分层土壤水分运动特性研究

陈前 杨镔力 张裕杰 王余缆榔 康银红

摘要：研究不同分层类型土壤中的水分流动，是综合考虑土壤种类与土壤的分层搭配方式而实施的灌溉方法。制订合理的灌溉制度，采用室内试验、理论与实际相结合的方法，研究了在不同分层类型下，土壤水分的运移规律。有利于控制农业用水，提高水资源的利用效率，对缓解水资源紧缺，推动农业可持续发展具有重要意义。

关键词：土壤水分;分层土壤;水分运动

一、绪论

（一）研究目的意義

改变土壤分层的搭配方式是提高水利用效率的重要途径。加强对灌溉的研究，针对生产中不同的需求，提出相应的土壤分层类型和灌溉制度，对推动农业的可持续发展，解决灌溉具有重要意义，其应用前景广阔。随着计算机的广泛应用和计算速度提高，科学家建立起水分在分层土壤流动的模型，但目前研究土壤水分的方法仍主要是数量法和能量法[1]。

（二）现状分析

自20世纪80年代以后，计算机的广泛应用和计算速度的提高使土壤水分的定量数值 模拟研究取得快速发展。1981年Heam等建立了反映植物根系水分状况的土壤水平衡模型[2]，1983年荷兰土壤与水分管理研究所的Belmans等建立了计算土壤水分动态变化的数值模型SWATRE[3]。

国内，武汉大学李恩羊对渗灌条件下土壤水分运动进行了数学模拟，并对所建模型作了实验室检验[4]，杨金忠提出了二维饱和.非饱和水流运动问题的有限元模型，并在室内进行了二维饱和一非饱和水流运动实验[5]。

二、分层土壤条件下湿润峰距离随入渗时间的变化

由图1可以看出，湿润峰距离随入渗时间的延长单调增加。由变化趋势看，在5min内，分层类型为壤土-黏土-砂土土壤的湿润峰移动距离大，但当湿润峰距离大于5cm后，相同入渗时间内，分层类型为黏土-壤土-砂土土壤的湿润峰移动速度明显高于分层类型为壤土-黏土-砂土土壤。出现这种情况的原因可能是黏土导水率明显低于壤土。

由图2变化趋势看，在10min内，分层类型为砂土-黏土-壤土土壤的湿润峰移动距离大于砂土-壤土-黏土，可得砂土的导水性大于壤土。在15min后，两种类型土壤的湿润峰移动距离大致重合，原因可能是水均渗入到黏土层，黏土层导水率低，湿润峰移动缓慢，斜率趋于一致。

（1）通过土柱实验，在土壤夹层厚度相同且流量相等的情况下，清水灌溉土壤湿润锋运移时间表现为t（粘土）>t（壤土）>t（砂土），黏土对水分下渗抑制作用最好。

（2）由三个图对比得，湿润峰距离随入渗时间增加而趋于稳定，随着清水入渗时间的增加，土壤中湿润锋移动的距离也不断增加，且速度由快变慢。当湿润锋抵达不同土壤分层的交界处时，湿润锋的移动也有明显的停滞作用，并且当土壤达到下一层时湿润锋的下降的速度明显低于上一层土壤。

三、不同组合的分层土壤对于含水率的影响

含水率作为土壤研究中的一个重要指标，我们根据测定不同类型铺设的土壤在相同浇灌条件下的含水量，探究不同层次的土壤对于水分流动的影响。

两层土壤水分流动实验由六组数据对比可得，上两层土壤的铺设方式不同对于底层土壤含水率有影响。分层类型为砂土-黏土-壤土土壤体积含水率最大，壤土-砂土-黏土土壤体积含水率最小。分层类型为壤土-黏土-砂土、壤土-砂土-黏土土壤体积含水率有增大趋势;黏土-砂土-壤土、砂土-黏壤土、黏土-壤土-砂土土壤体积含水率有减小趋势。通过三种土壤含水量的对比可得，持水能力以粘土最大、壤土次之，砂土最低。

总结

随着我国农业生产力的不断提高，农业用水日趋紧张，研究不同分层类型土壤中的水分流动，明确不同分层类型下的土壤含水率和湿润锋移动状况，确定最适合的分层方式，有利于实施农田用水控制，提高水资源的利用效率，对缓解水资源紧缺，解决农业资源污染具有重要作用。

参考文献

[1]任长江，赵勇，王建华，龚家国，田济杨，水科学进展[N].土壤水分入渗试验和模型，2018（11）：29-6.

[2]Constable GA，Hearn A B.Irrigation for crops in a sunburnidenvironment[J].Irrigation Science，1981，3：17-28.

[3]Belmans C，wessling J G，Feddes RA.Simulation of water balance of a cropped soil：SWATER [J].Hydrology，1983，3：17-28.

[4]李恩羊，渗管条件下土壤水分运动的数学模拟[J].水利学报，1982（4）：1-10.

[5]杨金忠，二维饱和与非饱和水分运动的理论及实验研究[J].水利学报，1989（4）：55-61