王振芬

(綏化學院 農(nóng)業(yè)與水利工程學院，黑龍江 綏化 152061)

我國地廣物博，氣候多變，降水不均現(xiàn)象頻現(xiàn)，季節(jié)性洪澇災害問題突出。洪澇災害問題導致農(nóng)田土壤入滲性能出現(xiàn)變化，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展造成了極大的影響[1]。農(nóng)田土壤入滲情況決定了地表徑流和土壤儲水性。為了有效降低洪澇災害對農(nóng)田土壤的影響，對農(nóng)田土壤入滲情況進行研究[2]。對洪澇災害季節(jié)土壤滲透情況進行動態(tài)觀測，通過對土壤入滲量、水分剖面、干旱程度及坡度等數(shù)據(jù)進行檢測和記錄。針對旱澇季時節(jié)不同降雨強度及土壤初始含水量進行比對分析[3]。從而對土壤入滲程度關系進行檢測，從而對農(nóng)田土壤進行保護，提高農(nóng)田生成效率，提高農(nóng)田土壤耕作質量。

1 農(nóng)田土壤垂向入滲性探究方法

由于水資源貧乏，我國當前的農(nóng)田耕作行業(yè)仍然通過自然降水的方法來增加土壤水分等以便進行農(nóng)田耕作。在自然災害的風險作用下，農(nóng)耕環(huán)境的脆弱性逐漸展現(xiàn)，嚴重影響著人類的農(nóng)耕生產(chǎn)和日常生活[4]。其中，由暴雨、臺風等自然現(xiàn)象引起的農(nóng)田長期深度積水等問題對農(nóng)田土壤環(huán)境脆弱性影響更為嚴重，嚴重破壞農(nóng)耕用地的恢復能力[5]。因此基于洪澇災害影響程度對農(nóng)田耕地的脆弱性損失曲線進行評估計算。首先結合環(huán)刀法檢測方法對土壤垂向入滲率進行計算，計算方法如下：

(1)

式中：Ai為垂向土壤入滲率；S為洪澇災害后土壤機械組成的改變值；Q為農(nóng)田積水飽和度；K為單位時間水流通過農(nóng)耕土壤的通量參數(shù)；M土壤初始含水量；N為農(nóng)田剖面坡度值。由于農(nóng)作土壤受洪澇災害的強度與時間有關，為了排除計算誤差，對農(nóng)田耕地的最高可溶水量Mi進行計算，具體換算方法如下:

(2)

式中：Qi為農(nóng)田積水飽和度標準數(shù)據(jù)值；Ki為單位時間內(nèi)水流通過農(nóng)耕土壤的通量標準參數(shù)；Si為洪澇災害后土壤機械組成的平均改變值；Ni為農(nóng)田標準剖面坡度值，其算法如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：a為土壤地質水穩(wěn)性團粒含量；水流累積量為l；農(nóng)田破壞程度為γ；土壤自然恢復力為λ；洪澇影響傳輸速度為Ti；農(nóng)田耕地邊長為r；降雨周期為T；F為耕地土壤結皮層厚度。由于自然降雨過程中易引起地表結皮，則農(nóng)田耕地的脆弱性損失曲線進行評估算法為：

(7)

結合上述算法對耕地初始含水量及洪澇災害后的脆弱性損失評估計算結果進行統(tǒng)計，以便為后續(xù)研究作為數(shù)據(jù)值進行參考，從而達到更加精準的對土壤垂向入滲性進行檢測的設計目標[6]。其具體數(shù)據(jù)值如表1所示。

表1 耕地脆弱性損失曲線評估結果

在洪澇災害情況下對農(nóng)耕用地入滲影響因素進行分析發(fā)現(xiàn)，在不同雨強、土壤坡度及土壤中的PAM含量各有不同，而PAM是對土壤垂向入滲能力無聊性質進行測量的重要因素[7]。在降水過程中，土壤容水量及其農(nóng)田土質穩(wěn)定性隨降水量的增大而逐漸增加，土壤垂向入滲性也隨之減小，因此認為經(jīng)洪澇災害破壞后，農(nóng)田土壤質地結構對對土壤垂向入滲性產(chǎn)生影響，且二者相關性達到極顯著水平[8]。基于上述背景探究和分析了國內(nèi)外相關資料，從而針對洪澇災害對農(nóng)田土壤垂向入滲性影響進行研究，研究思路設計路線如圖1所示。

圖1 土壤入滲性探究思路設計路線

2 洪澇災害對土壤入滲性影響情況分析

針對不同坡度土壤中的不同供水條件下入滲特性及影響因素進行調(diào)查研究，結合前文統(tǒng)計的土地初始含水量及洪澇災害后耕地脆弱性損失數(shù)據(jù)，在洪澇災害頻發(fā)季節(jié)對由強降雨引起的農(nóng)耕土壤含水量過高導致的土壤養(yǎng)分流失等問題進行調(diào)查，以便更精準的進行后續(xù)的土壤入滲率影響因素及程度研究[9]。首先通過對農(nóng)耕土壤垂向入滲性影響、周期時間及循環(huán)率進行調(diào)查研究從而探究出洪澇災害發(fā)生規(guī)律信息如表2所示。

表2 洪澇災害發(fā)生規(guī)律分析

根據(jù)洪澇災害發(fā)生規(guī)律信息進行農(nóng)田土壤保護機制。做好提取預防土壤土質受到破壞等問題。在此基礎上對土壤受積水腐蝕后的影響因素進行記錄，得到如表3數(shù)據(jù)。在表3中提高土壤內(nèi)部有機物質中，受洪澇災害的干擾度不同，因此對土壤間歇入滲與連續(xù)入滲的影響程度也不同。由于土壤垂向入滲規(guī)律相對較為復雜，結合前文算法以及表2中對洪澇災害周期時間和循環(huán)率數(shù)據(jù)對降水時間和降水量進行估算，從而對土壤內(nèi)的初始水分含有量以及在洪澇災害情況下土壤內(nèi)部有機物質的吸水變化情況進行檢測和對比研究[10]。詳細分析了洪澇災害后土壤組成的改變值、積水飽和度，水流通過農(nóng)耕土壤的通量參數(shù)等變化情況，得到表4中的數(shù)據(jù)。

表3 洪澇災害對耕地受損度檢測數(shù)據(jù)

表4 洪澇災害對土壤入滲能力影響

圖2 洪澇災害情況下土壤入滲性檢測

結合表4數(shù)據(jù)，利用前文方法可有效對土壤受損和入滲性數(shù)據(jù)進行計算。由于農(nóng)田土壤普遍存在孔隙度大、土層淺，等問題，導致土壤垂向入滲性相對較強，但土壤所在的不同坡度的積水入滲情況各有不同， 基于上述原因對不同坡度土壤在洪澇災害前、中、后的垂向入滲率進行了測量，并繪制成圖以便進行對比分析。檢測結果如圖2所示。根據(jù)圖2檢測結果不難發(fā)現(xiàn)，坡中及坡下土壤在洪澇災害前、中、后期均有較強的入滲性，這是由于坡上土壤疊加較高，難以形成積水，導致水流向坡中、坡下方向流去。另外，洪澇災害前中時期土壤入滲性明顯由于洪澇災害后期，這是由于土壤在后期含水量過飽和，難以對大量地表積水繼續(xù)進行滲透，導致入滲性相對降低。

3 仿真實驗檢測和分析

為了更好的探究洪澇災害對農(nóng)田土壤垂向入滲性影響，通過人工降雨設計了仿真實驗。實驗原理及步驟如下：首先對高強度降雨情況進行仿真布置于試驗區(qū)內(nèi)，在水箱內(nèi)存入大量積水從而模擬洪澇災害下的土壤積水情況，并對模擬實驗區(qū)的地表徑流過程以及針對土壤表層入滲性進行設計的降雨孔積水入滲情況進行檢測，從而分析出土壤入滲過程。具體仿真裝置見圖3。

圖3 土壤積水滲透檢測模擬裝置

通過上述仿真裝置分別設置三塊面積及土質等因素相同的實驗用地，對分別對坡上、坡中、坡下的土壤入滲率進行檢測。由于土質條件不同易出現(xiàn)檢測誤差，因此在不同坡度條件下分別設置3個土質情況基本相同的重復樣地進行重復試驗，以提高檢測結果的精準度。利用環(huán)刀法對土壤滲水性進行測定，并在實驗結束后挖開土壤剖面，提取原狀土讓帶回實驗室進行檢測并對檢測到的數(shù)據(jù)進行記錄。不同質地土壤入滲情況檢測數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 洪澇積水入滲實驗檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)表5檢測結果不難發(fā)現(xiàn)，受洪澇災害影響，對著農(nóng)田地表積水量的增加，土壤的垂向入滲率、累積入滲量以及入滲能力都呈不穩(wěn)定的下降趨勢，由此可以推斷出農(nóng)田土壤的入滲性能受洪澇積水的影響較為嚴重。對選取的土地剖面進行積水入滲性進行檢測，得到如圖4所示結果。圖4中，由于坡上土壤位置較高，積水相對較少，因此前期積水入滲性較強，隨著積水的增加，其土壤入滲性能逐漸下降。而坡中受積水及坡上流水影響，入滲性比坡上土壤入滲性較差，坡下土壤積水入滲性對低?；谏鲜鰴z測結果建議對坡上農(nóng)耕土壤進行優(yōu)化開發(fā)保護及引水調(diào)度，從而避免洪澇災害對農(nóng)耕用地的破壞，降低農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失。

圖4 不同坡度土壤積水入滲檢測情況

4 結束語

本論文較為系統(tǒng)的對土壤水分入滲特征進行研究，針對洪澇災害造成的農(nóng)田積水問題進行了分析和討論，并給出相關建議，結合環(huán)刀檢測法對農(nóng)田土壤對地表積水入滲情況進行了檢測。從而達到提高土壤入滲性，保障農(nóng)業(yè)的有序發(fā)展的調(diào)研目標。受研究技術和調(diào)節(jié)限制，的研究成果仍存在不足，有待日后解決。