土壤结构对地面灌溉的影响

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：土壤结构是指耕层土壤的松紧程度、孔隙状况和板结程度。由图5.7可以看出:图5.7不同土壤结构条件下的土壤入渗曲线东雷庄入渗曲线；大营盘入渗曲线无论是哪种土壤质地条件，土壤结构都对土壤入渗能力产生较大影响。因此，随着土壤结构密实程度的增加，土壤水力传导度减小。综上所述，土壤结构对土壤入渗特性影响较大。

1.土壤结构与土壤入渗能力之间的关系

土壤学及土壤物理学中认为，土粒在其内部和外部因素的综合作用下，形成大小不一，形状不同的团聚体，称之为土壤结构。土壤结构是指耕层土壤的松紧程度、孔隙状况和板结程度。以土壤相对体积质量作为反映土壤结构的指标，用土壤干容重r （0～20cm）表示。选取阳高古城镇东雷庄和天镇新平镇大营盘两个试验地点的试验数据来分析土壤结构对土壤入渗特性的影响，两个试验地点的土壤物理参数见表5.1。

表5.1　试验地点0～20cm 土壤物理参数表

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图5.7 （a）、（b）分别为在阳高古城镇东雷庄和天镇新平镇大营盘进行的不同耕作条件下土壤的累积入渗量过程线。由图5.7可以看出:

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图5.7　不同土壤结构条件下的土壤入渗曲线

（a）东雷庄入渗曲线；（b）大营盘入渗曲线

无论是哪种土壤质地条件，土壤结构都对土壤入渗能力产生较大影响。随着地表及耕层土壤由疏松变密实（土壤干容重的增加），其水分入渗能力明显降低。翻松地、压实地和原茬地三种耕作状态下，翻松地最疏松，原茬地最密实，压实地介于两者之间，同样的入渗时间内，翻松地的入渗量最大，压实地次之，原茬地最小。

如图5.8所示为H 90 （90min的累积入渗量）随土壤结构（土壤干容重）的变化曲线。由图5.8可以看出:无论哪种土壤质地，其H 90随着土壤干容重的增大而减小，它们之间呈负相关关系，拟合方程如下:（1.1g/cm3＜r＜1.5g/cm3）

大营盘:H 90=-27.071r+47.02，

R=0.9922

东雷庄:H 90=-13.673r+27.467，

R=0.9987(www.chuimin.cn)

土壤结构不同，意味着其板结程度、密实度、孔隙状况不同。孔隙状况包括孔隙尺寸、分布和连通性。大田土壤条件下，土壤结构通过对土壤孔隙状况的影响，影响土壤的水力传导度和土壤水分运动驱动力——土水势梯度，进而影响到土壤的入渗能力。当土壤质地一定时，不同结构的土壤颗粒组成相同，土粒的吸水、保水性类同，其最主要的不同在于不同结构土壤的孔隙状况不同。疏松土壤单位体积密度小、孔隙率大、孔隙尺度大、连通性好，对其中运动流体的阻力小，因而在单位势梯度下，土壤水分通量大，即土壤水力传导度大。而对于密实土壤，密度大、孔隙小、孔隙尺度小、孔隙严重弯曲、连通性差，单位势梯度下水分通量小，即土壤水力传导度小。因此，随着土壤结构密实程度的增加，土壤水力传导度减小。另外随着土壤密实程度的增加，孔隙程度减小，含水量相同时土壤水吸力增大。在积水入渗情况下，土壤水吸力的增大或许会使水分入渗势梯度增大，有利于入渗能力的增大，但由于势梯度增大使土壤入渗能力增加的影响远小于水力传导度减小使土壤入渗能力减小的影响，其综合影响的结果是随着土壤密实度的增大，土壤入渗能力减小。

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图5.8　H 90随土壤结构变化曲线

2.土壤入渗模型参数与土壤结构间的关系

图5.9 （a）、图5.9 （b）、图5.9 （c）是根据天镇县大营盘试验数据绘制的三参数入渗模型参数k、α、f 0与土壤干容重关系曲线，结果表明:土壤结构对入渗模型的每个参数都产生影响。由图5.9可看出:

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图5.9　大营盘不同土壤结构下的入渗参数变化曲线

（a）k与r 关系曲线；（b）α与r 关系曲线；（c）f 0 与r关系曲线

（1）同一土壤质地条件下，随着土壤结构的变化，入渗模型的三个入渗参数都随之变化。这意味着土壤结构对土壤入渗能力的影响不仅仅是通过对描述土壤入渗能力模型的某参数的影响实现，而是通过对模型每个参数的影响来实现。

（2）同一土壤质地，入渗参数k值都随着土壤容重的增加而减小，它们之间呈负相关系；入渗指数α和f 0随着土壤容重的增加而略有减小，相关性不是太好，其原因有:①土壤耕作状况是人为构造的，土壤结构的均匀度不高；②人为构造的土壤结构状况太少，只有常见的三种耕作状况，试验数据较少。但是它们之间拟合曲线的趋势符合指数关系。

土壤入渗模型参数k值是指入渗开始后1min时的入渗率或入渗量。试验表明其值大小与地表土壤的质地、结构、含水量和土壤水势有关。土壤结构越疏松，即土壤容重越小，经验入渗系数k值越大。其原因是:疏松土壤单位体积密度小、孔隙率大、孔隙尺度大、连通性好，对其中运动流体的阻力小，因而在单位势梯度下，土壤水分通量大，则入渗开始后1min时的入渗率或入渗量就大；而对于密实土壤，密度大、孔隙小、孔隙尺度小、孔隙严重弯曲、连通性差，单位势梯度下水分通量小，则入渗率或入渗量就小。所以，随着土壤密实度的增大，经验入渗系数k值越小。

土壤入渗模型参数f 0作为入渗界面处的饱和导水率，其大小主要取决于土壤孔隙的多少和大小。土壤结构的变化引起土壤孔隙多少和大小的变化，因而引起f 0的变化。土壤越疏松，土壤孔隙也就越多，孔隙率也越大，故土壤相对稳定入渗率f 0也越大。所以，随着土壤结构由疏松变密实，即土壤干容重由小变大，土壤相对稳定入渗率f 0由大变小。

综上所述，土壤结构对土壤入渗特性影响较大。首先是对土壤的入渗能力影响明显，土壤入渗能力（90min累积入渗量）随着土壤干容重的增大而减小，它们之间呈线性负相关关系。其次，同一土壤质地条件下，随着土壤结构的变化，入渗模型的三个参数（α、k和f 0）都随之变化，入渗模型参数值随土壤干容重的增加而减小，它们之间呈指数负相关关系。

土壤结构对地面灌溉的影响

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