蒸發(fā)條件下夾砂層土壤水鹽運移實驗研究.pdf

1、由于涉及水資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等諸多方面的問題，土壤中水和溶質(zhì)運移的研究歷來為人們所重視。本文針對我國西北地區(qū)土壤剖面多呈層狀和春季強烈返鹽季節(jié)土壤多處于裸露狀態(tài)的特點，以室內(nèi)土柱模擬實驗為主，研究同一潛水位和礦化度（3g/l）條件下不同大氣蒸發(fā)能力時夾砂層強化鹽漬土壤的水鹽運動規(guī)律及其遷移機制。實驗分毛管水上升和水分蒸發(fā)兩個階段進行，主要分析了砂土層厚度、層位、質(zhì)地等因素對水鹽運動的影響及作用機制，所得主要結(jié)論如下： 1. 均質(zhì)土

2、壤毛管水上升速度和地下水補給速率均與時間呈非線性冪函數(shù)關(guān)系，而二者之間可近似為線性關(guān)系。Green-Ampt 模型可用于模擬地下水埋深較淺時均質(zhì)土壤毛管水分運動特性。 2. 與均質(zhì)土相比，砂層對毛管水的上升既有促進也有抑制作用。水分運動由促進到被抑制的轉(zhuǎn)折點為砂土和壤土導水率的相對大小發(fā)生變化之時。本實驗中以5cm的層位為轉(zhuǎn)折點。砂層對水分的抑制作用隨砂層層位的升高、厚度的增加以及級配的變差而增大。不同層位夾砂層土壤毛管水上升速

3、度和地下水補給速率可用砂層的相對層位來表征；不同質(zhì)地夾砂層土壤則可用砂層的有效粒徑和不均勻系數(shù)表征，但有效粒徑的精度更高一些。 3. 夾砂層土壤毛管水最大上升高度以及各層土壤含水量的分布是否會受到影響主要取決于砂層的質(zhì)地、層位、厚度及其相互間的關(guān)系，同時還與同剖面中其它土壤的質(zhì)地有關(guān)。其它土壤質(zhì)地一定時，若砂層的有效粒徑或不均勻系數(shù)滿足 則毛管水的最大上升高度以及各層土壤含水量的分布均會被抑制。 4. 對于鹽

4、漬土的蒸發(fā)來說，由于鹽殼形成后對水分蒸發(fā)的抑制，不同大氣蒸發(fā)能力條件下地下水埋深為50cm時，短歷時（15d）的潛水蒸發(fā)為穩(wěn)定蒸發(fā)，而長歷時（30d）則為非穩(wěn)定蒸發(fā)。 5. 阿維里揚諾夫公式不適宜于鹽漬土的潛水穩(wěn)定蒸發(fā)強度計算。清華雷志棟公式可較好的預測其穩(wěn)定蒸發(fā)強度，且在精度要求不很高的情況下，可用于估算不同大氣蒸發(fā)能力條件下各歷時的非穩(wěn)定蒸發(fā)強度，但兩種情況下模型中參數(shù)β的下限值均比規(guī)定值小。 6. 砂層對潛水蒸發(fā)強

5、度、土表返鹽量以及鹽溶液濃度的影響與砂層對毛管水上升速度的影響規(guī)律基本相同，當砂層層位大于35cm（相對層位為0.7）時，砂層對水鹽的抑制作用可達70~80﹪。同時鹽分在土砂上下界面均有滯留現(xiàn)象，且砂層層位越高或有效粒徑越大，其滯留量越大。因而砂層對鹽分的抑制率大于對水分的抑制率。這對于鹽堿地的改良和作物的生長非常有利。 7. 以均質(zhì)土壤潛水穩(wěn)定蒸發(fā)強度計算模型為基礎(chǔ)，建立了適用于不同蒸發(fā)能力條件下各層位夾砂層土壤以及同層位不同

6、質(zhì)地夾砂層土壤穩(wěn)定蒸發(fā)強度計算的雷志棟公式，并提出其非穩(wěn)定蒸發(fā)強度計算的方法及條件。砂層的相對層位和相對有效粒徑可分別作為預測不同層位和質(zhì)地夾砂層穩(wěn)定蒸發(fā)強度的重要參數(shù)。 8. 不同大氣蒸發(fā)能力時各層位夾砂層土壤以及不同質(zhì)地夾砂層土壤土表2cm和10cm的累積蒸發(fā)量與全鹽量呈明顯的線性關(guān)系，但層位大于35cm（相對層位為0.7）的夾砂層土壤應與小于35cm的夾砂層土壤分別進行處理。 9. 砂層對不同離子運動的影響不同。對

7、地下水和土壤中均存在的Na＋和Cl-而言，其表聚情況最為強烈，同時受砂層的影響也最大，且在蒸發(fā)后期砂層對Na＋的抑制作用大于Cl-。對于僅土壤中存在的SO42-、Ca2+和HCO3-三種離子來說，隨水分向上遷移的主要是SO42-和Ca2+，且砂層層位的變化對Ca2+ 的影響更大一些；而HCO3-則不隨水分而運動，即砂層對HCO3-無明顯影響，但不同處理在接近地下水位處出現(xiàn)了次生堿化的現(xiàn)象（即HCO3-含量明顯增大），且隨蒸發(fā)歷時的延長以

8、及大氣蒸發(fā)能力的增加而加重。外界大氣蒸發(fā)強度越大，砂層對離子的抑制作用越大。 10. 均質(zhì)土壤剖面Cl-和全鹽量之間呈線性關(guān)系，而Na+與全鹽量則呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系，且離子與全鹽量的關(guān)系不受大氣蒸發(fā)能力影響；不同層位夾砂層土壤剖面全鹽量和兩種離子的關(guān)系與均質(zhì)土相同；不同質(zhì)地夾砂層土壤剖面全鹽量與Cl-呈指數(shù)型關(guān)系曲線，而與Na+呈直線關(guān)系。同一大氣蒸發(fā)能力條件下離子與全鹽量的關(guān)系不受砂層層位以及砂層質(zhì)地的影響。 11. 對于

9、鹽漬土來說，由于鹽殼的影響，理論計算的潛水極限蒸發(fā)強度均比實測值大。同時無論是對于層狀土還是均質(zhì)土，忽略參數(shù)b將使得計算值更為偏大，且土壤質(zhì)地越輕，忽略參數(shù)b時所計算的潛水極限蒸發(fā)強度越大；同一質(zhì)地時，則參數(shù)b的大小對潛水極限蒸發(fā)強度的影響與潛水埋深有關(guān)。 12. 將層狀土壤各土層以均質(zhì)土來看待，并以此為基礎(chǔ)來計算層狀土壤的穩(wěn)定蒸發(fā)強度，對于層位較低的夾砂層土壤較為適用，但對于層位較高的夾砂層土壤就必須考慮砂層對水分的“阻抗作用