山地土壤优先流路径的染色示踪研究

在山地林区开展土壤大孔隙及优先流的实验研究,可深化对森林土壤涵养水源机理的认识,为山区的水土流失防治和植被恢复提供依据。利用剖面染色与图像分析相结合的方法,沿长江三峡大老岭-邓村一线,对山地不同垂直带内土壤优先流特征进行了调查,分析了优先流路径对剖面水分入渗过程的影响。结果显示,中山常绿落叶针阔混交林-山地黄棕壤、低山暖性针叶林-山地黄壤中大孔隙孔径大、分布广,有利于优先流的形成和入渗。受耕作扰动的弃耕土壤中大孔隙结构遭到破坏,优先流路径与森林土壤不同,且渗流强度较弱,染色区域较浅。森林土壤各发生层内优先流特征差异显著,腐殖质层内以洞穴流为主,水分与土壤基质域交换较少,多通过大孔隙快速下渗。淋溶淀积层内洞穴流消失或减弱,侧向渗透增强。低山暖性针叶林-山地黄壤质地较粗,出现以裂隙为主的大孔隙,优先流表现为裂隙流。弃耕土壤各发生层都表现为指流,染色面积随深度减小,侧向渗透基本稳定。植被-土壤垂直地带性分布是山地土壤优先流存在差异的主要原因,山区生态环境建设中应促进土壤优先流路径的发育。     

重庆四面山草地土壤大孔隙的数量和形态特征研究

以重庆四面山草地为研究对象,利用染色示踪法观察优先流的发生区域,采用水分穿透曲线和Poiseulle方程分析土壤大孔隙的数量、形态特征及其对优先流的影响。结果表明:研究地土壤剖面大孔隙呈现聚集态分布,孔径范围在0.3~2.2mm之间,其中半径大于1.3mm的大孔隙是优先流发生的主要通道。各孔径范围内染色区土壤大孔隙数量较未染色区高出1个数量级,大孔隙数量随土壤深度增加而减小,这样的分布特征有利于水压梯度的形成,有助于水分的快速垂直运移。染色区较非染色区有更大的稳定出流速率,约1.12~2.02倍,这得力于大孔隙数量和密度上的优势,这一优势极大地影响了优先路径分布和优先流发生。     

干旱区绿洲农业生态系统土壤优先流量化方法可行性综述

归因于多孔介质的空间变异性和各向异性,非饱和带中土壤水流运动与溶质运移对优先流响应机制的研究十分具有挑战性。绿洲农业生态系统作为新疆主要经济支柱,如果忽略土壤优先流现象,可能会降低灌溉用水利用效率,减少土壤吸附污染物时间,进而导致地下水污染,最终制约农业发展。因此,该研究以新疆干旱绿洲区121团场的棉花种植区作为研究对象,旨在探明与探究在干旱绿洲区中可能导致优先流发生的潜在因素以及适合该地区观测优先流现象的量化技术。总体而言,在121团场,冻融循环,残膜现象,深耕棉秆还田的耕作方式以及土壤盐渍化会影响并改变土壤耕层孔隙度与结构,形成大孔隙式的优先入渗路径,进而引发大孔隙流。与此同时,因为该地区的主要土壤类型为壤土,其斥水性驱动着水流不稳定运动,导致指流或漏斗流的发生。通过对量化技术的总结与评估,染色示踪成像方法由于其能直观表述土壤水的非均匀运动,在121团场具有能很好地评价土壤优先流的潜力与实用性。其他的量化技术虽然具有各自的优势,但相较于染色示踪成像试验成本高,前期准备工作量大,评价尺度不统一,因此不适用于干旱绿洲区优先流的量化评价。在未来的研究中,需要适当地采用将微尺度观察与大尺度调查相结合的方法来对优先流现象进行全面评估。该研究有望为新疆及世界其他类似地区干旱绿洲生态系统优先流的研究提供理论参考。     

土壤孔隙结构定量化研究进展

土壤孔隙结构是土壤结构的重要方面,土壤大孔隙引起的优先流和溶质优先迁移与地下水污染、养分流失和灌溉水浪费都有着密切的关系;对土壤孔隙结构的研究具有重要的实践意义和指导作用。本文在综合国内外研究文献的基础上,对前人研究进行系统总结,介绍土壤孔隙结构的获取手段、孔隙结构的表征和模拟方法,并且对今后土壤孔隙结构研究的热点进行了展望,以期为今后进行土壤孔隙结构建模的深入研究提供帮助。     

喀斯特洼地退耕和耕作土壤优先流特征

应用亮蓝染色示踪技术,研究了喀斯特洼地退耕封育区土壤和耕作土壤的优先流类型及其特征,分析2种土地利用方式下的土壤优先流路径分布特征以及影响因素,并结合去除耕作层的对比试验,阐述了耕作层对优先流发生及其优先流路径发育的重要影响。结果表明,喀斯特洼地优先流类型为大孔隙流、裂隙流;耕地与自然封育区的优先流程度差异显著(P0.01),虽然其剖面染色总面积并无明显差异,但耕地染色区域主要集中在表层土壤,0—20cm范围内染色面积占染色总面积的91%,而自然封育区染色面积比仅为60%;耕地的水分入渗深度小于自然封育区,耕作层阻碍了水分入渗及优先流的产生并加强了孔隙中水分与基质的交换;耕作层以下土壤优先流程度与自然封育区差异不明显,但其优先流路径分布特征具有明显差异,自然封育区的孔隙、裂隙发育程度高于耕地,但是最大入渗深度大于退耕封育区,表明封育区更能有效的蓄持水分;植被覆盖及其根系生长通过影响土壤理化性质及其优先流路径分布导致优先流特征差异,而同时耕作层的存在对于耕作层以下部分优先流路径的发育起到关键作用。     

三峡库区高砾石含量紫色土优先流形态特征

以三峡库区王家桥小流域林地、耕地和园地为研究对象,结合染色示踪技术,利用图像处理软件技术,通过计算优先流形态特征参数,分析3种土地利用类型下高砾石含量紫色土的优先流形态发育特征。结果表明:砾石平均含量表现为园地林地耕地,土壤大孔隙平均半径随着深度的增加而减小。林地优先流运动深度可达60cm,剖面染色区域呈现明显的不规则性,耕地染色深度集中在0—15cm土层,染色区域分布均匀,但染色面积小,且存在大量的侧向流,园地染色范围广,优先路径连通性好。染色路径数表现为园地林地耕地,说明园地优先流发育较活跃,优先路径分化程度较高,染色路径宽度20mm的染色路径数量分布特征与染色路径总数分布特征相近,是紫色土壤中流染色路径的主要组成部分,壤中流类型主要为低相互作用大孔隙流。砾石和大孔隙特征共同影响土壤水分运动过程。     

柑橘地土壤大孔隙与优先流的关系研究

以重庆市江津区10和20a林龄的柑橘地为研究对象,应用优先流染色法和室内图像提取技术,土壤水分穿透曲线及Poiseulle方程综合分析土壤大孔隙与优先流的关系。结果表明,大孔隙使染色区的水分渗透速率较非染色区提高了1.48倍以上。柑橘地大孔隙孔径范围在0.3～1.7mm,半径大于0.7mm的土壤大孔隙是形成优先流路径的主要孔径范围。     

重庆四面山不同林地土壤大孔隙特征及其影响因素

以重庆四面山不同林地为研究对象,通过亮蓝野外染色示踪实验观测大孔隙流,结合Adobe Photoshop、ERDAS和ArcGIS的图像处理技术分析了阔叶林、针叶林和针阔混交林3种林地的土壤大孔隙分布特征,并探究其影响因子。结果表明:不同林地的大孔隙流形态特征有所不同,大孔隙流的存在使水分在土壤中的运移深度大幅度提高,运移深度规律为阔叶林针阔混交林针叶林;不同林地的染色面积比均随着土层深度的增加而减少;较大的孔隙(1级和2级)主要存在于0—20cm土层,随着土层深度的增加,小孔隙(4级和5级)所占百分比变大;土壤容重、有机质含量、根重密度和根孔数对大孔隙分布均有较大影响,其中,土壤容重与大孔隙数量呈负相关关系,有机质含量、根重密度和根孔数与大孔隙数量呈正相关关系。     

鹫峰国家森林公园土壤优先流现象分析

为研究鹫峰地区优先流强度与土壤发育程度之间的关系,采用室内原状土柱穿透曲线与野外染色示踪试验相结合的方法,分析鹫峰地区优先流现象。结果表明:(1)研究区有优先流现象发生,优先流类型主要是指流和大孔隙流。(2)发育程度较高和较低2种不同土壤优先流强度不同,低海拔发育程度较差土壤优先流现象越明显,强度更大;高海拔发育程度较好土壤则相反。(3)土壤表层0-30cm根系主要分布范围内,用Logistic模型进行曲线拟合得出,石砾含量对优先流影响不显著,这是因为在土壤表层0-30cm优先流强度受植物改良土壤作用明显。     

北京昌平区农地土壤大孔隙特征

研究在利用染色示踪法对北京昌平区农地的优先流发生区进行判断的基础上,采用Photoshop软件和土壤水分穿透曲线对该农地的大孔隙数量与分布特征进行量化分析。结果表明:试验农地的土壤大孔隙半径主要集中在0.5～2.8mm之间,平均半径为0.695～0.711mm,大孔隙率为5.10%～22.06%。随着土壤深度的增加,染色区在土壤剖面上呈现出集中分布的特征,同时,染色面积比例逐渐减小。各土层染色区的稳定出流速率是未染色区的1.39～2.05倍,在大孔隙各孔径范围内,染色区的数量是未染色区的1.33～3.57倍。大孔隙的垂直分布表现出上层多、下层少的特点,其中半径小于1.5mm的孔隙占98%以上。染色区在大孔隙密度、大孔隙连通性上的优势能够使其更快地进行水分运输并更早达到稳定,因而也就更易成为优先流发生区。     

不同覆盖方式对土壤水热分布的影响

[目的]覆盖会影响土壤水、热分布,研究不同覆盖方式对土壤水热分布的影响,可为不同作物选择合适的覆盖方式控制土壤水热状态提供参考.[方法]用田间试验测定不同覆盖方式下玉米农田土壤的温度、含水率与蒸发量,比较测定数据探究不同覆盖方式对土壤水、热分布影响的特征.共设5个试验处理,无覆盖、地膜覆盖、1.5 cm落叶覆盖、3.0...     

Soil surface evaporation processes under mulches of different sized gravel

To reduce water loss from soil surface evaporation is important in agricultural and environmental practices, especially in arid and semi-arid regions. Gravel mulch has long been practiced to reduce soil surface evaporation. In this study, a series of simulation experiments were conducted to study the effects of gravel mulches of different sizes on evaporation process from soil surface. Four mulch treatment levels were used: diameter 0.5 cm (A), diameter 2.5 cm (B), diameter 4.5 cm (C), and bare soil (CK), with three replicates. It was found that the gravel mulches dramatically reduced the evaporation from bare soil surface, particularly when soil water contents were at high levels. Under the same soil water content, the evaporation reduction rates under gravel mulches were negatively correlated with gravel sizes. The evaporation processes under gravel mulches were much more stable as compared with that from bare soil surface. The ratio of the soil surface evaporation to the atmospheric evaporation (E_ss/E_sa) and soil water contents with no mulch decreased rapidly with time. Soil water contents decreased slowly with time under mulches while the E_ss/E_sa values maintained at the more or less stable levels. During the successive evaporation process of 41 days, the cumulative soil surface evaporation under mulches was linearly correlated with time but that from bare soil surface was logarithmically correlated with time.     

不同覆膜开孔率下土壤水分和潜水蒸发的模拟研究

为研究蒸发阶段不同覆膜开孔条件下土壤水分运动,在室内进行蒸发模拟试验的基础上,采用HYDRUS-1D模型对不同覆膜开孔率和大气蒸发能力条件下土壤剖面含水率和潜水蒸发量动态变化进行了模拟,并与实测资料进行比较。结果表明:土壤剖面含水率同时受大气蒸发能力和覆膜开孔率的共同作用,随覆膜开孔率和大气蒸发能力的增加,土壤剖面含水率减小,且上层土壤含水率差异比下层土壤明显;覆膜开孔率和大气蒸发能力一定时,土壤剖面含水率在蒸发初期有所增加,蒸发后期基本保持稳定;覆膜对潜水蒸发的阻滞作用明显,但开孔率增加到一定数值时,表层盐分的影响大于覆膜的影响,使土壤含水率增大,累积蒸发量减小。经实测数据验证,模型精度较好,表明HYDRUS-1D模型用于不同覆膜开孔率下的土壤水分运动模拟是可行的。     

土壤中优势流的几个基本问题研究

优势流是指土壤在整个入流边界上接受补给,但只通过少部分土体的快速运移.优势流是一种普遍存在的现象,而不是一种特例.它受许多因素的控制,如土壤中的大空隙、土壤结构、土壤质地、土壤水分含量、土壤初始水分含量、水和溶质的施加速率及溶质的施加方法等.优势流的产生机理主要有2种:一种是由土壤介质的非均质性所驱动的优势流;另一种是由湿润锋的不稳定性所驱动的优势流.目前,优势流的监测方法主要有取土壤原状土、实验室内的土柱出流试验及染色示踪试验.尽管优势流的模拟非常困难,但人们仍提出了许多模型来描述它.今后优势流研究的重点应放在进行大量的综合性野外试验,以获取足够的数据资料来确切地刻划优势流;发展新的观测技术以便在时间和空间上监测优势流;建立新的模型来模拟优势流,从而进一步解决与土壤和地下水污染有关的环境问题.     

Effect of Aquasorb and Organic Compost Amendments on Soil Water Retention and Evaporation with Different Evaporation Potentials and Soil Textures

Abstract

Aquasorb PR3005A, a hydrophilic polymer (a salt copolymer polyacrylamide), and garden waste compost were added to a loamy sand and a loam soil in pots to assess their impact upon soil physical properties at two different evaporation potentials. Compost was mulched and incorporated, the Aquasorb was incorporated, and their effect on temperature and amelioration of soil water content and evaporation was investigated. Mulching with compost reduced evaporation and increased soil temperature. Maize (Zea mays var. single cross 704) was sown in the same pots later, and growth indicator factors (plant height, fresh and dry weight, root weight, and leaf area) were compared. It was concluded that compost mulch application is beneficial to soil water retention whereas compost incorporation did not show these benefits. Compost mulch advances seedling emergence and enhances early growth through hydrologic soil amelioration. High rates of Aquasorb were also beneficial in advancing the emergence and early growth of maize seeded in loamy sand. The hydration capacity of Aquasorb is reduced as the electrolyte concentration and electrical conductivity are increased. Increased electrolyte concentration in soil solution, through drying, may result in gel dehydration and water release at potentials greater than field capacity, which may be lost to drainage. Furthermore, it is concluded that pot experiments with amendments fail to simulate field conditions.     

初始湿度对覆膜开孔蒸发水盐运移的影响

为了解初始含水率(湿度)变化对覆膜开孔蒸发的盐分与蒸发量的定量关系,通过不同湿度土壤的室内蒸发实验,研究了覆膜开孔率影响下土壤水分和盐分的运动特征.结果表明,初始含水率越大,不同覆膜条件下累积蒸发量越大,单位膜孔面积累积蒸发量(E_R)随开孔率增大而急剧减小.不同初始湿度的ER与覆膜开孔率的关系可用乘幂表示;表土返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加;不同含水率土壤的盐分浓度削面分布趋势一致,含水率越大,表层盐分浓度越大,含水率较小的土壤.盐分浓度在表层最大.在盐分含量最低点附近达到最小值,表层以下4-13cm的盐分浓度均小于初始值;不同覆膜开孔率条件下不同含水率土体剖面盐分浓度与垂直位置之间可用幂函数表示.研究表明,初始湿度对土壤水盐运动的影响存在定性特征,而覆膜开孔率对水盐运动的影响有定量关系可循.     

Mulch effects on rainfall interception, soil physical characteristics and temperature under Zea mays L.

Application of organic amendment to the soil surface is widely used in order to ameliorate topsoil physical conditions, especially with respect to temperature, evaporation and water content. Water intercepted by mulch and crop canopy involves loss through evaporation that never replenishes the soil water. In this study, hydrological and temperature conditions beneath mulches of manufactured materials, organic waste, wheat straw (Tritium aestivum L.) and soybean straw (Glycine max L. Merrill) applied at different thickness were investigated in glasshouse and field conditions in southern England. Interception loss by a maize (Zea mays L.) canopy and mulch modified the soil water balance by adversely affecting soil water content beneath thicker application. Mulching had a beneficial effect on soil water and temperature regimes. These findings are important for identifying mulching practices for dryland agriculture and under scenarios of climatic change that predict lower rainfall and higher temperatures in summer.     

利用染色分析法确定农田土壤中硝态氮垂直运移的研究

利用农田土壤剖面染色并结合田间硝态氮示踪的方法,研究了太湖地区典型的水稻土—白土剖面中优势流和硝态氮在土壤剖面中的运移规律。结果表明:染色法可以分析土壤剖面中大孔隙的分布状况和优势流的路径;染色面积越大的土层,表明该土层的大孔隙含量就越高。在白土剖面上,表层的大孔隙含量最高,20~30 cm和55~100 cm土层以下大孔隙含量都很低。在田间条件下,优势流是影响硝态氮迁移的主要因素;白土剖面中优势流直接影响的最大深度为78 cm,对地下水的影响很大。本试验中地下水的硝态氮含量比未试验前增加了10多倍,这对环境安全影响极大。     

华北土石山区森林土壤大孔隙对土壤理化性质及根系的响应

土壤大孔隙是土壤水分、空气、化学物质及污染物优先运移的主要通道,对其形成机制的研究至关重要。以往对大孔隙的量化局限于传统方法,大孔隙三维形态特征的量化分析及其影响因素是目前大孔隙的研究重点。利用CT扫描及图像处理分析技术量化大孔隙三维形态特征参数,同时测定土壤基本理化性质及根长密度,分析土壤大孔隙三维特征对土壤理化性质及根系的响应。结果表明:土壤密度及土壤砂粒含量与大孔隙特征参数不存在相关关系;土壤有机质含量、土壤根长密度与大孔隙体积密度、大孔隙表面积密度、大孔隙数量密度呈现显著正相关关系,与大孔隙平均迂曲度呈现显著负相关关系。林木根系与土壤有机质对土壤大孔隙三维特征产生积极影响,表现为根系及土壤有机质含量越多,则大孔隙含量也越多,并具有更差的弯曲度。在今后对山地森林抚育管理、土壤水分运动机理及地下水污染评估等研究过程中不能忽略根系及土壤有机质差异对土壤大孔隙的重要影响。     

麦秸覆盖条件下土壤蒸发阻力及蒸发模拟

模拟覆盖条件下的土壤蒸发对于农田水管理具有重要的作用。该文分析了留茬和秸秆覆盖模式下影响土面蒸发的因素,提出了留茬覆盖模式下蒸发阻力和土面蒸发模型,基于试验数据确定了公式中的参数。主要结果和结论:当表层2 cm土壤含水率高于0.23 cm3/cm3(约60%田持)时,土面相对蒸发量(土面蒸发量与20 cm蒸发皿蒸发量比值)基本保持稳定;当表层2 cm土壤含水率在0.05~0.23 cm3/cm3之间时,土面相对蒸发量随土壤含水率的降低而线性减小。覆盖会明显降低土壤蒸发,覆盖阻力随秸秆覆盖量增加呈指数增长。当表层2 cm土壤含水率在0.05~0.23 cm3/cm3之间时,土壤表面阻力随土壤体积含水率降低而线性增加。验证结果显示建立的土面蒸发模型及相应阻力参数能较好的模拟覆盖条件下的土面蒸发量。