祁连山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能

对甘肃祁连山4种不同林地类型的土壤特性、凋落物持水量、林地土壤蓄水性能、土壤渗透性能等进行了研究.结果表明,林地内土壤容重和孔隙度(0-60 cm)差异较大,容重大小依次为:牧坡草地＞祁连圆柏林＞高山灌丛林＞青海云杉林;总孔隙度大小依次为:青海云杉林＞高山灌丛林＞祁连圆柏林＞牧坡草地.林地间凋落物的最大持水量和最大持水率表现一致,趋势表现为:高山灌丛林＞青海云杉林＞祁连圆柏林＞牧坡草地.不同林地间土壤非毛管孔隙持水量差别较大,4种林地的土壤非毛管孔隙持水量由大到小依次为:青海云杉林＞高山灌丛林＞祁连圆柏林＞牧坡草地.有效涵蓄量大小与土壤涵蓄降水量一致,4种林地变化范围为184.98～222.27 mm,大小顺序依次为:青海云杉林＞牧坡草地＞高山灌丛林＞祁连圆柏林.     

岷江上游中山区低效林改造对土壤物理性质的影响

岷江上游中山区存在大面积低效林,其萌蘖枝多而密,无明显主干,林地阴闭,光照少,土壤干燥,生态服务功能极为低下。经萌蘖更新调控技术2 a的改造后,土壤生态功能大大改善,改造林地土壤容重较对照林地低9.6%~32.6%,土壤孔隙状况明显改善,表层总孔隙和毛管孔隙较对照林地提高30.9%和31.5%,非毛管孔隙随改造时间先增加后减少,土壤孔隙配比更为合理。由于土壤孔隙得到改善,土壤持水性能也明显地提高,表层最大持水量、毛管持水量及自然含水量较对照林地分别提高87.5%,94.6%和64.0%,非毛管持水量在改造2 a后,表层土壤也较对照林地高72.3%。萌蘖更新调控技术通过调控植物结构和功能,加快林地物质循环,促进植物生长和根系活动能力,来改善土壤生态功能。萌蘖更新技术在岷江上游中山区试验效果明显,土壤蓄水保水能力强,为该技术推广应用提供了一定的理论基础。     

贵州西部四种典型林地土壤水文特性研究

对贵州省西部地区桦木林、柳杉林、华山松林和杉木林4种典型林地土壤的物理性质和水文特性进行了初步研究。结果表明：4种林地土壤容重、毛管孔隙度、贮水深和毛管持水深均随土壤深度的增加而增大,总孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水深和渗透性具有随土壤深度的增加而减小的趋势。综合评价4种典型林地土壤物理性质和水文特性,桦木林地土壤平均非毛管孔隙（16.29%）和渗透性（2.77mm/min）最大,表现出较强的蓄水能力;华山松林地土壤平均总孔隙度（66.70%）最大,表现出较大的持水深。     

广东省不同母岩发育的桉树林土壤特性

研究了95个桉树林的土壤肥力。按母岩将95个林分土壤合并为花岗岩、石灰岩、紫色砂岩、砂页岩、玄武岩发育的土壤类型,分析各类土壤的理化性质与桉树生长的关系。结果表明:花岗岩发育成的土壤的容重较小,非毛管孔隙较多,通气好,持水量一般;各种养分都处于中等或偏低水平,但在5种母岩形成的土壤中多处于较高水平,整体土壤肥力较高;石灰岩发育成的土壤容重最小,毛管孔隙和最大持水量大,非毛管孔隙较小,故保水能力强,通气差,全N含量在5种土壤中稍低,其它养分含量均较高,整体土壤肥力高;紫色砂岩发育成的土壤容重大,非毛管孔隙极少,通气差,持水量小,全K和速效K含量位于5种土壤之首,其它养分含量低,整体的土壤肥力低;砂页岩发育成的土壤毛管孔隙度小,非毛管孔隙度大,通气好,在5种土壤中全N含量较高,其它养分含量处于中等或较低水平,土壤肥力较差;玄武岩发育成的土壤容重中等、毛管孔隙少、非毛管孔隙中等,全P和有效P含量在5种土壤中较高,其余养分含量较低,土壤肥力较低。将桉树林地与其它林地的土壤理化性质比较可知,桉树林地的土壤容重大,通气不良,持水能力差,有机质、全N、全K、速效N、速效K含量低。     

黄河三角洲滩地不同林分类型的土壤水文特性

以无林地为对照,对黄河三角洲滩地3种林分类型的土壤水文物理性状、土壤人渗特性及土壤贮水性能进行研究.结果表明:①与无林地相比.有林地具有一定的压碱抑盐效果.不同林分类型的土壤容重、孔隙度和孔隙比等表征土壤水文物理性质的指标明显好于无林地,且0-20 cm土层好于20-40 cm.各指标林地间差异较大.其中刺槐林好于杨树林,而白蜡林最差.②乘幂方程能较好地反映研究地区不同林分类型的土壤入渗过程,有林地土壤人渗性能好于无林地,刺槐林、杨树林、白蜡林的平均渗透速率值分别是无林地(1.84 mm/min)的2.22,1.78,1.59倍.③有林地的土壤吸持、滞留贮水量、土壤涵蓄降水量、有效涵蓄量均表现为刺槐林＞杨树林＞白蜡林＞无林地.且0-20 cm土层的贮水性能均好于20-40cm.说明在涵养水源和水分有效性方面,刺槐林优于杨树林,白蜡林较差.从贮蓄水分、涵养水源角度来考虑,可在盐碱程度类似的生境中首先考虑刺槐、杨树树种.     

重庆缙云山典型林分林地土壤贮水特性研究

通过对三峡库区重庆缙云山四种典型林分(针阔叶混交林,阔叶林,楠竹林和灌木林)林地土壤的孔隙分布及贮水特征研究表明,林地土壤的快速度贮水量(即非毛管暂时滞留水)是农地的1.3~2倍,有效蓄水容量为农地土壤的1.04~1.77倍,林地土壤非毛管贮水量和有效蓄水容量的大小顺序均为灌木林(171.27,345.18 mm)>针阔混交林(142.98,240.19 mm)>阔叶林(128.22,230.18 mm)>楠竹林(124.41,202.92 mm)。在重庆缙云几种林分的林地土壤中,水源涵养功能最强的是灌木林,最小的是楠竹林。水源涵养林对径流量的调节功能主要反映在林地非毛管孔隙的贮水量。     

黄河三角洲退化刺槐林地的土壤水分生态特征

为揭示黄河三角洲人工刺槐林的退化机理及其土壤水分生态特征对退化程度的响应关系,采用野外典型抽样调查分析和室内分析测定相结合的方法,在黄河三角洲地区研究了退化刺槐林地土壤水文物理性状、土壤入渗特性及土壤贮水性能的差异。结果表明,随着刺槐林退化程度的加剧,林地土壤的容重增加,而土壤有机质、孔隙度和孔隙比等表征土壤水文物理性质的指标明显降低,0—20cm土层土壤指标状况好于20—40cm土层。轻度、中度、重度退化刺槐林地的土壤容重与未退化相比分别增加了3.68%,9.56%,14.71%;总孔隙度降低2.38%,4.86%,9.57%。Horton模型比较适合描述退化刺槐林地土壤水分入渗过程,随着退化程度的加剧,初渗率和稳渗率均表现出降低趋势。轻度、中度、重度退化类型下的稳渗速率值分别比未退化(4.02mm/min)下降了25.62%,55.47%,85.07%。刺槐林地土壤吸持、滞留贮水量、土壤涵蓄降水量、有效涵蓄量也表现出降低趋势,0—20cm土层的贮水性能均强于20—40cm土层,轻度、中度、重度退化类型下的40cm土层土壤饱和贮水量分别比未退化(195.78mm)下降了2.37%,4.85%和9.56%。     

大面积桉树引种区土壤水分及水源涵养性能研究

为揭示亚热带山地大面积引种尾叶桉类林对土壤水分及水源涵养性能的影响,对研究区尾叶桉类林、次生常绿阔叶林、思茅松林3种林地类型的土壤贮水能力与水源涵养功能进行分析。结果表明,(1)桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤含水量分别下降了10.98%和9.55%,对土壤水分的消耗增加;(2)土壤毛管持水量表现为次生常绿阔叶林(A2)>以次生常绿阔叶林为背景的桉树林(A1)>思茅松林(B2)>以思茅松林为背景的桉树林(B1),桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤毛管持水量分别下降了20.62%和5.33%,土壤保水持水能力下降,但桉树林与思茅松林的土壤持水能力差异不大;(3)土壤毛管蓄水量和非毛管蓄水量分别表现为:A2>B2>B1>A1和A1>A2>B1>B2,桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤平均毛管蓄水量分别下降了11.96%和4.09%,平均非毛管蓄水量却分别增加了7.07%和2.66%,土壤保持水土的能力变差,但调蓄能力增强;(4)土壤有效涵蓄量表现为:A2>A1>B1>B2,桉树林取代次生常绿阔叶林后,土壤有效涵蓄量下降了25.05%,蓄水性能降低。桉树林取代思茅松林后,土壤有效涵蓄量上升了1.74%,蓄水性能有所提高。     

红壤的水分状况及其与物理性质的关系

该文对发育于第四纪红色粘土上不同利用方式的红壤水分状况与物理性质作了初步研究。结果表明,无论是自然土壤还是开垦之后的旱地、林地,都存在一个阻碍水分下渗的障碍土层,使土壤在雨季的蓄水能力明显减弱,而且每种利用方式的土壤中毛管孔隙的量都很少,毛管孔隙与无效孔隙的比例不到1:1,又致使红壤在旱季供水能力极差。针对上述情况,提出了一些合理的抗旱措施。     

川西亚高山针叶林植物群落演替对土壤性质的影响

研究了川西亚高山针叶林人工重建过程中土壤物理性质,结果表明:随着人工云杉林龄的增加,土壤表层粉粒、粘粒、物理性粘粒、团聚度和结构系数降低,砂粒含量增高,土壤饱和持水量、毛管持水量及总孔隙和毛管孔隙在人工云杉林演替过程中表现出"U"型变化,即人工云杉从幼林向成熟林演替阶段,土壤饱和持水量、毛管持水量及总孔隙和毛管孔隙则减少,在40年生云杉林达最低值之后,随着云杉自疏而有上升的趋势,毛管持水量是决定林地土壤自然含水量的主要因子。为了加速该区域植被恢复和重建过程,建议营造针阔混交林和对人工成熟林和过熟林进行间伐抚育,增加物种多样性,减少水土流失,为植物生长创造良好的土壤物理环境。     

The use of tension infiltrometers to assess routes and rates of infiltration in a clay soil

This paper describes the design and operation of a simple tension infiltrometer which imposes pressure potentials at the soil surface (h_b) of –0.5, – 2 and –9 cm water, corresponding to equivalent diameters ( e _d) of the largest conducting pore of 6, 1.5 and 0.3 mm respectively. Infiltration measurements obtained in Evesham series clay soil were fitted to Philip's (1957) two-term infiltration equation. Results were interpreted using information on the number, type and size of conducting macropores obtained in a dye tracing experiment. Significantly larger values of effective hydraulic conductivity at h _b=–0.5 cm were attributed to the flow of water in large shrinkage cracks which constituted nearly 90% of the total conducting macroporosity. Measured fluxes at h _b=–9 cm were related to sorption and swelling in the clay matrix, since within the range of infiltration times considered ( t <0.5 h), the gravity or steady state component of infiltration was negligible. Rainfall intensity/duration data for a large number of storms at Silsoe were used to demonstrate that in dry soil nearly 70% of rainfall infiltrates in the clay matrix, and that the infiltration capacity of macropores of e _d≤1.5 mm is only rarely exceeded.     

降雨特征与水土流失关系的研究

本文基于野外天然降雨定位试验观测资料,对降雨特征值的组合因子与水土流失量之间进行了多元统计相关分析。结果表明:降雨动能与最大30min雨强的组合因子EI₃₀与侵蚀量的关系最为密切;以降雨总量与最大30min雨强的乘积PI₃₀取代EI₃₀,经过检验,指标的精度能满足计算侵蚀量的需要,此指标可在黄土高原地区推广应用;建立了反映降雨径流影响侵蚀的综合数学模型;并指出,径流势能对侵蚀量具有极其重要的影响作用。     

天然降雨条件下裸露砒砂岩区人工植被的减流减沙效应

裸露砒砂岩区是黄土高原上侵蚀最为剧烈的地区之一,研究裸露砒砂岩区天然降雨下人工植被的减流减沙效应,对于提升砒砂岩区水土流失治理成效与质量有重要意义。以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域的典型人工植被为研究对象,运用系统聚类和线性回归相结合的方法,划分裸露砒砂岩区降雨类型,研究不同降雨类型下坡面产流产沙的特征,分析不同人工植被的减流减沙效应。结果表明:(1)裸露砒砂岩的自然降雨可以分为长历时暴雨、长历时的中到大雨、短历时暴雨以及短历时的小到中雨4种类型。(2)天然降雨的降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和最大10 min雨强(I₁₀)与各植被类型坡面的产流量、产沙量间呈y=ax₁+bx₂+cx₃+d的多元线性关系。(3)各植被类型的减流能力依次为沙棘林>油松林>山杏林>柠条林>草地; 减沙能力依次为沙棘林>山杏林>油松林>柠条林>草地。营造人工植被可以有效防治裸露砒砂岩区坡面的水土流失问题,现有的人工植被类型中以沙棘林的抗蚀能力最强。     

深层干化黄土自然降雨入渗特征试验研究

为探讨自然降雨在黄土区干化土壤中的入渗性能,研究干化黄土的降雨入渗机制,在陕北米脂试验站,建立野外10 m大型土柱模拟枣林地深层干化土壤,利用CS650-CR1000土壤水分自动监测系统对2014-2019年的土壤水分状况进行了连续定位监测。结果表明:(1)日降雨量为33.6,35.6 mm的大雨(降雨强度分别为3.73,2.97 mm/h,降雨历时9.0,12.0 h)状况下,最大入渗深度为140,100 cm,累积入渗量达20.05,16.10 mm;日降雨量为19.0,16.8 mm的中雨(降雨强度分别为2.24,1.53 mm/h,降雨历时8.5,11.0 h)状况下,最大入渗深度为90,60 cm,累积入渗量达8.12,9.77 mm;日降雨量为9.6,8.8 mm的小雨(降雨强度分别为1.48,0.76 mm/h,降雨历时6.5,11.5 h)状况下,最大入渗深度为30,20 cm,累积入渗量仅为1.05,0.23 mm。(2)降雨入渗的湿润锋运移深度(Z_i)随时间(T)呈幂函数Z_i=aT^b增加。(3)雨水的入渗历时包括降雨历时、自降雨停止至入渗结束两个时段。6次降雨(33.6,35.6,19.0,16.8,9.6,8.8 mm)在降雨停止后时段内的入渗深度分别为100,60,70,40,30,20 cm,入渗量依次为9.86,10.78,2.09,8.42,1.05,0.23 mm。在总入渗历时内,6次降雨入渗补给系数分别为0.60,0.45,0.43,0.58,0.11,0.03。黄土区降雨入渗深度受降雨量、降雨强度、入渗历时影响较大,提高单次降雨的雨量有助于提升雨水入渗补给系数,促进干化土壤得到有效水分修复。     

黄土高原土壤流失预报方程中降雨侵蚀力和地形因子的研究

通用土壤流失方程已在许多国家研究推广应用。本文根据黄土高原的以往径流小区实测资料,分析提出了适合于这一地区的土壤流失方程的降雨侵蚀力指标和地形因子的关系式,文中还就我国设立标准小区的选用规格提出了看法。     

降雨入渗下残积土坡的失稳机理与加固治理

针对典型非饱和花岗岩残积土边坡,基于饱和—非饱和渗流理论,分析了降雨入渗条件对残积土边坡渗流场与稳定性的影响,以及相应的加固治理方案。研究结果表明,边坡近坡表处的最大孔隙水压力和体积含水率均随降雨历时和降雨强度的增大而增大,从坡顶往下呈现大—小—大的变化趋势,且影响深度均随之增大;边坡稳定性在降雨初期下降比较显著,随着降雨历时增大,边坡稳定性下降趋势变缓并逐渐趋于一稳定值;当降雨历时较短时,降雨强度仅改变了近坡表附近的孔隙水压力分布及含水量,降雨强度对于边坡浅层溜方的影响不容忽视。鉴于基质吸力对边坡稳定影响很大,建议在工程设计中应考虑基质吸力对边坡稳定性的影响。     

长期施磷黑土中磷的吸附–解吸特征及其影响因素

  【目的】  比较长期不施磷与施磷黑土对外源磷的吸附–解吸特征,为黑土区磷素管理提供理论基础。  【方法】  供试黑土长期定位试验位于吉林省公主岭市,始于1990年。2018年选择其中不施肥(CK),施氮钾肥(NK),施氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾+有机肥(NPK+M) 4个处理小区,采集0—20、20—40和40—60 cm土层的土壤样品,分析了土壤理化性质,采用恒温平衡法测定了土壤磷的吸附–解吸特征,并由此计算得到磷最大吸附量(Q_m)、吸附亲和力常数(K_Q)、最大缓冲容量(MBC)、磷吸附饱和度(DPS)、最大解吸量(D_m)和解吸率(D_r)。  【结果】  随着平衡溶液中磷浓度的增加,磷的吸附量与解吸量均呈先快速增加后逐渐趋于平衡的过程。与不施磷处理(CK和NK)土壤相比,施磷处理(NPK、NPK+M)减少了磷的吸附量,增加了磷的解吸量。与不施磷处理相比,施磷处理在0—60 cm剖面上的Q_m和MBC值分别降低了4.94%～63.46%和15.90%～75.18%,D_r值增加了8.52%～474.0%,以NPK+M处理变化量最大。施磷处理比不施磷处理在0—60 cm土壤剖面上全磷和有机质含量分别增加了34.40%～145.5%和12.77%～50.07%,游离态铁铝氧化物(Fe_d+Al_d)含量降低了5.14%～11.35%。冗余分析表明,不施磷处理土壤的有机质、Fe_d+Al_d和全磷,以及施磷处理中的Fe_d+Al_d、络合态铁铝氧化物(Fe_p+Al_p)、pH和有机质是影响磷吸附解吸特征参数的主要土壤因子,分别解释了不施磷和施磷处理全部变异的77.59%和90.62%。土壤有效磷(Olsen-P)与磷吸附饱和度(DPS)相关关系表明,所研究的黑土DPS环境界限值为8%左右,NPK+M处理中3个土层的DPS_M-P值(由Mehlich-3 浸提的磷、铁和铝计算)为7.77%～25.96%,DPS_O-P值(由Olsen-P和Q_m计算)为17.24%～24.75%,均高于此环境界限值,具有磷素流失的风险。  【结论】  长期施磷降低了黑土对外源磷的吸附量,增加了磷解吸量。长期不施磷肥,土壤对磷的吸附和解吸主要受有机质、游离态铁铝氧化物的影响。而长期施肥,特别是有机肥与化肥配合处理,土壤中游离态和络合态铁铝氧化物、有机质及pH是影响磷吸附解吸特征的主要因素。     

基于不同降水年型渭北旱塬小麦–土壤系统氮素表观平衡的氮肥用量研究

【目的】 研究渭北旱区不同降水年型氮肥用量对小麦–土壤系统氮素表观平衡的影响规律,以实现作物稳产、平衡土壤氮素携出、避免过多氮肥残留累积为目标,通过3年田间定位试验,探讨渭北旱区冬小麦稳产增效的最佳氮素投入量。 【方法】 2011年7月—2012年6月降水量为710.1 mm,高于年均降水量 23.1%,属于丰水年;2012年7月—2013年6月降水量为391.4 mm,低于年均降水量 32.2%,属于欠水年;2013年7月—2014年6月降水量为603.8 mm,高于年均降水量 4.6%,属于平水年。本研究设置5个氮肥水平 N 0、75、150、225、300 kg/hm2,分别以N0、N75、N150、N225、N300表示,研究不同施氮量对冬小麦产量、吸氮量、氮素表观平衡及收获后土壤硝态氮残留量的影响。通过保证土壤氮素的输入和携出平衡确定氮肥用量,并通过该施氮量下吸氮量、产量及收获后100 cm土层硝态氮累积量加以验证。 【结果】 连续3年的定位试验结果表明,产量随降水量的增加而提高。相同降水量条件下,产量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势,3年小麦产量均在N225水平达到最大值,但N225与N150水平之间差异不显著,小麦地上部吸氮量与籽粒产量有相似的规律;小麦收获后0—100 cm土层硝态氮残留量也随施氮量的增加而升高。其中50.8%～75.5%的集中在0—40 cm,并且随着年限的延长逐渐减少,3年平均值分别为63.8%、66.1%和53.6%,而40—100 cm土层硝态氮残留量逐年升高且有向下淋溶的趋势;3种降水年型,土壤氮素盈余量 (土壤氮素输入 – 输出) 为0 kg/hm 2的氮素盈余指标下的氮素投入量有所不同:丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为127、54和103 kg/hm2;在考虑到维持作物产量和土壤肥力而允许氮素表观盈余指标为N 40 kg/hm2时,丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2。此时的作物吸氮量 (130、59、110 kg/hm2) 和产量 (6267、2309、4502 kg/hm2) 均能保持在较高水平,与理论最高吸氮量和最高产量值接近,而施氮量与理论最高吸氮量和产量时的施氮量相比有不同程度降低,分别减少了4.7%、142%、21.3%和5.3%、120%、30.7%。小麦收获后100 cm土层硝态氮累积量分别为101.4、104.2和113.7 kg/hm2,不仅可以保持土壤氮库的稳定,还能将残留硝态氮基本维持在安全阈值内 (N 90～100 kg/hm2)。 【结论】 综合考虑不同降水年型氮肥用量下冬小麦–土壤系统氮素表观平衡的变化,建议在渭北旱区丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2,以保证作物稳产和氮素高效吸收利用。      

利用日降雨量资料估算西南地区的降雨侵蚀力

降雨是影响土壤侵蚀的主要因素之一,降雨侵蚀力是各种土壤侵蚀预测预报模型的主要参数。降雨侵蚀力通常用降雨动能和某一时段最大降雨强度的乘积表示,如EI₃₀、EI₁₀或者EI₆₀等,但是这种计算方法需要长期且连续的自记雨量资料。我国大多数地区缺乏完整的自记雨量资料,使这些方法的应用受到了限制。一些不需要自记雨量过程的降雨侵蚀力计算方法已经提出,对考虑降雨季节变化的日降雨量估算降雨侵蚀力模型进行了修正,并用