土壤水資源開題報告

1論文選題背景及研究的意義1.1選題背景2011年中央一號文件指出：水是生命之源，生產(chǎn)之要，生態(tài)之基。2011年水資源公報指出，水資源總量是指當?shù)亟邓纬傻牡乇砗偷叵庐a(chǎn)水總量，即地表產(chǎn)流量與降水入滲補給地下水量之和。2011年全國水資源總量為23256.7億,比常年值偏少16.1%,為1956年以來最少的一年⑴。我國一直以來都是水資源嚴重短缺的國家，人均水資源占有量僅為世界人均水量的1/4,水資源的短缺嚴重威脅著人民的生活和經(jīng)濟的發(fā)展【％隨著城市化進程的加快和工業(yè)的快速發(fā)展，城市生活用水、工業(yè)用水等不斷地擠占農(nóng)業(yè)用水，造成口益嚴重的農(nóng)業(yè)用水危機。我國當前農(nóng)業(yè)用水存在的問題主要有：農(nóng)業(yè)節(jié)水基礎(chǔ)設(shè)施較差，農(nóng)業(yè)用水方式相對落后，農(nóng)業(yè)用水效率較低，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)水平較低等⑶。與發(fā)達國家相比，我國的灌溉水利用率較低，全國范闈內(nèi)水的利用率約為50%。而在美國，水的有效利用率在6070%，以色列達到90%左右。我國單方水糧食■產(chǎn)量不足lkg,而發(fā)達國家人體都在2kg以上，以色列達到2.32kg以上H】。從我國水土危機嚴峻的現(xiàn)實來看，水土資源要可持續(xù)發(fā)展，必須進行節(jié)水，而節(jié)水不僅僅是限制其用量，最重要的是要提高水資源的有效利用率。1.2研究意義土壤水同地表水、地下水一樣是水資源的重要組成部分，但是土壤水又相對復雜的多。土壤是一種疏松多孔體，土層深厚的土壤有較強的存蓄、調(diào)節(jié)水分的功能，被形彖地稱之為土壤水庫［5】。土壤水庫對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的意義在于對作物供水的顯著調(diào)節(jié)方面。土壤水資源量的分布主要受土層厚度、土壤質(zhì)地、降水量等因素的影響。一般的，土層厚度越人，土壤水資源量越人，反之越小。土壤水資源量存在黏土〉黏壤土＞壤土〉砂壤土＞砂土的關(guān)系。降水量較大的區(qū)域，產(chǎn)生的土壤水資源量一般較大，反之較小⑹。從農(nóng)業(yè)用水角度來看，其他形式的水資源都是轉(zhuǎn)化為土壤水才能實現(xiàn)其資源價值。根據(jù)MalinFalkemnark的研究陸地上所有的水資源都來源于降水，其中降水35%轉(zhuǎn)化為藍水，包括地卜水和地表水等可見的水資源，即通常主要研究開發(fā)利用的水資源，包括灌溉用水都是從藍水中提?、?。土壤底墻供水量隨灌溉及降雨增加而減少，冬小麥耗水逐漸以灌溉水和降雨為主岡。灌溉能夠明顯降低冬小麥對土壤底墻水的利用能力，降低了土壤底墻供水的作用［刃。舉個簡單的例子，我們知道，有些地方，某年可能遭遇干旱，但是糧徴并未減產(chǎn)，這就是土壤水庫的調(diào)蓄作用。土壤水對解決農(nóng)業(yè)用水和水資源短缺的重要現(xiàn)實意義已經(jīng)逐步得到認可。研究土壤水的特征和作物耗水與土壤水的相互關(guān)系，可以有效指導在農(nóng)業(yè)用水中增加土壤水的用水量、減少灌溉水量、提高水分利用效率，從而達到農(nóng)業(yè)節(jié)水的目的。2國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀土壤水（Soilwater）指的是由地面向下至地下水面（潛水面）以上土壤層中的水分亦稱土壤中非飽和帶水分。在JacobBear所著的《DynamicsofFluidsmPorousMedia》即《多孔介質(zhì)流體動力學》一書中，將非飽和帶（有譯稱為充氣帶、包氣帶）又區(qū)分為三個亞帶即土壤水帶、中間帶（或稱滲水帶）和毛細管帶。我國學術(shù)界習慣地將土壤水研究包括了整個非飽和帶。從學科領(lǐng)域，土壤水可視為土壤學的一個分支，但它又與多個學科與多個應(yīng)用領(lǐng)域有著密不可分的關(guān)系。土壤水是聯(lián)系地表水與地卞水的紐帶，在水資源的形成、轉(zhuǎn)化與消耗過程中，它是不可缺少的成分。國際地圈生物圈計劃（IGBP）強調(diào)界面過程研究，力圖把全球物理氣候總循環(huán)模型（GCMs）與全球水循壞模型耦合，土壤水亦是其中組成部分；灌溉或降雨均需轉(zhuǎn)化成土壤水才能被作物（含生態(tài)環(huán)境中各種植被）所吸收，因此土壤是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)一一農(nóng)業(yè)中各種種植業(yè)賴以生存的基礎(chǔ)；水文學中最重要的組成內(nèi)容一一產(chǎn)匯流理論，亦取決于卞墊面的土壤水狀況：作為當今國內(nèi)、國際熱門話題的壞境保護問題，涉及到化肥、農(nóng)藥、重金屬等對土壤與地卞水污染，無一不與土壤水狀況發(fā)生關(guān)系：此外土壤水還與自然地理、植物生理等學科研究有一定聯(lián)系。由于土壤水的特殊地位，隨著科學技術(shù)發(fā)展，土壤水的研究在近20年來發(fā)展迅速。2.1國外土壤水研究的發(fā)展土壤水研究在理論上和應(yīng)用上均有重要作用，但由于問題的復雜性，在相當長的時期內(nèi)，只能處于定性的描述或用各種經(jīng)驗的方法處理生產(chǎn)實踐中不斷遇到的土壤水問題。自從1907年白金漢（Buckiiigliain）提出毛管勢理論，1931年理查茲（Richards）導出非飽和流方程，數(shù)學物理方法被逐步引入了土壤水的研究，使該領(lǐng)域的研究有了長足的進步，逐步由靜止走向動態(tài)、定性描述走向定量、經(jīng)驗走向機理。從國際潮流上用能態(tài)觀點研究土壤水逐步地取代以形態(tài)學觀點與方法（以蘇聯(lián)A.A?羅戴為代表）研究的趨勢。自此出現(xiàn)了由D.R.Nielsen等編著的《土壤水》（SoilWater）-該書較系統(tǒng)地介紹了如何用水勢觀點研究土壤水。從20世紀7080年代《土壤和水》、《土壤物理學的應(yīng)用》、《土壤水動力學的計算模擬》等書相繼發(fā)表，直到90年代《土壤水文學》專著的問世，使得土壤水研究逐步發(fā)展成較獨立的學科分支。2?2國內(nèi)土壤水研究的發(fā)展我國自20世紀50年代以來，土壤水探討主要闈繞著農(nóng)業(yè)發(fā)展（對作物或產(chǎn)量探討）和土壤普查等，研究工作較少。但以蘇聯(lián)羅戴為代表的形態(tài)學觀點于此時系統(tǒng)地介紹到我國，對我國土壤水分研究有重要影響，客觀地起到積極作用。70年代末期，隨著我國改革開放，各種學術(shù)流派得以百花齊放，最具有代表性的是在第一次全國土壤物理學術(shù)講座會使人耳目一新。20世紀80年代開始，相繼開展了土壤水的理論與試驗研究，（1977年12月杭州），土壤水分的能量觀點首次被介紹到國內(nèi)2］,我國科技工作者在吸收國際學術(shù)界各種有益的學術(shù)觀點基礎(chǔ)上，學術(shù)空氣十分活躍，國際、國內(nèi)交流也口益增多。這20年是我國關(guān)于土壤水研究發(fā)展最快的時期，除了一批譯著的出現(xiàn)，扎根于國內(nèi)的有關(guān)土壤水（或以土壤水分運動為其重要內(nèi)容的）專著或著作陸續(xù)問世，例如雷志棟、楊詩秀等所撰寫的《土壤水動力學》［⑴（1988年）；張蔚榛等人所著的《地下水與土壤水動力學》21（1996年）：康紹忠、劉曉明、熊遠章等所著《土壤一植物一大氣連續(xù)體水分傳輸理論及其應(yīng)用》【舊（1994年）；李韻珠、李保國編著的《土壤溶質(zhì)運移》【川（1998年）：楊邦杰等所著《土壤水熱運動模型及其應(yīng)用》［5（1997年）：荊恩春等著《土壤水分通量法試驗研究》［口（1994年）都反映了我國學者近年來研究成果的豐碩。全國性土壤物理學術(shù)討論會至今已開了6次，各次會上涉及土壤水分研究的論文約占土壤物理學論文的40%60%,土壤水分始終是土壤物理學科中最為活躍的一個領(lǐng)域。我國土壤水分動態(tài)研究主要集中在土壤水分垂直動態(tài)和季節(jié)動態(tài)兩個方面。土壤水分的變化主要影響因子有氣彖因素（降水、風速和氣溫等）、土壤的作用和植被等。土壤水分的季節(jié)變化的決定于氣彖因素的時間變化U刀，盡管年際存在差異，但是基本遵循著共同的變化規(guī)律。對于裸地的季節(jié)動態(tài)可以直接根據(jù)氣象因素的變化劃分為四個階段疵訕。有植被覆蓋的土地類型，土壤水分的季節(jié)變化還受到植物蒸騰的影響。韓仕峰最早提出黃土區(qū)農(nóng)田土壤水分的年內(nèi)動態(tài)變化可分為4個時段進行研究，即土壤水分消耗期、土壤水分積累期、土壤水分消退期、土壤水分相對穩(wěn)定期［⑹。隨后，國內(nèi)的學者一般沿用這—結(jié)論，只是研究的地點和植被類型不同，各個時段的分布時間有所差異Ba。不同的研究地區(qū)和植被類型，選取的分層標準的大小和劃分的土壤層的深度有所不同口】。研究主要集中在土壤水分含量及水分利用【“切、土壤水鹽分及其運移規(guī)律中亠］、土壤水動力學及數(shù)值模擬模型研究［?36］、土壤水水量計算及水平衡研究（1）七］、土壤水資源評價田」5］等方面。概拾我國土壤水研究近20年的發(fā)展，我們已從向國際上先進科學學習的過程中脫穎而出,顯示出—定的實力，成為參與國際上共同推動該學科前進的力量，研究的特點亦從單學科走向?qū)W科交叉：從均質(zhì)走向非均質(zhì)，從點的研究走向面（或區(qū)域）的研究，從理論研究推進到應(yīng)用研究。3論文主要研究內(nèi)容主要研究華北地區(qū)600mm1000mm蒸發(fā)條件卞，土壤水庫對水資源的調(diào)蓄作用，并且充分利用雨水，目的在于增加土壤水庫的蓄水能力。

土壤水庫水資源的評價方法。灌溉條件下土壤水庫的充分利用降雨條件下，滴管條件卞，噴灌條件下，入滲過程的分析建立入滲模型開發(fā)土壤水庫，旨在完成降雨和灌溉的配合4研究的技術(shù)路線完成土壤水庫的調(diào)蓄5研究方法新區(qū)的試驗田旁，有26個測坑，共三種土，分別是粘土、壤土和砂土。灌水之后，測它們土壤水分的變化。三類土，灌水量相同，同樣灌20方、40方、60方水的條件下，采用不同灌水方式，利用三因素三水平方法，制定正交試驗表。試驗田里，對比灌溉和降雨卞土壤水庫的利用率。利用Guelph土壤入滲儀，設(shè)計入滲試驗，確定各種參數(shù)以及土壤容重和土壤的物理組成。試驗田中，拌秸稈，對土壤水庫的蓄容有何效果和作用。在有作物和無作物條件下，土壤水庫的蓄容能力有何變化。土壤水分狀況：每7天為一個灌水周期，澆水之前取土做參考樣本，澆水之后間隔12小時，再間隔24小時，再間隔48小時，再間隔72小時都要取土。做土壤水分分析。田間滴管試驗總共有四種管道，一根管4根，兩根管4根，三根管4根以及地下埋管1根。其中1根三根管還布設(shè)在空白地中，沒有種植任何作物，以期和種了作物的進行對比試驗。這些管道都由支管相連，可以同時供水。讓它們每次灌溉相同的時間，10小時。以20cm為一層，分別為020cm、20cm~40cm、40cm60cm、60cm80cm和80cm100cm共五層，以冬小麥的不同生育期確定不同的監(jiān)測層，以確定相應(yīng)土壤層的所需土壤含水量。每條管道上在滴頭正下方取三個點，做三個剖面，滴頭正下方一直取到lm,地表距離每個點向一側(cè)的10cm、30cm、50cm處都要向卜取四個土層的土，依舊是20cm—層，分別為020cm、20cm40cm、40cm~60cm和60cm80cm共四層。這樣一個剖面就完整了，另一側(cè)的水分分布可以由對稱性得到。取土過后，進行烘干處理，并對TDR儀器進行校正。入滲試驗：利用Guelph入滲儀，入滲儀的工作范圍是地表以下15cm75cm,分為四層，分別為015cm,15cm35cm,35cm55cm和55cm?75cm。分別測入滲強度。6進度安排2013.3,準備階段,2013.3-2013.10，冬小麥試驗，2014.4,整理論文，準備畢業(yè)。7預期提交的成果通過試驗，提出在當前灌溉條件下土壤水分運動的規(guī)律，并建立數(shù)學模型，在這個基礎(chǔ)上加以利用，同時有效利用雨水。在灌溉過程中減少滲漏，并確保在冬小麥在不同生育期的含水量。撰寫碩士學位論文一本，公開發(fā)表中文核心期刊學術(shù)論文一篇。7參考文獻中華人民共和國水利部.2011年中國水資源公報.2012.水利部科技司?節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展綜述[J].節(jié)水灌溉,1997,(2):31-34.⑶王慶,陳士俊?關(guān)于我國農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展問題分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2013,41(2):901-903,918.中華人民共和國水利部?微灌工程技術(shù)規(guī)范[GE]?北京:中國計劃出版社,2009.PlulipJR.Hillslopeinfiltrationdivergentconverge[J].WaterResource,1991,27(6):1035-1040.于建營，楊志霞?河北省土壤水資源分布特征分析[J].南水北調(diào)與水利科技,2010.Malin?Falkemnaik?GreenWateronceptualisingWaterConsumedByTerrstiialEcosystems[M].GlobalWaterNews,2005,8(2).房全孝，陳雨海?節(jié)水灌溉條件下冬小麥耗水規(guī)律及其生態(tài)基礎(chǔ)研究[J].華北農(nóng)學報,2003,18(3):18—BarberJS?Factorsmfluencingthegrainyieldandqualityiniirigatedwheat[J]?JoumalofAgricultureScience,1987,109(1):19—26.莊季屏?四十年來的中國土壤水分研究[J].土壤學報,1989,26⑶:241247.雷志棟，楊詩秀，謝傳森?土壤水動力學[M]?北京:清華大學出版社,1988.張蔚榛等?地下水與土壤水動力學[M].北京：中國水利水電出版社,1996.287P.[1習康紹忠，劉曉明，等?土壤一植物一大氣連續(xù)體水分傳輸理論及其應(yīng)用[M].北京:水利電力出版社,1994.李韻珠，李保國?土壤溶質(zhì)運移[M].北京:科學出版社,1998.312P.楊邦杰，隋紅建?土壤水熱運動模型及其應(yīng)用[M].北京:中國科學技術(shù)出版社,1997.224P.荊恩春等?土壤水分通量法試驗研究[M]?北京:地震出版杜,1994.183P.張家誠等?作物水分脅迫與干旱研究[M].鄭州:河南科學技術(shù)出版社，1991.韓仕峰?旱地土壤水分變化規(guī)律及有效利用[J].山西農(nóng)業(yè)科學,1990.7:20-23.[1刃李開元，韓仕峰，曹雄飛等?陜北黃土丘陵溝壑區(qū)早地土壤水分動態(tài)[J]土保持通報,1990,10(6):21—25.余新曉，張建軍?黃土地區(qū)防護林生態(tài)系統(tǒng)土壤水分條件的分析與評價[J].林業(yè)科學,1996,32(4):289—297.張學龍，車克鈞?祁連山寺隆林區(qū)土壤水分動態(tài)研究[J].西北林學院學報,1998,13(1):1-9.李洪建，王孟本，柴寶峰潢土高原北部河北楊林的土壤水分特征[J].山地學報,2002,20(5):606—610.[2習BAKERJH.Measuiementofsoilwatercontent[J].RemoteSensingReviews,1990,5:263-279.GASKINGJ,MILLERJD.Measurementofsoilwatercontentusmgasimplifiedimpedancemeasuruigteclinique[J].JournalofAgriculnualEngineermgResearch,1996,63(2):153-159.GARDNERCMK.DEANTJ.COOPERJD.Soilwatercontentmeasurementwithahigh-fiequencycapacitancesensor[J].JournalofAgricultuialEngmeeringReseaich.1998,71(4):395403?SEYFRIENDMS.MURDOCKMD.Measurementofsoilwatercontentwitha50-MHzsoildielectricsensor[J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2004.68(2):394-403?ISHIZUKAMAHKAMIM.Measuiementofsoilwatercontentinahyper-andenvironmentusingtmie-doniamreflectometrysensors[J].HydrologicalProcesses,2005J9(19):3911-3920.WUL,SKAGGSTH,SHOUSEPJ.etal.StatespaceanalysisofsoilwaterandsalinityregimesinaloamsoilunderlainbyshallowgioundwaterfJ].SoilScienceSocietyofAmericaJoumaL2001,65(4):1065-1074.ZHANGN、FANGLEEKH,etal.Sunultaneousmeasurementofsoilwatercontentandsaluutyusmgafiequency-responsemethod[J].SoilScienceSocietyofAmericaJounial,2004.68(5):1515-1525.WITTLERJM.CARDONGE.GATESTK,etal.Calibrationofelectromagneticinductionforregionalassessmentofsoilwatersalinityinaniiiigatedvalley[J].JournalofkiigationandDrainageEngmeer-mg-Asce,2006432(5):436-444?AHMEDBAO.YAMAMOTOT.RASIAHV；etal.Themipactofsalinewaterirrigationmanagementoptionsinadunesandonavailablesoilwateranditssaluuty[J].AgriculturalW-'aterManagement,2007.88(1/3):63-72.SALAOE,LAUENROTHWIGPARTONWJ.etal.Long-termsoil-waterdynamicsintheshortgrasssteppe[J].Ecology.1992,73(4):1175-1181.TIKTAKA,BOUTENW.ModelingSoil-waterdynamicsinaforestedecosystem.3.Modeldescriptionandevaluationofdiscretization[J].HydrologicalProcesses,1992,6(4):455-465?KENNEDYGW,PRICEJS.Simulatingsoilwaterdynamicsinacutoverbog[J].WaterResourcesResearch,2004,40(12):13.LACZOVAE,STEKAUEROVAV.Soilwaterdynamicsofthehillside[J].CerealResearchConmiumcations,200735(2):705-708.邵曉梅，嚴昌榮,徐振劍?土壤水分監(jiān)測與模擬研究進展[J].地理科學進展,2004,23(3):58-66.ORENRTHILLIPSN.KATULGetal.Scalingxylemsapfluxandsoilwaterbalanceandcalculatingvariancesmethodforpartitioningwaterfluxinforests[J].AmialesDesSciencesForestieres,1998,55(1/2):19121