黄土区土壤优先流溶质迁移的试验研究

土壤溶质迁移特征研究是分析土壤养分迁移特征，发展提高土壤肥力利用效率和改善土地生产力措施的重要基础。由于黄土中存在的大量裂缝、虫洞、根孔以及层状结构，土壤水分运动和溶质迁移表现出优先流特征，传统的对流弥散模型不能很好描述优先流条件下的土壤溶质迁移，因此研究黄土优先流溶质迁移有利于溶质迁移理论应用于田间。本项目在已有研究工作基础上，采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，通过揭示优先流条件下黄土溶质迁移的机制，分析不同土壤类型、优先流形态、迁移离子、降水量等因素对溶质迁移的影响程度，提出综合反映各种影响因素对黄土优先流溶质迁移特征影响的指标，并试图建立确定优先流条件下黄土区土壤溶质迁移参数的方法和数学模型，为黄土区土壤养分流失的预告和调控以及养分资源管理提供科学依据。

土壤溶质迁移特征研究是分析土壤养分迁移特征，发展提高土壤肥力利用效率和改善土地生产力措施的重要基础。本项目以杨凌塿土、长武黑垆土和安塞黄绵土三种典型黄土为研究对象，在大量室内外试验研究基础上进行研究优先流条件下黄土溶质迁移的机制，分析了不同土壤类型、优先流形态、迁移离子等因素对溶质迁移的影响程度，同时利用对流弥散模型、两区模型、两流区模型对现有理论模型进行验证，并对其参数进行讨论分析，确立溶质迁移参数与优先流间相关关系，初步建立优先流条件下黄土区土壤溶质迁移参数的方法和数学模型，得到主要结论如下：（1）穿透曲线峰值受土壤类型影响较大，在结构良好的黑垆土中极易出现双峰现象，CDE、两区模型均可以对原状土柱中氯离子穿透曲线进行拟合，且其拟合所得弥散系数与孔隙水流速成较好线性关系。（2）不同土壤类型团聚体入渗速率随团聚体粒径的增大而减小，现有入渗模型均可较好描述水分在团聚体中的入渗过程；CDE方程及两区模型虽能较好的模拟氯离子在团聚体填装土柱中的迁移过程，但其弥散度及延迟因子参数较均质土壤均产生较大差异，此时不能仅依据曲线拟合效果判断CDE方程及两区模型对团聚体溶质迁移的的拟合效果；（3）裸露在土壤表面的大孔隙（O-O、O-C）对溶质入渗、穿透、剖面溶质分布都起着十分明显的作用，而其他类型的连续性大孔隙（C-O,C-C）所起作用甚微。传统的入渗模型及溶质迁移模型由于边界条件界定问题，无法描述大孔隙优先流水分运动及养分迁移过程，依据大孔隙存在的实际边界条件，可以较好获得水分及养分迁移过程及其参数。（4）对于性质较稳定的氯离子和钾离子，穿透曲线为平滑的单峰曲线或标准S型，而吸附性较强的铜离子及性质不稳定的硝酸根离子的穿透曲线出现波动，出现多峰现象，且氯离子和钾离子穿透曲线的峰值均远大于铜离子和硝酸根离子。在原状黑垆土土柱内，大小脉冲时，原状土柱内氯离子的穿透曲线均为显著双峰曲线，且前一个峰值大于后一个峰值，传统的CDE及两区模型无法对双峰现象进行描述，而此时利用两流区模型则能较好描述氯离子穿透曲线的双峰现象。（5）土壤结构较好的黑垆土农田极易形成优先流，利于土壤水分入渗，主要以作物根系、动物孔穴为主；娄土中优先路径在表层土壤中表现显著，随土壤深度增加而减弱。