力学参数的空间变化特征及其影响因素,测定了盐碱土和非盐碱土0~20,20~40,40~60,60~80,80~100 cm土壤水分特征曲线(SWCC)、容重、全盐量、含水量、机械组成等,利用van Genuchten模型(VG)进行曲线拟合和参数求解.结果表明,VG模型适于描述研究区盐碱土水分特征曲线;盐碱与非盐碱土壤水分特征曲线和Ks存在显著性差异;θs和n值变异性较弱,θr和α中等变异强度;Ks的空间变异性较强,盐碱土剖面为强变异(CV=109.09%),非盐碱土为中等变异强度(CV=51.09%);土壤全盐量与p H值、土壤机械组成是土壤水分特征曲线及Ks的主要影响因素.     

土壤水分空间分布研究——以斜峪河流域为例

利用经典统计学指标对斜峪河小流域土壤水分的整体特征进行分析,小流域土壤水分含量总体变化为7.81%~38.44%;从剖面分布看,上中下游0~80 cm各层平均土壤水分变化为13.91%~22.29%,上游土壤水分含量均大于中下游.利用半方差函数分析方法,研究了小流域土壤剖面水分空间分布特征,结果显示,上中下游0~80 cm土层平均土壤水分半变异函数最优模型分别为高斯模型、高斯模型、指数模型,各区段土壤剖面水分均表现为强烈空间自相关.     

毛乌素沙地南缘沙区不同类型地表水分特征曲线测定与分析

为探明不同类型地表(裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和藓类结皮)的持水性能,采用砂性漏斗法对毛乌素沙地南缘沙区不同类型地表表层[(0~5)cm]土壤水分特征曲线进行了测定;并用v-G模型进行拟合。结果表明:1不同类型地表持水性能有差异,持水性能由弱到强依次是裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和藓类结皮,不同类型生物结皮样地持水性能分别是裸沙的1.3、1.7和2倍,不同类型生物结皮的持水性随结皮的发育呈增加的趋势;2不同类型地表土壤水分特征曲线呈"S"型分布,不同类型地表吸湿过程较脱湿过程具有显著的滞后性;3用v-G模型对测定结果进行拟合,拟合系数均小于0.009,拟合度高,表明该模型适用于此地区土壤,可用于模拟水分特征曲线;研究结果有助于全面了解生物结皮的水文效应,为受损系统的生态修复过程具有现实意义。     

基于水分变化动态方程的土壤水分变化量估算

以淮河流域地表土壤含水量为研究对象,利用2010年3~6月多时相MODIS数据和降雨量、土壤相对湿度等实测数据,结合水文模型和土壤水分变化动态方程,研究地表土壤水分变化量的模拟方法。结果表明:根据土壤水分变化动态方程估算的地表土壤含水量变化量,与实测值进行比较,在10 cm和20 cm深度处两者变化趋势一致,拟合的一元线性回归方程均能够通过显著性检验,相关系数分别为0.53和0.62,符合显著相关;均方根误差分别为9.87%和4.64%。可认为该方法能够较好估算地表浅层土壤含水量的变化量。     

不同类型结皮影响下土壤水分的变化规律

通过对库布齐沙漠不同类型结皮覆盖下不同深度土壤含水量的野外动态监测和室内实验测定,研究了不同类型结皮与土壤水因子的相互影响关系,结果表明:(1)土壤含水量在不同类型结皮影响下,随土层深度的增加,生物结皮表现为先下降后升高的趋势,物理结皮则表现为一直升高的趋势.(2)同一土层土壤含水量差异显示,0~5cm藓结皮和藻结皮与物理结皮土层含水量差异显著(P0.05),而藓结皮和藻结皮土层含水量只在降雨后差异显著(P0.05);5~10cm土层含水量只有藓结皮与物理结皮及降雨后藻结皮与物理结皮差异显著(P0.05);深层土壤含水量差异均不显著.(3)不同类型结皮影响下不同土层土壤水分含量日动态变化受土壤水分蒸发、深层土壤水和大气凝结水补给的影响,均显示8:00~16:00下降、16:00~8:00上升的规律.日变化幅度显示降雨前较小,降雨后明显增大;降雨后表层变幅最大,深层土层变幅最小;表层物理结皮降幅最大,藓结皮升幅最大.(4)生物结皮增加了表层土壤持水力,对深层土壤持水力几乎没有影响.     

三峡山地不同坡位土壤水分的时序变化研究

土壤水分是维持森林生态系统可持续的重要因子,降水作为土壤水分最主要的补给来源,定量认识两者的关系对深入了解土壤水分入渗及产流汇流等生态水文效应和区域水平衡至关重要.该文采用时间序列法分析了2018年—2019 年三峡山地大老岭林区典型小流域土壤含水量和降水之间的相关关系,结果表明：1) 研究区降水过程无显著自相关性,而土壤含水量呈现高度自相关性,且随时间尺度缩小不断增强;2) 降水量与土壤水分含量同消同涨,两者之间存在协相关关系,月尺度上土壤含水量与降水相关性较弱,日尺度上二者相关性呈明显的“单锋型”,小时尺度上降水序列和土壤水分序列相关性在降雨事件发生后2～4 h最显著;降雨72 h后,各深度土层相关系数差异明显减小.3) 在不同时间尺度下,不同深度土层土壤含水量与降水的协相关性变化趋势表现出较强的一致性,随土壤深度增加,土壤含水量与降水的相关性降低,且水分变化对降雨滞后性增加.4) 不同坡位土壤水分与降水的协相关性差异显著.坡下土壤含水量对降水的响应强烈,而坡上两者相关系数偏低.5) 土壤水分序列与降水序列协相关性在不同时间尺度有所差异,小时尺度和天尺度两者协相关性较为显著且均随着时间推移呈先增大后减小的特征,而月尺度两者相关性则表现为随滞后时间距增加而单调递减趋势.     

安太堡矿区在不同类型结皮影响下土壤水分的变化规律

通过对安太堡矿区不同类型结皮覆盖下不同深度土壤含水量的野外动态监测和实验室测定,研究了不同类型结皮与土壤水因子之间的相互影响关系。实验结果表明:第一,生物结皮可以增加表层土壤持水力但对深层土壤持水力几乎没有影响;第二,土壤含水量在不同类型结皮的影响下,随着土层深度的增加,生物结皮表现为先下降后升高的趋势,物理结皮则是表现为一直升高的趋势;第三,在不同类型结皮影响下不同土层土壤水分含量日动态变化受到土壤水分蒸发、深层土壤水和大气凝结水补给的影响。     

粒径对土壤水分特征曲线的影响研究

为了探究粒径大小对土壤水分运移的影响,用压力膜仪法测定了两种不同粒径石英砂的土壤水分特征曲线,并采用Van-Genuchten模型拟合得到土壤水分运动参数,拟合效果较好.结果表明在相同的环境条件下,细石英砂比粗石英砂具有更大的持水能力.     

降雨对秸秆还田玉米地土壤水分空间变异性的影响

基于TDR测量的黑土区玉米地土壤水分,应用多重分形等理论研究土壤水分空间变异特征对降雨的响应.结果表明:降雨前后土壤水分均为中等变异;相对于降雨前,降雨后不同土层土壤水分空间相关范围、空间相关程度和空间变异程度随时间的变化特征有所差异;降雨前后0～20cm土层空间变异性主要由其低值造成,其他土层主要由其高值引起;降雨前与降雨后第一天土壤水分的多尺度相关程度,小于与降雨后第二天的多尺度相关程度;与降雨前土壤水分空间相关范围、空间相关程度、空间变异程度及相邻土层土壤水分多尺度相关程度随土层深度增加的变化特征相比,除降雨后第一天空间变异程度、第二天空间相关范围的变化特征与降雨前不同外,降雨后第一天和第二天其他上述特征参数的变化特征与降雨前相同.     

防护林对库布其沙漠土壤理化性质的影响

结合野外采样和室内分析,对库布其8种防护林0~100 cm的土壤水分和0~60 cm的土壤养分进行分析.0~100 cm土壤水分随着土层深度逐渐增加,土层和防护林类型均对土壤水分有极显著影响,8种防护林样地的土壤水分从大到小依次为:旱柳+小美旱扬旱柳沙枣+沙柳沙枣速生杨速生杨+羊柴拧条羊柴.对0~60 cm的土壤养分分析表明,土层对7个土壤养分指标均无显著影响,表土层0~10 cm土壤养分高于10~60 cm土层的,表现出土壤养分的表聚效应.防护林类型对7个土壤养分指标均有极显著影响,柠条和旱柳样地中土壤养分较高,羊柴样地中土壤养分相对较低.结果表明:旱柳、旱柳+小美旱杨和柠条等防护林对土壤的改良作用较好,土壤有较好的水分和养分条件,林下草本植被的物种多样性和盖度都较高,羊柴和速生杨防护林表明对流沙的改良作用较差,土壤水分和养分较低,林下草本植物的物种多样性和盖度均较低.