斥水土壤中指流發(fā)育過程試驗研究.pdf

1、斥水性土壤在全球范圍內分布普遍，且對環(huán)境有著直接或間接的負面影響，如加劇土壤侵蝕和坡面徑流，引發(fā)土壤水分的優(yōu)先流現象，從而導致土壤中溶質遷移、地下水污染等問題，不利于農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了研究土壤斥水性(SWR)的產生機理和影響因素，以新疆瑪納斯河流域主要灌區(qū)的農田土壤為研究對象，分別采用了滴水穿透時間(WDPT)、酒精摩爾濃度(MED)和接觸角(ω)三種指標表征SWR，探討各指標之間的聯系和差異，其中，接觸角ω的測定采用了高度法和質量

2、法兩種方法;對WDPT值是否受烘干及不同容重值的影響進行了比較，研究了影響SWR的關鍵理化性質因素，探討了SWR的形成機理和產生原因。在對SWR指標進行分析的基礎上，進一步對斥水土壤中的水分運動進行研究，采用人工添加斥水劑配置不同斥水程度土壤的方法，通過室內土箱入滲試驗，分析了不同斥水程度下均質和非均質（層狀）土壤中的水分運移情況，并且對出現的指流現象選取了多種指標進行了定量分析。研究的主要結果有:
　　(1)三種SWR指標（WD

3、PT、MED及ω）之間存在一定程度的相關性，但MED與θ的相關性不明顯，各SWR指標之間雖有一定聯系，但存在著一定差異性;高容重土壤的WDPT值比低容重土壤的大，烘干土壤的WDPT值比風干土壤大。采用高度法和質量法測量水與土壤界面的ω值時，高度法的ω值大于質量法，高度法重復之間的差異小于質量法;使用正辛烷作為參比溶液測量水-土壤界面的ω值時，其重復間的差異較小，低于無水乙醇。在多種理化性質中，粘粒含量比其他土壤屬性更明顯地影響WDPT和

4、ω;鉀離子濃度和鈉離子濃度均與ω呈正相關;蒙脫石含量與WDPT和MED呈負相關。土壤SWR的三種測定方法中，WDPT法操作簡單易行，但結果易被影響;MED法縮短了入滲時間但試驗過程較為耗時;接觸角法雖然操作復雜，但測定結果相對精確，其中以正辛烷作為參比溶液的高度法使測定結果更加可靠。
　　(2)不論是在均質土壤中還是層狀土壤中，斥水性都可以阻礙水分的入滲，降低入滲率。在斥水等級相同的均質土壤中，壤土的入滲耗時比渭河砂土的耗時長，表

5、明水分在細質地土壤中的運移速度明顯低于砂質土壤。塿土在親水、輕微斥水、強烈斥水、嚴重斥水和極度斥水級別下的處理中，隨著入滲時間的增加，累積入滲量(CI)均表現為逐漸變緩的趨勢。而在渭河砂土中，除去親水外的其余四個斥水等級，CI曲線均出現了隨時間逐漸增加的趨勢，這與塿土的變化趨勢相反;同時，斥水土壤中出現指流可引發(fā)水分的快速入滲。
　　(3)在均質斥水土壤中，隨著斥水程度變強，濕潤鋒從幾近均勻狀態(tài)，逐漸發(fā)展成不均勻形態(tài)，并且引發(fā)了非

6、均勻流和指流。在相同的斥水程度下，渭河砂土比壤土更易表現出濕潤鋒的不穩(wěn)定性，表明在粗質地的斥水土壤中更易引發(fā)不穩(wěn)定流和指流。累積濕潤面積（WA）與CI表現出較好的正相關關系。但在均質強烈斥水渭河砂土到均質極度斥水渭河砂土的處理SL3～SL5中，這種關系卻符合冪函數的形式，這表明指流發(fā)生后，可以在較小的區(qū)域中瞬間通過較大的水流量。對SL3～SL5中所出現的指流進行相關指標的計算，指鋒流速Fv隨著斥水性的增強先略有增加，然后開始變緩;隨著斥

7、水性的增強，指流形態(tài)在均質渭河砂土中由細長變得短粗;指流長度FL與WA之間有較好的正相關關系，表明入滲量越大，引發(fā)的指流越長。SWR可以在一定程度上增強土壤含水率（θv）分布的不均勻性，但是不同的斥水等級對θv分布不均勻性的影響程度存在一定差異。壤土組中，均質極度斥水壤土LL5的變異系數Cv達到最大，說明θv的分布最不均勻。在均質渭河砂土中，強度斥水等級處理的SL3中Cv達到最大，且渭河砂土θv的變異性要高于塿土，說明斥水性砂質土比粘性

8、質地土壤更容易出現非均勻流。
　　(4)層狀斥水土壤中的水分運移情況與親水層狀土壤的不同，比均質斥水土壤中更容易發(fā)育指流。CI大致隨上層土壤斥水程度的增加而降低，并且上層土壤的質地對濕潤鋒的運移程度和CI的控制力比下層強。隨著上層土壤斥水性的提高，指流的濕潤鋒變得更加不規(guī)律，而且相關的指流指標(包括指流長度FL、指流寬度FWh、指鋒流速Fv、指根流速Bv、指流形態(tài)指數SI和指流分布指數DI)也隨著斥水性的變化而發(fā)生改變;表征指流發(fā)

9、展的不規(guī)則性指標SI和DI的最大值出現于GAL3（強烈斥水粘壤土/砂土）和GCL5（極端斥水粘壤土/砂土），這表明了指流最易發(fā)生的土壤斥水和層位條件。在不同的斥水等級下，指流參數的變化也相對隨機，但是在不同斥水級別和親水的處理之間，仍然存在明顯差異。CI和WA、CI和FL之間均存在較好的線性關系。上層10cm土壤的θv隨著斥水程度的增加而下降，但明顯高于下層土體。斥水層狀土的入滲和指流發(fā)展并不完全依斥水等級的增加而呈規(guī)律性變化，斥水性和