生物炭对紫色土水分下渗及再分布过程影响研究

发布时间：2020-04-02 14:10

【摘要】：紫色土广泛分布于我国西南和南方山地丘陵区,特别是川渝丘陵区及低山区分布最广。但由于紫色土成土过程特殊,使其土层浅薄,抗蚀性差,加上重庆地处长江上游亚热带地区,降雨量大而集中,降雨时空分布十分不均匀,特大暴雨和季节性干旱频繁发生,致使紫色土坡耕地水土流失严重。水土流失不仅导致土壤肥力下降,土壤退化等,而且制约着重庆农业经济的可持续发展;同时水土流失还将大量的泥沙和土壤中的污染物携带至三峡水库,影响水库水质,使三峡库区农业面源污染日趋严重。国内外很多学者对土壤入渗问题进行了较为深入的研究,但我国西南地区紫色土土壤入渗机理的研究还有待加强,特别是紫色土作为重庆农业用地最为普遍的土壤类型,重庆地处三峡库区上游,对农业用土的研究至关重要;目前关于紫色土下渗研究大多集中在纯紫色土研究,而对于将紫色土和生物炭混合添加,通过不同添加量、不同添加方式的研究还不多见。本文以西南大学紫色土试验基地内紫色土和水稻秸秆制备的生物炭为原料,建立紫色土-生物炭混合体下渗模型,探究不同条件下紫色土、紫色土和生物炭混合体的下渗及水分再分布规律。为重庆典型紫色土区域水分运移提供理论基础,也对减缓耕地水土流失、预防农业面源污染、改善土壤持水性能有着重要的现实意义及实践价值。研究的主要结论如下:(1)土壤容重和土壤初始含水率是影响土壤下渗的直接影响参数。容重越大,入渗率和湿润锋运移速率越小,湿润锋运移至底部所用时间越长,累积入渗量越小;初始含水率越大,初始入渗率、稳定入渗率越小,但初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率越大,湿润锋运移至底部所用时间越短,累积入渗量越小。(2)添加适量生物炭可以促进下渗和湿润锋运移,但添加量超过一定范围会阻碍下渗的进行,最大促进下渗率和湿润锋运移速率的生物炭添加量在0%~10%之间;添加生物炭可促进累积入渗量,且随生物炭添加量的增加出现先增大再减小的趋势,最大促进累积入渗量的生物炭添加量在5%~15%之间。(3)下渗刚结束时,影响各土层土壤含水率分布的主要是累积入渗量和土层深度,土壤的连续性也会影响各土层土壤含水率的分布曲线。添加生物炭可以减少土壤的蒸发损失,增大土壤的吸水能力,增强土壤的持水、固水能力,减少土壤水分流失,且生物炭促进土壤的持水效果在土壤的中下层更为明显。(4)不同生物炭添加方式下土壤水分再分布情况差距显著,上层添加生物炭对垂直剖面上土壤含水率的分布趋势影响不大,但下层添加生物炭会改变垂直剖面上土壤含水率的分布情况。连续型均质土在150~200mm区域是土壤能较长时间处于一个土壤含水率较高状态的稳定区域,该区域可以持续稳定地为植物供水,促进植物生长。(5)下层添加生物炭时,下层土壤受上层土壤快且多的供水,后期下层土壤的含水率均大于全部添加生物炭情况下下层土壤的含水率,在实际生产中,对于深层根系需水量大的植物可采用下层布施生物炭的填土方法。上层添加生物炭时,生物炭添加的分界线也是土壤含水率的分界线,上层土壤的含水率一直高于分界线下层土壤的含水率,实际生产中,可用此方法分离土壤上下层含水率。(6)下渗率随时间的变化符合幂函数关系,运用Origin 8.0拟合Kostiakov函数模型和Philip函数模型,模型精度和稳定度都较高(R~2=0.97),但Kostiakov下渗模型的拟合优度更高,可适用于瞬时或稳定下渗率的预报工作,Philip模型不适用于稳定下渗率的预报,只适用于瞬时下渗率的预测。
【图文】：

西南大学硕士学位论文径流，完成水循环过程的重要环节[7-8]。主要有以下概念。供水强度。供水强度是指降雨或者灌溉水喷洒的强度，表表土壤截获的水量。当只有降水补给土壤水时，供水强度下渗率。下渗率也叫下渗强度，，在下渗过程中不断变化[9]，入单位面积土壤的水量[10]，用 mm/min 或 mm/h 表示。下渗能力。当土壤表面水分供应充足时，此时的下渗率成量。下渗容量只与初始土壤含水率和土壤质地、结构有关下渗曲线。下渗曲线指的是下渗能力 f 随时间 t 的变化过程

图 1-2 地形坡度对下渗量的影响Fig. 1-2 Influence of terrain slope on infiltration地面上的覆盖物、耕作措施以及下渗水的质地等因素都如植被覆盖或地面上的枯枝落叶都具有滞水作用，增加流[22-23]，增加了下渗量。的理论公式模型，法国工程师 Darcy 通过大量试验提出了土壤水分运动早的入渗理论公式[26]，如下所示：

本文编号：2612058