保水剂作用下土壤水分室内入渗试验研究.docx

保水剂作用下土壤水分室内入渗试验研究 0 节水保水剂的出现及效果 干旱、缺水和土壤侵蚀是限制我国农业可持续发展的重要因素。近年来, 随着全球变化, 干旱加剧, 农业受旱面积不断扩大, 全国年均农田受旱面积已由20世纪50年代的1330万hm 新型节水保水材料——保水剂的出现为解决上述问题提供了一种新途径和新方法。保水剂能迅速吸收和保持比自身重几百倍甚至上千倍的水分, 而且具有反复吸水功能;吸水膨胀, 能缓慢释放水分供植物吸收利用 水分在田间的入渗过程决定着降雨和灌溉水进入土壤的速度和数量, 也决定着地表径流的大小和土壤侵蚀程度的强弱。尤其在水资源紧缺的情况下, 关于入渗的理论和实践乃是发展节水型农业的重要依据之一。目前国内外已有大量研究关于土壤初始含水率、土壤容重、土壤质地等因素对土壤入渗特征的影响 1 材料和方法 1.1 保水剂的种类 供试土壤采自中国农业科学院东门气象站的试验田内, 自然风干过2 mm土筛。土壤的基本理化性质为:有机质含量12.9 g/kg, p H7.5, 砂粒69.5%、粉粒26.3%、黏粒4.2%, 按照国际质地分类标准, 属砂质壤土。 保水剂为美国DEGUSSA AG (德固萨) 子公司STOCKHAUSEN Gmb H (斯托克豪森) 生产的四达保水剂STOCKOSORB。其外观为白色颗粒, 颗粒大小为0.2~2 mm, 成分为钾基聚丙烯酸脂聚丙烯酰胺三聚体型保水剂。四达保水剂在去离子水和0.9%Na Cl溶液中的吸水倍率分别为263.9 g/g和47.7 g/g, 1 g四达保水剂在去离子水中的吸水速率见表1。 1.2 保水剂的使用方式 试验主要由试验土柱和供水系统两部分组成。土柱采用内径4.2 cm, 高20 cm的透明有机玻璃管, 管内按照土壤容重1.3 g/cm 试验设置4个保水剂处理水平, 即对照组 (不施保水剂) 和处理组0.1%、0.2%、0.3% (以保水剂和10 cm厚风干土的质量比为梯度计算单位) , 每个处理3次重复。保水剂设计两种施用方式, 一是混施组, 分别在均质的供试土体内上层0~10 cm和下层10~20 cm内设计保水剂与土壤的混合层;二是层施组, 在距离供试土体上表层5 cm、10 cm和15 cm处集中施用保水剂。 入渗开始后, 用秒表计时, 分别于0.5、1、2、3、4、6、8、10、12、15、20、25和30 min时记录马氏瓶水位读数, 观察湿润锋垂直入渗距离随时间的变化。对于层施处理组, 入渗结束后分层取土, 用烘干法测定土壤质量含水率。上述试验均在中国农业科学院东门实验室内进行。 1.3 数据处理和分析 图中所有数据均为3次测定的平均值, 采用SPSS 11.5软件进行方差分析, 并在0.05显著水平上进行Duncan多重比较。 2 结果与分析 2.1 保水剂对土壤入渗率的影响 入渗率是单位时间内通过地表单位面积渗入到土壤中的水量, 反映了土壤的入渗性能, 受土壤质地、孔隙状况、供水强度等因素的影响 由图1和图2可以看出, 混施和层施保水剂后, 入渗率随入渗时间的变化趋势是相同的, 起始入渗的5 min内, 入渗率急剧减小, 此后随着入渗时间的延长, 入渗率平缓减小, 并趋于恒定。入渗终止时, 混施 (0~10 cm、10~20 cm) 和层施 (5 cm和10 cm) 保水剂0.3%处理组的入渗率分别比对照组显著减小了36.6%、10.2%、44.8%和11.5%。同对照相比, 随着入渗进程, 各处理组对入渗率呈现不同程度的抑制效应;但在15 cm处层施保水剂则正好相反, 反而在一定程度上增大了土壤入渗率, 其入渗率的最大值出现在保水剂0.3%的处理组。上层混施 (0~10 cm) 和层施 (5 cm) 保水剂, 除起始入渗外, 入渗率基本随着保水剂用量的增加而减小。 2.2 保水剂对累积入渗量的影响 了解累积入渗量随时间的变化, 对于分析降雨和灌溉入渗等问题十分重要。水分在入渗过程中, 如果入渗过深则可能导致深层渗漏发生, 而入渗过浅则不能满足作物根系吸水的需求, 产生水分胁迫导致减产 图4a中, 上层 (5 cm) 层施保水剂, 在起始入渗3 min内, 各处理间土壤水分累积入渗量差异不显著, 此后保水剂处理组累积入渗量不仅远远小于对照组, 而且其变化与保水剂用量大致呈负相关, 入渗终止时累积入渗量分别达到73 mm (对照) 、69 mm (0.1%) 、39 mm (0.2%) 和40 mm (0.3%) 。整个入渗阶段, 保水剂0.2%和0.3%处理组间差异始终不显著。下层 (10 cm和15 cm) 层施保水剂, 随着入渗进程, 累积入渗量与保水剂用量间呈不规则变化 (图4b和图4c) 。10 cm处层施保水剂, 入渗20 min后,