不同地表條件下季節(jié)性凍融土壤入滲特性的試驗研究.pdf

1、本世紀(jì)，水資源短缺問題仍然十分突出，已經(jīng)成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。緩解水資源供需矛盾，一靠開源，二靠節(jié)流，農(nóng)業(yè)節(jié)水是節(jié)流中的重中之重。本文以干旱、半干旱氣候區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展、水資源高效利用為出發(fā)點，以山西省水文水資源勘測局太谷均衡實驗站為試驗基地，分析研究了季節(jié)性凍融期不同地表條件下凍融土壤的入滲特性及其影響因素。 試驗田塊分7種地表條件：休閑裸地(LD)、地膜覆蓋地(MD)、玉米秸稈覆蓋地(JD)地膜和秸稈二元覆

2、蓋地(JMD)、小麥裸地(XLD)、小麥秸稈覆蓋地(XJD)和草地(CD)。采用自制的雙套環(huán)入滲儀一維垂直積水入滲試驗法進(jìn)行了系列入滲試驗252組，同步監(jiān)測地溫和含水率的動態(tài)變化特征。本文全面系統(tǒng)地分析了季節(jié)性凍融期7種地表條件下土壤的凍結(jié)特征、入滲特性的季節(jié)變化規(guī)律及其影響因素，并利用數(shù)理統(tǒng)計方法對凍融土壤入滲能力進(jìn)行了預(yù)報。研究結(jié)果表明： 1.季節(jié)性凍融期地中溫度與日平均氣溫呈現(xiàn)出一致的變化趨勢，二者之間關(guān)系可以較好地用二次

3、多項式y(tǒng)=α0+α1x+α2x2來表示；隨著土壤深度的增加，地溫與日平均氣溫的相關(guān)程度降低。 2.土壤的凍結(jié)和融化實質(zhì)上是土壤水的凍結(jié)和融化，從研究凍融土壤入滲特性的角度出發(fā)，土壤的凍融過程大致分為三個階段，即初凍階段、穩(wěn)定凍結(jié)階段和解凍消融階段。土壤溫度狀況取決于輻射平衡(Qd)，不同地表條件下輻射平衡的差異使得土壤初始凍結(jié)時間和融化時間差異較大。LD初凍始于11月11日，MD、JD(XJD)、JMD和CD土壤的初凍時間分別滯

4、后裸地38d、45d、47d和7d。最大凍結(jié)深度LD、XLD和CD在60cm左右，MD、JD(XJD)、JMD分別為42cm、35cm和20cm。消融期MD和CD快速解凍，提前LD約10d，JD及XJD解凍滯后裸地約7d。 3.土水勢梯度是土壤水分運(yùn)動的驅(qū)動力，水力傳導(dǎo)度的大小是控制凍融土壤入滲能力的主要因素。與非凍結(jié)土壤相比，凍土具有明顯的減滲作用，減滲是由于土壤水分相變導(dǎo)致的土壤水力傳導(dǎo)度的減小所致。不同地表條件下凍融土壤入

5、滲能力差異較大，但具有相同的變化規(guī)律，即在季節(jié)性凍融期土壤入滲能力均經(jīng)歷由高到低、然后再增高的變化過程；入滲能力隨凍融歷時的變化過程可很好的用三次多項式描述。 4.地溫和土壤含水率對凍融土壤的入滲能力非常敏感，土壤含水率是土壤相變的物質(zhì)基礎(chǔ)，地溫是土壤發(fā)生相變的外界環(huán)境因素。地溫與未灌水不同地表地塊的入滲能力的相關(guān)程度較高，相關(guān)系數(shù)在0.799以上，而與灌水后的秸稈覆蓋地塊的入滲能力相關(guān)系數(shù)較低。不論何種地表條件，凍融土壤的入滲

6、能力均隨著土壤含水率的增大而減小，其關(guān)系可較好地用冪函數(shù)方程H90=Aθ-B表示，分析表明秸稈覆蓋地塊的土壤含水率與入滲能力的相關(guān)程度較低。 5.凍融土壤的入滲過程可很好的用考斯加科夫三參數(shù)土壤入滲經(jīng)驗?zāi)Ｐ头从常煌乇項l件下凍融土壤入滲能力可用土壤含水率、土壤溫度和日平均氣溫三變量線性模型來預(yù)報。 本研究以探索水資源高效利用及儲水保墑措施為目的，用以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際問題，對干旱和半干旱地區(qū)季節(jié)性凍融期儲水保墑及高效利用