肥液浓度对土壤水力特性参数的影响
发布时间：2021-06-14 14:54
为了研究不同肥液（尿素）浓度对土壤水力特性参数的影响,选取陕西省杨凌区一级阶地的砂壤土和三级阶地黏壤土为供试土壤进行一维垂直入渗试验,采用数值反演方法估算了不同肥液浓度条件下的土壤水力特性参数,并量化分析了土壤水力特性参数变化对累积入渗量的影响,最终建立了考虑肥液浓度变化的土壤水力特性参数估算式。结果表明,土壤饱和含水率θs、形状系数n、饱和导水率Ks均随肥液浓度的增大而逐渐增大,而进气值吸力的倒数α随肥液浓度的增大呈减小趋势;土壤水力特性参数对累积入渗量的敏感性关系为n>θs>Ks>α,其中α对累积入渗量的影响<10%;本试验条件下,θs、n与Ks与肥液浓度呈指数函数关系,利用估算结果模拟了一维垂直入渗过程中的累积入渗量和剖面含水率,并与实测值进行了比较,两者具有良好的一致性,说明所建考虑肥液浓度变化的土壤水力特性参数估算式是可靠的,研究结果可为农田水肥管理提供理论依据。
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
累积入渗量和剖面含水率分布的模拟值与实测值的对比
图1 累积入渗量和剖面含水率分布的模拟值与实测值的对比由图2和表4可知,黏壤土和砂壤土肥液入渗条件下,θs负扰动时累积入渗量减小幅度分别为8.46%～17.79%和7.83%～16.37%,正扰动时增加幅度分别为7.81%～15.13%和7.18%～12.85%,说明θs的变化与累积入渗量呈正相关,即相同初始条件下,累积入渗量随土壤饱和含水率θs的增大而增加,原因为θs增大说明土壤团聚体间的空隙增多[21],进而储水能力增大,在相同时间内累积入渗量会增加;α负扰动时累积入渗量增加幅度分别为4.62%～9.86%和4.89%～9.71%,正扰动时减小幅度分别为3.79%～4.14%和2.58%～4.95%,说明α的变化与累积入渗量呈负相关,原因为α与进气吸力是倒数关系,其值增大说明土壤相应的进气值吸力就会减小,土壤导水能力将减弱[22],进而使得相同入渗时间内的累积入渗量减少;黏壤土条件下n负扰动时累积入渗量减小幅度为14.23%～32.15%,正扰动增加幅度为11.18%～20.13%,砂壤土负扰动时减小幅度为13.59%～29.45%,正扰动增加幅度为12.74%～22.36%,说明n的变化与累积入渗量呈正相关,原因为n与土壤的孔径分布有关[23],n值越大,说明土壤的通气透水能力增强,导致相应的时间段入渗量增加;Ks负扰动时累积入渗量减小幅度分别为5.51%～11.28%和4.96%～11.01%,正扰动时增加幅度分别为5.30%～10.40%和6.45%～11.88%,说明Ks的变化与累积入渗量呈正相关,原因为Ks增大说明土壤的空隙逐渐增大[24],在一定程度上促进了土壤入渗能力。
本文采用指数函数估算不同肥液浓度条件下的土壤水力特性参数,结果表明其具有高的估算精度。但同时需注意,从水—溶质动力学理论分析而言,土壤水力特性参数θs、n、Ks与肥液浓度间应符合抛物线型函数,原因为当肥液(尿素)浓度较小时,在入渗过程中改变了土壤空隙结构,同时增大了湿润锋界面处的溶质势,使得总水势的势能差逐渐变大,在一定程度上增强了土壤入渗能力;但随着肥液浓度的进一步增加,导致水的黏滞性增大,即水的流动性变差,将降低土壤水的入渗能力。由于本文试验设置的肥液浓度梯度较小(0～1.0 g/L),无法体现该过程,对于该峰值还需进一步研究。表6 实测值与模拟值误差分析 土壤质地 θ0/(cm3·cm-3) 肥液浓度C/(g·L-1) 累积入渗量 剖面含水率 RMSE/cm ENS MAPE/% RMSE/(cm3·cm-3) ENS MAPE/% 黏壤土 0.108 0.4 0.102 0.999 1.35 0.012 0.985 3.25 0.8 0.357 0.991 4.21 0.014 0.980 3.48 均值 0.230 0.995 2.78 0.013 0.983 3.36 砂壤土 0.073 0.4 0.110 0.998 1.17 0.009 0.987 3.69 0.8 0.384 0.983 4.52 0.012 0.981 4.56 均值 0.247 0.991 2.85 0.011 0.984 4.13 注:RMSE、ENS和MAPE分别表示实测值和模拟值的均方根误差、纳什效率系数和平均绝对误差;黏壤土和砂壤土土壤容重分别为1.35,1.45 g/cm3;θ0为初始含水率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]沟灌肥液入渗硝态氮运移特性数值模拟及影响因素分析[J]. 聂坤堃,聂卫波,白清俊. 农业工程学报. 2019(17)
[2]黄土区坡面尺度不同植被类型土壤饱和导水率剖面分布及影响因素[J]. 毛娜,黄来明,邵明安. 土壤. 2019(02)
[3]基于HYDRUS-1D模拟的变水头入渗条件下VG模型参数敏感性分析[J]. 张海阔,姜翠玲,李亮,朱立琴. 河海大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]涌泉根灌湿润体水氮运移特性试验研究[J]. 何振嘉,傅渝亮. 排灌机械工程学报. 2019(01)
[5]涌泉根灌不同浓度肥液入渗特性及土壤湿润体模型研究[J]. 何振嘉,傅渝亮,王博,费良军. 农业工程学报. 2018(24)
[6]改进的水动力参数模型在非饱和土壤溶质运移问题中的应用[J]. 任长江,王建华,赵勇,白丹,龚家国. 水动力学研究与进展（A辑）. 2018(04)
[7]膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性的影响[J]. 刘利华,费良军,陈琳,白瑞. 水土保持学报. 2018(03)
[8]尿素浓度对土壤水分特征曲线及持水性的影响研究[J]. 董晓华,郭梁锋,马海波,姚着喜,刘旋旋. 节水灌溉. 2018(01)
[9]沟灌土壤湿润体空间矩特征参数估算模型[J]. 聂卫波,马孝义,聂坤堃,费良军. 水科学进展. 2017(06)
[10]一维水流及溶质运移对VG模型参数的敏感性分析[J]. 高志鹏,屈吉鸿,陈南祥,李五金. 节水灌溉. 2017(11)
硕士论文
[1]不同水肥热条件下土壤水分运动参数与氮素转化参数研究[D]. 冯玚.太原理工大学 2017
本文编号：3230066
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
累积入渗量和剖面含水率分布的模拟值与实测值的对比
图1 累积入渗量和剖面含水率分布的模拟值与实测值的对比由图2和表4可知,黏壤土和砂壤土肥液入渗条件下,θs负扰动时累积入渗量减小幅度分别为8.46%～17.79%和7.83%～16.37%,正扰动时增加幅度分别为7.81%～15.13%和7.18%～12.85%,说明θs的变化与累积入渗量呈正相关,即相同初始条件下,累积入渗量随土壤饱和含水率θs的增大而增加,原因为θs增大说明土壤团聚体间的空隙增多[21],进而储水能力增大,在相同时间内累积入渗量会增加;α负扰动时累积入渗量增加幅度分别为4.62%～9.86%和4.89%～9.71%,正扰动时减小幅度分别为3.79%～4.14%和2.58%～4.95%,说明α的变化与累积入渗量呈负相关,原因为α与进气吸力是倒数关系,其值增大说明土壤相应的进气值吸力就会减小,土壤导水能力将减弱[22],进而使得相同入渗时间内的累积入渗量减少;黏壤土条件下n负扰动时累积入渗量减小幅度为14.23%～32.15%,正扰动增加幅度为11.18%～20.13%,砂壤土负扰动时减小幅度为13.59%～29.45%,正扰动增加幅度为12.74%～22.36%,说明n的变化与累积入渗量呈正相关,原因为n与土壤的孔径分布有关[23],n值越大,说明土壤的通气透水能力增强,导致相应的时间段入渗量增加;Ks负扰动时累积入渗量减小幅度分别为5.51%～11.28%和4.96%～11.01%,正扰动时增加幅度分别为5.30%～10.40%和6.45%～11.88%,说明Ks的变化与累积入渗量呈正相关,原因为Ks增大说明土壤的空隙逐渐增大[24],在一定程度上促进了土壤入渗能力。
本文采用指数函数估算不同肥液浓度条件下的土壤水力特性参数,结果表明其具有高的估算精度。但同时需注意,从水—溶质动力学理论分析而言,土壤水力特性参数θs、n、Ks与肥液浓度间应符合抛物线型函数,原因为当肥液(尿素)浓度较小时,在入渗过程中改变了土壤空隙结构,同时增大了湿润锋界面处的溶质势,使得总水势的势能差逐渐变大,在一定程度上增强了土壤入渗能力;但随着肥液浓度的进一步增加,导致水的黏滞性增大,即水的流动性变差,将降低土壤水的入渗能力。由于本文试验设置的肥液浓度梯度较小(0～1.0 g/L),无法体现该过程,对于该峰值还需进一步研究。表6 实测值与模拟值误差分析 土壤质地 θ0/(cm3·cm-3) 肥液浓度C/(g·L-1) 累积入渗量 剖面含水率 RMSE/cm ENS MAPE/% RMSE/(cm3·cm-3) ENS MAPE/% 黏壤土 0.108 0.4 0.102 0.999 1.35 0.012 0.985 3.25 0.8 0.357 0.991 4.21 0.014 0.980 3.48 均值 0.230 0.995 2.78 0.013 0.983 3.36 砂壤土 0.073 0.4 0.110 0.998 1.17 0.009 0.987 3.69 0.8 0.384 0.983 4.52 0.012 0.981 4.56 均值 0.247 0.991 2.85 0.011 0.984 4.13 注:RMSE、ENS和MAPE分别表示实测值和模拟值的均方根误差、纳什效率系数和平均绝对误差;黏壤土和砂壤土土壤容重分别为1.35,1.45 g/cm3;θ0为初始含水率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]沟灌肥液入渗硝态氮运移特性数值模拟及影响因素分析[J]. 聂坤堃,聂卫波,白清俊. 农业工程学报. 2019(17)
[2]黄土区坡面尺度不同植被类型土壤饱和导水率剖面分布及影响因素[J]. 毛娜,黄来明,邵明安. 土壤. 2019(02)
[3]基于HYDRUS-1D模拟的变水头入渗条件下VG模型参数敏感性分析[J]. 张海阔,姜翠玲,李亮,朱立琴. 河海大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]涌泉根灌湿润体水氮运移特性试验研究[J]. 何振嘉,傅渝亮. 排灌机械工程学报. 2019(01)
[5]涌泉根灌不同浓度肥液入渗特性及土壤湿润体模型研究[J]. 何振嘉,傅渝亮,王博,费良军. 农业工程学报. 2018(24)
[6]改进的水动力参数模型在非饱和土壤溶质运移问题中的应用[J]. 任长江,王建华,赵勇,白丹,龚家国. 水动力学研究与进展（A辑）. 2018(04)
[7]膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性的影响[J]. 刘利华,费良军,陈琳,白瑞. 水土保持学报. 2018(03)
[8]尿素浓度对土壤水分特征曲线及持水性的影响研究[J]. 董晓华,郭梁锋,马海波,姚着喜,刘旋旋. 节水灌溉. 2018(01)
[9]沟灌土壤湿润体空间矩特征参数估算模型[J]. 聂卫波,马孝义,聂坤堃,费良军. 水科学进展. 2017(06)
[10]一维水流及溶质运移对VG模型参数的敏感性分析[J]. 高志鹏,屈吉鸿,陈南祥,李五金. 节水灌溉. 2017(11)
硕士论文
[1]不同水肥热条件下土壤水分运动参数与氮素转化参数研究[D]. 冯玚.太原理工大学 2017
本文编号：3230066
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