不同地表條件下季節(jié)性凍融土壤入滲特性的試驗研究.pdf

1、本世紀，水資源短缺問題仍然十分突出，已經(jīng)成為制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。緩解水資源供需矛盾，一靠開源，二靠節(jié)流，農(nóng)業(yè)節(jié)水是節(jié)流中的重中之重。本文以干旱、半干旱氣候區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)協(xié)調發(fā)展、水資源高效利用為出發(fā)點，以山西省水文水資源勘測局太谷均衡實驗站為試驗基地，分析研究了季節(jié)性凍融期不同地表條件下凍融土壤的入滲特性及其影響因素。 試驗田塊分7種地表條件：休閑裸地(LD)、地膜覆蓋地(MD)、玉米秸稈覆蓋地(JD)地膜和秸稈二元覆

2、蓋地(JMD)、小麥裸地(XLD)、小麥秸稈覆蓋地(XJD)和草地(CD)。采用自制的雙套環(huán)入滲儀一維垂直積水入滲試驗法進行了系列入滲試驗252組，同步監(jiān)測地溫和含水率的動態(tài)變化特征。本文全面系統(tǒng)地分析了季節(jié)性凍融期7種地表條件下土壤的凍結特征、入滲特性的季節(jié)變化規(guī)律及其影響因素，并利用數(shù)理統(tǒng)計方法對凍融土壤入滲能力進行了預報。研究結果表明： 1.季節(jié)性凍融期地中溫度與日平均氣溫呈現(xiàn)出一致的變化趨勢，二者之間關系可以較好地用二次

3、多項式y(tǒng)=α0+α1x+α2x2來表示；隨著土壤深度的增加，地溫與日平均氣溫的相關程度降低。 2.土壤的凍結和融化實質上是土壤水的凍結和融化，從研究凍融土壤入滲特性的角度出發(fā)，土壤的凍融過程大致分為三個階段，即初凍階段、穩(wěn)定凍結階段和解凍消融階段。土壤溫度狀況取決于輻射平衡(Qd)，不同地表條件下輻射平衡的差異使得土壤初始凍結時間和融化時間差異較大。LD初凍始于11月11日，MD、JD(XJD)、JMD和CD土壤的初凍時間分別滯

4、后裸地38d、45d、47d和7d。最大凍結深度LD、XLD和CD在60cm左右，MD、JD(XJD)、JMD分別為42cm、35cm和20cm。消融期MD和CD快速解凍，提前LD約10d，JD及XJD解凍滯后裸地約7d。 3.土水勢梯度是土壤水分運動的驅動力，水力傳導度的大小是控制凍融土壤入滲能力的主要因素。與非凍結土壤相比，凍土具有明顯的減滲作用，減滲是由于土壤水分相變導致的土壤水力傳導度的減小所致。不同地表條件下凍融土壤入

5、滲能力差異較大，但具有相同的變化規(guī)律，即在季節(jié)性凍融期土壤入滲能力均經(jīng)歷由高到低、然后再增高的變化過程；入滲能力隨凍融歷時的變化過程可很好的用三次多項式描述。 4.地溫和土壤含水率對凍融土壤的入滲能力非常敏感，土壤含水率是土壤相變的物質基礎，地溫是土壤發(fā)生相變的外界環(huán)境因素。地溫與未灌水不同地表地塊的入滲能力的相關程度較高，相關系數(shù)在0.799以上，而與灌水后的秸稈覆蓋地塊的入滲能力相關系數(shù)較低。不論何種地表條件，凍融土壤的入滲

6、能力均隨著土壤含水率的增大而減小，其關系可較好地用冪函數(shù)方程H90=Aθ-B表示，分析表明秸稈覆蓋地塊的土壤含水率與入滲能力的相關程度較低。 5.凍融土壤的入滲過程可很好的用考斯加科夫三參數(shù)土壤入滲經(jīng)驗模型反映，不同地表條件下凍融土壤入滲能力可用土壤含水率、土壤溫度和日平均氣溫三變量線性模型來預報。 本研究以探索水資源高效利用及儲水保墑措施為目的，用以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際問題，對干旱和半干旱地區(qū)季節(jié)性凍融期儲水保墑及高效利用