覆砂条件下保水剂浓度对土壤水盐运移的影响研究

摘要

保水剂是近年来发展迅速的化学节水技术，可增强土壤保水性，改良土壤结构，提高水分利用率，利用土壤保水剂节水增产是缓解水资源短缺的一种重要途径和方法。西北干旱半干旱地区，保水剂暴露在氧化环境中，会逐渐分解造成保水剂失效。为防止保水剂失效，利用土壤表层覆砂隔绝氧气及光照对保水剂的影响，将土壤表层覆砂与混施保水剂相结合，研究了不同浓度保水剂对土壤水盐运移规律的影响。
　　（1）通过室内入渗模拟实验，研究了覆砂（CK）、覆砂+保水剂浓度0.10%、覆砂+保水剂浓度0.20%、覆砂+保水剂浓度0.50%和覆砂+保水剂浓度1.00%，共5种方式下土壤水分一维入渗的特征。结果表明：土壤中施用保水剂会降低土壤水分的湿润锋前进速率及入渗速率，且保水剂浓度越大，抑制作用越大。湿润锋的推进距离与时间呈幂函数关系：相同时刻的累积入渗量与保水剂浓度呈反比，保水剂可延长入渗时间，且保水剂浓度越大入渗时间越长。最终累积入渗量与保水剂呈正比，保水剂浓度越大最终累积入渗量越大，累积入渗量与时间呈幂函数关系；湿润锋与累积入渗量呈线性关系；土壤水分的入渗速率与时间二者之间的关系符合Kostiakov模型。
　　（2）通过室内土柱模拟蒸发实验，研究了覆砂（CK）、覆砂+保水剂浓度0.10%、覆砂+保水剂浓度0.20%、覆砂+保水剂浓度0.50%和覆砂+保水剂浓度1.00%，5种方式在恒定蒸发下土壤水盐的运移特征，结果表明：随着蒸发的进行，土壤各层含水率逐渐降低，但覆砂+保水剂的土壤各层失水速率小于仅覆砂，且保水剂浓度越大保水效果越好。在恒定蒸发30天后，其保水剂浓度在0.20%时，土壤平均含水率为30.61%，且各层土壤的含水率均在30%左右；保水剂浓度为0.20%是抑制盐分表聚的临界值，当保水剂浓度低于0.20%时，抑制盐分表聚的作用随着保水剂浓度增加而增大，当保水剂的浓度超过0.20%时其抑盐效果增加不明显，故保水剂浓度达到0.20%时效果最佳。
　　（3）通过室外蒸发实验，研究了覆砂与无覆砂条件下保水剂不同浓度对土壤水分蒸发的影响。结果表明：无覆砂条件下，保水剂浓度为0.10%、0.20%、0.50%的累积蒸发量较裸土分别减少5.70%、20.20%、25.65%；覆砂条件下，未加保水剂的土壤累积蒸发量较裸土减少了87.08%，当分别加入保水剂浓度为0.10%、0.20%和0.50%时，土壤水分累积蒸发量较裸土分别减少了90.47%、96.20%、96.32%，其中覆砂下保水剂浓度为0.20%和0.50%相比，抑制水分蒸发效果不明显，为此，保水剂浓度为0.20%时最为适宜。
　　（4）通过研究不同浓度保水剂的土壤特性，分析了土壤分形维数D，粒径体积分数、容重。结果表明：土壤的粒径分布随着保水剂浓度的变化而变化，在50.0μm的电镜下，土壤颗粒多呈不规则形状、大小悬殊，且含有不同保水剂土壤的颗粒形态及间距相差很大。保水剂浓度与分形维数 D、粘粒体积分数及粉粒体积分数呈负相关性，与砂粒体积分数呈现正相关性。保水剂浓度与土壤粒径分形维数呈二次多项式关系。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究思路

第2章 实验设计与测试方法

2.1 实验区概况

2.2 实验材料

2.3 实验设计

2.4 土壤含水率及盐分的测定方法

2.5 土壤分形维数的计算方法

2.6 土壤特性的测定方法

第3章 覆砂条件下保水剂对土壤水分一维入渗的影响

3.1 计算方法

3.2 覆砂条件下保水剂对湿润锋的影响

3.3 覆砂条件下保水剂对入渗量及入渗率的影响

3.4 不同浓度的保水剂下累积入渗量与湿润锋的关系

3.5 入渗模型

3.6 讨论与小结

第4章 覆砂条件下保水剂对土壤水盐运移的影响

4.1 覆砂条件下保水剂对土壤剖面水分运移的影响

4.2 覆砂条件下保水剂对土壤平均含水率的影响

4.3 覆砂条件下保水剂对土壤剖面盐分运移的影响

4.4 讨论与小结

第5章 覆砂条件下保水剂对土壤水分蒸发的影响

5.1 无覆砂条件下保水剂对土壤水分蒸发的影响

5.2 覆砂条件下保水剂对土壤水分蒸发的影响

5.3 不同方式下土壤水分累积蒸发量的对比

5.4 讨论与小结

第6章 覆砂条件下保水剂对土壤特性的影响

6.1 扫描电镜分析

6.2 保水剂对土壤粒径分布的影响分析

6.3 土壤粒径体积分数的相关性分析

6.4 土壤分形维数与保水剂浓度的相关性分析

6.5 本章小结

结论与展望

1 结论

2 不足与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录