王慧勇，張 宏，劉世虹，程?hào)|娟

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

保水劑混施用量對(duì)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?hào)|娟1

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

為了探明保水劑在不同混施用量下對(duì)沙質(zhì)土壤水分入滲性能及變化過(guò)程的影響，通過(guò)室內(nèi)積水入滲試驗(yàn)，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(rùn)鋒等的動(dòng)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(rùn)鋒運(yùn)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(rùn)鋒運(yùn)移距離越小。試驗(yàn)中，保水劑混施用量為0.75%和1.00%時(shí)，表層土壤含水率急劇增加；同時(shí)，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?；焓┯昧?.5%時(shí)，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(guó)是世界上沙化土地分布較多的國(guó)家，現(xiàn)有沙化土地面積1.74×106hm2，占國(guó)土面積的18%，涉及全國(guó)30個(gè)?。▍^(qū)、市）841個(gè)縣（旗）［1－2］。近年來(lái)，隨著全球氣候變暖，干旱加劇，沙化土地面積不斷擴(kuò)大。這不但嚴(yán)重影響了我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，而且?guī)?lái)了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。在這些地區(qū)，水資源短缺是導(dǎo)致土地沙化的主要因子。為了防治土地沙化、開(kāi)發(fā)利用低肥力沙土，除合理利用水資源外，還必須開(kāi)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(fù)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(gè)重要途徑。保水劑是利用強(qiáng)吸水性樹(shù)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?cái)?shù)百倍甚至上千倍的純水，而且有反復(fù)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(shí)，保水劑能增強(qiáng)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(duì)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(duì)土壤理化特性以及作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響的研究上［9－11］，而關(guān)于保水劑對(duì)沙質(zhì)土壤水分垂直入滲影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究通過(guò)室內(nèi)模擬混施保水劑積水入滲試驗(yàn)，分析保水劑混施用量對(duì)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(shí)驗(yàn)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(xué)成分為聚丙烯酰胺，粒徑0.25～0.5mm。入滲試驗(yàn)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(guó)際制土壤質(zhì)地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，確定為砂土。土壤采樣深度30cm，自然風(fēng)干后，過(guò)2mm土篩待用。

1.2 試驗(yàn)裝置與方法

試驗(yàn)裝置主要由試驗(yàn)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(jī)玻璃管組成，通過(guò)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(jī)玻璃管，以形成一個(gè)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(duì)照），每一處理重復(fù)2次，取平均值。積水入滲試驗(yàn)用馬氏瓶供水，其供水水位控制在20mm。入滲開(kāi)始后，用秒表每隔30s計(jì)一次時(shí)，記錄馬氏瓶水位讀數(shù)，觀察濕潤(rùn)鋒垂直入滲距離隨時(shí)間的變化，每一試驗(yàn)共用時(shí)10min。入滲結(jié)束后拆卸分層取土，用烘干法測(cè)定土壤含水率。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑混施用量對(duì)入滲率的影響

入滲速率是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(qiáng)度等因素的影響［12］。從圖1中可以看出，各試驗(yàn)入滲率隨入滲時(shí)間的變化趨勢(shì)基本相同，隨著入滲時(shí)間的延長(zhǎng)，入滲率逐漸減小，并趨于恒定。相同入滲時(shí)刻，保水劑混施用量越大，入滲率越低。表明在入滲過(guò)程中保水劑對(duì)入滲率的影響具有穩(wěn)定性和一致性，但各試驗(yàn)結(jié)果差異不大。

2.2 保水劑混施用量對(duì)累積入滲量的影響

累積入滲量是入滲開(kāi)始后一定時(shí)間內(nèi)，通過(guò)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(shí)間的變化關(guān)系，對(duì)于分析降雨和灌溉入滲等問(wèn)題十分重要。從圖2中可以看出，所有試驗(yàn)累積入滲量都是隨著入滲時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大。在相同入滲時(shí)刻，累積入滲量與混施用量成負(fù)相關(guān)，混施用量越大，累積入滲量越小，而且都小于對(duì)照。入滲終止時(shí)，混施0.25%、0.50%、0.75%和1.00%相對(duì)于對(duì)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(duì)濕潤(rùn)鋒的影響

濕潤(rùn)鋒指水分入滲的最大深度，如果水分入滲過(guò)深則可能導(dǎo)致深層滲漏發(fā)生，而水分入滲過(guò)淺則不能滿足作物根系吸水的需要，產(chǎn)生水分脅迫導(dǎo)致減產(chǎn)。因此，分析入滲時(shí)的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移規(guī)律對(duì)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(rùn)鋒運(yùn)移距離隨時(shí)間的變化。從圖3中可以看出，土體濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離隨入滲時(shí)間的變化趨勢(shì)與累積入滲量一致，均是隨著入滲時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大。在初始入滲3.5min內(nèi)，相同入滲時(shí)刻，保水劑用量越大，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離越大，并且都大于對(duì)照；3.5～5.5min內(nèi)，在相同入滲時(shí)刻，混施保水劑的土體濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離基本相等，仍大于對(duì)照；5.5min以后，在相同入滲時(shí)刻，保水劑混施用量越大，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離越小，并且在8min以后均小于對(duì)照濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離。從整個(gè)入滲過(guò)程來(lái)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(shí)，混施0.25%，0.50%，0.75%和1.00%相對(duì)于對(duì)照，濕潤(rùn)鋒運(yùn)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(duì)土壤含水率的影響

土壤水分不僅提供作物生長(zhǎng)所需要的水分，而且是土壤內(nèi)生物活動(dòng)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(shí)，各土層含水率大于相同層位的其它試驗(yàn)結(jié)果；混施0.25%時(shí)，各土層的含水率變化相對(duì)平緩，從25.8%逐漸減小到22.2%；而混施1.00%和0.75%時(shí)，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(yàn)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(duì)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(rùn)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(duì)沙質(zhì)土壤水分入滲率、累積入滲量和濕潤(rùn)鋒運(yùn)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?yàn)橐环矫姹Ｋ畡┪蛎涹w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(yùn)移；同時(shí)，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(duì)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(shí)又能夠降低水分深層滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）土壤容重可以反映土壤的緊實(shí)程度。容重小說(shuō)明土壤疏松，孔隙度相對(duì)較多，土壤通透性好［13－14］。試驗(yàn)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小（對(duì)照、0.25%、0.50%、0.75%和1.00%土壤容重經(jīng)測(cè)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(rùn)鋒變化曲線中，初始入滲3.5min內(nèi)，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離與保水劑施加量成正相關(guān)，可能是因?yàn)樵诒Ｋ畡┪浿?，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(chǔ)水能力。但混施用量較多，如試驗(yàn)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(fēng)險(xiǎn)，不利于水土保持。同時(shí)，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(shí)，8－14cm土壤能夠保持一定的含水量，當(dāng)土壤干旱時(shí)，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(xué)基金（C2011402042）；邯鄲市科技研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)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(hù)方面研究。E－mail：wanghuiyong07＠yahoo.cn