不同植被恢复年限弃渣场边坡土壤物理性质特征

研究不同植被恢复年限弃渣场土壤侵蚀物理性质特征,可为生产建设项目弃渣场水土流失防治及植被恢复提供理论基础。本文以重庆市典型弃渣场为研究对象,采用野外调查及室内综合分析等方法研究不同恢复年限弃渣场的边坡不同部位土壤物理性质特征。结果表明:不同恢复年限弃渣的细小颗粒(0.25mm)含量差异较大,其随着时间的增加呈先减小后增加的趋势;随着恢复年限增加,弃渣容重呈减小的趋势,2月弃渣容重在1.48~1.64 g/cm3,4年弃渣容重可达1.20~1.40 g/cm3,而弃渣场不同坡位的总孔隙度均与土壤容重呈反比;土壤水分含量明显增大,4年弃渣边坡的自然含水率为2月和2年弃渣的2倍左右,田间持水量也以4年弃渣最大,其平台及边坡的平均持水量为22.26%;在植物根系及其枯落物作用下,弃渣边坡土壤物理性质得到改善,其增强了边坡稳定性。     

不同恢复年限弃渣场入渗特征研究与评价

为分析弃渣场入渗性能及其植被恢复效应,采用野外双环入渗和主成分分析方法,分析和评价不同恢复年限弃渣场入渗特征。结果表明:(1)弃渣场恢复年限2个月(P1),2a(P2),4a(P3)和桑树林地(P4)的初始入渗率依次为11.32,9.34,15.84,19.38mm/min,稳定入渗率为4.64,3.62,6.71,7.81mm/min;桑树林地的稳定入渗率为3个弃渣场的1.68,2.16,1.16倍;(2)Kastiakov模型的拟合效果优于通用经验模型、Philip模型和Horton模型,其决定系数为0.905~0.956;(3)入渗特征值与土壤容重,20~5mm,5~2mm颗粒含量呈显著负相关(p0.05),与非毛管孔隙度、有机质含量和2~0.075 mm颗粒含量呈显著(p0.05)或极显著(p0.01)正相关;(4)主成分分析评价的土壤入渗能力排序依次为P4(2.398)P3(0.792)P1(-1.104)P2(-2.089);随着恢复年限的增加,弃渣场入渗性能得到较好的改善且接近桑树林地。     

鄂尔多斯高原软梁、硬梁弃耕农田土壤水分入渗特性

土壤水分入渗特性与不同层次土壤水分密切相关,影响农田弃耕后的植被演替过程。为深入理解鄂尔多斯高原弃耕农田土壤水分入渗随植被演替的变化规律,以鄂尔多斯高原软梁、硬梁不同年限的弃耕农田为对象,采用双环入渗仪测定土壤水分入渗参数,利用Kostiakov-Lewis模型模拟软梁和硬梁弃耕农田(共计12个弃耕类别)的水分入渗过程,分析它们的水分入渗规律。结果表明:1)软梁土壤初渗速率随弃耕年限增加呈不显著的降低趋势;稳渗速率和累积入渗高度随弃耕年限增加呈现先降低后增加的趋势,且在弃耕10年时显著降低; 2)硬梁土壤初渗速率、稳渗速率和累积入渗高度随弃耕年限增加均呈先增加后降低的趋势,且在弃耕10～15年之间明显升高。随弃耕年限增加,软梁土壤水分入渗浅层化,硬梁土壤水分入渗能力有所提高。研究结果可为鄂尔多斯高原弃耕农田植被恢复提供科学依据。     

鄂尔多斯高原不同年限弃耕农田土壤养分特征

植物群落演替和土壤养分变化相互影响,探讨弃耕农田演替过程中土壤养分的变化,对理解植物群落的演替过程十分必要。以鄂尔多斯高原不同年限弃耕农田(软梁农田弃耕年限为1、6、10、15和20年,硬梁农田弃耕年限为3、6、10、15和20年)为对象,分析弃耕演替过程中土壤养分的变化特征。结果表明:对于软梁弃耕农田,除土壤全碳质量分数和全钾质量分数变化存在一定程度波动外,随弃耕年限增加,土壤全氮质量分数和全磷质量分数基本呈增加趋势;随土层深度增加,土壤全氮质量分数和全磷质量分数基本呈下降趋势。对于硬梁弃耕农田,随弃耕年限增加,土壤养分质量分数变化趋势较为复杂,土壤全碳质量分数总体呈先增加后减小趋势;0~10 cm土层土壤全氮质量分数先减小后增加,其他土层先增加后减小;10~30 cm土层土壤全磷质量分数先增加后减小,其他土层先减小后增加;0~10 cm土层土壤全钾质量分数先增加后减小,其他土层减小。随着土层深度的增加,弃耕20年和自然植被的土壤全碳质量分数减小,其他弃耕年限的土壤全氮质量分数增加;弃耕6年的土壤全氮质量分数呈波动变化,其他弃耕年限的土壤全氮质量分数下降;弃耕10年和自然植被的土壤全磷质量分数先减小后增加,其他弃耕年限的土壤全磷质量分数下降;土壤全钾质量分数变化规律不明显。随弃耕年限增加,在软梁与硬梁弃耕农田中,土壤C/N均呈先减小后增加再减小的趋势。随着土层深度增加,软梁弃耕农田的土壤C/N在自然植被中呈下降趋势,在其他弃耕年限下呈增加趋势;硬梁弃耕农田的土壤C/N呈增加趋势。在弃耕演替过程中,弃耕年限与土壤深度对土壤养分质量分数存在显著影响,表层土壤养分质量分数较高。该研究可为鄂尔多斯高原弃耕农田的植被恢复提供科学依据。     

滴灌条件下容重对压砂土壤水分入渗规律的影响

[目的]研究土壤容重对压砂地点源入渗的影响规律,为西北旱区发展砂地滴灌技术提供实际理论依据。[方法]通过室内模拟土槽试验,以裸地(无植被和压砂)为对照组(CK),研究了土壤容重(1.23,1.38,1.53g/cm3)对不同种植年限压砂地(新压砂地、中压砂地、老压砂地)砂石层和土壤层两相介质点源入渗规律的影响。[结果]压砂土壤点源垂直累积入渗与其容重和种植年限皆呈负相关关系,压砂土壤在入渗初期,容重对其入渗深度无明显影响,当入渗到达土壤后,入渗深度明显受到容重的影响,容重越大,入渗深度越小;CK水平入渗距离随容重增加而增加,压砂土壤水平入渗随容重增加的变化无明显规律。用λ表征湿润体纵横比,CK和压砂土壤的λ总体随土壤容重增加而减小,压砂土壤容重相同时,λ随种植年限增加而减小。CK入渗前期λ随入渗时间的增加而增加,后期趋于平缓;压砂土壤λ入渗初期随时间增加显著增大,当入渗到达土壤时λ减小,中后期随入渗时间增加λ缓慢增长直至变化不明显。[结论]压砂对土壤水分垂直入渗有促进作用,压砂土壤点源垂直累积入渗与其容重和种植年限皆呈负相关关系。     

吉沙水电站工程施工区渣土抗剪强度试验研究

在分析施工区渣土容重的基础上,用微型剪力仪对其抗剪强度进行了测定分析,结果显示:①弃渣堆积平台和运渣道路的渣土容重开挖边坡弃渣堆积边坡,其均值分别为1.85g/cm3、1.45g/cm3和1.05g/cm3,说明运渣道路经不断碾压,渣土密实,弃渣边坡的自然堆积渣土,疏松多孔。②随着堆积年限的不同,弃渣边坡抗剪强度的大小有显著差异,堆积3年的弃渣其抗剪强度2年弃渣1年弃渣;同一坡面不同堆积部位的弃渣,其渣土抗剪强度呈坡上坡中坡下的趋势。③渣土堆放时间越长,植被恢复程度越好,渣土抗剪强度就越大。④施工区不同类型植被覆盖下原生土壤的抗剪强度大小依次为:高山松林灌木丛和草地乔灌木混交林,分别为当年堆渣坡面的9.25、8.75、8.75和6.50倍,也是弃渣平均抗剪强度的1.68倍。     

大兴安岭重度火烧迹地植被恢复过程中土壤入渗特征研究

以大兴安岭重度火烧迹地不同恢复年限落叶松人工林为研究对象,对植被恢复过程中土壤入渗特征进行研究。结果表明:(1)土壤理化性质呈波动式变化,24a落叶松人工林土壤容重最小,土壤非毛管孔隙度和有机质含量最高,土壤理化性质得到较好地改善。(2)在植被恢复过程中,土壤初渗速率变化范围为3.53~13.18mm/min,穏渗速率变化范围为2.47~8.20mm/min,前70min累积入渗量为177.24~632.13mm,稳渗时间为24~70min,土壤入渗性能总体呈现逐渐增强的趋势。(3)经过考斯恰科夫(Kostiakov)模型、霍顿(Horton)模型、通用经验模型和菲利普(Philip)模型拟合,霍顿模型可以较好地拟合植被恢复过程中落叶松人工林土壤入渗过程。(4)土壤入渗性能与土壤容重呈负相关关系,与土壤总孔隙度、非毛管孔隙度和有机质含量呈正相关关系,且与土壤非毛管孔隙度的相关关系极显著(P0.01)。     

紫色丘陵区城镇化不同地貌单元的水文特征及土壤重构

城镇化过程中由于开挖、堆垫以及路面硬化等建设活动,造成各种扰动地貌单元,其中,弃土弃渣堆积体是城镇主要的绿化用地及城市绿地建设客土来源;扰动地貌与原地貌单元共同组成城镇建设项目区的复杂下垫面。采用野外和室内试验方法,系统地比较了城镇建设中不同地貌单元的物质组成、入渗和持水性能的差异性,并探讨了三种城市土壤重构类型及其减缓城市内涝的潜在作用。结果表明:(1)不同地貌单元土壤容重差异显著(p0.05),施工便道(1.74 g cm~(-3))2年弃渣堆积体(1.58 g cm~(-3))2月弃渣堆积体(1.52 g cm~(-3))荒草地(1.47 g cm~(-3))坡耕地(1.34 g cm~(-3))人工林地(1.32 g cm~(-3)),弃渣堆积体平台处土壤容重均大于边坡处。(2)不同地貌单元土壤稳定入渗率均表现为弃渣堆积体边坡原地貌弃渣堆积体平台;弃渣堆积体平台处稳定入渗率大小主要受平台压实过程中可能存在的滞水层影响。(3)不同地貌单元的各种土壤水库特征中库容差异显著(p0.05),扰动地貌单元的总库容(378.7 t hm~(-2))小于原地貌单元(472.6 t hm~(-2));扰动地貌单元总库容表现为2年弃渣堆积体2月弃渣堆积体施工便道,原地貌单元则表现为人工林地坡耕地荒草地。(4)城市绿地土壤重构类型主要有乔木适生型土壤构型、灌木适生型土壤构型和草本适生型土壤构型,土层厚度、容重、2 cm砾石含量和有机质是影响重构土壤质量的关键因素;重构土壤类型(草本适生型、乔木适生型、灌木适生型)可保证草本植物在定植后2个月、乔灌木在定植后4~5个月左右充分发挥其调控地表径流、缓解城市内涝的潜在作用。研究结果可为三峡库区城镇化建设中绿地建设和城市洪水调控提供科学依据。     

水电站弃渣场岩土侵蚀人工模拟降雨试验研究

在金安桥水电站选定渣场弃渣颗粒径级分析基础上,用人工模拟降雨方法,对弃渣堆积平台和边坡的岩土侵蚀特征进行了研究,结果显示:(1)堆积弃渣颗粒在剔除>2 cm石块后,粒径>4 mm弃渣颗粒占48.42%,比原地貌表层土壤大13.64%,而原地貌表层土壤中粒径<0.25 mm颗粒占15.81%,弃渣中相同径级的颗粒占8.56%。(2)一次降雨过程中,弃渣堆积平台径流量最大,是原地貌荒草地的2.27倍,弃渣堆积坡面径流量最小,仅为原地貌荒草地的45.5%。(3)一次降雨过程中,弃渣堆积平台和坡面的初始含沙率均低于植被条件较差的原地貌荒草地的含沙率,达到稳定含沙率时,弃渣坡面的含沙率与原地貌荒草地接近,而渣场堆积平台的含沙率远低于原地貌荒草地。(4)一次降雨过程中,相同时段内的产沙总量原地貌荒草地最大,弃渣堆积平台次之,弃渣堆积坡面最小。(5)弃渣场岩土侵蚀过程中,产流量与产沙量之间呈显著的幂函数关系。     

两种工程堆积体边坡模拟径流侵蚀对比研究

基于对重庆市城镇建设中工程堆积体野外调查结果,选择广泛存在的紫色土和黄沙壤工程堆积体为研究对象,采用野外实地放水冲刷试验,对比分析了不同土石比及坡度的工程堆积体边坡径流侵蚀过程。结果表明:(1)工程堆积体土壤入渗率随冲刷过程呈先快速减小、后逐渐稳定的变化趋势,且波动幅度大小随冲刷流量的不同出现差异,下垫面稳定入渗率均在0.4~1.7 mm min~(-1)之间。(2)不同下垫面堆积体产流率随冲刷时间均呈先增加后稳定的谷峰交织变化趋势且随放水流量增大而显著增强;在相同放水流量时,黄沙壤堆积体平均产流率最大可为紫色土堆积体的1.89倍。(3)不同下垫面堆积体径流含沙量随冲刷时间呈先增加后稳定的波动趋势;径流含沙量在不同流量条件下介于0.21~1278.49 g L~(-1);冲刷过程中坡面面蚀向沟蚀的转化对径流含沙量有显著影响,最大可增加13.73倍;堆积体坡面侵蚀过程存在突变期、活跃期和稳定期3个阶段,细沟发生的偶然性和随机性对产沙量波动贡献率最大。(4)工程堆积体在不同放水流量条件下侵蚀泥沙颗粒粒径分布差异性明显,紫色土堆积体最大侵蚀泥沙颗粒均大于黄沙壤堆积体。研究结果可为重庆市城镇建设工程堆积体新增水土流失量预测和植被生态恢复提供重要科学依据。