前期土壤含水量对坡面产流产沙特性影响的模拟试验

为了研究黄土区降雨前期土壤含水量对不同土壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响,采用室内降雨模拟试验方法,探讨了前期土壤含水量从风干土状态至近饱和条件下填土和砂黄土坡面降雨入渗、产流产沙的特征.研究结果表明:在雨强(80mm/h)和坡度(10°)较大情况下,前期土壤含水量对塿士坡面产流时刻、入渗和产流过程影响不明显;砂黄土坡面产流时刻受前期土壤含水量影响显著,随着前期土壤含水量的增大先延长后缩短,其极差值达到28.91min:前期土壤含水量在风干土～10%和15%～25%两段范围内,砂黄土坡面入渗产流规律差异十分显著.基于土壤水分累积入渗过程特征,填土前期含水量可分成"三区",砂黄土则可分成"两区";利用前期土壤含水量与坡面土壤流失量的二次多项式关系,分别确定出壤土和砂黄土坡面土壤流失量最少的前期含水量值为11.25%和12.74%,为黄土区坡地水土管理提供理论依据.     

模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系，以安塞黄绵土为研究对象，通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复，坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明：(1)随着前期土壤含水量的升高，坡面初始产流时间幂函数减小，产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加，高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时，坡面侵蚀加剧，土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系，当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍，呈“水大沙多”的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此，对黄绵土坡面而言，应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题，可采取耕作、植被覆盖等措施维...     

土壤前期含水量对弃渣坡面侵蚀特性影响的模拟试验

利用室内人工模拟降雨试验,研究弃渣前期含水量在不同降雨强度条件下对土壤坡面入渗、产流和产沙特性的影响.结果表明:弃渣坡面入渗率随时间呈幂函数变化.在雨强较小(0.64 mm/min)的情况下,含沙率在产流初期会出现峰值,之后随时间递减,前期含水量越高,峰值出现的越早,土壤前期含水量对土壤侵蚀量的影响符合幂函数变化规律.在1.05 mm/min降雨强度条件下,含沙率变化呈波动性增长趋势,无明显峰值.土壤前期含水量对土壤侵蚀量影响呈二次多项式关系,计算得出土壤流失量最少的最优前期含水量为9.65%.     

模拟降雨下前期含水量对冻融坡面产流产沙过程的影响

为了探究不同前期含水量条件下冻融作用对坡面降雨侵蚀的影响,采用室内冻融和人工模拟降雨方法研究了不同含水量条件下冻融坡面与未冻融坡面的降雨侵蚀特征。结果表明:黄土坡面的产流时间随前期含水量增大呈先增大后减小的规律,冻融作用使黄土坡面产流时间滞后,其中含水量为20%的坡面经过冻融作用滞后62.50%,最为明显。在产流过程中,20%含水量的冻融坡面比未冻融坡面产流总量低9.14%存在极显著性差异(P0.01)。在产沙过程中,20%和25%含水量的冻融坡面比未冻融坡面产沙总量减小28%,存在极显著性差异(P0.01);20%和25%含水量的冻融坡面与未冻融坡面的可蚀性相差最明显。综上可以得出含水量为20%时冻融作用对坡面产流时间和产流过程影响最显著;含水量为20%和25%时冻融作用对坡面产沙过程和可蚀性K值影响最显著。含水量为20%时产沙量最小,可蚀性最低,可将20%作为黄土最优含水量。     

近地表土壤水分条件对坡面土壤侵蚀过程的影响

 采用人工模拟降雨实验,研究近地表土壤水分条件对安塞黄绵土和杨陵塿土土壤侵蚀过程的影响,尤其是土壤水分饱和条件下的土壤侵蚀过程。结果表明:土壤质地对入渗和径流过程有较大影响。对同一质地的供试土壤,随着前期近地表土壤含水量的增大,入渗量减少,而径流强度增大,坡面初始发生产流时间也越早。当前期近地表土壤含水量相近时,杨陵塿土的初始产流时间早于安塞黄绵土,坡面径流量和侵蚀产沙量也随前期近地表土壤水分含量的增加而增大。对于安塞黄绵土,当前期土壤含水量分别为饱和含水量的100%、75%和50%时,其径流量分别占饱和含水量的25%时的2.5、2.2和1.3倍,其侵蚀产沙量分别为50、25和1.3倍。而对于供试土壤为杨陵塿土,当前期土壤含水量分别为饱和土壤含水量的100%和50%时,其径流量分别是占饱和土壤含水量的25%时的1.1和1.0倍,其侵蚀产沙量分别为6.5和2.0倍。在降雨过程中,前期土壤含水量越大,片蚀发展为细沟侵蚀的时间越早,而且细沟侵蚀也越严重。     

沙层厚度和粒径组成对覆沙黄土坡面产流产沙的影响

片沙覆盖黄土区是水蚀风蚀交错带内土壤侵蚀最为强烈的区域,研究该区内土壤侵蚀特征可对水蚀风蚀交错带水土流失的预报及防治提供理论依据。采用室内模拟降雨,研究黄土坡面不同覆沙厚度(2 cm、5 cm和10 cm)和沙层粒径组成(100%0.25 mm、75%0.25 mm+25%0.25mm、50%0.25 mm+50%0.25 mm、未处理原沙和100%0.25 mm)对坡面产流产沙的影响。结果表明,覆沙黄土坡面较黄土坡面的初始产流时间明显延长,产流速率和产流量减小,产沙速率和产沙量增大,降雨过程中产流产沙波动性增大,且这些变化随覆沙厚度增加而明显加强;沙层粒径组成在不同覆沙厚度下对坡面产流产沙的影响不同,2 cm覆沙厚度坡面在降雨前期随粒径变粗产流产沙呈增大趋势,降雨后期无明显变化;5 cm覆沙厚度坡面随沙层粒径变粗产流速率呈增加趋势,降雨前期上覆粗粒径沙层坡面的侵蚀速率高于细粒径沙层坡面,降雨后期恰好相反;10 cm覆沙厚度的坡面产流产沙随沙层粒径组成变化不明显。典型覆沙黄土坡面的产流过程为雨水垂直入渗―沙土界面潜流―沙层边缘渗流―地表径流,产沙过程为沙层边缘渗流侵蚀―沙层坍塌重力侵蚀―地表径流输移,明显不同于无覆沙黄土坡面的超渗产流方式及溅蚀―片蚀―细沟侵蚀的侵蚀发展过程。     

喷施中性多聚糖对黄土坡面降雨入渗的影响

中性多聚糖(Jag S)是一种新型高聚物,研究该高聚物对黄土坡面降雨入渗的影响可对采用土壤侵蚀化学调控技术措施防治黄土坡面土壤侵蚀提供新的理论基础。通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强(1.0、1.5、2.0 mm min-1),不同坡度(10°、15°、20°)条件下,坡面降雨入渗及产流时间与喷施不同剂量(1、3、5 g m-2)Jag S之间的关系。结果表明:在不同坡度不同雨强下,与裸露坡面相比,喷施3种剂量的高分子化学材料Jag S均减少了前期降雨入渗率,但1及3 g m-2剂量Jag S处理能够明显提高黄土坡面入渗性能,减缓入渗在整个降雨过程的下降趋势,提高稳渗率,强化入渗效应均值分别为21.53%及9.17%,大剂量(5 g m-2)Jag S反而降低了土壤入渗性能(小雨强下除外)。喷施不同剂量Jag S的坡面其产流开始时间差异很小,但均早于裸露坡面,且表现为Jag S喷施剂量越大,坡面越早产流,大坡度大剂量对降雨产流时间影响较大。三个剂量对应产流时间提前百分比均值分别为47.26%、50.47%及66.28%。总之,Jag S在一定程度上能改善黄土坡面土壤结构,提高黄土坡面降雨入渗性能,从而降低土壤侵蚀,为采用高聚物进行水土保持提供了科学依据。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

前期土壤含水量对粘性红壤产流产沙及溶质运移的影响

采用针头式降雨器对零坡度、短坡长、不透水底层的红壤土体进行人工模拟降雨试验,在消除坡度坡长影响模拟南方蓄满产流条件下,研究前期土壤含水量对红壤产流、产沙及溶质运移机制的影响。结果表明:前期土壤含水量为20%时,红壤黏结力最大且结构最稳定,初始产流时间延续最长,入渗水量最多,径流总量最少,泥沙流失量少,形成蓄满产流条件;前期含水量为饱和时,则反之。径流中溴离子流失量和流失率随着前期土壤含水量的变化而变化,其数量大小顺序为20%10%2%;磷的流失总量,无论是溶解态磷(DP)还是颗粒态磷,流失总量大小依次为饱和20%10%2%。     

不同尺度下冻融作用对东北黑土区产流产沙的影响

通过对东北黑土区坡面8年和小流域7年的降雨产流产沙过程观测,对比每年受冻融作用影响的降雨和其余不受冻融作用影响的降雨产流产沙的特征,研究冻融作用在坡面和小流域尺度上对东北黑土区产流产沙的影响,为东北黑土区在冻融作用下多尺度土壤侵蚀定量评价及其转换模型的建立提供科学依据。结果表明:冻融作用减小了坡面和小流域的产流,径流系数分别减小0.07和0.03,坡面产流延迟71.7%,而小流域无明显延迟。坡面和小流域土壤流失量、土壤可蚀性K值及含沙量均显著增加,更易在较小降雨侵蚀力下产生较大流失量;与不受冻融的降雨事件相比,受冻融影响的降雨事件因径流减弱,在相同降雨量下的侵蚀量低,而在相同径流深下的侵蚀量高。冻融作用在径流较小时对坡面细沟的发育及产沙影响明显,在径流较大时对小流域切沟中松散堆积物的搬运及产沙影响明显。     

土壤调节剂对土壤物理性质的改善

Effects of non-ionic polyacrylamide(PAM),anionic polyacrylamide(PHP),cationic polyacrylamide(PCAM),non-ionic polyvinylalcohol(PVA),anionic hydrolyzed polyacrylonitrile(HPAN)and polyethleneoxide(PEO)on the physical properties of three different soil stpes were studied.content of water-stable aggregates larger than 0.25mm increased to varying extents for different soils and soil conditioners,Among the six kinds of condiftioners,non-ionic polyacrylamide(PAM) was the most effective for red soil while polyethyleneoxide(PEO)the least effective for Chao soil,red soil and yellow-brown soil.Water-stable aggregates with the molecular weight of PEO within a certain range.Only evaporation rate of Chao soil decreased after aplication of PAM and HPAN to Chao soil and red soil.     

土壤含水率与土壤碱度对土壤抗剪强度的影响

土壤含水率和土壤碱度是表征土壤物理化学性质的两个重要参数。通过室内三轴不固结不排水试验，研究了土壤含水率和土壤碱度对土壤抗剪强度的影响。试验处理采用5种土壤碱度(土壤可交换钠百分比ESP=0、5、10、20、40)和4种土壤质量含水率(0.05、0.10、0.20以及饱和含水率0.34)水平。试验结果显示，土壤黏聚力随着土壤含水率的增加基本上呈先增大后减小之趋势；当土壤含水率在0.10附近时黏聚力达到其最大值。土壤内摩擦角随着土壤含水率的增加而线性减小。土壤碱度对土壤黏聚力的影响机理较为复杂，其影响效果随土壤含水率的增加而减小；但土壤碱度对土壤内摩擦角的影响较小。土壤碱度对土壤抗剪强度的影响程度明显地小于土壤含水率对其的影响程度。     

A review of visual soil evaluation techniques for soil structure

Soil structure forms a key component of soil quality, and its assessment by semi‐quantitative visual soil evaluation (VSE) techniques can help scientists, advisors and farmers make decisions regarding sampling and soil management. VSE techniques require inexpensive equipment and generate immediate results that correlate well with quantitative measurements of physical and biochemical properties, highlighting their potential utility. We reviewed published VSE techniques and found that soils of certain textures present problems and a lack of research into the influence of soil moisture content on VSE criteria. Generally, profile methods evaluate process interactions at specific locations within a field, exploring both intrinsic aspects and anthropogenic impacts. Spade methods focus on anthropogenic characteristics, providing rapid synopses of soil structure over wider areas. Despite a focus on structural form, some methods include criteria related to stability and resiliency. Further work is needed to improve existing methods regarding texture influences, on‐farm sampling procedures and more holistic assessments of soil structure.     

聚丙烯酸盐类土壤改良剂对燕麦土壤微生物量氮及酶活性的影响

以燕麦田土壤为研究对象,探讨了聚丙烯酸盐类土壤改良剂及其复配(聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、腐植酸钾、聚丙烯酸钾+腐植酸钾、聚丙烯酰胺+腐植酸钾)对燕麦田土壤微生物量氮及土壤酶活性的影响。结果表明,不同土壤改良剂均能提高土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量,各指标分别比对照增加了8.24%～30.22%、7.60%～19.29%、5.15%～29.45%和27.86%～68.86%;土壤改良剂能促使燕麦全生育期内0～10、10～20和20～40 cm各土层的土壤微生物量氮含量显著提高,聚丙烯酸钾+腐植酸钾和聚丙烯酰胺+腐植酸钾复配处理较其各单施效果显著,随土壤深度的增加土壤微生物量氮逐层递减;与对照相比,土壤改良剂能显著提高燕麦全生育期各土层过氧化氢酶活性,在抽穗期活性最高,且以聚丙烯酸钾+腐植酸钾较高;但对于脲酶,聚丙烯酸钾+腐植酸钾、聚丙烯酰胺+腐植酸钾和腐植酸钾3个处理在苗期显著低于对照,在抽穗期和成熟期高于对照,两种酶活性均随土壤深度的增加逐渐降低。     

植烟沙泥田土掺混紫色土对土壤酶活性及理化性质的影响

为了探讨南雄烟区植烟沙泥田土壤改良新途径,采用盆栽方法研究了沙泥田土掺不同比例紫色土后土壤的理化性质和相关酶活性的变化规律。结果表明:当沙泥田土掺混10%~50%的紫色土后,土壤的砂粒含量逐渐下降到11.57%,粉粒含量逐渐上升到62.19%,土壤质地由壤土逐渐变为粉砂壤土,pH值从微酸性逐渐变成弱碱性;氧化还原酶类酶的活性逐渐增强,水解酶类酶活性则逐渐减弱,微量元素含量(钼除外)逐渐降低,中量元素交换性钙和交换性镁含量分别比对照(A1)增加了313%和37.1%;当沙泥田土掺混30%紫色土时,全钾和缓效钾含量分别比对照(A1)高出50%和69.2%,但其它养分含量有不同程度下降;相关分析结果表明,土壤酶活性受到土壤养分和中微量元素含量的影响,过氧化氢酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性与pH值、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、全钾和速效钾等养分含量均达到显著或极显著相关水平;有效铜、有效锌、有效硼、交换性钙和交换性镁含量与过氧化氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶和中性磷酸酶活性均达到显著或极显著相关水平;通过主成分分析得出沙泥田土掺混10%紫色土后的土壤因子综合主成分分值最高,掺混效果最好。     

连续施用无害化污泥对沙质潮土土壤肥力和微生物学性质的影响

以小麦-玉米轮作体系下的沙质潮土为研究对象,选用经无害化处理后的城市污泥产物,通过2013~2015年田间定位试验,研究了不同城市污泥施用量对土壤肥力的影响,以期为城市污泥资源化利用提供理论基础和技术依据。设置单施化肥(CK)、CK+污泥15 t·hm~(-2)(CS1)、CK+污泥30 t·hm~(-2)(CS2)和CK+污泥45 t·hm~(-2)(CS3)共4个处理。主要研究结果如下:(1)连续定位试验结果表明,同一施用量污泥处理的土壤p H值随施用时间的增加呈下降趋势;土壤有机质(SOM)和养分含量如全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)随施用时间的增长呈上升趋势;(2)与CK比较,在2015年玉米季施用污泥各处理的土壤p H值显著降低了0.34~0.83个单位(P0.05),且与污泥施用量呈反比,以高施量污泥45 t·hm~(-2)下降最多;土壤SOM、TN、AP和AK分别显著提高了52.1%~166.9%、77.3%~177.8%、215.7%~486.3%和167.2%~379.0%(P0.05),且与污泥施用量呈正比,以高施量污泥45 t·hm~(-2)效果最显著;(3)试验所用污泥施用量范围内不会造成土壤和植物籽粒重金属污染,能够保持土壤环境健康;(4)与CK比较,施用污泥各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量均显著提高(P0.05),且与污泥施用量呈正比,并且季节不同也显著影响土壤MBC、MBN含量(P0.05);施用污泥能够显著提高土壤MBC/MBN(P0.05),说明施用污泥能够改变土壤微生物群落组成;(5)施用污泥,尤其是高施量污泥45 t·hm~(-2),在保证土壤和植物籽粒质量安全下,其土壤培肥效果最优。     

秸秆还田对吉林黑土区土壤有机碳、氮的影响

秸秆是农业生产的重要有机肥来源之一,研究其还田过程中土壤有机碳、氮的变化,对了解土壤质量的改变具有重要意义。2011年5～9月作物生长期间,对黑土区不同秸秆全部还田、秸秆全部还田+化肥(C:N=1:10)、秸秆全部还田+化肥(C:N=1:20)后,土壤有机碳、氮的变化研究结果显示,与秸秆未还田(对照)相比,秸秆全部还田(C1.0)条件下土壤pH与土壤湿度略有降低,其他指标则相应增加;含有秸秆的处理中,土壤有机碳、pH、土壤呼吸强度、土壤温度变化趋势均为C1.0>C/N10>C/N20。土壤呼吸强度、土壤温度、湿度变化随着时间呈下降趋势。主成分分析显示,秸秆还田有利于改善土壤有机碳、全氮以及C/N等。     

紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪性能对含水率的响应

选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎进行试验,通过室内三轴试验研究不同含水率(质量分数6%、11%、16%、21%、26%和31%)对埂坎土壤抗剪强度指标的影响,以深化紫色土坡耕地埂坎力学性质研究。结果表明:1)试验含水率范围内,紫色土坡耕地埂坎土壤黏聚力受含水率影响显著(P0.05),且随着含水率增加呈现出先增大后减小的趋势,明显的峰值出现在含水率质量分数11%左右,黏聚力为85.52 k Pa;2)埂坎土壤内摩擦角随含水率增加而减小,呈非线性衰减,符合一阶指数衰减规律。高含水率时,衰减缓慢;3)紫色土坡耕地埂坎抗剪强度受含水率变化影响显著(P0.05),埂坎土壤极限主应力差随含水率和围压的变化明显且具有规律性。相同围压下,埂坎土壤极限主应力差随含水率增大而迅速减小,即土体的抗剪强度降低。相同含水率下,极限主应力差随围压增大而增大,低含水率时增加明显,高含水率时增加缓慢。当含水率质量分数达到26%左右,埂坎土壤抗剪强度趋于低值;4)紫色土埂坎土壤的应力-应变曲线随含水率递增依次呈现应变软化型、硬化型和弱硬化型。研究结果可为三峡库区高标准基本农田等工程的埂坎建设提供依据和技术支撑。     

红壤酸化及石灰改良影响冬小麦根际土壤钾的有效性

【目的】了解初始酸度对石灰改良红壤钾素有效性的效应,为酸化红壤改良提供依据和支撑。【方法】本试验以湖南祁阳典型的第四纪红土为基础,人为调节出土壤pH分别为4.0、4.5、4.8、5.2的土壤。每个酸度土壤的一半加石灰改良至pH 6.0 (石灰改良处理),另一半不变(酸化处理)。以该土壤进行了小麦盆栽试验。每个盆内放入一个尼龙网根袋,并添加供试红壤1.65 kg (根袋中加150 g)。小麦生长80天后收获,调查了小麦生物量和钾吸收量,测定比较了小麦根际和非根际土壤不同形态的钾含量变化。【结果】1)不同酸化土壤冬小麦生物量(地上部和根部)与初始pH显著正相关(P＜0.05),也与钾吸收量显著正相关(P＜0.05)。石灰改良处理冬小麦生物量均显著高于相应的酸化处理,也随初始pH升高而显著升高。2)不同酸化土壤冬小麦根际土壤速效钾随pH升高显著降低,非根际土壤的速效钾含量均显著高于相应的根际土壤(除pH 4.0外)。石灰改良处理根际土壤速效钾含量均显著低于相应的酸化处理,且非根际土壤显著高于对应根际土,非根际土壤速效钾含量随初始pH升高而显著下降。3)不同酸化土壤冬小麦根际土壤钾离子饱和度随pH升高而显著下降,非根际土壤钾离子饱和度则随pH升高呈增加趋势。石灰改良处理土壤各处理根际土钾离子饱和度均显著低于对应的非根际土,同时非根际土钾离子饱和度与酸化处理的变化趋势一致。4)不同酸化处理红壤冬小麦生物量与根际速效钾亏缺量呈极显著正相关(P＜0.01),冬小麦根际土壤速效钾亏缺率和冬小麦吸钾量及根际钾离子饱和度亏缺率均呈极显著正相关(P＜0.01);而石灰改良处理根际土壤速效钾亏缺率则与初始pH呈显著负相关(P＜0.05)。【结论】在本试验的pH范围内,酸化条件下,根际土壤速效钾含量随pH降低而升高,而冬小麦吸钾量及生物量均随pH升高而升高。表明酸化红壤影响冬小麦钾养分吸收的主导因素是土壤的酸度。施石灰降低了土壤的酸度,提高酸化红壤作物产量和吸钾量。红壤施用石灰校正酸化应在pH降到5.0之前进行。酸化红壤石灰改良后,还应注意适量补充钾肥。     

A soil core for routine soil sampling

Abstract

The design, materials and dimensions for constructing a coring device for sampling soil fauna and flora at different depths is described.