土壤中砾石存在对入渗影响研究进展

石质山区的土壤中含有大量砾石,土壤中大量砾石存在会影响土壤物理特性和水力特性,从而对土壤入渗规律造成影响。本文主要介绍了国外土壤中砾石存在对土壤物理特性、水力特性以及入渗规律影响研究的现有研究成果,国外现有研究结果表明,土壤中砾石存在对入渗影响较为复杂,砾石覆盖/含量与入渗量之间既有正相关关系,也有负相关关系。     

土壤砾石含量的电阻率断层扫描技术应用研究

砾石含量是土壤质量评价与分类的基本参量。但传统的测定采用了随机采样的方法,一些特殊和极端区域的土样难以获得,进而制约了对土壤砾石含量评价的客观性和完整性。本研究基于土壤由细土和砾石二相介质组成的假设,采用了电阻率断层扫描技术,结合该技术对土壤中砾石体积含量的评价,对土壤砾石含量做了系统性研究。结果表明细土样品的电阻率值主要受土壤含水量的影响,容重及有机质含量对其影响较小。土壤砾石体积含量和有效电阻率之间的关系与Bussian's Law模型预测结果相吻合,且细土电阻率值对该关系影响较大。在细土和砾石的电阻率值分别为160Ωm和3000Ωm条件下,对砾石体积含量估算结果的绝对误差为22%。电阻率断层扫描技术提供了土壤学基础研究的重要工具,对其应用的研究将会对土壤学相关研究提供重要的帮助。     

基于电阻率断层扫描技术的土壤砾石体积含量评估

为了对电阻率断层扫描技术应用于土壤中砾石含量的研究进行评估,该文对此应用进行了数值模拟研究。该研究假设石质土壤为由细土和砾石组成的二相介质,采用有线差分法对所建立土壤数值模型进行了电阻率断层扫描模拟,模型中砾石随机分布且相互独立,过程中对砾石尺寸和土壤中水分情况的影响进行了研究。结果表明对已知二相各自电阻率值的石质土壤,其等效电阻率与其中砾石体积含量相关,数值模拟结果与理论预测结果相符合,验证了电阻率断层扫描技术应用土壤中砾石体积含量估计的可适用性,同时指出在土壤较湿润时为该技术的适宜使用条件。该研究为土壤学分类研究及质量评价提供参考和指导。     

砾石含量对土壤可蚀性因子估算的影响研究

砾石（>2 mm）是土壤组成部分之一,其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子（K）计算中充分考虑砾石含量的影响,计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据,利用文献报道的砾石含量与土壤渗透性和土壤侵蚀关系估算方法,在全球范围内分析估算砾石含量对土壤可蚀性因子的影响。结果表明,（1）土壤剖面中砾石的存在,通过降低土壤入渗速率（土壤渗透性等级增加5.68%）、增加地表径流而使土壤侵蚀增加,进而使全球土壤可蚀性因子增加4.43%;砾石覆盖通过保护土壤免遭雨滴打击和径流冲刷减少侵蚀,在山地、荒漠（沙漠和戈壁）地区,这一影响会使土壤可蚀性值减小约18.7%。考虑土壤剖面砾石含量和表面砾石覆盖综合影响时,土壤可蚀性因子降低5.52%。（2）以砾石影响为主的地区,占全球62.7%,土壤可蚀性因子可降低0.0091( t?hm2?h)?( hm-2?MJ-1?mm-1);以剖面砾石影响为主的地区,占全球的31.1%,土壤可蚀性因子增加0.0019( t?hm2?h)?( hm-2?MJ-1?mm-1)。（3）剖面和表面砾石共同作用使6个样区土壤流失速率减少约11.8%。因此,剖面砾石的存在会增加土壤可蚀性,而表面砾石覆盖会减少土壤可蚀性,综合影响使土壤侵蚀降低。在区域土壤可蚀性制图研究中,应考虑这两个方面的影响,进而提高土壤可蚀性因子的制图精度。     

砂田砾石覆盖对土壤大孔隙特征及其土壤水文过程的影响研究进展

砂田是利用砾石覆盖地表的典型节水范例,砾石覆盖对土壤大孔隙的半径、数量、连通性和密度都有重要影响。大孔隙的研究方法可分为直接观测法和间接描述法,并讨论其适用性和局限性。因为大孔隙及优先流的成因复杂,应将大量的野外实验和室内实验相结合,同时改进观测方法。土壤大孔隙研究的最终目的是调控它,为减少地下水污染、控制养分和水分的流失提供一条新途径。砾石覆盖土壤能增加大孔隙并促进降水入渗,加快壤中流的发生,减少径流和抑制蒸发,改变了土壤水文循环过程,土壤水文生态功能也随之改变。并指出了砾石覆盖下土壤优先流研究中存在的问题和今后应该加强的研究领域。     

砾石含量对土壤可蚀性因子估算的影响

砾石(2 mm)是土壤组成部分之一,其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子(K)计算中充分考虑砾石含量的影响,计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据,利用文献报道的砾石含量与土壤渗透性和土壤侵蚀关系估算方法,在全球范围内分析估算砾石含量对土壤可蚀性因子的影响。结果表明,(1)土壤剖面中砾石的存在,通过降低土壤入渗速率(土壤渗透性等级增加5.68%)、增加地表径流而使土壤侵蚀增加,进而使全球土壤可蚀性因子增加4.43%;砾石覆盖通过保护土壤免遭雨滴打击和径流冲刷减少侵蚀,在山地、荒漠(沙漠和戈壁)地区,这一影响会使土壤可蚀性值减小约18.7%。考虑土壤剖面砾石含量和表面砾石覆盖综合影响时,土壤可蚀性因子降低5.52%。(2)以砾石影响为主的地区,占全球62.7%,土壤可蚀性因子可降低0.0091(t·hm~2·h)·(hm-2·MJ~(-1)·mm~(-1));以剖面砾石影响为主的地区,占全球的31.1%,土壤可蚀性因子增加0.0019(t·hm~2·h)·(hm-2·MJ~(-1)·mm~(-1))。(3)剖面和表面砾石共同作用使6个样区土壤流失速率减少约11.8%。因此,剖面砾石的存在会增加土壤可蚀性,而表面砾石覆盖会减少土壤可蚀性,综合影响使土壤侵蚀降低。在区域土壤可蚀性制图研究中,应考虑这两个方面的影响,进而提高土壤可蚀性因子的制图精度。     

模拟降雨条件下含砾石土壤的坡面产流和入渗特征

模拟降雨条件下研究了含砾石土壤的入渗过程,分析了砾石含量和坡度对土壤坡面产流时间和入渗的影响。研究结果表明:含砾石土壤的坡面产流时间与砾石含量和坡度密切相关,当坡度>5°时,产流时间与砾石含量呈线性负相关。当坡度<5°时,不同砾石含量的土壤入渗能力表现出明显差异;砾石含量为20%~30%时,土壤入渗相对增加;当坡度>10°时,砾石含量对入渗能力的影响不明显。利用Kostiakov入渗经验模型可以很好地模拟含砾石土壤的降雨入渗过程,模型中的经验系数K能够反映出降雨开始1 min内坡度和砾石含量对入渗的影响。     

砾石覆盖农田土壤酶活性的动态变化特征

在不同时期采集了砾石覆盖,未覆盖连作西瓜农田和撂荒地的表层土壤,测定了土壤中主要微生物数量和过氧化氢酶、淀粉酶、多酚氧化酶及脱氢酶酶活性,并研究了作物生育期内土壤酶活性的变化特点。结果表明,砾石覆盖处理的农田土壤微生物数量处于较低水平,其真菌数量发生了显著下降,而细菌和放线菌数量则介于未覆盖农田和撂荒地之间。在整个生育期内,不同处理下土壤酶活性变化显著不同,但多在西瓜生长旺盛的抽蔓期和结果期达到极值。作物生长和砾石覆盖对于酶活性的影响作用很大,这为进一步研究砾石覆盖对农田土壤环境影响的机理及砾石覆盖科学管理提供基础依据。     

砾石对土壤水分入渗(扩散）的影响研究

砾石(>2 mm的碎石)广泛存在于世界的部分土壤中。近几年来,随着山地土壤的开发与利用,砾石对土壤物理和侵蚀过程的影响研究受到广泛重视。不同砾石具有不同持水性,砾石含量、大小和形状以及存在位置对土壤入渗有不同影响。     

模拟降雨下坡度对含砾石土壤径流和产沙过程的影响

对含砾石土壤径流和产沙过程的研究不仅有助于深入理解该类型土壤中的水土过程,也可以为基于过程的土壤侵蚀模型模拟提供重要的土壤参数.通过室内模拟降雨试验,分析了3个坡度下含砾石土壤中的径流和产沙过程,研究结果表明,不同砾石含量的土壤在不同坡度下的产流在0～20 min内有明显增加的趋势,之后径流趋于平稳.随着砾石含量的增加,坡度对径流的影响减弱.坡面产沙高峰期出现在0～20 min内,且高峰期产沙量占总产沙量比例相对较大;当坡度为15°时,砾石含量(质量含量百分比)为20%,30%,40%的土壤在30 min后产沙量又增加,与其他坡度相比,土壤总产沙量也明显增加.实验中坡度是决定土壤产沙量的主要因素.     

土壤捡石机的研究进展

中国多数山区农田土壤中含有大量砾石,影响土壤的物理特性和水力特性,也影响作物播种、出苗和生长发育,同时给农田耕作和管理带来很大不便。目前在中国一般是采用人工捡拾办法将石块清出农田,劳动强度大、效率低下。针对上述问题,对国内外土壤捡石机的研究和应用现状、发展历史进行了研究,分析了典型土壤捡石机器分捡装置的工作原理,提出了适合中国山区农田特点的土壤捡石机研究方向和捡石机方案。     

利用圆盘入渗仪推求含碎石土壤饱和水力传导度(英)

在模拟土柱中，利用圆盘入渗仪对碎石对土壤饱和水力传导度的影响进行了分析。结果表明：含碎石土壤饱和水力传导度可以通过对不同负压下土壤稳定入渗速率进行非线性回归获得。含碎石土壤饱和水力传导度与去除碎石后的土壤饱和水力传导度及碎石形状指数密切相关。试验中含碎石土壤的饱和水力传导度随碎石含量的增加而呈指数降低趋势。     

石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究进展

土壤水流和溶质运移一直是土壤学研究的热点,溶质运移理论主要应用于地下水污染、污染物运移、土壤重金属污染研究等方面。溶质主要通过优先流和基质流进行运移,影响溶质运移因素很多,主要包括土壤结构、质地、水力传导率、体积质量、初始含水量、根系、石砾等。石砾作为土壤质地中的一个分级单位,与溶质运移关系较为复杂。本文综合介绍了石砾基本内涵以及石砾对土壤水流和溶质运移影响研究进展;系统阐述了石砾内部参数(石砾覆盖度、含量、粒径、空间异质性等)和外部参数(根石结构、干湿冻融、耕作等),指出目前研究主要量化土壤表面及土壤表层石砾参数对水文效应、土壤侵蚀、入渗以及径流的影响,然而石砾参数对溶质运移影响研究不够系统,石砾参数与溶质运移关系研究尚处于初步阶段,对土壤深层石砾研究缺乏;归纳了石砾参数研究技术手段及模型;探讨了目前石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究存在的问题以及今后研究趋势。     

含岩屑紫色土水力特性及饱和导水率传递函数研究

紫色土中存在的岩石碎屑会对土壤的水力性质如饱和导水率、水分特征曲线产生显著影响。以两种不同母质发育的土壤(紫色页岩和紫色泥岩)为研究对象,设置0.25~2、2~5、5~10 mm三个岩屑粒径水平,0、30%、50%、70%、100%五个岩屑含量水平,采用压力膜仪法和定水头法分别测定水分特征曲线和土壤饱和导水率。利用BP神经网络,选择特定输入变量建立土壤饱和导水率传递函数PTF1和PTF2(PTF1的输入变量为岩屑含量、岩屑粒径、初始土壤容重和机械组成,PTF2的输入变量为岩屑含量、岩屑粒径、初始土壤容重、机械组成、进气压力值和S指数(土壤水分特征曲线拐点处斜率的绝对值))。结果表明:添加岩屑极大提高了土壤饱和导水率和S指数,并且随岩屑含量的增加而增加,相比之下,进气压力值随岩屑含量增加而减小,饱和导水率也随岩屑粒径的增加而增加,岩屑粒径从0.25~2 mm增加至5~10 mm,饱和导水率平均提高了2.3倍。岩屑粒径对进气压力值和S指数影响较小。PTF1和PTF2的几何平均数、几何标准偏差、均方根误差以及AIC指数分别为1.27、5.57、0.16、2.94和1.17、1.70、0.06、–53.28,PTF2的相关值均小于PTF1,表明PTF2模型的预测效果更好。综上所述,岩屑的存在显著影响了紫色土的水力特性,使饱和紫色土导水能力增加而保水能力减弱,利用神经网络所构建的传递函数PTF2可很好地实现含岩屑土壤饱和导水率的预测。     

三峡库区碎石含量对紫色土容重和孔隙特征的影响

土壤容重和孔隙分布特征是土壤重要的基本物理性质,但有关含碎石土壤的物理性质以及碎石含量对土壤结构影响的研究尚不多见。三峡库区紫色土中存在大量的碎石,为了深刻了解和评价土壤中碎石对容重与大孔隙形成的可能作用,通过野外调查、典型土样采集和室内分析实验,探讨了三峡库区典型土地利用类型下土壤中的碎石体积含量以及不同粒径碎石的基本物理性质及其对土壤容重和孔隙特征的影响。结果表明:土壤中碎石的孔隙度和饱和含水率随着碎石粒径的减小而增大,小碎石本身具有一定的持水、供水性能;碎石含量对土壤的总容重、细土容重有显著影响,随着碎石含量的增加,土壤的总容重逐渐增加,而细土容重与碎石含量呈线性负相关关系,土壤中碎石的存在有利于改善土壤的结构;土壤孔隙分布特征与碎石含量密切相关,随着碎石含量的提高,土壤总孔隙度和毛管孔隙度呈减少趋势,而非毛管孔隙度即大孔隙呈增加趋势,碎石的存在有利于改善土壤的透水性能。本研究为山区农用地灌溉与水分管理提供了科学依据。     

含岩屑紫色土水分扩散规律

紫色土中存在的岩屑显著影响土壤水分扩散。以往研究主要集中在> 2 mm岩屑上而忽视了<2 mm岩屑的作用。因此,探讨>2 mm岩屑对紫色土水分扩散的影响基础上,明确<2 mm岩屑的作用对完善含岩屑紫色土水分扩散规律的研究具有重要的意义,从而为土壤水动力学模型的构建提供理论依据。以四川盆地紫色页岩发育的暗棕紫泥土和泥岩发育的红棕紫泥土为研究对象,设置3种岩屑粒径(0.25~2,2~5,5~10 mm)和4种岩屑含量(0,30%,50%,70%),利用水平土柱吸渗法测定含岩屑土壤湿润锋变化特征、水分扩散率D(θ)和土壤含水率θ,并拟合D(θ)、Boltzmann参数λ与θ之间的关系。结果表明:对于暗棕紫泥土,岩屑粒径为2~5 mm时,土壤湿润锋前进速率和D(θ)随岩屑含量增加呈先增加后降低再增加的趋势;岩屑粒径为0.25~2,5~10 mm时,土壤湿润锋前进速率和D(θ)随岩屑含量增加逐渐增加。对于红棕紫泥土,岩屑粒径为2~5,5~10 mm,随岩屑含量增加,70%岩屑含量的土壤D(θ)明显大于其余3个岩屑含量的土壤,而30%岩屑含量和50%岩屑含量土壤之间的D(θ)无显著差异,且土壤湿润锋前进速率均呈先增加后降低再增加的趋势;岩屑粒径为0.25~2 mm时,土壤湿润锋前进速率和D(θ)随岩屑含量增加逐渐增加。因此,随岩屑含量提高,土壤水分扩散速率整体呈现增加趋势;且泥岩发育的土壤水分扩散速率高于页岩发育的土壤。     

适量砒砂岩改良风沙土的吸水和保水特性

该文研究了不同砒砂岩改良风沙土模式下的土壤入渗特征、饱和导水率和水分特征曲线,分析了不同模型对砒砂岩改良风沙土水分特征曲线的适用性和不同改良模式的土壤水力学特征,以期为评价砒砂岩改良风沙土水力学特性以及筛选合理改良模式提供科学依据。结果表明:砒砂岩可以有效降低风沙土的入渗率和饱和导水率,增加风沙土的饱和含水量和滞留含水量,增强风沙土的持水能力。VGM(m,n)模型可以拟合砒砂岩改良风沙土土壤水分特征曲线。同一改良模式下,土壤的入渗率、饱和导水率和饱和含水量随容重增大呈减小趋势;容积含水量在低吸力段随容重增大逐渐减小,在中高吸力段逐渐增大。砒砂岩和风沙土以25∶75比例混合的复配模式,可以有效改良风沙土的吸水和保水特性,可在实践中推广。     

田间含碎石土壤水分入渗及再分布试验研究

为探明碎石存在于田问土壤中如何改变土壤水分运移通道、影响土壤水分运动,揭示田间含碎石土壤水分运动的复杂过程,采用便携式针头降雨器在铜川崾岘梁修建的临时小区进行模拟降雨实验,测定含碎石浅层土体的入渗和水分再分布过程.采用土壤水分运动通量法计算浅层土体不同深度各截面面积的水量在雨后不同时间段的变化,分析含碎石土壤再分布特征及碎石含量对浅层土体入渗和水分再分布的影响.结果表明:碎石有利于田间浅层土壤入渗和蓄存;室内较田问测定的含碎石土壤入渗率小一个数量级以上;降雨后较短时段,碎石含量相对高的林地小区的浅层土体水分在降雨停止后呈增加趋势.表现了蓄水过程,碎石含量较低的撂荒地则表现了释水过程;降雨后较长时段,多数小区浅层土体(0-30 cm)水量变化呈现了"排水一存储交换一排水"过程,少数小区仅呈现了"排水"过程;雨后16 h左右的土体各截面面积的水量与碎石含量呈现了以直线y=0.4873为轴对称的递增和递减的指数为1/2的幂函数关系,说明碎石对黄土区典型土石区土体水分运动具有促进和阻滞双面影响.本文的研究结果可为含碎石土壤的水分利用及水分循环提供参考.