唐福銳，伍 駿，楊田圳，陳力輔，鐘玥驊，張志亮

（四川農業(yè)大學水利水電學院，四川 雅安 625014）

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤為四川典型紫色土壤，取自四川農業(yè)大學雅安校區(qū)農場，取土時采用多點采樣法，深度為0～20 cm，去除雜質并風干，過1 mm篩備用。土壤容重為1.28 g/cm3。供試秸稈為玉米秸稈和水稻秸稈，均模擬實際生產中機械化還田方式被粉碎至1～3 cm。

1.2 試驗設計處理

試驗采用玉米、水稻2種秸稈，分別設置3個不同還田時間處理的試驗組和1個純土對照組，共計7個組，每組重復3次試驗。選用內徑為10 cm、高度為30 cm的透明有機玻璃柱，底部設有小孔。裝土高度為20 cm，按每層5 cm 裝土，裝土容重為1.20 g/cm3，分界層面進行打毛處理，以確保各層緊密結合。試驗前將濾紙覆蓋在玻璃柱底部，并將凡士林薄層均勻涂在玻璃壁內部，同時將各組秸稈分別均勻埋入裝有的20 cm高度土壤的相同玻璃柱中，埋深為0～10 cm，秸稈混摻質量比為3%，保持室內溫度與濕度恒定，土壤含水量為實際田間含水量，分別模擬還田處理0、15、30 d后供試。

試驗前，將土柱表面覆蓋一層濾紙。試驗采用內徑為10 cm 的馬氏瓶供水，水頭高度控制在4 cm，調整馬氏瓶和玻璃柱高度至合適相對位置以確保入滲全過程水頭高度始終恒定。觀察濕潤鋒的深度和馬氏瓶水位，記錄試驗開始時馬氏瓶初始水位，后連續(xù)記錄濕潤鋒運移刻度和馬氏瓶水位刻度。馬氏瓶持續(xù)供水至土柱底部流出溶液，待流出流速恒定時停止供水。

1.3 土壤入滲模型

采用Kostiakov、Philip兩種公式對試驗結果進行擬合

①Kostiakov公式：

式中：I（t）為累積入滲量，mL；t 為入滲時間，min；K 和n 為經驗常數，n值大小主要取決于因土地濕潤而引|起的土壤結構的改變。n值越大，入滲能力衰減速度越快，反之則越慢。

②Philip公式：

式中：I（t）為累積入滲量，mL；S為吸滲率，mL/min0.5。

1.4 數據處理

試驗中所用數據均為3次重復試驗均值，采用Matlab2018a作圖，數據擬合和統(tǒng)計分析采用SPSS軟件。

2 結果與分析

2.1 累積入滲量

水分達到穩(wěn)定入滲前常用累積入滲量來衡量土壤的入滲能力。圖1 和圖2 分別為混摻玉米和水稻秸稈的累積入滲曲線。兩種秸稈試驗組均是還田天數越長，累積入滲量越大。混摻玉米秸稈時，各個還田處理時期的土壤累積入滲量均小于純土組，還田30 d處理下的玉米秸稈組累積入滲量最大?；鞊剿窘斩挄r，在還田0 d情況下，混摻水稻秸稈的試驗組累積入滲量小于純土對照組；還田15 d情況下，與純土對照組差異不大；還田30 d情況下，明顯大于純土對照組?；鞊竭€田同等天數情況下的水稻秸稈累積入滲量均比混摻玉米秸稈的試驗組更大。

圖1 不同還田時間對土壤累積入滲量的影響圖

圖2 不同還田時間對土壤累積入滲量的影響圖

試驗結果表明混摻秸稈試驗組在120 min 入滲時間內，累積入滲量除水稻還田30 d一組外均低于純土對照組，這是因為混摻的秸稈會阻礙土壤中水分的流動，同時減弱土體通透性和導水能力連續(xù)性，故而出現降低入滲能力減弱的現象。而對秸稈進行還田處理后，隨著秸稈的還田時間越久，秸稈腐解率越大，當還田時間較長的秸稈與土樣混合時，其破壞土壤結構和質地均勻性效果大幅減弱，秸稈阻礙土壤中水分流動作用不斷減小，因此隨著秸稈還田時間越久，土壤的累積入滲量越大。

2.2 濕潤鋒運移特征

濕潤峰是土壤水分運移時濕潤層的最前端，可展示土壤水分在土壤基質吸力和重力作用下的運動特征。對濕潤鋒與時間的二者關系進行擬合，結果符合冪函數：F=atb，其中a—第一個計時單位后的濕潤鋒的推進距離；b—濕潤鋒進程的衰減程度。對實測數據資料進行擬合詳見表1，其濕潤鋒模擬的決定系數R2均在0.99以上，說明此冪函數能較好地模擬不同秸稈還田下的紫色土壤濕潤鋒的運移規(guī)律。混摻秸稈的處理，相比未混摻秸稈的對照組處理系數a明顯增大，表明混摻秸稈后增大了土壤水分初始入滲速率，而系數b均減小表明濕潤鋒進程衰減增大。秸稈的添加顯著改變了土壤水分入滲過程，不同秸稈及其不同還田時間對土壤濕潤鋒的影響存在一定差異。

表1 土壤濕潤鋒深度與時間擬合結果表

在30 min 之前各試驗組濕潤鋒運移距離大多超過純土對照組，濕潤鋒運移速率明顯高于純土對照組，其中混摻水稻秸稈的土壤濕潤鋒運移速率最快，且相比純土對照組的濕潤鋒運移速率提升效果明顯，最大可提升20%以上。濕潤鋒下移超出土壤與秸稈的混摻層后土壤試驗組濕潤鋒運移速率放緩，濕潤鋒運移距離區(qū)別明顯，在最終120 min設計時間時純土對照組的濕潤鋒運移距離均大于各個混摻秸稈的土壤試驗組?；鞊竭€田30 d處理下的玉米秸稈相比于15 d處理下的濕潤鋒運移深度提升約19%，混摻還田30 d處理下的水稻秸稈相比于15 d處理下的濕潤鋒運移深度提升約9%。相同處理時間條件下，各組初始入滲速率：水稻＞玉米＞純土，截至120 min 入滲設計最終時濕潤鋒運移距離：純土＞水稻＞玉米。

2.3 入滲過程模擬與入滲特征參數

為了進一步探究不同秸稈及還田時間對土壤入滲過程的影響及入滲模型在本試驗擬合的適應性，將土壤累積入滲量隨時間變化的數據分別用Philip 模型、Kostiakov 模型進行擬合，擬合結果詳見表2。Kostiakov 的決定系數R2均在0.99 左右，Philip 模型的決定系數R2絕大部分0.96～0.99，可知Kostiakov模型對本試驗探究的土壤入滲過程的擬合更好。隨著秸稈還田處理時間的增長，K 值先減小后增大，n 值先增大后減小，表明混摻秸稈及其秸稈還田時間不同對K值和n值有較大影響。

表2 兩種入滲公式參數擬合結果表

3 結論與討論

同種秸稈在不同還田處理時間下土壤累積入滲量和濕潤鋒運移規(guī)律的研究表明：秸稈的還田時間與土壤累積入滲量、濕潤鋒初始運移速率、最終運移距離呈現正相關。隨著秸稈還田時間越長，土壤累積入滲量越大；秸稈還田處理時間越短，濕潤鋒運移距離越小。其中水稻秸稈還田30 d處理后累積入滲量大于純土對照組，其余試驗組均小于純土對照組。隨著時間向后推移，兩者濕潤鋒曲線斜率逐漸由陡峭轉向平緩；混摻秸稈的試驗組前期濕潤鋒運移距離和速率均大于對照組，這可能與秸稈還田增加了土壤孔隙度有關。當水分最開始流過混摻秸稈的土壤層時，因土壤孔隙率較大，滲透系數相對較大，由達西定律可知入滲速率也會相對增大。因此土壤孔隙度增加將最終導致各試驗組的土壤混摻層中濕潤鋒初始運移速率明顯大于純土對照組，因此可見秸稈還田可加快土壤初始入滲速率，有助于水分快速到達作物根尖部位。后期純土對照組穩(wěn)定運移速度更快，最終濕潤峰深度均大于混摻秸稈試驗組，原因可能在于向土壤中混摻秸稈后切斷了土壤毛管，影響了土壤本身具備的通透性和導水的連續(xù)性。

不同秸稈在同一還田處理時間下土壤累積入滲量和濕潤鋒運移規(guī)律的研究表明：混摻水稻秸稈的試驗組累積入滲量與入滲速率、濕潤鋒深度與運移速率均大于混摻玉米秸稈的試驗組，可知水稻秸稈還田對土壤入滲能力的改善作用明顯大于玉米秸稈。其原因可能在于水稻秸稈的吸水性與吸濕性均高于玉米秸稈，且因玉米秸稈的外表面光滑致密，有著少量的氣孔和非均勻分布的劃痕，因此具備良好的防水性能，同時結構相比水稻秸稈較為復雜，不宜與土壤混合均勻。