地面灌溉土壤质地影响研究成果

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：经分析比较认为，在分析土壤质地对土壤入渗能力的影响中，以d＜0.01mm 的物理性粘粒含量百分数作为反映土壤质地的物理量。由图5.13可以看出无论哪种耕作条件，参数k值随土壤物理性粘粒含量的增加而增加，也就是说，参数k值随土壤质地的变重而增加。在相同土壤结构和土壤含水量条件下，土壤质地和土壤水势将成为影响k值大小的主要因素。

土壤质地是按土壤粒径的大小和它们的组合比例而定的土壤名称，是反映土壤基质的本质的物理特性指标之一，土壤质地反映了土壤固相颗粒分布情况及土壤一定的物理力学特性，是土壤的一个稳定的自然因素。土壤质地的分类方法有多种，不同土壤质地分类方法所对应的指标不同，但都是用土壤不同粒径的含量的百分数表示。在农业上多采用卡庆斯基的物理性砂粒和物理性粘粒含量的多少而划分的标准，以粒径d=0.01mm 为界，d＞0.01mm 者为物理性砂粒；d＜0.01mm 者为物理性粘粒。还有国际制土壤质地分类标准和美国农部制土壤质地三角坐标图法，根据颗分测得砂粒、粉粒、粘粒的含量，查图确定土壤质地。本书土壤质地的划分是采用美国农部制分类标准。表征土壤质地的指标有砂粒含量（3～0.05mm）、粉粒含量（0.05～0.002mm）、粘粒含量（＜0.002mm）和物理性粘粒（＜0.01mm）含量。经分析比较认为，在分析土壤质地对土壤入渗能力的影响中，以d＜0.01mm 的物理性粘粒含量百分数作为反映土壤质地的物理量。下面以南郊区、天镇县、阳高县和大同县不同土壤质地的试验资料来分析土壤质地对土壤水分入渗特性的影响。

1.土壤质地对土壤水分入渗能力的影响

根据南郊区、天镇县、阳高县和大同县部分试验地点的土壤质地和入渗试验数据分析，土壤质地对土壤入渗能力影响的曲线见图5.10。各个试验地点的土壤物理参数见表5.2。

试验结果表明:无论哪种土壤耕作状况，其H 90随着土壤质地的变重而减小，原茬地拟合曲线的相关性较大，压实地和翻松地的拟合曲线的相关性较小，主要原因是这两种耕作状态是人为构造的，土壤结构均匀度不高，导致试验数据有些离散，再一个原因是由于各试验地点的土壤初始含水量水平和土壤有机质含量水平不是完全相同的，总有一个小的变化范围，对土壤入渗能力产生微小的影响，所以有些试验数据偏离较大。但是，从总得拟合曲线的趋势上看，它们之间拟合曲线还是符合对数关系，拟合方程如下。

原茬地:H 90=-5.9261ln x+27.068，R=0.7787压实地:H 90=-5.2839ln x+29.684，R=0.6674翻松地:H 90=-3.5406ln x+44.702，R=0.6427

表5.2　试验地点0～20cm 土壤物理参数表

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图5.10　累积入渗量随土壤物理性粘粒变化曲线

（a）原茬地；（b）翻松地；（c）压实地

根据式（5.2）可知，决定入渗量大小的主要因素是土水势梯度和水力传导度。土壤是土壤固相物质各粒级土粒的配合比例，它通过对土粒的表面能、土壤孔隙尺度和分布的影响，对土壤水分运动的驱动力和水力传导度产生影响，进而影响到土壤水分入渗能力。土壤质地越重，物理性粘粒含量越高，颗粒越细微，固体相比表面积越巨大，表面能高、吸附能力越强，粒间孔隙越小，吸水、保水性能越强。一般地讲，由于重质土壤孔隙比轻质土壤细小，相同土壤结构、含水量和水势梯度条件下，其水力传导度小于轻质土壤。因此，重质土壤的土壤水分入渗能力小于轻质土壤。

2.土壤质地对土壤水分入渗参数的影响

大田土壤的入渗过程可用Kostiakov pagenumber_ebook=75,pagenumber_book=68 Lewis（三参数）土壤入渗经验模型来描述。入渗模型的三个参数α、k和f 0都有其一定的物理意义。图5.11、图5.12、图5.13分别是根据各试验地点的试验数据绘制的入渗模型参数α、k 和f 0与土壤质地（＜0.01mm 物理性粘粒含量）关系曲线，结果表明:

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图5.11　入渗指数α与土壤物理性粘粒含量的关系曲线

（a）原茬地；（b）翻松地；（c）压实地

pagenumber_ebook=76,pagenumber_book=69 (www.chuimin.cn)

图5.12　入渗系数k与物理性粘粒含量的关系曲线

（a）原茬地；（b）翻松地；（c）压实地

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图5.13　稳定入渗率f 0 与物理性粘粒含量的关系曲线

（a）原茬地；（b）翻松地；（c）压实地

（1）入渗指数α随土壤质地的粘重而减小。由图5.11可以看出无论哪种耕作条件，入渗指数α值随土壤物理性粘粒含量的增加而降低，也就是说，入渗指数α值随土壤质地的变重而减小。尽管图5.11中个别试验地点数据有些离散，但模型参数随土壤质地变重而减小的规律还是很明显的。它们之间的关系可以用对数关系来表达，拟合方程见表5.3。

表5.3　入渗各参数与土壤质地（＜0.01mm 物理性粘粒含量）拟合方程

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α为经验入渗指数，反映土壤入渗能力的衰减速度。α 值越低，说明入渗能力衰减得快。土壤质地越粘重，土壤中的细小孔隙多，形成较多的曲折毛细管，阻碍了土壤水分的运移；再一个原因是粘粒含量遇水后膨胀性比砂粒大，粘粒吸水膨胀后，使原来的土壤细小的孔隙变得更窄，同样也阻碍了土壤水分的运移，相应的入渗能力减小也快。土壤越粘重，土壤入渗能力衰减得更快。

（2）入渗系数k随土壤物理性粘粒的增加而增加。由图5.13可以看出无论哪种耕作条件，参数k值随土壤物理性粘粒含量的增加而增加，也就是说，参数k值随土壤质地的变重而增加。尽管图5.13中个别试验地点数据有些离散，但模型参数随土壤质地变重而增加的规律还是很明显的。它们之间的关系可以用对数关系来表达，拟合方程见表5.3。

土壤入渗模型参数k值是指入渗开始后1min时的入渗速度或入渗量。试验表明其值的大小与地表土壤的质地、结构、初始含水量和土壤水势有关。在相同土壤结构和土壤含水量条件下，土壤质地和土壤水势将成为影响k值大小的主要因素。土壤质地越重，土壤物理性粘粒含量越高，颗粒越细微，固体相比表面积越巨大，表面能高、吸附能力越强，土壤对水分的吸力强，土壤水势梯度大，导致土壤水分通量大。所以，随着土壤质地由轻变重，入渗系数k值由小变大。

（3）稳定入渗率f 0随土壤物理性粘粒的增加而降低。f 0为土壤的相对稳定入渗率，即单位势梯度下饱和土壤的入渗速度，非饱和土壤入渗速度达到相对稳定时的入渗速度。土壤质地越重，粘粒含量越高，颗粒越细微，固体相比表面积越巨大，表面能高、吸附能力越强，粒间孔隙越小，入渗水流过水断面面积越小，孔隙越弯曲，阻力越大，水力传导度越小，则f 0越小。所以，随着土壤质地由轻变重，土壤相对稳定入渗率f 0由大变小。

综上所述可知:

（1）土壤质地对土壤的入渗能力有明显影响，土壤质地由轻变重，土壤入渗速度稳定减小，入渗能力递减。土壤质地通过对土粒的表面能、土壤孔隙尺度和分布的影响，对土壤水分运动的驱动力和水力传导度产生影响，进而影响到土壤的入渗能力。

（2）无论哪种土壤结构，表征土壤入渗能力的指标90min的累积入渗量随着土壤质地的变重而减小，它们之间呈对数关系。

（3）同一土壤耕作条件下，随着土壤质地的变化，入渗模型的三个入渗参数（α、k、f 0）都随之变化，入渗参数α值随土壤质地的变重而减小，呈对数关系。入渗系数k随土壤质地的变重而增大。f 0随着土壤质地的变重而减小。

地面灌溉土壤质地影响研究成果

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