保水劑混施用量對沙質(zhì)土壤水分垂直入滲特性的影響

王慧勇，張 宏，劉世虹，程東娟

（1.河北工程大學 水電學院，河北 邯鄲 056021；2.邯鄲市東武仕水庫管理處，河北 邯鄲 056500；3.河北工程大學 理學院，河北 邯鄲 056038）

保水劑混施用量對沙質(zhì)土壤水分垂直入滲特性的影響

王慧勇1，張 宏2，劉世虹3，程東娟1

（1.河北工程大學 水電學院，河北 邯鄲 056021；2.邯鄲市東武仕水庫管理處，河北 邯鄲 056500；3.河北工程大學 理學院，河北 邯鄲 056038）

為了探明保水劑在不同混施用量下對沙質(zhì)土壤水分入滲性能及變化過程的影響，通過室內(nèi)積水入滲試驗，比較分析了保水劑作用下土壤水分的入滲率、累積入滲量及濕潤鋒等的動態(tài)變化。結(jié)果表明：混施保水劑不同程度上減小了沙質(zhì)土壤水分入滲率、累積入滲量和濕潤鋒運移距離。保水劑混施用量越多，入滲率的降低程度越大，累積入滲量和濕潤鋒運移距離越小。試驗中，保水劑混施用量為0.75%和1.00%時，表層土壤含水率急劇增加；同時，由于保水劑較大的阻止入滲作用，使得8－14cm土層土壤含水率較低。混施用量0.5%時，8－14cm土層具有較高的土壤含水率。

保水劑；混施用量；沙質(zhì)土壤；土壤水分；垂直入滲

我國是世界上沙化土地分布較多的國家，現(xiàn)有沙化土地面積1.74×106hm2，占國土面積的18%，涉及全國30個?。▍^(qū)、市）841個縣（旗）［1－2］。近年來，隨著全球氣候變暖，干旱加劇，沙化土地面積不斷擴大。這不但嚴重影響了我國農(nóng)業(yè)發(fā)展，而且?guī)砹艘幌盗猩鷳B(tài)環(huán)境問題。在這些地區(qū)，水資源短缺是導致土地沙化的主要因子。為了防治土地沙化、開發(fā)利用低肥力沙土，除合理利用水資源外，還必須開發(fā)節(jié)水技術(shù)，改善土壤水分條件，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的恢復提供技術(shù)支撐。

在目前出現(xiàn)的節(jié)水技術(shù)中，保水劑因其成本低、使用方便成為節(jié)水增產(chǎn)的一個重要途徑。保水劑是利用強吸水性樹脂制成的一種超高吸水保水能力的高分子聚合物，它能迅速吸收比自身重數(shù)百倍甚至上千倍的純水，而且有反復吸水功能，吸水后的水凝膠可緩慢釋放水分供作物利用［3－5］。同時，保水劑能增強土壤保水性，改良土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤水分養(yǎng)分流失，提高水肥利用率等功效［6－8］，對改良沙質(zhì)土壤具有重要作用。目前，關(guān)于保水劑改良沙質(zhì)土壤的研究主要集中在保水劑對土壤理化特性以及作物生長和產(chǎn)量影響的研究上［9－11］，而關(guān)于保水劑對沙質(zhì)土壤水分垂直入滲影響研究鮮見報道。為此，本研究通過室內(nèi)模擬混施保水劑積水入滲試驗，分析保水劑混施用量對沙質(zhì)土壤水分垂直入滲特性的影響，以期為保水劑改良沙質(zhì)土壤技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本實驗所用保水劑為北京佳瑞林水處理技術(shù)有限公司生產(chǎn)，化學成分為聚丙烯酰胺，粒徑0.25～0.5mm。入滲試驗用土取自石家莊地區(qū)，其中砂粒97.8%、粉粒1.5%、黏粒0.7%，按照國際制土壤質(zhì)地分類標準，確定為砂土。土壤采樣深度30cm，自然風干后，過2mm土篩待用。

1.2 試驗裝置與方法

試驗裝置主要由試驗土柱和供水系統(tǒng)兩部分組成。土柱內(nèi)徑5cm，由多節(jié)有機玻璃管組成，通過4根鐵棒固定，高度為28cm。裝柱之前，首先將一定劑量的保水劑與土壤充分混合，然后將土壤按沙土容重約1.50g/cm3分層（2cm厚）裝入有機玻璃管，以形成一個均質(zhì)的供試土體。保水劑混施質(zhì)量百分比分別為0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和0（即為對照），每一處理重復2次，取平均值。積水入滲試驗用馬氏瓶供水，其供水水位控制在20mm。入滲開始后，用秒表每隔30s計一次時，記錄馬氏瓶水位讀數(shù)，觀察濕潤鋒垂直入滲距離隨時間的變化，每一試驗共用時10min。入滲結(jié)束后拆卸分層取土，用烘干法測定土壤含水率。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑混施用量對入滲率的影響

入滲速率是單位時間內(nèi)通過地表單位面積滲入到土壤中的水量，反映了土壤的入滲性能，受土壤質(zhì)地、孔隙狀況、供水強度等因素的影響［12］。從圖1中可以看出，各試驗入滲率隨入滲時間的變化趨勢基本相同，隨著入滲時間的延長，入滲率逐漸減小，并趨于恒定。相同入滲時刻，保水劑混施用量越大，入滲率越低。表明在入滲過程中保水劑對入滲率的影響具有穩(wěn)定性和一致性，但各試驗結(jié)果差異不大。

2.2 保水劑混施用量對累積入滲量的影響

累積入滲量是入滲開始后一定時間內(nèi)，通過地表單位面積入滲到土壤中的總水量。了解累積入滲量及其隨時間的變化關(guān)系，對于分析降雨和灌溉入滲等問題十分重要。從圖2中可以看出，所有試驗累積入滲量都是隨著入滲時間的延長而逐漸增大。在相同入滲時刻，累積入滲量與混施用量成負相關(guān)，混施用量越大，累積入滲量越小，而且都小于對照。入滲終止時，混施0.25%、0.50%、0.75%和1.00%相對于對照，累積入滲量分別減小了8.1%、9.4%、11.5%和12.7%。

圖1 不同混施用量土壤水分入滲率變化情況

圖2 不同混施用量土壤水分累積入滲量變化情況

2.3 保水劑混施用量對濕潤鋒的影響

濕潤鋒指水分入滲的最大深度，如果水分入滲過深則可能導致深層滲漏發(fā)生，而水分入滲過淺則不能滿足作物根系吸水的需要，產(chǎn)生水分脅迫導致減產(chǎn)。因此，分析入滲時的濕潤鋒運移規(guī)律對于研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常重要。圖3為保水劑不同混施用量條件下，土體濕潤鋒運移距離隨時間的變化。從圖3中可以看出，土體濕潤鋒運移距離隨入滲時間的變化趨勢與累積入滲量一致，均是隨著入滲時間的延長逐漸增大。在初始入滲3.5min內(nèi)，相同入滲時刻，保水劑用量越大，濕潤鋒運移距離越大，并且都大于對照；3.5～5.5min內(nèi)，在相同入滲時刻，混施保水劑的土體濕潤鋒運移距離基本相等，仍大于對照；5.5min以后，在相同入滲時刻，保水劑混施用量越大，濕潤鋒運移距離越小，并且在8min以后均小于對照濕潤鋒運移距離。從整個入滲過程來看，混施保水劑明顯減小了水分入滲深度，保水劑施用量越大，這種作用越明顯。入滲終止時，混施0.25%，0.50%，0.75%和1.00%相對于對照，濕潤鋒運移距離分別減小了9.3%，11.8%，19.7%和23.6%。

2.4 保水劑混施用量對土壤含水率的影響

土壤水分不僅提供作物生長所需要的水分，而且是土壤內(nèi)生物活動和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的必需條件。從圖4可以看出，土壤表層0－6cm各土層內(nèi)土壤含水率與保水劑的混施用量成正相關(guān)，保水劑用量越大，相同層位的土壤含水率越大。8－14cm土層內(nèi)，混施0.50%時，各土層含水率大于相同層位的其它試驗結(jié)果；混施0.25%時，各土層的含水率變化相對平緩，從25.8%逐漸減小到22.2%；而混施1.00%和0.75%時，土壤含水率隨著土層深度的增加迅速降低，分別由32.5%和29.8%迅速降低到18.3%和19.7%，水分主要集中在表層0－6cm內(nèi)。比較各試驗14cm以下土柱深層土壤含水率，可以看出，保水劑混施量越大，相同層位的土壤含水率越低。表明保水劑混施用量越大，其對水分向深層入滲的阻止作用越明顯。

圖3 不同混施用量土體濕潤鋒變化情況

圖4 不同混施用量土壤含水率變化情況

3 結(jié)論

（1）混施保水劑，對沙質(zhì)土壤水分入滲率、累積入滲量和濕潤鋒運移距離均有一定的抑制效應(yīng)。而且保水劑混施用量越大，抑制效應(yīng)越明顯。這可能是因為一方面保水劑吸水膨脹體積增大，改變了土壤的微結(jié)構(gòu)，使得土壤的孔隙度減小，阻礙水分向下運移；同時，保水劑自身吸水形成凝膠，也減小了水分入滲的速率［11］。保水劑混施用量越大，吸脹體積越大，形成凝膠量越多，對水分的阻滲能力也就越大。在干旱少雨的沙質(zhì)土壤分布區(qū)混施保水劑，既能夠節(jié)約灌溉用水，同時又能夠降低水分深層滲漏的風險。

（2）土壤容重可以反映土壤的緊實程度。容重小說明土壤疏松，孔隙度相對較多，土壤通透性好［13－14］。試驗中混施保水劑后土壤容重隨著保水劑使用量的增加而有微量的減?。▽φ?、0.25%、0.50%、0.75%和1.00%土壤容重經(jīng)測定分別為1.523g/cm3、1.519g/cm3、1.514g/cm3、1.510g/cm3和 1.503 g/cm3），一定程度上增加了土壤的透水性。在濕潤鋒變化曲線中，初始入滲3.5min內(nèi)，濕潤鋒運移距離與保水劑施加量成正相關(guān)，可能是因為在保水劑吸脹之前，土壤通透性增加的結(jié)果。

（3）混施保水劑提高了沙質(zhì)土壤的儲水能力。但混施用量較多，如試驗中施用量0.75%和1.00%，使得表層土壤含水率急劇增加，容易在表層形成滯水，增加地表徑流和土壤流失的風險，不利于水土保持。同時，由于較大的阻止入滲作用，使得8－14cm土壤含水率較低，容易產(chǎn)生水分脅迫。而施用量為0.50%時，8－14cm土壤能夠保持一定的含水量，當土壤干旱時，這部分土壤水分因滲透壓的作用可以緩慢釋放，能滿足作物根系吸水的需要。

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Effects of Mixed－application Dosages of Aquasorb on Water Vertical Infiltration Characteristics of Sandy Soil

WANG Hui－yong1，ZHANG Hong2，LIU Shi－h(huán)ong3，CHENG Dong－juan1
（1.College of Water Conservancy and Hydroelectricity，Hebei University of Engineering，Handan，Hebei056021，China；2.Handan Dongwushi Reservoir Administrative Office，Handan，Hebei056000，China；3.College of Science，Hebei University of Engineering，Handan，Hebei056038，China）

In order to determine the effects of aquasorb with different mixed－application dosages on characteristics and dynamic changes of soil water infiltration，the dynamic changes of infiltration rates，cumulative infiltrations，and wetting front of soil water under aquasorb were analyzed through the lab experiments.The results showed that the mixed－application aquasorb reduced the infiltration rates，the cumulative infiltration and the move distance of the wetting front.The more the mixed－application dosages of aquasorb is applied，the greater the inhibition degree on the infiltration rates is，the cumulative infiltration and the move distance of the wetting front were smaller.When the dosages of aquasorb were 0.75%and 1.00%，the surface soil moisture was increased sharply；meanwhile，the soil moisture in 8－14cm layer was lower because of the role of the larger penetration resistance.When the dosage of aquasorb was 0.50%，the soil moisture in 8－14cm layer was more.

aquasorb；mixed－application dosage；sandy soil；water；vertical infiltration

S152.7＋1

A

1005－3409（2011）06－0022－03

2011－04－11

2011－06－08

河北省自然科學基金（C2011402042）；邯鄲市科技研究與發(fā)展計劃項目（1023109106－5）

王慧勇（1977－），女，河北唐山人，碩士，講師，主要從事水資源利用和水環(huán)境保護方面研究。E－mail：wanghuiyong07＠yahoo.cn