土壤斥水是指水分滴(灌)入土壤后,长时间不能进入土壤的现象。斥水土壤中的水分运动过程因斥水级别的增强而与亲水土壤呈现出较大的差异,斥水级别越高,土壤水分运动规律与亲水土壤越不同,从而导致以往适用于亲水土壤水盐运动的相关理论失效,也造成对斥水土壤中水盐运动规律的定量描述难以精确实现。国际上对斥水土壤的关注自1910年已经开始,1960年以后得到重视。我国对斥水土壤的研究比国际上滞后。虽然国内外对斥水土壤的研究已有100年,但至今仍然没有形成一些普适化的结论。究其原因,土壤斥水形成的原因非常复杂,斥水物质的来源因地理位置、地域、气候、土地利用方式、土壤有机质和微生物种类等的差异而发生变化,从而使得已有的研究成果难以大范围推广,而这个问题在目前和将来的研究中依然会存在。
本书系统地归纳了近年来我们针对斥水土壤的入渗、蒸发及空间变异性等相关问题的研究成果。本书基于大田采样与室内分析测定,从探讨斥水土壤的水力性质与成因入手,针对水盐在斥水土壤不同水分运动过程中的运移与分布规律,探讨其在不同地表边界条件、不同灌溉溶液、不同斥水表征方法、不同取样尺度下的表现,期望能对土壤斥水的研究提供一定的成果和借鉴。然而,由于观测条件以及研究区域的局限,我们以新疆盐碱土为主、其他几种土壤为辅,仅进行了北方几种代表性土壤的研究。虽然全书涉及与斥水土壤相关的不同方面内容,但由于斥水土壤中水分运动规律比亲水土壤复杂,而且这种复杂程度随斥水级别的增加而明显增加,因此对斥水土壤水盐运移的相关研究仍任重而道远。
本书共分为 9 章。第 1 章是绪论,主要阐述了研究背景,对目前涉及SWR的国内外相关研究进展进行全面评述,并提出目前关于SWR的主要问题。第2章分析了土壤斥水的理化性质因子,对滞后作用影响下斥水土壤的水力性质模型进行了分析,并拟合了斥水土壤的水分特征曲线模型。第3章分析了均质斥水土壤、夹层土壤及斥水夹层土壤的入渗规律。第4章针对NaCl和CaCl 2 溶液微咸水灌溉以及污水灌溉条件下土壤的水盐运动特征、斥水的变化规律和剖面分布进行了对比分析。第5章研究了酒精和湿润剂对斥水土壤入渗规律的影响,相关成果可为斥水土壤的改良提供一些参考。第6章对单点源和两点源交汇滴灌条件下土壤水盐及斥水的时间变化动态和分布规律进行了深入细致的分析。第7章探讨了土表不同覆膜开孔条件下不同斥水程度土壤蒸发过程中土壤水分和蒸发量的变化动态,阐释了覆膜种植条件下土壤斥水对干旱半干旱地区土壤水分动态的可能影响。第8章基于经典统计学、地统计学、分形、多重分形、联合多重分形、小波分析和人工神经网络等方法,结合不同取样尺度下的土壤理化性质测定结果,系统分析了新疆地区典型盐碱土的理化性质及斥水的空间变异性。第9章对全书的成果进行了归纳,并提出了今后研究的一点思路和建议。全书的统筹规划、内容编排、编辑出版等事宜由李毅全面负责。
本书的研究始于国家自然科学基金青年基金项目“覆膜开孔条件下次生盐渍土水热耦合试验研究”(50709028),本书的出版得到国家自然科学基金面上项目“考虑斥水程度强弱的土壤分运动规律模拟”(51579213)的资助,在此对国家自然科学基金委员会表示衷心的感谢!在近年的研究过程中,我们得到了中国农业大学、中国科学院地理科学与资源研究所、西安理工大学、河海大学、新疆农业大学、新疆水利水电科学研究院、石河子大学、沈阳农业大学、中国农业科学院农田灌溉研究所和西北农林科技大学诸多同行同事的支持和帮助,在此一并表示诚挚的谢意!我指导的研究生李敏、郭丽俊、王亦尘、任鑫、宋红阳、刘春成、关冰艺、陈世平、刘世宾、姚宁、王小芳曾先后参加了实验研究、数据分析和本书部分内容的编写工作,在此诚挚感谢他们付出的汗水和努力!
由于时间和精力有限,本书错误之处在所难免,敬请同行专家和学者批评指正。
作者
2016年6月