土壤表面电场对黄土母质发育土壤水分入渗特性的影响及模拟
发布时间：2021-03-05 09:57
水资源短缺是黄土高原地区农业生产和生态环境建设主要的限制因子。土壤水分入渗过程不仅决定着土壤对雨水和灌溉水等有限水源的利用程度,而且也深刻影响着地表径流和土壤侵蚀强度。土壤表面电场对团聚体稳定性具有重要影响,团聚体破碎后土壤孔隙将发生重要变化,并影响水分入渗过程。然而,目前关于土壤电场作用对黄土母质发育土壤水分入渗过程的影响尚不清楚,同时考虑表面电场作用后经典土壤水分入渗模型的适用性还有待进一步验证。因此,本研究采用室内一维定水头土柱模拟试验,通过定量调控土壤表面电场,研究了不同土壤电场强度对水分入渗速率、湿润锋运移、累积入渗量的影响,并采用Kostiakov模型和Philip模型对土壤水分入渗过程进行拟合。结果表明:（1）湿润锋运移速度、入渗速率和累积入渗量均随入渗电解质浓度的减小、表面电位（绝对值）和电场的增大而降低,这表明土壤表面电场对土壤水分入渗具有重要的、不可忽略的影响。（2）当电解质浓度<0.01 mol·L赵世伟,塿土和褐土的电位绝对值大于233 mV和223 mV时,土壤水分入渗特性参数随时间的变化曲线较为接近,表明233 mV和223 mV分别是影响两种土壤水分...
【文章来源】：土壤学报. 2019,56(06)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同电解质浓度下土粒周围电场强度分布
湿润锋是指水分下渗过程中湿润层下缘明显的干湿交界锋面，其运移速度的大小可反应土壤的输水能力[28]。湿润锋位置的变化可直观地反映土壤水的垂向运动特征。图2给出了不同电解质浓度条件下湿润锋运移位置的变化情况。从图中可以看出，电解质浓度对湿润锋的运移速度具有重要影响。随着电解质浓度增大，湿润锋运移速度加快。例如，当测定时间为300 min，电解质浓度为0.000 1 mol·L-1时，塿土和褐土的湿润锋运移位置分别为2.05 cm和2.15 cm；但当对应的浓度为0.1 mol·L-1时，运移位置分别为8.51 cm和6.08 cm。此外，当电解质浓度低于0.01 mol·L-1后，不同浓度条件下湿润锋运移速度较为缓慢且接近。例如，以塿土为例，当测定时间为300 min时，土壤本体溶液电解质浓度为0.01 mol·L-1时，塿土中湿润锋的运移位置为2.84 cm；而当对应的电解质浓度分别为0.001 mol·L-1、0.000 1 mol·L-1时，湿润锋的运移位置分别为2.08 cm、2.05 cm。同时，当溶液浓度小于0.01 mol·L-1后，湿润锋运移位置几乎不再随入渗历时的变化而发生改变。这表明0.01 mol·L-1是土壤水分入渗过程的临界浓度。该条件下湿润锋运移速度非常缓慢，说明此时的土壤水分运动受到土壤电场的极大限制。2.2.2 累积入渗量的变化
入渗速率是指单位时间通过地表单位面积入渗至土壤中的水量[29]。图4为塿土和褐土在不同电解质浓度下入渗速率随时间的变化情况。由图4可知，不同电解质浓度条件下的入渗速率随时间的变化趋势相同：在入渗初始阶段（30 min内），各浓度下入渗速率皆急剧减小；在入渗稳定前阶段（30～250 min），随电解质浓度的降低，电场的增强，入渗速率皆缓慢减小；在入渗稳定阶段（250～400 min），入渗速率逐渐趋于稳定，该稳定值即土壤的稳定入渗速率。在塿土中，30 min时，1 mol·L-1和0.000 1mol·L-1下的入渗速率分别为0.060 cm·min-1和0.014 cm·min-1，稳定入渗速率分别为0.010 cm·min-1和0.002 cm·min-1。而在褐土中，30 min的入渗速率分别为0.057 cm·min-1和0.009 cm·min-1，最后稳定在0.017 cm·min-1和0.003 cm·min-1。这表明水分入渗速率强烈地受到土壤表面电场的影响。图4 不同电解质浓度下入渗速率的动态变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]入渗水水质对土壤导水特性影响的试验研究[J]. 张俐,佘冬立,傅瑜,章二子. 水土保持学报. 2017(04)
[2]掺混菜籽油渣减少土壤入渗改善持水特性[J]. 邢旭光,张盼,马孝义. 农业工程学报. 2017(02)
[3]灌溉水质对土壤饱和导水率和入渗特性的影响[J]. 唐胜强,佘冬立. 农业机械学报. 2016(10)
[4]不同土地利用类型土壤入渗性能及其影响因素研究[J]. 莫斌,陈晓燕,杨以翠,罗帮林,唐菊,宫春明,林芷行,周土金,申云康. 水土保持研究. 2016(01)
[5]冻融土壤Kostiakov入渗模型参数的非线性预报模型[J]. 郭华,樊贵盛. 节水灌溉. 2015(11)
[6]黄土区坡耕地土壤结皮对入渗的影响[J]. 吴秋菊,吴佳,王林华,吴发启. 土壤学报. 2015(02)
[7]土壤电场与有机大分子的耦合对土壤团聚体稳定性的影响[J]. 黄学茹,李航,李嵩,余正洪. 土壤学报. 2013(04)
[8]四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性[J]. 刘春成,李毅,任鑫,马孝义. 农业工程学报. 2011(05)
[9]入渗水矿化度对土壤入渗特征和离子迁移特性的影响[J]. 吴忠东,王全九. 农业机械学报. 2010(07)
[10]淡水与微咸水入渗特性对比分析[J]. 毕远杰,王全九,雪静. 农业机械学报. 2010(07)
本文编号：3065012
【文章来源】：土壤学报. 2019,56(06)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同电解质浓度下土粒周围电场强度分布
湿润锋是指水分下渗过程中湿润层下缘明显的干湿交界锋面，其运移速度的大小可反应土壤的输水能力[28]。湿润锋位置的变化可直观地反映土壤水的垂向运动特征。图2给出了不同电解质浓度条件下湿润锋运移位置的变化情况。从图中可以看出，电解质浓度对湿润锋的运移速度具有重要影响。随着电解质浓度增大，湿润锋运移速度加快。例如，当测定时间为300 min，电解质浓度为0.000 1 mol·L-1时，塿土和褐土的湿润锋运移位置分别为2.05 cm和2.15 cm；但当对应的浓度为0.1 mol·L-1时，运移位置分别为8.51 cm和6.08 cm。此外，当电解质浓度低于0.01 mol·L-1后，不同浓度条件下湿润锋运移速度较为缓慢且接近。例如，以塿土为例，当测定时间为300 min时，土壤本体溶液电解质浓度为0.01 mol·L-1时，塿土中湿润锋的运移位置为2.84 cm；而当对应的电解质浓度分别为0.001 mol·L-1、0.000 1 mol·L-1时，湿润锋的运移位置分别为2.08 cm、2.05 cm。同时，当溶液浓度小于0.01 mol·L-1后，湿润锋运移位置几乎不再随入渗历时的变化而发生改变。这表明0.01 mol·L-1是土壤水分入渗过程的临界浓度。该条件下湿润锋运移速度非常缓慢，说明此时的土壤水分运动受到土壤电场的极大限制。2.2.2 累积入渗量的变化
入渗速率是指单位时间通过地表单位面积入渗至土壤中的水量[29]。图4为塿土和褐土在不同电解质浓度下入渗速率随时间的变化情况。由图4可知，不同电解质浓度条件下的入渗速率随时间的变化趋势相同：在入渗初始阶段（30 min内），各浓度下入渗速率皆急剧减小；在入渗稳定前阶段（30～250 min），随电解质浓度的降低，电场的增强，入渗速率皆缓慢减小；在入渗稳定阶段（250～400 min），入渗速率逐渐趋于稳定，该稳定值即土壤的稳定入渗速率。在塿土中，30 min时，1 mol·L-1和0.000 1mol·L-1下的入渗速率分别为0.060 cm·min-1和0.014 cm·min-1，稳定入渗速率分别为0.010 cm·min-1和0.002 cm·min-1。而在褐土中，30 min的入渗速率分别为0.057 cm·min-1和0.009 cm·min-1，最后稳定在0.017 cm·min-1和0.003 cm·min-1。这表明水分入渗速率强烈地受到土壤表面电场的影响。图4 不同电解质浓度下入渗速率的动态变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]入渗水水质对土壤导水特性影响的试验研究[J]. 张俐,佘冬立,傅瑜,章二子. 水土保持学报. 2017(04)
[2]掺混菜籽油渣减少土壤入渗改善持水特性[J]. 邢旭光,张盼,马孝义. 农业工程学报. 2017(02)
[3]灌溉水质对土壤饱和导水率和入渗特性的影响[J]. 唐胜强,佘冬立. 农业机械学报. 2016(10)
[4]不同土地利用类型土壤入渗性能及其影响因素研究[J]. 莫斌,陈晓燕,杨以翠,罗帮林,唐菊,宫春明,林芷行,周土金,申云康. 水土保持研究. 2016(01)
[5]冻融土壤Kostiakov入渗模型参数的非线性预报模型[J]. 郭华,樊贵盛. 节水灌溉. 2015(11)
[6]黄土区坡耕地土壤结皮对入渗的影响[J]. 吴秋菊,吴佳,王林华,吴发启. 土壤学报. 2015(02)
[7]土壤电场与有机大分子的耦合对土壤团聚体稳定性的影响[J]. 黄学茹,李航,李嵩,余正洪. 土壤学报. 2013(04)
[8]四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性[J]. 刘春成,李毅,任鑫,马孝义. 农业工程学报. 2011(05)
[9]入渗水矿化度对土壤入渗特征和离子迁移特性的影响[J]. 吴忠东,王全九. 农业机械学报. 2010(07)
[10]淡水与微咸水入渗特性对比分析[J]. 毕远杰,王全九,雪静. 农业机械学报. 2010(07)
本文编号：3065012
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