乔云峰[1]2001年在《黄土中水盐运动实验研究》文中进行了进一步梳理本文在查阅了有关国内外文献的基础上，对于土壤水盐运动研究的现状进行了综述，根据目前的研究方向和研究成果，并结合国家自然基金资助项目“黄土地区溶质运移机制及耦合模型”的具体内容，采用室内实验为主的方法对于含盐黄土在淋洗条件下的盐分运移规律进行了分析研究，具体内容如下： 本文分析讨论了边壁、土壤含盐量、土壤初始含水量以及粗沙夹层对水分运动的影响。以上几个影响水分运动的因素在较多的文献中已有描述，但是专门的实验分析并不多，本文结合本实验室的实际情况，对上述因素进行了简单分析，认为边壁对土壤水分入渗有较大影响。 钾离子运移规律的分析在较多文献中已有叙述，但是关于黄土中钾离子运移特性的研究未见文献报道。本文以在淋洗条件下钾离子和电导率剖面的变化过程为主要研究对象，引入了剖面重心坐标、特征宽度和特征高度等分析指标。另外对该条件下盐分剖面上钾离子含量与电导率的关系进行了分析，结果认为，在某一个特定剖面上的钾离子含量与电导率之间不是单值函数关系，它们分别可以用一次线性和二次函数进行拟合，同时随水分入渗和盐分剖面的向下运动，该函数关系没有大的变化。 关于层状土中水分运动和溶质运移的研究，目前主要集中在研究粘土夹层的情况，对于沙土夹层的研究较少，特别是在该情况下的盐分运动特性研究更少。本文对于该情况下夹层对于钾离子含量与电导率之间关系的影响进行了简单的实验研究。分析了沙层由于阻水作用而引起的对盐分运动的影响。同时对于盐分穿过沙层的方式进行了探讨。指出在土沙界面以上水分的累积过程中钾离子含量不断增加，同时剖面不断地向界面靠近，表现出较强的淋洗过程，但是在这一过程中钾离子的浓度（含量与土壤含水量的比值）没有大的变化，这说明钾离子主要是溶解在水中，随水一起运动。
王巧焕[2]2006年在《灌溉条件下黄土层中水盐运移的试验研究及数学模拟》文中进行了进一步梳理在分析和总结国内外有关土壤水盐运移规律研究成果的基础上,针对黄土土壤的特点,利用理论分析和模拟试验方法,对黄土水盐运移基本规律及主要影响因素进行了研究,并根据试验得到的数据推求出灌水条件下一维黄土水盐运移过程的简单数学模型。本文通过野外试验对不同灌水量以及不同施肥量的土壤水盐运移进行了模拟研究,就一维条件下土壤水分运动特性、盐分分布与变化特征、灌水量对土壤水盐运移的影响以及水盐耦合定量关系进行了重点分析。首先,水分分析结果表明:土壤水分在运移的过程中出现了两个明显的水分峰值带,分别位于1.6m～1.8m和7.4m～7.8m处;由于黄土的微孔隙渗流速度非常慢,在整个观测期间变化较小,所以在1.0m～4.0m范围内出现了很宽的湿润带;微孔隙渗流的运移速率随灌水量的增大而增大,且符合良好的指数函数关系;水分通量随灌水量的增大而增大,这两者之间存在着良好的直线关系;湿润峰面运移的深度随灌水量的增加而加深,这两者之间存在良好的对数函数关系。其次,盐分分析结果表明:灌溉水和降水溶解的盐分在盐分低值区被吸附,而在盐分高值区产生淋洗作用,故入渗水流可对土层吸附性离子进行调节;尿素的水解性离子不仅与土壤层中盐分离子发生交换,而且会增加土壤中盐分含量;浅层土壤水分蒸发产生盐分上移,使表层土盐分增加,严重的会引起土壤盐渍化;黄土的细粒微孔隙吸附离子性强会增加土壤中盐分含量;土壤水中的盐分在运移过程中有部分盐分被土壤层吸附,也有部分盐分离子与土壤层中的盐分离子发生交换。其实,土壤盐分运移是在一系列的物理、化学和生物作用下进行的。最后,在分析土壤水盐运移机制的基础上,建立了以达西定律、Richards’方程为基础的一维水分运动模型和以对流弥散作用为基础的土壤盐分运移模型;并利用一维水盐运移试验资料和通过六点差分格式的数值解法对所推求的理论模型进行了验证,检验结果表明所建立的数学模型能反映土壤水盐分布的基本特征。本论文的研究结果将有利于对土壤水盐耦合运移机制的深入认识,有助于推求模拟土壤水盐耦合运移过程简单而适用的数学模型,并对黄土灌区土壤盐渍化的防治有一定的指导意义。
史文娟[3]2005年在《蒸发条件下夹砂层土壤水盐运移实验研究》文中研究说明由于涉及水资源、农业、环境等诸多方面的问题,土壤中水和溶质运移的研究历来为人们所重视。本文针对我国西北地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点,以室内土柱模拟实验为主,研究同一潜水位和矿化度(3g/l)条件下不同大气蒸发能力时夹砂层强化盐渍土壤的水盐运动规律及其迁移机制。实验分毛管水上升和水分蒸发两个阶段进行,主要分析了砂土层厚度、层位、质地等因素对水盐运动的影响及作用机制,所得主要结论如下:1. 均质土毛管水上升速度和地下水补给速率均与时间呈非线性幂函数关系,二者之间可近似为线性关系,其斜率表示此期间土壤剖面含水量:变化量。入渗条件下的Green-Ampt模型也可用于模拟地下水埋深较浅时均质土壤毛管水分运动特性。2. 与均质土相比,砂层对毛管水的上升既有促进也有抑制作用。具体情况取决于砂层的层位。在本实验条件下,砂层的层位大于5cm(相对层位为0. 1) 时,砂层会抑制水分运动。经分析认为,砂层层位对水分蒸发由促进到抑制的转折点为砂土和壤土导水率的相对大小发生变化之时。此外,砂层的抑制作用随砂层层位的升高、厚度的增加以及级配的变差而增大。3. 夹砂层土壤毛管水最大上升高度以及各层土壤含水量的分布是否会受到影响主要取决于砂层的质地、层位、厚度及其相互间的关系,同时还与同剖面中其它土壤的质地有关。其它土壤质地一定时,若砂层的有效粒径或不均匀系数满足西安理工大学博士学位论文Dlo之1 4.0632一1462尸叁0 .06821261则毛管水的最大上升高度以及各层土壤含水量的分布均会被抑制。 4.对于盐渍土的蒸发来说,由于盐壳形成后对水分蒸发的抑制,不同大气蒸发能力条件下地下水埋深为50cm时,短历时(<15d)的潜水蒸发为稳定蒸发,而长历时(>15d)则为非稳定蒸发。对于盐渍土潜水稳定蒸发强度的计算,阿维里杨诺夫公式不再适用,而清华大学雷志栋公式较好。同时也可估算不同大气蒸发能力条件卜的非稳定蒸发强度,但两种情况下公式中系数刀的下限值均比规定值小,需要做近一步调整。 5.砂层对潜水蒸发强度、土表返盐量以及盐溶液浓度的影响与砂层对毛管水上升速度的影响规律基本相同,当砂层层位大于35cm(相对层位为0.7)时,砂层对水盐的抑制作用可达70一80%。同时盐分在土砂上下界面均有滞留现象,且砂层层位越高或有效粒径越大,其滞留量越大。因而砂层对盐分的抑制率大于对水分的抑制率。这对于盐碱地的改良和作物的生长非常有利。 6.以均质土壤潜水稳定蒸发强度计算模型为基础,建立了适用于不同蒸发能力条件下各层位夹砂层土壤以及同层位不同质地夹砂层十壤稳定蒸发强度计算的雷志栋公式,并提出其非稳定蒸发强度计算的方法及条件。砂层的相对层位和相对有效粒径可分别作为预测不同层位和质地夹砂层稳定蒸发强度的重要参数。 7.不同大气蒸发能力时各层位夹砂层土壤以及不同质地夹砂层土壤土表Zcm和10cm的累积蒸发量与全盐量呈明显的线性关系,但层位人于35cm(相对层位为0.7)的夹砂层土壤应与小于35cm的夹砂层土壤分别进行处理。 8.砂层对不同离子运动的影响不同。对地下水和土壤中均存在的Na+和Cl一而言,其表聚情况最为强烈,同时受砂层的影响也最人,且在蒸发后期砂层对Na+的抑制作用大于cl一。对于仅土壤中存在的50户、ca2+和HcO3一叁种离子来说,随水分向上迁移的主要是5042一和ca2+,且砂层层位的变化对ca2+的影响更大一些;而HCO3一则不随水分而运动,即砂层对HC03一无明显影响,但不同处理在接近地卜水位处出现了次生碱化的现象(即HC03一含量明显增大),且随蒸发历时的延长以及大气蒸发能力的增加而加重。外界大气蒸发强度越大,砂层对离子的抑制作用越大。 9.均质土壤剖面Cl一和全盐量之间呈线性关系,而Na+与全盐量则旱_对数函数摘要关系,且离子与全盐量的关系不受大气蒸发能力影响;不同层位夹砂层土壤剖面全盐量和两种离子的关系与均质土相同;不同质地夹砂层土壤剖面全盐量与Cl’呈指数型关系曲线,而与Na+呈直线关系。同一大气蒸发能力条件下离子与全盐量的关系不受砂层层位以及砂层质地的影响。 10.敏感性分析结果表明,忽略参数b将使理论计算的潜水极限蒸发强度比实测值大,且土壤质地越轻,忽略参数b时所计算的潜水极限蒸发强度越大;同一质地时,则参数b的大小对潜水极限蒸发强度的影响与潜水理深有关。对于盐渍土来说,由于盐壳的影响,理论计算的潜水极限蒸发强度均比实测值大。 11.将层状土壤各土层以均质土来看待,并以此为基础来计算层状土壤的稳定蒸发强度,对于层位较低的夹砂层土壤较为适用,但对于层位较高的夹砂层土壤还必须考虑砂层对水分的“阻抗作用”,否则会产生较大的偏差。 以上研究结果对于预测层状土壤稳定蒸发强度、防止次生盐碱化,以及灌溉和排水的设计均有重要作用。 关键词:夹砂层土壤;毛管水分运动特性;蒸发强度;返盐量;盐分分布:离子运动特性;理论计算。 本研究得到国家自然科学基金项目《黄土区土壤溶质迁移机制及祸合模型研究))(59879022)和《西北地区城市雨水利用及其生态环境效应》(40271022)?
罗从双[4]2010年在《祖厉河流域水—土盐化及苦咸水淡化研究》文中研究指明世界范围内每分钟有lOha的土地遭到破坏,其中有3ha是由于盐化造成的。全国每年因盐化废弃的土地约25万hm2,农林牧用地受盐化危害的土地面积有3630万hm2。中国土地盐化造成的净经济损失年平均为129亿元,盐化土地综合治理共需投资约660亿元。地球的面积是14亿km2,97.5%的面积是盐水,只有一少部分是可以直接应用的。水资源和土地资源是社会发展的两种基本资源,是国家的基础,经济的根基。所以,防止水、土的进一步盐化,治理改良现有的水、土盐化是势在必行的一项长期工程。祖厉河流域水、土盐化问题,已经严重制约着本地区的发展,影响人们的正常生产和生活。祖厉河多年平均含盐为7264mg/L,居全国之冠,是世界平均值(100mg/L)的73倍。祖厉河流域冬季多年温度为0℃--11.9℃范围内,平均日最低气温≤0℃的天数150-200天,有着丰富的冷能资源,可为冷冻法淡化本地区的咸水提供能源。本文研究分析祖厉河流域的水、土的盐化成因及咸水的冷冻淡化研究,可为本地区水、土盐化防治提供依据,利用本地区的自然条件淡化盐水资源,丰富本地区供水需求。论文的主要研究内容及成果如下：(1)搜集祖厉河流域的气候、水文、地形地貌、地质构造、人文等基础资料,开展流域内水、上的盐化调查,选取流域内具有代表性地点进行取样(水样,上样)分析,通过实验研究水、土的盐分变化规律。从气候、地质、地形地貌等自然因素和人为因素的角度探讨祖厉河流域水、土盐化的成因。祖厉河流域内水、上盐化是水、上、盐的耦合过程。流域内母岩富含盐分,风化形成的上体中必然含有大量的盐分,在长期的蒸发量大于降水量的条件下,使土体的盐分富集到土壤表层,引起土壤的盐化；流域内的水体含盐量高,耕地长期灌溉这种咸水,导致土壤次生盐化。流域地处干旱区,降雨少而且多以暴雨形式出现,致使流域内水土流失特别严重,表面盐化的土壤被侵蚀冲刷汇流到水中,土壤的盐分溶解汇集到水中,造成流域内的水不断盐化。流域内人类活动是造成水土次生盐化的主要因素。(2)分析咸水淡化方法的优劣性,冷冻法净化咸水受多种因素的影响,本文主要分析冷冻过程中各种影响因素与脱盐的关系,通过研究,随着冷冻温度的降低和咸水矿化度的增加,脱盐率呈下降趋势；种冰对脱盐率没有明显影响,而种冰能促使水样结晶,抑制水样的过冷现象；水样初始温度对脱盐效果影响不大；随着冷冻容器表面积的增加,脱盐率呈下降趋势。(3)在冷冻法净化苦咸水过程中,由于人为原因或是各种影响因素的作用都会导致冰晶中含有一定量的盐分,导致冰晶质量不高,甚至达不到淡化目的。通过研究,冰晶中的盐分都是以盐泡的形式存在冰晶当中,为了进一步净化冰晶,本文采用碎冰离心的方式对冰晶做进一步处理。经研究发现,碎冰离心打破了冰晶中盐泡的屏障,通过离心脱水的方式使夹在冰晶中的盐分被很好地分离出来,从根本上达到脱盐的目的。采用碎冰离心可以弥补冷冻过程中自然因素和人为因素导致高浓度水样脱盐效果差的不足,而且此种方法对冰晶的脱盐效果是随着冰晶浓度的增高而增高。
李毅[5]2002年在《覆膜条件下土壤水、盐、热耦合迁移试验研究》文中认为田间土壤水分、盐分和温度变化使水、盐、热耦合迁移的过程极其复杂。近年来覆膜灌溉的推广应用、盐碱地开发和改良以及土壤次生盐碱化防治等问题使得研究西北干旱-半干旱地区覆膜条件下土壤水、盐、热耦合迁移规律成为重要课题。本论文结合国家自然科学基金和霍英东教育基金课题，采取理论分析与室内外试验相结合、以试验研究为主；大田与室内试验相结合、以室内试验为主；应用与机理研究相结合、以机理为主的技术路线，研究覆膜条件下土壤水、盐、热耦合迁移特点。成果如下： (1)根据大田实测地温资料，分析了覆膜条件下膜中、膜边、膜间和揭膜四种处理在早、中、晚叁个不同时刻的地温特征；分析研究了各观测时刻覆膜与不覆膜条件下0～25cm剖面地温的特点及各层地温间的相关关系；在重点对玉米田地温时空变化特征分析的基础上，首次将覆膜与不覆膜不同时刻观测的剖面地温与气温建立了联系，提出了仅根据气温资料来预测一日内不同时刻剖面地温的新方法，预测结果表明其精度较高。 (2)研制了水平一维、垂直一维及滴灌叁维等叁类土壤水、盐、热耦合迁移试验装置系统，该系统在水、盐、热的量测技术方面均采用了非破损的先进测量手段，从而为实现各特定温控试验条件下的动态观测提供了重要条件。 (3)对由再分布过程推求的土壤非饱和导水率模型中的参数进行了敏感性分析，根据实测资料的计算表明，非饱和导水率对参数b和n的敏感性均大于其它参数。此外，研究表明，导热率与土壤含水率、土壤水吸力、含盐浓度之间均存在良好的幂函数关系；在取得一定温控条件下的土壤水分与温度分布实测资料的基础上，根据Philip经验方程，通过差分法计算得出温差作用下的水分扩散率，该参数可表示为温度的幂函数形式。 (4)对等温条件下的入渗、半无限土体及有限土体再分布过程进行了较系统的试验研究。重点对以上各种条件下入渗、再分布过程的水盐剖面变化规律及特征进行了分析与定量描述。同时，根据有关理论对垂直一维积水入渗与有限土柱再分布平衡后的水分剖面建立了理论关系式，经试验资料检验，表明该理论关系是合理的。此外，对滴灌非充分供水入渗过程的水盐变化规律做了类似的分析，从而为考虑温度梯度作用下的同类问题研究与分析打下基础。 西安理工大学博士学位论文 （5）根据水平一维土壤水盐热耦合迁移试验，分析了温度势梯度对水盐运动影响的机理。研究表明，在温度势梯度影响下土壤水分以液态和汽态两种状态从暖端向冷端迁移，从而引起暖端基质势的相应改变，导致水分在两种势梯度交互作用下逐渐达到平衡。同时溶于水中的土壤盐分也随液态水的不断汽化而在近暖端大量累积，并在土柱内形成积盐区和脱盐区，二者的分界点一般在距暖端scm范围内变动。 （6）在对初始含水率和含盐率均匀、地表有不同塑膜开孔率条件下蒸发的水盐运动进行研究基础上，探讨了温度场和水分运动特征与规律。试验研究表明，不同覆膜开孔率的累积蒸发量E与时间t的平方根均符合Gardner提出的线性关系。为便于实际应用，提出了相对累积蒸发量的概念，并分别建立了覆膜开孔率与相对累积蒸发量、蒸发速率及单位膜孔面积蒸发量间的确定性数学模型。同时分析了覆膜开孔条件下土壤剖面盐分和浓度特征，以及土表10cm的单位膜孔面积返盐率与不同覆膜开孔率的定量关系。根据以上思路，对不同开孔率条件下有限土柱垂直一维入渗一蒸发的水盐运动也做了同样分析研究，取得了相应成果，从而为该类问题的进一步深入研究与应用提供了重要参考。 （7）研究了入渗锋和开孔率不同条件下半无限土体人渗结束后蒸发中的水盐运动特征及蒸发的最大湿润深度与表层含水率变化规律，建立了多因素影响下的累积蒸发量和蒸发速率的代数模型，同时探讨了开孔率和入渗锋影响下的平均蒸发速率特征。试验研究表明，开孔率和入渗锋是影响剖面含盐率及浓度变化的两个重要影响因素。对不同开孔率来说，全覆膜蒸发的浓度可用深度的指数形式表达，不同人渗锋和开孔率条件下浓度可表示为位置的分段指数函数。 （8）滴灌入渗结束的蒸发试验表明，累积蒸发量及单位膜孔面积的累积蒸发量与覆膜开孔率的变化关系均可描述为幂函数形式。根据实测资料分析对比了全覆膜和不覆膜蒸发的含水率、含盐率、浓度及Na十浓度的变化特征和确定规律，做出了相应水盐特征的等值线图。 （9）在确定了入渗、再分布及蒸发的控制方程及定解问题基础上，采用隐式差分格式对垂直一维积水入渗、半无限上体再分布及半无限土体蒸发进行了数值模拟，与计算结果对比表明，计算值与实测值比较符合。
田恬[6]2016年在《土壤中水溶盐和重金属的垂向分布及吸附—解吸特征研究》文中指出随着工业的发展和矿产资源的开发利用,人类活动将大量的有毒、有害物质带入土壤,对土壤的自净能力造成了永久性损害,破坏了土壤内部结构、组成,从而影响农作物的正常生长和发育。为了进一步研究矿区污染土壤中重金属元素和水溶盐离子的垂向分布特征,以及在水溶盐离子影响下,土壤对重金属的吸附-解吸特征。本文选取我国典型贵金属矿区——陕西潼关县金矿区作为研究区,采集该地区叁种主要地貌单元(山前冲洪积斜塬区、河流冲洪积阶地区、黄土沟壑台塬区)土壤进行研究,为科学指导当地污染土壤的修复、合理灌溉、施肥,改善农田环境提供理论依据。本文得出的主要结论如下:(1)对不同地貌单元土壤剖面含水率、pH、电导率、矿物质含量、烧失量等理化性质进行分析,结果可得:叁种土壤20-40cm层含水率相对于其他各剖面层较低,总体呈递增趋势;pH值随剖面深度增加而升高;电导率总体呈递增趋势;土壤中矿物质均以Si O2含量最多,且各类矿物质在土层中分布较均匀,随土层深度变化较小。(2)土壤中水溶盐离子变化趋势与其电导率变化趋势一致,在垂直方向上总体呈递增趋势,其中,土壤剖面阴离子:HCO3->SO42->Cl-,阳离子:Ca2+>Mg2+>K+和Na+;叁种地貌单元土壤中重金属含量随剖面深度增加,总体呈递减趋势,主要污染重金属集中在20-40cm深度;应用地质累积指数评价法可得污染等级为1-4,污染顺序为:Cd>Zn>Pb>Cr>Cu。(3)分析土壤水溶盐离子之间的相关性得出:叁种地貌单元土壤中主要是HCO3-、SO42-、Cl-影响土壤中水溶盐分布。分析重金属之间的相关性得出:主要污染重金属有相同的污染源。由重金属元素和水溶盐离子间的相关性可得:Cl-、HCO3-、SO42-与重金属Pb、Zn相关性显着。设计交互吸附-解吸实验可得:Cl-可降低土壤对Zn的吸附,SO42-浓度变化对Cd的吸附影响较小,吸附的重金属较难被解吸。(4)通过室内盆栽实验研究证明低浓度的NaCl可以促进小麦发芽和生长;Zn和Na Cl复合作用可增强对小麦生长的抑制。(5)改良灌溉方式和种植植物可以降低土壤中水溶盐含量,进而降低土壤重金属污染。
许艳争[7]2008年在《松嫩平原不同盐分补给类型盐渍土的水盐运移规律研究》文中进行了进一步梳理开展松嫩平原盐渍土水盐运移规律的基础研究,对掌握松嫩平原盐渍土壤形成和发展的发生学特征,对揭示区域生态地球化学过程、机理,对合理开发、改良和利用盐渍土壤资源及景观生态建设,具有重要的理论意义和实践意义。本文以松嫩平原盐渍土壤为研究对象,揭示盐渍土形成机制及发展规律,揭示松嫩平原不同盐分富集类型盐渍土及其盐分迁移规律。松嫩平原土壤水盐运移受到地质地貌环境、气候环境、水文环境、成土母质以及人类不合理活动等因素的影响。盐渍土壤形成条件的区域差异,导致松嫩平原内盐渍土具有不同的盐分补给途径,并显示迥异的水盐迁移规律。通过松嫩平原积盐条件和积盐关系的系统研究,发现松嫩平原不同区域条件下,盐渍土盐分补给的主导途径是不同的。松嫩平原的盐分补给类型概括为叁种类型,即:地表水盐分补给型,地下水盐分补给型,地表水-地下水复合盐分补给型。地表水盐分补给类型盐渍土环境特征是:地下水埋深一般在临界值以下,母质相对粘重,地形低洼,地表排水不畅,土壤盐分主要来自于地表水。在松嫩平原,主要分布在冲积扇台地的闭流洼地、阶地平原上地下水位较低的丘间风蚀洼地和有巨厚湖相沉积、已经形成不透水层的老湖盆洼地等水文地质地区,其多属于地表水补给型。地表水水盐运移过程为:来自高地地表径流——低洼处积水——地表水分蒸发——盐分残留于地表。时间规律则表现为雨季补给,旱季蒸发浓缩,冻融时期停滞。地下水盐分补给类型盐渍土的环境特征是:地下水丰富,埋深较浅,矿化度高,地表径流排除迅速或地表水缺乏的部分地区,其水盐运移特征是地下水以垂直上升蒸发排泄为主。其水盐运移过程为:地表水上升(毛管或冻结作用)——蒸发——盐分残留于地表。在空间分布上,分布在松嫩平原中阶地平原的部分地势低洼,土壤母质透水良好,地表径流为外流河的地区,如大安、乾安、通榆、长岭、前郭都有分布。其时间规律则表现为除降水期间外,四季均可积盐。地下水-地表水复合补给类型在松嫩平原分布的最广泛,在阶地平原和泛滥平原的低洼地形中都有分布。受到松嫩平原的中小地形和河网分布格局的影响,地表水、地下水的组合,使松嫩平原大部分现代湖滩地,泛滥平原低洼地不仅获得地表径流的水盐补给,而且获得地下水补给。在松嫩平原中主要分布在阶地扇平原低洼处、泛滥平原及平原低洼的湖漫滩地区。其水盐运移规律具有地表水盐分补给类型和地下水盐分补给类型的双重特征。
李潇瀚[8]2013年在《基于试验及模型的冻融过程中水盐运移规律研究》文中进行了进一步梳理吉林省西部地区自然资源丰富，农牧业发达，但近年来，由于人为破坏及自然因素，生态环境问题日益严重，土壤盐碱化即是其中之一。为了有效控制和改善土壤盐碱化不断扩展的趋势，当地进行了新一轮的土地整理工作，利用大安灌区等水利工程，引用松花江和嫩江水，开垦闲置退化的盐渍荒地。但灌区内渠系水渗漏会导致地下水位的抬升，在区内气候特征（冻融时期长、蒸发作用强烈等）的影响下，下部盐分极易向表层聚集，导致土壤次生盐渍化。因此，本次研究将大安市作为研究区，针对区内叁种典型土壤，利用野外监测及室内试验相结合的方法，对土壤剖面盐分含量和冻融作用影响下剖面水盐运移进行研究。采用高密度电阻率成像法与ARCGIS中的地统计模块，对盐碱地土壤剖面盐分含量进行监测及插值计算，分析土壤盐分的分布特征：土壤剖面上盐分主要集中在上部0~50cm深度内，随着深度的增大含盐量逐渐减少，且深度越大含盐量降幅也越大。设计并进行室内冻融试验，分析了冻融条件下的水盐运移规律，结果表明：（1）冻融作用导致土壤表层的水盐含量增加，冻融过程中水分和盐分运移的相关系数最高可达0.9以上，二者有着相似的运移规律。（2）水田土、旱田土、盐碱土由于土壤理化性质的差异使得运移规律有所差别，盐碱化土地受冻融作用影响表层含盐量会越来越高，水田土在冻融作用下有较大的盐渍化风险。利用Harlan模型进行冻结过程中一维土柱的水热耦合计算，结果显示：随着冻结时间的增加，土柱内的温度不断降低，稳定后近似线性分布，冻结面逐渐向暖温端移动，最终趋于稳定，负温端温度越低冻结深度越大，冻结锋面附近的含水量不断增加。
刘炳成[9]2004年在《土壤中的相变传热传质研究及植物根系生长的仿真模拟》文中进行了进一步梳理本文将多孔介质的流动和热质传输理论应用于农业工程领域中,对资源-环境-植物系统(REPS)中的能量流和物质流进行了全面分析,从系统的角度来研究其中的几个热物理问题,如恒定环境条件和自然环境下湿分分层土壤中的热湿迁移规律,温度及温度梯度对土壤湿分运移的影响,根际土壤中水、热、盐耦合运移规律等。另外,还对植物根系生长分别进行了二维仿生模拟和叁维可视化仿真。从连续介质力学的观点,采用局部体积平均法,建立了描述湿分分层土壤中热湿迁移的数学模型,分析了湿分分层土壤中水、热、气的迁移机理;并在恒定环境条件下进行了稳态与非稳态的数值计算,得到了湿分分层土壤中的温度场、湿度场以及内部蒸发量场,分析了干饱和层对土壤内部热湿迁移规律的影响。数值模拟的结果显示:出现干饱和土壤层后,水分蒸发锋面从土壤表面下移至干饱和层与非饱和土壤层界面处,水分蒸发强度明显降低,土壤温度显着升高,干饱和层厚度增长缓慢。数值模拟了自然环境下湿分分层土壤中的热、湿迁移规律和水分蒸发的动态特性,并进行了相应的实验测量。在周期性变化的气温和太阳辐射作用下,土壤温度和水分蒸发量亦呈现出以日为周期的变化规律,随着深度的增加,土壤温度的波幅迅速衰减,土壤温度变化呈现出明显的滞后性,且温度梯度方向昼夜相反。受其影响:土壤水分含量在夜间会出现略有增加的现象;土壤内部的水分蒸发和冷凝在一天内交替发生,并且随着温度梯度的增大,水分的蒸发和冷凝明显加剧。随着干饱和层不断向土壤深处发展,水分蒸发强度逐渐降低,土壤温度明显升高。计算结果与实验数据相比较,发现二者具有较好的一致性,从而说明本文发展的理论模型具有较高的可靠性。基于非平衡态热力学理论并考虑Soret 效应,对非饱和土壤中水分运移的温度效应进行了机理分析,改进了非饱和土壤中热、湿传递的数学模型并进行了数值模拟和实验研究,分析了温度及温度梯度对液态水迁移和蒸汽扩散的影响。结果表明:温度对土壤水含量的影响显着,而温度梯度对水蒸气扩散的作用显着。在根际土壤内部热湿迁移中,植物根系构型是影响土壤内部各物理量场的一个重要因素。本文以实际冬小麦根系生长试验的观测值为限制性条件,从生命进化的观念出发,把水分含量、水分梯度和温度分布以及土壤肥力、通气性等土壤环境因素作为<WP=4>影响植物根系生长的环境因子,建立根系生长准则,结合非饱和多孔介质中传热传质的数学模型,对不同生长期的冬小麦根系生长进行了二维仿生模拟。基于这一根系分布,数值模拟了根际土壤内的热、湿迁移过程,并与裸土床进行了比较。根据冬小麦根系分布的试验测量参数与生长规律,综合考虑根系生长的生理生态模型和虚拟植物模型,构造了描述小麦根系生长的动态模型。在已建立的根系生长模型基础上,运用分形几何理论与计算机图形学技术,结合Visual C++.NET和OpenGL叁维图形库语言开发了冬小麦根系形态的计算机模拟软件,对耕作土壤环境下冬小麦根系构型进行了叁维仿真模拟,进而真实再现了冬小麦地下根系部分的动态生长过程。分析了盐分在土壤中的动态迁移特征及其影响因素,综合运用多孔介质热、质传递理论,考虑温度效应对土壤湿分迁移的影响以及不动水体与盐分吸附或解吸作用,建立了全面描述土壤中水、热、盐耦合运移的数学模型并进行相应的数值研究,获得土壤中水、热、盐的动态迁移特性,探讨了土壤质地对盐分运移的影响,以期为土壤次生盐渍化的防治提供有效的理论指导。本文研究接受国家自然科学基金资助:(1) REPS系统中的热物理问题研究(No.59976010)(2) 土壤次生盐渍化过程的机理研究和模型预报(No.50376015)
程诗念[10]2018年在《不同类型地膜覆盖条件下土壤水盐运移特性的研究》文中研究指明我国北方地区干旱少雨,水资源相对匮乏,农业灌溉水十分稀少,农作物因干旱而导致的减产现象时有发生,为缓解水资源短缺的压力,并提高农作物产量,以地膜覆盖为主节水农业措施得到大量推广。随着地膜覆盖技术的日渐成熟,基于单向渗水原理的渗水地膜应运而生,实现了对北方小降雨资源的有效利用,受到了广泛关注。基于渗水地膜特有的渗水性能,为实现对渗水地膜的最大化利用,指导农业管理,提高农业产量,对渗水地膜覆盖下土壤水、肥、气、热状况的研究必不可少。本文通过对农田土壤设置渗水和普通地膜覆盖,并以裸地为对照,在玉米全生育期内,对不同处理措施下0-300cm深度范围内,土壤容重、土壤含水量、土壤含盐量、农作物产量等参量以及试验区降雨、温度等气候参数进行了跟踪监测。基于野外试验监测数据,以土壤水动力学、土壤溶质运移、土壤物理学等理论为基础,探讨了渗水地膜覆盖下土壤水盐运移特性、土壤理化性质以及水资源利用率等问题。主要分析了表层土壤容重和耕作层土壤水盐的变化特性;量化了裸地表层土壤容重与累积降雨量以及地膜覆盖下表层土壤含盐量与玉米生长天数之间的关系;探究了非雨季期与雨季期,整个深度内土壤水盐的分布特征与运移规律,并比较了不同处理下玉米水分利用效率;最后,基于BP神经网络预报模型,对农田土壤含盐量的进行了预测。研究结果如下:(1)降雨是导致裸地表层土壤容重变化的主要因素,且累积降雨量与裸地表层土壤容重之间存在着显着的对数关系。基于Pearson相关性双侧检验,在α=0.05的情况下,两者之间的相关系数为0.876;两者之间进行对数拟合所得相关系数R~2=0.8834。(2)玉米生育期内裸地表层土壤容重呈阶段性变化特征。玉米生育期内裸地表层土壤容重变化特性可分为:播种期陡增、播种后平缓增长、雨季陡增、雨季平缓增长和收割期平缓下降五个阶段。(3)不同类型地膜覆盖下表层土壤容重变化规律差异明显。生育期内的任何时刻表层土壤容重值始终保持裸地最大,普通地膜覆盖次之,渗水地膜覆盖下最小的特征;地膜覆盖下表层土壤容重的变化阶段可分为初期平缓增长、中期明显增长以及末期平缓下降叁个阶段。(4)渗水地膜与普通地膜相比具有更为显着的节水增产效果,能更大幅度的提高水分利用效率。本试验条件下渗水地膜覆盖玉米ET值为459.5mm,较裸地降低了9.78%;玉米产量为778.98kg/亩,较裸地增产了32.6%;水分利用效率为2.54kg/m~3,较裸地提高了46.8%。普通地膜覆盖玉米ET值为485.7mm,较裸地降低了4.63%;玉米产量为685.6kg/亩,较裸地增产了16.7%;水分利用效率为2.12kg/m~3,较裸地提高了22.5%。(5)不同类型地膜覆盖下土壤含水量剖面分布特性存在明显差异性,其差异性主要表现在上层土壤中。非雨季期,裸地条件下上层土壤含水量明显低于地膜覆盖下,且随深度的变化幅度明显大于地膜覆盖;雨季期,40cm土层是裸地与普通地膜覆盖土壤含水量大小关系发生变化的界面。(6)不同类型地膜覆盖下土壤盐分含量剖面分布特性存在明显差异性,且以0-100cm土层范围为分布曲线差异最明显的地方。0-100cm深度内裸地土壤盐分含量明显高于地膜覆盖条件下,且渗水地膜覆盖下盐分含量最低。裸地条件下,土壤盐分含量随深度增加持续下降,但地膜覆盖下,40cm土层处出现盐分含量极小值点,盐分含量随深度增加呈现先减小后增大分布特征。(7)玉米生育期内不同类型地膜覆盖下表层土壤体积含水率的变化规律存在明显差异性。裸地条件下,表层土壤体积含水率的变化可分为缓慢下降、显着升高、稳定过渡、急剧下降四个阶段;渗水地膜覆盖下的变化可分为初次上升、初次平稳、再次上升、再次平稳、显着下降五个阶段;普通地膜覆盖下的变化可分为平稳上升和平稳下降两个阶段;且整个生育期内,渗水地膜覆盖下表层土壤体积含水率始终高于普通地膜覆盖和裸地。(8)地膜覆盖下表层土壤盐分含量与玉米生长天数之间存在线性关系。普通地膜覆盖下表层土壤盐分含量与玉米生长天数之间线性相关系数R~2=0.988,渗水地膜覆盖下表层土壤盐分含量与玉米生长天数之间线性相关系数R~2=0.996。(9)利用BP神经网络的预测方法对农田土壤含盐量进行预报是可行的。基于BP神经网络,以土壤初始含盐量、初始体积含水率、体积含水率、表层土壤容重、土壤质地、土壤深度、土壤有机质含量以及累积降雨量为输入因子,建立了农田土壤含盐量的预测模型,该模型的训练样本误差为4.86%,预测值与实测值之间拟合的相关系数R~2=0.8798,验证样本误差为5.45%,说明所建立的模型能实现对农田土壤含盐量的预测。在对数据进行机理分析时,因受知识储备和多学科综合能力的限制,在深度和广度上欠佳,有待进一步对试验结论的完善与细化;本文针对农田土壤含盐量进行了初步预测,可进一步将土壤传输函数的理念推广到农田土壤其他理化性质的研究中,以丰富土壤传输函数的内容。
参考文献：
[1]. 黄土中水盐运动实验研究[D]. 乔云峰. 西安理工大学. 2001
[2]. 灌溉条件下黄土层中水盐运移的试验研究及数学模拟[D]. 王巧焕. 西北农林科技大学. 2006
[3]. 蒸发条件下夹砂层土壤水盐运移实验研究[D]. 史文娟. 西安理工大学. 2005
[4]. 祖厉河流域水—土盐化及苦咸水淡化研究[D]. 罗从双. 兰州大学. 2010
[5]. 覆膜条件下土壤水、盐、热耦合迁移试验研究[D]. 李毅. 西安理工大学. 2002
[6]. 土壤中水溶盐和重金属的垂向分布及吸附—解吸特征研究[D]. 田恬. 长安大学. 2016
[7]. 松嫩平原不同盐分补给类型盐渍土的水盐运移规律研究[D]. 许艳争. 东北师范大学. 2008
[8]. 基于试验及模型的冻融过程中水盐运移规律研究[D]. 李潇瀚. 吉林大学. 2013
[9]. 土壤中的相变传热传质研究及植物根系生长的仿真模拟[D]. 刘炳成. 华中科技大学. 2004
[10]. 不同类型地膜覆盖条件下土壤水盐运移特性的研究[D]. 程诗念. 太原理工大学. 2018
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