聚丙烯酰胺与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响.pdf

第4 3卷第4期2 0 2 3年8月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 8 修回日期:2 0 2 2-1 1-2 5 资助项目:四川省重点实验室开放基金“油橄榄水肥一体化提质增效示范研究”(项目编号:S Z K F 2 2 0 8)第一作者:刘欢平(1 9 9 7),男(苗族),贵州省锦屏县人,硕士研究生,研究方向为农业水土工程。E m a i l:2 1 5 0 4 1 3 5 2 6q q.c o m。通讯作者:郑彩霞(1 9 8 2),女(汉族),甘肃省武威市人,硕士,副教授,主要从事农业水土工程研究。E m a i l:c a i x i a 8 1 81 6 3.c o m。聚丙烯酰胺与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响刘欢平,郑彩霞,石琪仙,袁小虎,陈 茜,闫 敏,余文俊,张志亮(四川农业大学 水利水电学院,四川 雅安6 2 5 0 1 4)摘 要:目的探究聚丙烯酰胺(P AM)与腐植酸混施对紫色土水分垂直入渗特性的影响,为川西紫色土区水土保持、土壤改良、水分调节及农业水资源高效利用提供理论参考。方法采用室内土柱模拟试验,设置1个C K(无混掺),3个P AM施量水平(P AM-11%,P AM-33%,P AM-55%)和2个腐植酸施量水平(HA-10.1%,HA-50.5%)。分析入渗速率、累积入渗量与湿润峰运移距离的变化特征,采用入渗模型对入渗过程进行模拟分析。结果与C K相比,各处理可有效降低水分入渗速率,入渗率随着施用量的增加而逐渐降低;相同累积入渗量下,各处理(H1P1除外)入渗时间均大于C K,其中H1P3和H2P3处理分别是C K的1 4.7和6倍,仅H1P1处理较C K减少了2 5%;在2 2 0m i n内,各处理湿润峰运移距离均低于C K,其中H1P3处理湿润峰运移距离最低(4.9 8c m),较C K显著缩短5 7.6 7%;模型适用性表现为:通用经验公式K o s t i a k o v公式H o r t o n公式P h i l i p公式,但通用经验公式的稳渗率(fs)与实测值存在偏差。结论P AM与腐植酸混施可有效降低入渗速率,减少累积入渗量与减缓湿润峰运移距离,其减渗作用随着施用量的增加而越明显;最优处理为H1S3,腐植酸0.1g/g,P AM5g/g。综合考虑,K o s t i a k o v公式更适合描述川西紫色土的土壤水分入渗过程。关键词:腐植酸;入渗率;湿润锋;入渗模型;聚丙烯酰胺;累积入渗量文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 4-0 1 2 1-0 7 中图分类号:S 1 5 2.7文献参数:刘欢平,郑彩霞,石琪仙,等.聚丙烯酰胺与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(4):1 2 1-1 2 7.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.0 4.0 1 5;L i u H u a n p i n g,Z h e n gC a i x i a,S h iQ i x i a n,e ta l.E f f e c to f m i x e da p p l i c a t i o no fp o l y a c r y l a m i d ea n dh u m i ca c i do n w a t e ri n f i l t r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp u r p l es o i lJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(4):1 2 1-1 2 7.E f f e c t o fM i x e dA p p l i c a t i o no fP o l y a c r y l a m i d ea n dH u m i cA c i do nW a t e r I n f i l t r a t i o nC h a r a c t e r i s t i c so fP u r p l eS o i lL i uH u a n p i n g,Z h e n gC a i x i a,S h iQ i x i a n,Y u a nX i a o h u,C h e nX i,Y a nM i n,Y uW e n j u n,Z h a n gZ h i l i a n g(C o l l e g e o fW a t e rC o n s e r v a n c ya n dH y d r o p o w e rE n g i n e e r i n g,S i c h u a nA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,Y a a n,S i c h u a n6 2 5 0 1 4,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h eo b j e c t i v eo f t h i s s t u d yw a s t od e t e r m i n e t h e i m p a c t o f t h e c o m b i n e da p p l i c a t i o no fP AM(p o l y a c r y l a m i d e)a n dh u m i ca c i do nt h ev e r t i c a l i n f i l t r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp u r p l es o i l i no r d e rt op r o v i d et h e o r e t i c a lr e f e r e n c e sf o rw a t e ra n ds o i lc o n s e r v a t i o n,s o i li m p r o v e m e n t,w a t e rr e g u l a t i o n,a n de f f i c i e n tu t i l i z a t i o no f a g r i c u l t u r a lw a t e r r e s o u r c e s i n t h ep u r p l e s o i l r e g i o no fw e s t e r nS i c h u a n.M e t h o d sA ni n d o o rs o i l c o l u m ns i m u l a t i o ne x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dw i t ho n ec h e c kt r e a t m e n t(C K,n om i x i n g),t h r e eP AMa p p l i c a t i o nl e v e l s(P AM-1:1%,P AM-3:3%,P AM-5:5%),a n dt w oh u m i ca c i da p p l i c a t i o nl e v e l s(HA-1:0.1%,HA-5:0.5%).I n f i l t r a t i o nr a t e,c u m u l a t i v e i n f i l t r a t i o nv o l u m e,a n dw e t t i n gp e a kt r a n s p o r td i s t a n c ew e r em e a s u r e da n dt h ev a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sw e r ea n a l y z e d.T h ei n f i l t r a t i o np r o c e s sw a ss i m u l a t e da n da n a l y z e du s i n gi n f i l t r a t i o n m o d e l s.R e s u l t sC o m p a r e d w i t h C K,t h eo t h e rt r e a t m e n t se f f e c t i v e l yr e d u c e dw a t e r i n f i l t r a t i o nr a t e,a n dt h e i n f i l t r a t i o nr a t eg r a d u a l l yd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n ga p p l i c a t i o nr a t e.U n d e r t h es a m ec u m u l a t i v e i n f i l t r a t i o na m o u n t,t h ei n f i l t r a t i o nt i m eo fe a c ht r e a t m e n t(e x c e p tH1P1)w a sg r e a t e rt h a nt h a to fC K,a m o n gw h i c h H1P3a n d H2P3w e r e1 4.7t i m e sa n ds i xt i m e s,r e s p e c t i v e l y,t h ei n f i l t r a t i o nt i m eo fC K.H1P1h a da ni n f i l t r a t i o nt i m et h a tw a s2 5%l e s st h a nC K.W i t h i n2 2 0 m i n,t h ew e t t i n gp e a kt r a n s p o r td i s t a n c e s i na l l t r e a t m e n t sw e r e l o w e r t h a nt h a to fC K,w i t ht h e l o w e s tw e t t i n gp e a kt r a n s p o r td i s t a n c e(4.9 8c m)i nH1P3,w h i c hw a ss i g n i f i c a n t l ys h o r t e r(5 7.6 7%)t h a nt h a to fC K.M o d e la p p l i c a b i l i t yf o l l o w e dt h eo r d e ro fg e n e r a le m p i r i c a l f o r m u l aK o s t i a k o vf o r m u l aH o r t o nf o r m u l aP h i l i pf o r m u l a.H o w e v e r,t h es t e a d yp e r m e a b i l i t y r a t e(fs)o f t h eg e n e r a l e m p i r i c a l f o r m u l ad e v i a t e d f r o mt h em e a s u r e dv a l u e s.C o n c l u s i o nP AM m i x e dw i t hh u m i c a c i dc a ne f f e c t i v e l yd e c r e a s e i n f i l t r a t i o nr a t e,r e d u c e c u m u l a t i v ei n f i l t r a t i o n,a n ds l o w d o w nt h et r a n s p o r td i s t a n c eo ft h ew e t t i n gp e a k.T h ei n f i l t r a t i o nr e d u c t i o ne f f e c tb e c a m em o r e e v i d e n tw i t h i n c r e a s i n ga p p l i c a t i o na m o u n t.T h e o p t i m a l t r e a t m e n tw a sH1S3(h u m i c a c i d0.1g/ga n dP AM3g/g.C o m p a r e dw i t ho t h e r f o r m u l a s,t h eK o s t i a k o v f o r m u l aw a sm o r e s u i t a b l e f o rd e s c r i b i n g t h e s o i lw a t e r i n f i l t r a t i o np r o c e s s i nt h es t u d ya r e a.K e y w o r d s:h u m i ca c i d;i n f i l t r a t i o nr a t e;w e t t i n gp e a k;i n f i l t r a t i o nm o d e l;p o l y a c r y l a m i d e;c u m u l a t i v ei n f i l t r a t i o na m o u n t 紫色土是亚热带地区紫红色砂页岩风化发育形成的一种岩性土,广泛分布于四川盆地,是当地重要的耕地资源1。紫色土发育较浅、耕层浅薄、硝酸盐淋溶强烈、土壤结构差、蓄水性能较差,导致紫色土区土壤肥力偏低、水土流失严重且极易遭受侵蚀,较大程度上制约了农业生产力的提高2-4。因此,紫色土改良与治理的问题亟需解决,提高紫色土蓄水持水与保肥性能,改善水肥流失状况对促进四川盆地旱地农业可持 续 性 发 展 至 关 重 要。腐 植 酸(h u m i ca c i d,HA)是有机肥的主要成分之一,由动植物遗骸在经过土壤微生物的分解、转化以及一些化学作用的一系列过程后,形成并累积的一类棕黑色、高分子芳香羧酸族群有机物质,目前主要应用于土壤肥力调节与土壤重金属污染治理等方面。有研究表明,增施天然煤炭腐植酸对盐碱土具有改良作用,可降低土壤电导率与p H值,提高土壤含水率5。施加腐植酸可改善土壤吸附复合特性、加强土壤相关酶活性,增加有机质含量6-7。土壤改良剂是能改善土壤状况的非肥料类物质8,种类繁多,已广泛应用于农业土壤酸碱性调节,土壤改良及土壤盐碱化与石漠化治理等领域。聚丙烯酰胺(p o l y a c r y l a m i d e,P AM)是一类水溶性线型高分子聚合物,可溶于水,具有较强的黏聚作用,被认为是最具有潜力的人工合成土壤改良剂9。有研究1 0-1 1表明,施用P AM可显著增加土壤团聚体数量及稳定性,提高土壤入渗和保水性能,减少地表径流与水土流失。肖海等1 2指出施加P AM可降低三峡库区紫色土坡面片蚀可蚀性,减少产流产沙总量。施加P AM型保水剂可提高土壤氮素保持与促进氮素转化效果,增强土壤的硝化作用,提高土壤肥料元素离子的抗淋溶性,从而增强土壤保肥能力,提高土壤肥力。国外学者研究发现,高、低分子量P AM溶液可促进砂壤土结构稳定,低分子量P AM增强土壤物理和水力特性的效果更加显著1 3-1 4;单独施加P AM可延迟泥灰土与黄土径流时间,降低径流系数,提高稳渗率1 5。但是单一施用有机物质或化学改良剂对土壤改良效果不够全面,甚至有可能造成不同程度的负面影响。近年来P AM型土壤改良剂和有机物质配施引起广泛学者关注。如保水剂与秸秆混施可有效保持土壤水分,增加水分入渗量1 6;P AM+生物炭对土壤保水、减少径流效果最优,P AM+石灰减少土壤流失效果最明显1 7;P AM+腐植酸对内蒙古干旱区土壤改良效果显著,可影响某些土层持水性能、土壤锥体渗透阻力及土壤团聚体粒径1 8。前人关于施用P AM型土壤改良剂或有机物质对防止水土流失,土壤持水保肥能力,促进作物对养分吸收利用的影响等进行了相关研究,但探究P AM与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性内在影响机制的研究报道相对较少。本研究以P AM和腐植酸为供试材料,以室内土柱试验为基础,采用4种常见的入渗模型对其入渗过程进行模拟,进一步探究P AM与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响,以期为川西紫色土区水土保持、土壤改良与水分调节及农业水资源高效利用提供理论参考。1 材料与方法1.1 供试材料本试验于2 0 2 2年12月在四川农业大学第4教学试验楼进行。供试土壤于2 0 2 1年1 2月采自四川农业大学老板山(1 0 2 5 9 E,2 9 5 8 N,海拔7 9 6m),土壤类型为紫色土,采取多点混合取样法,取样深度02 0c m,土壤自然容重1.2 9g/c m3。将不同深度的土壤自然风干,去除根系树叶、砾石等杂质后混合均匀,碾 碎 过 筛(2 mm)备 用。供 试 土 壤 全 氮 含 量1.3 2g/k g,初始含水率(质量)3.4%,饱和含水率(质量)4 0%,p H值7.5,有机质含量为1 5.1 5g/k g;土壤221 水土保持通报 第4 3卷质地为中壤,砂砾含量3 6.3 4%,黏粒含量1 6.9 1%,粉粒含量4 6.7 5%。聚丙烯酰胺(P AM)产自河南省双惠农业科技发展有限公司,阴离子型,分子量大于7 0 0万;腐植酸(HA)产自合肥千盛生物科技有限公司,有效成分9 7%,溶于碱、不溶于水和酸;市购。1.2 试验设计与方法试验采用完全随机区组设计,P AM与腐植酸施用量参照前人相关研究设置1 9-2 0。P AM设置3个水平:P AM-1(1g/g土),P AM-3(3g/g土),P AM-5(5g/g土),腐植酸(HA)设置2个水平:HA-1(0.1g/g土),HA-5(0.5g/g土),1个对照组(C K,无混掺),共7个处理,每个处理重复3次,共2 1次试验;不同处理具体施量详见表1。表1 不同处理具体混掺量T a b l e1 S p e c i f i cm i x i n ga m o u n t o fd i f f e r e n t t r e a t m e n t s处理腐植酸聚丙烯酰胺腐植酸施用量/(gg-1)聚丙烯酰胺施用量/(gg-1)H1P1HA-1P AM-10.11.0H1P2HA-1P AM-30.13.0H1P3HA-1P AM-50.15.0H2P1HA-5P AM-10.51.0H2P2HA-5P AM-30.53.0H2P3HA-5P AM-50.55.0C K00采用一维定水头垂直积水入渗试验,装置主要由供水系统和有机玻璃土柱试管组成。供水系统由马氏瓶和塑料软管组成;马氏瓶高度2 5c m,内径为9c m,壁厚5mm,用于供水,水头高度控制为5c m;土柱装填高度2 5c m,内径1 0c m,壁厚5mm,土柱表面水深保持2c m。试验前,土柱试管底部放置一张滤纸,将土样按1.2 9g/c m3的自然容重分层装入土柱,每层5c m;并使用白凡士林在土柱内壁均匀抹面,夯实边缘土壤,避免引起优势流与产生边缘效应;相邻层间进行刷毛,装填完毕后静置2 4h然后开始试验;按先密后疏的原则观测马氏瓶与湿润锋运移距离,历时2 2 0m i n后停止供水,结束试验。1.3 数据处理采用E x c e l统计与整理数据,S P S S2 7.0进行方差分 析(ANOVA)和 多 重 比 较(D u n c a n法,p=0.0 5),应用O r i g i n9.1进行绘图与H o r t o n,K o s t i a k o v,P h i l i p和通用经验公式2 1-2 2对土壤水分入渗速率与入渗时间的关系进行模拟分析。K o s t i a k o v公式:ft=at(-b)(1)P h i l i p公式:ft=0.5St-12+fs(2)H o r t o n公式:ft=fs+(f0-fs)e(-t)(3)通用经验公式:ft=fs+at(-b)(4)式中:ft为给定时间内的入渗速率(mm/m i n);t为入渗时间(m i n);S为渗吸率(mm/m i n);a,b和为模型参数;f0,fs为初始入渗速率和稳定入渗速率(mm/m i n);e是常数。2 结果与分析2.1 P AM与腐植酸混施对土壤入渗速率的影响入渗速率是表征土壤水分入渗能力的重要特征指标,包括初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率。方差分析可知,P AM对稳定入渗率影响极显著(p0.0 1),P AM与腐植酸交互作用对稳定入渗率影响显著(p0.0 5)。土壤水分入渗速率随着时间的推移总体上呈现出“迅速下降至缓慢下降最后趋于稳定”的变化趋势,即在6 5m i n后入渗速率趋于稳定(图1)。图1 不同处理对入渗率的影响F i g.1 I n f l u e n c eo fd i f f e r e n t t r e a t m e n t so n i n f i l t r a t i o nr a t e对于初始入渗率,除H1P1处理较C K提高了1 2.5 7%外,其他处理均低于C K;对于平均入渗率,各处理低于C K,具体表 现 为:C K(H1P1)H1P2H2P1H2P2H1P3H2P3,其中H2P3和H1P3处理的 平 均 入 渗 率 较C K分 别 降 低 了2 7.0 3%,2 5.6 8%;对于稳定入渗率,各处理具体表现为:H1P1C K(H1P2)H2P1H2P3H1P3H2P2,H1P1处理的稳定入渗率较C K显著提高了7 1.8 8%。同一腐植酸施量条件下,初始入渗率、平均入渗率和稳定321第4期 刘欢平等:聚丙烯酰胺与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响入渗率整体随着P AM施量的增加而逐渐降低;同一P AM施量条件下,初始入渗率、平均入渗率和部分稳定入渗率随着腐植酸施量的增加而逐渐降低,仅在P3条件下稳定入渗速率随着腐植酸施量的增加略微提高了5.6 6%。2.2 P AM与腐植酸混施对土壤累积入渗量曲线的影响累积入渗量指的是一定时间段内通过单位土表面积的入渗水分总量,土壤入渗过程未达到稳定之前,通常采用累积入渗量来表征土壤入渗能力2 3-2 4;达到稳定之后一般可用稳定入渗率来表征土壤的入渗性能2 5-2 6。方差分析可知,腐植酸、P AM与腐植酸交互作用对累积入渗量影响不显著(p0.0 5),P AM对累积入渗量影响极显著(pC KH1S2H2S2H2S1H2S3H1S3,其中H1S3,H2S3处理分别是C K入渗时间的1 4.7倍、6倍,H1S1处理较C K入渗时间减少了2 5%。图2 不同处理对累积入渗量的影响F i g.2 I n f l u e n c eo fd i f f e r e n t t r e a t m e n t s o nc u m u l a t i v e i n f i l t r a t i o n2.3 P AM与腐植酸混施对湿润锋运移距离的影响湿润锋是指土壤被入渗水分湿润的最前端与干土区形成的交界面2 8,能表征水分在土壤基质吸力和重力作用下的运动特征2 9,其运移距离是不同因素对土壤水分入渗影响最直观的体现。方差分析可知,腐植酸、P AM与腐植酸交互作用对湿润峰运移距离影响不显著(p0.0 5),P AM对湿润峰运移距离影响极显著(pH1P1H1P2H2P1H2P2H2P3H1P3,与C K相 比 各 处 理 依 次 减 少 了1 6.9 6%,1 8.2 6%,2 0.3 6%,3 2.6 9%,3 4.6 8%,4 0.9 8%。在2 2 0m i n内,各处理湿润峰运移距离均低于C K,其中H1S3处理湿润峰运移距离最低(4.9 8c m),较C K缩短了5 7.6 7%。图3 不同处理对湿润锋运移距离的影响F i g.3 I n f l u e n c eo fd i f f e r e n t t r e a t m e n t so nm i g r a t i o nd i s t a n c eo fw e t t i n gp e a k2.4 土壤入渗模型分析国内外关于模拟土壤入渗过程的模型众多,根据其是否具有物理意义主要划分成两类:物理模型。包括H o r t o n,P h i l i p公 式;经 验 公 式。包 括K o s t i a k o v公式、通用经验公式。其中,决定系数R2的取值范围为01,R2越接近于1表明模型变量对土壤入渗速率的解释能力越强2 9。选择以上4种入渗模型对本研究土壤入渗过程进行模拟,其拟合结果如表24所示。表2 不同处理对入渗率的显著性检验结果T a b l e2 S i g n i f i c a n c e t e s t r e s u l t so fd i f f e r e n tt r e a t m e n t so ni n f i l t r a t i o nr a t e因 素 初始入渗率/(mmm i n-1)稳定入渗率/(mmm i n-1)平均入渗率/(mmm i n-1)腐植酸2.0 9 2n s0.0 2 9n s1.9 8 3n s聚丙烯酰胺1.3 8 0n s1 8.1 1 7*3.1 7 2n s腐植酸聚丙烯酰胺0.3 2 4n s3.8 7 0*0.3 8 8n s 注:*表示差异性显著(p0.0 5);*表示差异性极显著(p0.0 5)。下同。421 水土保持通报 第4 3卷表3 不同处理对累积入渗量的显著性检验结果T a b l e3 S i g n i f i c a n c e t e s t r e s u l t so fd i f f e r e n tt r e a t m e n t so nc u m u l a t i v e i n f i l t r a t i o n因 素 累积入渗量/mm腐植酸0.3 2 6n s聚丙烯酰胺1 4.9 2 2*腐植酸聚丙烯酰胺2.8 9 5n s表4 不同处理对累积入渗量的显著性检验结果T a b l e4 S i g n i f i c a n c e t e s t r e s u l t so fd i f f e r e n t t r e a t m e n t so nm i g r a t i o nd i s t a n c eo fw e t t i n gp e a k因 素 湿润峰运移距离/mm腐植酸0.3 2 6n s聚丙烯酰胺1 4.9 2 2*腐植酸聚丙烯酰胺2.8 9 5n sK o s t i a k o v公式中,参数a为经验入渗系数,近似等于前3m i n的入渗速率,且a值的大小与初始入渗速率成正比例关系。本研究中模拟值与实测值的变化趋势大致相同,即拟合结果较好。b值为经验入渗指数,可以反映土壤入渗能力的衰减速度,b值在H1P1处理最大,C K最小;决定系数R2范围0.9 7 70.9 9 5,拟合效果较好,表明K o s t i a k o v公式适用于分析本研究的土壤入渗过程。P h i l i p公式中,决定系数R2范围0.8 3 00.9 1 3,表明该公式对入渗速率与时间的变化关系拟合程度较好;土壤渗吸率S指土壤依靠毛管力吸收或释放液体的能力,即S值越大代表土壤入渗能力越强3 0。本研究中各处理的S值分别为1 7.3 4 4,2 1.7 7 6,1 8.4 7 0,1 6.4 1 2,1 6.3 9 5,1 6.7 8 5和1 4.6 0 3,这与实际土壤水分入渗能力不一致,且P h i l i p公式拟合的稳定入渗率fs除H2P2处理(fs为1.1 3 7mm/m i n)外其他为-1.5 2 4-0.8 9 0mm/m i n,与实际不符,表明P h i l i p公式不适用于本文试验条件下土壤入渗过程的模拟。H o r t o n公式中,决定系数R2范围0.9 7 80.9 8 9,表明该公式对实测数据的拟合程度较好;f0表示初始入渗速率,反映的情况与实测值存在一定的偏差;稳定入渗速率fs具体表现为:C KH2P1H1P1H1P2H2P2H2P3H1P3,与实测值的大小顺序基本一致;参数是经验常数,决定着土壤水分入渗过程中达到稳定入渗速率的快慢,且值越大表示达到稳定入渗速率的时间就越短;由拟合结果可知,不同处理达到稳渗状态的先后顺序为:H1P1H2P1H1P2H1P3C KH2P2H2P3,与实测结果有所不同;表明H o r t o n公式相较于K o s t i a k o v公式而言对本研究土壤入渗过程模拟的适用性较低。通用经验公式中,决定系数R2范围0.9 9 20.9 9 7,表明该公式对实测数据的拟合程度较好;由拟合结果可知,稳定入渗率fs表现为:C KH1P1H2P1H1P2H2P2H2P3H1P3,与实测值存在一定偏差,表明通用经验公式适用于分析本研究的土壤入渗过程。综上所述,通过对各模型的决定系数及参数指标所反映的结果进行分析,模型适用性具体表现为:通用经验公式 K o s t i a k o v公式 H o r t o n公式P h i l i p公式;其中,K o s t i a k o v公式的参数反映出的结果与实测值的偏差较小,该公式中拟合参数指标随着P AM和 腐 植 酸 施 量 的 增 加 呈 现 下 降 趋 势,故K o s t i a k o v公式更适用于分析与描述本研究中土壤入渗速率随时间变化的过程。表5 不同处理4种土壤入渗模型拟合结果T a b l e5 F i t t i n gr e s u l t so f f o u r s o i l i n f i l t r a t i o nm o d e l su n d e rd i f f e r e n t t r e a t m e n t s处理K o s t i a k o v公式abR2P h i l i p公式SfsR2H o r t o n公式fsf0R2通用经验公式abfsR2H1P11 1.6 9 91.2 8 70.9 8 42 1.7 7 6-1.5 2 40.8 3 00.5 7 02 8.6 7 30.9 7 90.9 8 91 1.3 3 81.5 7 60.4 3 80.9 9 5H1P29.6 4 21.0 8 10.9 8 481 8.4 7 0-1.1 9 50.8 7 40.5 4 82 0.0 8 50.7 5 40.9 8 19.3 7 41.2 9 80.3 5 90.9 9 4H1P38.4 0 81.1 0 40.9 9 51 6.4 1 2-1.1 6 50.8 8 90.3 5 71 6.1 9 60.6 7 40.9 8 48.2 7 81.2 0 80.1 6 60.9 9 7H2P18.6 4 51.0 4 40.9 7 71 6.3 9 5-0.9 7 80.8 6 80.5 8 01 8.6 2 10.7 9 00.9 7 88.3 4 41.3 3 20.4 1 70.9 9 2H2P28.5 5 71.0 4 360.9 9 451 6.7 8 51.1 3 70.9 0 00.4 0 81 5.9 1 60.6 4 00.9 8 38.4 1 41.1 5 10.1 8 90.9 9 7H2P37.3 9 90.9 6 960.9 9 31 4.6 0 3-0.9 2 60.9 1 30.4 0 61 3.1 6 00.5 9 60.9 8 17.2 6 51.0 7 90.1 8 30.9 9 7C K9.0 4 10.9 0 770.9 8 01 7.3 4 4-0.8 9 00.8 9 60.7 1 51 7.0 6 50.6 5 70.9 8 28.7 0 61.1 7 00.4 9 40.9 9 73 讨 论腐植酸是聚电解质大分子化合物,络合反应过程中高价阳离子与含氧官能团配位形成具有疏水性的聚集体络合物,其通过减少土壤团聚体水解来促进团聚体的稳定性3 1,从而有效改善土壤结构,提高土壤持水性能。聚丙烯酰胺(P AM)为线性水溶性高分子聚合物,主链上含有大量的酰胺基,遇水溶解可形成链状结构,能够粘结、吸附与包裹大量松散的土壤颗粒并形成结皮,从而有效减少土壤颗粒水分蒸发,提521第4期 刘欢平等:聚丙烯酰胺与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响高土壤颗粒持水性能3 2-3 4。目前有关P AM对土壤入渗过程影响的研究结论出现两极分化,一方面学者认为施加P AM可提高土壤水分入渗速率、增加累积入渗量及湿润锋运移距离,从而提高土壤入渗性能;另一方面学者认为单施P AM或者P AM与其他物质混施均会抑制水分入渗,最终降低土壤入渗性能3 5-3 7。有研究2 7,3 8-3 9指出,施用P AM能提高或降低土壤水分入渗性能主要取决于P AM的种类、分子量大小、使用剂量、土壤质地与类型、土壤水分含量及施用方法等。于健等1 1研究发现,喷洒P AM乳胶(2g/m2)和P AM溶液(25 0 0g/m3)的土壤稳定入渗率较C K平均可提高约1.5倍,施用干粉P AM(2g/m2)的土壤稳定入渗率较C K平均可提高约1.0倍。本研究发现,P AM和腐植酸混合施用表现出明显的减渗作用。可能是因为本研究P AM的施用方式(与腐植酸混施)、施用量(1.0%5.0%)与其不同所导致的。本研究发现,入渗前期各处理对累积入渗量、湿润峰的影响不明显,达到稳渗后,较C K总体上减少了累积入渗量、减缓了湿润峰运移距离,从而降低入渗性能。这一结论与砂壤土4 0-4 1和盐渍化土4 2模拟试验结果一致。有研究4 3结果表明,在滨海盐碱土中施加腐植酸可减缓湿润峰运移距离并减少累积入渗量,本研究结果与该结论一致,说明腐植酸施加于滨海盐碱土与紫色土中所发挥的作用大致相同。孙燕等4 4研究发现,在新疆中度盐碱土中施用腐植酸可降低水分入渗速率,增加累积入渗量。本研究中施加腐植酸较C K均减少了累积入渗量,且随着腐植酸施入量的增加,累积入渗量减少的量加大。可能是因为腐植酸种类、土壤类型(中度盐碱土)及施用量(0,1,2,4,8g/k g)均不同所导致的。国内外学者在土壤水分入渗的研究过程中建立了诸多模型,用来模拟分析土壤水分入渗过程随入渗时间的变化特征,但是不同的入渗模型都具有其适用性4 5。本研究中4种入渗模型的适用性具体表现为:通用经验公式 K o s t i a k o v公式 H o r t o n公式P h i l i p公式,虽然通用经验公式的决定系数R2略高于K o s t i a k o v公式,但是通用经验公式的稳定入渗率I m a g e与实测值存在偏差,而K o s t i a k o v公式中的各项参数拟合值均与实测值基本一致,综合考虑之下认为K o s t i a k o v公式更适用于模拟分析本研究条件下的水分入渗过程。本研究基于室内垂直土柱模拟试验初步探究P AM与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响,未考虑气象、降雨、作物以及土壤空间结构变异等因素,有待在降雨或灌溉条件下进一步探究不同分子量、施用量和粒径的P AM与腐植酸长期混施对紫色土水分运移特性的影响,阐明二者配施应用对农田土壤水分循环及农田微