降雨-径流条件下土壤溶质迁移过程模拟.pdf

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1、第27卷2011钲第4期4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．4Apr．201181降雨一径流条件下土壤溶质迁移过程模拟田坤1,2，HuangChihua3※，王光谦1，田鹏4，傅旭东1，郭海丹1(I．清华大学水利系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084；2．西北农林科技大学资源环境学院，杨凌712100『；3．美国农业部土壤侵蚀试验室，WestLafayette，IN47907-2077，美国；4．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌712100)摘要：通过雨滴的打击加速土壤表面溶质迁移至地表径流过程。通过设计3种水文条件即控制排

2、水状态(-5era)、土壤水分饱和状态和土壤渗流状态(5em)，采用人工模拟3种降雨强度(30、60和90mnVh)，及同时外加模拟相对于降雨量的0、2、4和10倍径流量，研究土壤溶质迁移到地表径流过程中扩散过程的规律。试验结果表明降雨强度、或地表径流总量、或地表水位线的增加，均加速土壤溶质的扩散过程。渗流作用下，对流．扩散作用存在着一种交互作用，能加速分子扩散过程。土壤溶质迁移过程同降雨强度、地表径流量和地下水位高低有着重要关系。关键词：降雨，径流，扩散，土壤溶质迁移doi：10．39698．issn．1002—6819．2011．04．014中图分类号：$157文献标志码：A文章编号：1

3、002—6819(2011)一04—0081—07田坤，HuangChihua，王光谦，等．降雨．径流条件下土壤溶质迁移过程模拟[J]．农业工程学报，2011，27(4)：81—87．Ti锄Kun，HuangChihua,WangGuangqian，eta1．Movementofsoilsoluteundersimulatedrainfallrunoff叨．TransactionsoftheCSAE，2011，27(4)：81—87．(inChinesewithEnglishabstract)0引言关于污染物从土壤向水体的迁移、转化，以及土壤农业利用对区域水质的影响，不仅是土壤学近期的重点研

4、究内容，也是中国所亟需解决的资源环境问题之一。地表径流或降雨条件下，化学物质迁移与地表土层扰动有着密切的关系。探明土壤中养分和农药的流失规律对于防止环境污染有着重要的意义[1。。7】。雨滴的打击可加速土壤表面溶质迁移至地表径流过程。1990年，Ahjua等[8】的研究结果表明在无土壤水无渗透的条件下，分子扩散系数被扩大2．5～19倍。该试验研究的内容是：是土壤中溶于水分的溶质，如土壤养分，农药等的迁移流失与降水和径流的关系。降水一径流条件下土壤溶质迁移在垂直方向上有两个过程：一是在径流过程中，土壤溶质随下渗的水分向下迁移，进入深层土层；二是当地表径流量大于入渗量时，土壤溶质在雨滴打击及径流冲

5、刷作用下，垂直向上迁移进入地表径流，并随地表径流和泥沙产生迁移流失。本文侧重于后者，研究土壤养分流失、肥力减退和面源污染问题。对于土壤溶质迁移的研究分为3部分，第一部分为径收稿日期：2010．07．18修订日期：2010．10．21基金项目：美国农业部项目一土壤水动力及其在土壤侵蚀和水质的有效管理项目(3602．12220-009-00)；“973”课题(2011CB409901)．作者简介：田坤(1977一)，女。黑龙江佳木斯人，博士，主要从事土壤化学物质迁移方面的研究工作。北京北京清华大学水利系泥沙馆，100084。Email：anmetiankun@163．corn※通信作者：Huan

6、gChilIua，美国农业部国家土壤侵蚀试验室主任，主要从事土壤侵蚀和土壤溶质迁移的研究工作。ARS-Nationalsoilerosionresearchlab，WestLafayette，IN47907-2077，USA。Email：c,hihua@purdue．edu·流模拟，田坤等人的研究主要应用地区为坡地底部【9．n】，降雨影响因素较少，地表径流量和流量较大，径流影响土壤溶质迁移为主；第二部分为降雨．径流模拟，主要应用地区为坡地中部，该地区降雨和径流共同作用影响土壤溶质迁移：第三部分，坡地上部降雨为主导因素，现有研究很多。本文试验通过设计3种水文条件即控制排水状态(一5era)、土

7、壤水分饱和状态和土壤渗流状态(5cm)，采用人工模拟3种降雨强度(30、60和90mm／h)及同时外加模拟相对于降雨量的0、2、4和lO倍径流量，研究土壤溶质迁移到地表径流过程中扩散过程的规律，为探明土壤溶质迁移的机理，以及为现有模型奠定一定的理论基础。1材料与方法1．1装置与材料试验在美国农业部国家土壤侵蚀研究实验室人工降雨大厅进行。供试土壤为印第安纳州Crosby．Miami土，其机械组成为黏粒质量分数为