北方土石山区典型坡面优先流特征研究

以太行山区崇陵流域的典型坡面为研究对象,通过亮蓝(Blue-FCF)与KI染色示踪试验,利用图像处理软件技术,计算优先流形态特征参数,分析5个不同坡位的优先流形态特征变化规律。结果表明:(1)随着坡位升高,坡面土壤厚度、容重逐渐减小,而总孔隙度、渗透系数、饱和含水量逐渐增大,凋萎系数与田间持水量则呈现波动变化趋势;(2)随着坡位的升高,染色剂运移深度不断增加,基质流区域占比减小而优先流区域占比增大;各坡位染色面积比随深度缓慢下降,在40cm以下深度范围高坡位点的土壤水分与周围土体交互作用较低坡位点较弱;染色剂入渗体积随坡位升高而逐渐增大;(3)随着坡位的升高,优先流对实际水分运移的贡献增大,高坡位坡面水分以优先流为主要方式向下入渗;(4)土壤质地与容重是影响土石山区坡面不同坡位优先流差异的主要因素。     

渭北地区农田土壤物理性质对土壤剖面盐分的影响

通过网格布点法对渭北地区农田土壤进行采样分析,研究了土壤团聚体、土壤容重、土壤质地对土壤剖面盐分的影响。结果表明:(1)研究区轻度盐渍化面积占46.56%,中度盐渍化占23.01%,渭北地区农田土壤盐渍化程度总体不严重但存在较大潜在风险。(2)各层土壤水稳性团聚体与含盐量呈负相关,容重与含盐量的关系因盐渍化程度不同而在各土层表现出不同的正负效应,土壤质地与含盐量仅在0—20cm土层存在显著相关性。(3)土壤物理性质对含盐量的异位影响与含盐量水平有关。当土壤含盐量1g/kg时,40—60cm容重与20—40cm含盐量为幂函数关系,且呈递增趋势;土壤含盐量在2~4g/kg时,20—40cm容重与0—20cm含盐量为一次函数关系,且呈递增趋势;当含盐量2g/kg时,0—20cm容重与20—40cm含盐量为一次函数关系,且呈递减趋势;含盐量2g/kg时,水稳性团聚体与含盐量呈显著线性负相关。     

黄河下游不同质地潮土孔隙形态特征

土壤颗粒排列及形成的团聚结构是影响孔隙形态的基本因素,为直观观察与定量测算不同质地土壤的孔隙形态及其变化特征,于山东省东昌府区采集壤土、粘壤土、砂壤土样品,通过常规方法和土壤薄片,研究了土壤孔隙形态特征。结果表明:(1)土壤容重均随深度增加而增加。土壤孔隙度均为表层向下逐渐减少且10月份低于6月份。(2)砂质壤土孔隙形状均以简单堆集孔隙为主。而粘壤土、壤土则以复合堆积孔隙为主,且土壤团聚作用较强。(3)砂质壤土的孔隙平均当量直径(ED)及孔隙形状系数(S)明显高于粘壤土及壤土,而砂质壤土的孔隙复杂度(D)明显低于粘壤土及壤土。且ED及S值分别与土壤砂粒含量呈显著正相关,与粉、粘粒含量呈显著负相关;D值与砂粒含量呈显著负相关,而与粉、粘粒含量呈显著正相关。综上,土壤质地(即砂、粉、粘粒含量)能够影响土壤孔隙形态。     

碱化盐土饱和导水率特征与影响因素研究

选择碱蓬地和碱斑地2组典型碱化盐土剖面,对原状土和扰动土的饱和导水率(K10)进行了测定,并分析了盐度、碱度、结构、有机质、质地、容重等土壤基本性质对土壤饱和导水率的影响。结果表明:碱化盐土的K10极低,原状土仅为0.05~0.22mm d-1,其与土壤碱度、盐度、结构系数、团聚度的相关性均无显著统计学意义,与土壤有机质含量极显著(p0.01)负相关,与砂粒和粉粒含量分别呈极显著(p0.01)正相关和负相关,与砂粒/(粉粒+黏粒)呈极显著(p0.001)直线递增关系,底层(20~100 cm)原状土和表层(0~10 cm、10~20 cm)扰动土K10均与土壤容重呈极显著(p0.001)幂函数递减关系;土壤质地和容重对K10的影响存在交互作用。     

冀北山地典型森林土壤颗粒分形特征

采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究冀北山地典型森林土壤颗粒的分形特征与土壤物理化学性质的关系。结果表明:冀北山地7个典型森林土壤颗粒的分形维数介于2.057 0～2.379 3之间,分形维数随土层深度增加而呈减小趋势。土壤颗粒分形维数与细黏粒、细粉粒和中粉粒含量呈极显著正相关关系,与粗粉粒含量呈负相关关系,与黏粒含量相关性不显著;土壤分形维数与土壤容重呈线性正相关关系,与最大持水量、总孔隙度呈现线性负相关关系,与田间持水量相关性不明显。与速效氮和有机质呈显著负相关,与全氮、速效钾呈负相关,与pH无相关性。     

芜湖市城市森林土壤理化性质及碳库研究

为探究芜湖市城市森林土壤理化性质及碳储量特征,选取神山公园、安徽师范大学、安徽工程大学、长江沿岸防护林作为样地,代表落叶阔叶林(柳树、白杨)、常绿针叶林(松、柳杉)、常绿阔叶林(香樟、桂花)和灌木这4种群落类型,进行林地土壤分层(0~20 cm、20~40 cm、40~100 cm)采样,分析相关指标。结果表明:芜湖市城市森林土壤容重平均为1.40 g cm~(-3);p H值变化范围在6.73~8.21之间,属于中性土及碱性土;土壤全磷平均含量为0.50 g kg~(-1);有机碳含量为2.12~11.04 g kg~(-1)。随着土壤深度的增加,土壤pH、全磷和土壤有机碳均呈下降趋势,土壤容重则表现出相反的趋势。总体而言,芜湖市城市森林土壤全磷、有机碳含量与碳储量均较低,为增加土壤碳储量,建议在城市森林建设过程中增加落叶阔叶林的种植面积。利用芜湖市各类型森林绿地土壤含水量、pH、全磷的含量及容重,使用偏最小二乘回归分析法,预测当地有机碳与无机碳的含量,效果较好,推广到一般性森林土壤碳含量预测,还需要进一步实验验证。     

湖南紫鹊界梯田区森林土壤涵养水源功能初步研究

通过对湖南紫鹊界梯田区森林土壤物理性质与土壤持水量、枯落物持水率、土壤水分入渗进行分析,初步探讨了紫鹊界梯田区森林土壤水源涵养功能,为研究森林生态功能提供科学依据,为梯田的可持续发展服务。结果表明:(1)各土层土壤容重、孔隙度、通气孔隙度与土壤持水量、入渗速率均大于荒坡土壤,且通过方差分析可知其差异明显;(2)该区森林土壤涵养水源指标与物理性指标存在一定相关性。土壤持水量与土壤容重、孔隙度、通气孔隙度关系密切,疏松、结构良好、孔隙多、通气良好的土壤持水量高。枯落物的持水率表面上与土壤物理性质关系不大,但土壤容重、孔隙度等通过影响土壤团聚体结构、林下微环境和枯落物的分解状况,进而影响枯落物蓄水性能。土壤的渗透性能受林地土壤物理性质影响较大,主要表现是土壤容重和孔隙度,林地土壤孔隙度大,土壤结构良好,质地疏松,入渗速率高。     

紫色土崩解特性对容重和含水率的响应特征

以紫色土为研究对象,通过室内重塑土试验,采用多元回归方程和曲面响应等分析方法,研究容重和含水率对紫色土崩解特性的影响。结果表明:(1)在相同容重下,崩解量随着含水率的增加而减小,不同含水率的土样崩解时间有所不同;土样完全崩解时间总体上随着含水率的增加而延长,且崩解量主要集中在崩解阶段前3 min。(2)在相同含水率下,崩解量随着容重的增加而减小,土样完全崩解时间总体上随容重的增大而延长,且崩解量主要集中在前4 min。(3)在相同容重和含水率下,土样崩解速率均随着容重和含水率的增大而减小;较之容重,含水率对崩解速率的影响较大。容重和含水率的交互作用对崩解速率影响显著,即随着容重和含水率的增加,土样崩解速率减小。研究成果为紫色土的侵蚀防治提供了参考。     

黄土高原丘陵沟壑区经济作物欧李的水土保持功能

[目的]研究经济作物欧李在黄土高原丘陵沟壑区的水土保持功能,为当地推广欧李种植提供理论支撑。[方法]以山西省吕梁市柳林县4类试样样地为对象,对欧李种植区土壤持水性、团聚体水稳定性及抗蚀性进行研究。[结果](1)欧李种植区土壤容重明显低于其他样地土壤,其中阳坡欧李Ⅲ号区土壤容重最低,表层和亚表层分别为0.954,1.163g/cm3,容重与总孔隙度、毛管孔隙度呈极显著负相关。(2)欧李在黄土高原丘陵沟壑区适应性极强,通过种植可以显著改善土壤肥力。(3)欧李样地土壤0.25mm风干及水稳性团聚体、土壤团聚体平均重量直径及团聚体水稳性指数均远高于该地区传统水土保持植物样地和撂荒地样地的土壤,并且团聚体破坏率最低。(4)欧李样地土壤0—40cm土层平均可蚀性因子K值最低,对表层及亚表层土壤保护效果更好。(5)K值与黏粒和有机质含量呈极显著负相关,与粉粒含量呈极显著正相关,土壤质地决定土壤抗蚀性能。[结论]欧李在黄土高原丘陵沟壑区具有很好的适应性,不仅可以增加农民收入,更对提高当地水土保持能力,改善生态环境具有重要意义。     

碱化盐土掺砂对土壤理化性状和玉米产量影响的研究

为解决内蒙古河套平原黏性碱化盐土土壤黏重,作物难以正常生长、产量低下等问题,对河套平原黏性碱化盐土进行了土壤耕层(0~20 cm)掺砂的土壤改良试验,研究掺砂对土壤理化性状和玉米产量的影响。结果表明:试验区土壤掺砂可以降低土壤容重,改变土壤机械组成和土壤质地,提高了黏性碱化盐土的通气孔隙度,改善土壤的通气透水性,降低土壤全盐量和碱化度,有效改善玉米生长环境,提高了玉米的产量。掺砂20%处理的土壤容重从1.64 g/cm3(CK)降低到1.49 g/cm3,土壤通气孔隙度从8.57%提高到18.17%,达到正常范围,使土壤砂粒、粉粒、粘粒含量比例趋向适中,土壤质地由壤质黏土转变为黏壤土,土壤全盐量下降了13%,碱化度降低了21%,玉米产量提高了301%。综合分析,掺砂20%处理对当地碱化盐土改良效果较为适宜。     

不同林分类型土壤理化特征及其对土壤入渗过程的影响

利用双环入渗法对黄土残塬沟壑区主要林分类型（刺槐林、油松林、刺槐×油松混交林、山杨栎类天然次生林）进行土壤入渗试验,分析4种林分类型土壤理化特征及其对土壤入渗过程的影响。结果表明：（1）研究区不同林分类型土壤理化特征存在一定差异,山杨栎类天然次生林的土壤理化性质总体最好,刺槐×油松混交林优于刺槐林和油松林;（2）0~90 min测试时间内,不同林分类型的土壤入渗速率随时间的变化规律均表现为迅速递减（0~5 min）、逐渐递减（5~60 min）和趋于稳定（60~90 min）的过程;4种林分的土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率由大到小依次为山杨栎类天然次生林、刺槐×油松混交林、刺槐林、油松林;（3）4种常见土壤入渗模型（Kostiakov模型、Horton模型、Philip模型和通用经验模型）中,通用经验模型对研究区不同林分类型土壤入渗过程拟合效果最好,拟合精度均在0.990以上;（4）相关性分析结果表明,不同林分类型的土壤入渗指标与土壤容重呈现极显著负相关（P<0.01）,与非毛管孔隙度、> 0.25 mm水稳性团聚体含量、砂粒含量以及有机质含量呈现极显著正相关（P<0.01）;通过通径分析并计算主要影响因子的决定系数表明,对土壤初始入渗速率影响程度最大的因子是土壤容重（0.309）,对土壤稳定入渗速率影响程度最大的因子是>0.25 mm水稳性团聚体含量（0.251）,对土壤平均入渗速率影响程度最大的因子是有机质（0.408）。研究结果为研究区营造水土保持林树种的选择与水土保持功能评价提供一定参考。     

河南省淮河流域不同土地利用方式近地表层的水文效应

对河南境内淮河流域不同土地利用方式下近地表层的凋落物与表层土壤的水文特性及其保水蓄水性能进行测定与分析,结果表明：1）各土地利用方式下的凋落物具有相同特性的吸水过程,4h后吸水速率逐渐下降,24 h可达饱和状态,饱和吸水量差异不大;初始吸水速率以草丛或灌丛的较大,但阔叶林或针阔混交林以及灌丛具有较高的有效拦蓄水量,针叶林通常较小.2）刺槐林（褐土）总蓄水量最大,所有农田土壤的总蓄水量均较小;同一土壤中农田与草丛土壤的水文效应较小,森林与灌丛土壤的相对较大.农田土壤的渗透速率35 min时达稳渗状态且稳渗率较低,其他的在45 min时达稳渗且稳渗率较高;初渗率与稳渗率均表现为森林土壤高于灌丛、灌丛高于草丛,阔叶林比针叶林的稍高.3）不同土地利用方式下土壤的水文效应基本可划分为农田与草丛、森林与灌丛2大类,后者的水文效应相对较大.研究结果可为水土保持对策的制订、营养物质对水体冲击负荷的深入研究提供依据与参考.     

沂蒙山林区不同植物群落的土壤颗粒分形与水分入渗特征

为探索沂蒙山林区不同植被对土壤分形结构及入渗性能的改良作用与机制,运用土壤分形学和水文学原理与方法,研究沂蒙山林区7种植物群落下的土壤颗粒组成和入渗过程。结果表明：1）植物群落具有显著改善土壤颗粒结构和入渗性能的作用,其改善程度为针阔叶（赤松＋麻栎）混交林依次高于阔叶林（刺槐纯林、麻栎纯林）和针叶林（赤松纯林）;2）研究区土壤颗粒组成具有石质山地典型粗骨土的结构特征,其分形维数与土壤入渗速率呈明显的正相关关系;3）植物群落改良土壤分形结构和入渗性能的分形学机制,是通过增加土壤粉粒与黏粒等细粒物质含量而提高土壤分形维数,进而改善土壤团粒结构和孔隙结构,提高土壤质地均匀程度和入渗能力的。研究成果可为沂蒙山区水土保持植被类型的合理选择与配置提供参考。     

基于线性源法与图像处理的土壤饱和导水率快速测量方法

土壤饱和导水率是计算土壤剖面水通量以及设计灌溉和排水系统的重要参数,其测量准确与否直接影响各类水文和水动力学模型的预测精度。然而,现有土壤饱和导水率测定方法费时费力,给土壤水动力学研究工作带来了诸多不便。为此,该研究提出了一种基于线性源入流法与手机图像处理相结合的土壤饱和导水率快速测量方法。该方法首先利用手机拍照获取图像记录充分供水条件下线性水流在土壤表面扩散的过程,图像经处理后计算出土壤表面湿润面积及其随时间的变化关系,然后根据线性源入流法估算的土壤稳态入渗率来测得土壤饱和导水率,并与传统的定水头标准法测得的饱和导水率进行对比。结果表明：图像经畸变校正与二值化处理之后计算出栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土表面湿润面积与时间具有较好的幂指数关系,决定系数R2分别为0.994、0.995和0.998;在此基础上,采用线性源入流法测量栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土的稳态入渗率（即土壤饱和导水率）分别为23.40±1.21、23.86±1.83和22.99±2.26 mm/h,同时使用定水头标准法测量三种土样得到的饱和导水率分别为24.41±1.53、24.26±0.37和23.81±0.10 mm/h,与定水头标准法相比,该研究提出的土壤饱和导水率测量方法的相对误差分别为4.14%、1.64%和3.42%。可见,该研究提出的测定方法较为合理、简便、准确,可为获取土壤饱和导水率提供一种新的测量手段,后续研究会将该方法用于野外环境下土壤饱和导水率的原位测定,并验证该方法的准确性。     

辽河源典型森林类型的土壤水文效应

[目的]研究辽河源地区典型森林类型林下土壤的水文效应,为辽河源森林生态系统健康的监测和评价提供理论佐证。[方法]选取典型森林类型,采用不同入渗模型拟合各森林类型土壤的入渗过程。[结果](1)土壤容重变化范围为1.21~1.56g/cm3,油松中龄林最大,山杨成熟林最小;土壤总孔隙度变化范围为41.26%~54.38%,山杨成熟林最大,油松中龄林最小;(2)山杨成熟林土壤蓄水能力最强,为1 087.56t/hm2;油松中龄林土壤蓄水能力最小,为825.17t/hm2;(3)山杨成熟林稳渗速率最大,为1.33mm/min;(4)霍顿(Horton)入渗模型和菲利普(Philip)入渗模型能较好地反映各森林群落土壤入渗过程,但通用幂函数模型拟合结果较差。[结论]不同森林类型土壤均表现出随着土层深度的增加容重逐渐增加的现象,阔叶林林下土壤蓄水能力要强于针叶林,通过比较认为可以利用霍顿(Horton)模型作为研究该区森林土壤水文功能的重要手段。     

夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型的改进与验证

对于土层夹砂结构,湿润锋穿过砂层上界面时,入渗率变为稳渗率。为确定各因素下夹砂层土壤的稳渗率,在Green-Ampt入渗模型基础上,引入导水度系数(小于1)来量化上层土壤的导水程度,建立了改进的夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型。采用HYDRUS-1D软件,模拟了不同土壤质地、初始含水率、压力水头、砂层埋深和砂层厚度条件下的稳渗过程,根据模拟结果分析了夹砂层土壤的入渗规律及其影响因素,稳渗率主要受土壤质地、压力水头和砂层埋深的影响。在相同压力水头、初始含水率和砂层厚度下模拟获得不同砂层埋深的稳渗率,并采用改进的Green-Ampt入渗模型拟合,求得导水度系数和进水吸力值。分析发现导水度系数变化较小,为简化计算,取其平均值0.95。在此基础上,提出了由土壤物理特性参数进气值倒数估算进水吸力的计算公式。利用秦王川地区的夹砂层土壤积水入渗试验及已有文献资料验证所建模型的有效性,结果表明所建模型待定参数少,计算误差基本在5%以内,且试验设计较简单,可为农田水分管理及工程防渗技术提供理论依据。     

充分供水条件下点源入渗参数影响因素及其简化模型

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了充分供水条件下点源入渗的土壤水分运动数学模型,并应用SWMS-3D软件对模型进行了求解,模拟并分析了充分供水条件下多种典型土壤的点源入渗特性及其影响因素。结果表明,充分供水条件下点源入渗累积入渗量曲线符合Philip模型;在相同土壤质地、容积密度下,吸渗率与稳渗率随着膜孔直径的增大而增大;稳渗率随灌溉水深的增大而略有增大。基于Philip模型,提出了包含膜孔直径、灌溉水深的充分供水条件下点源入渗简化模型。并利用黄土高原典型土壤的室内试验资料与已有文献资料对简化模型进行了验证。验证结果表明,所建简化模型能较简单地确定吸渗率和稳渗率,可较准确地反映充分供水条件下点源入渗特点。     

Dynamic study of infiltration rate for soils with varying degrees of degradation by water erosion

Ultisols, widely distributed in tropical and subtropical areas of south China, are suffering from serious water erosion, however, slope hydrological process for Ultisols under different erosional degradation levels in field condition has been scarcely investigated. Field rainfall simulation at two rainfall intensities (120 and 60 mm/h) were performed on pre-wetted Ultisols with four erosion degrees (non, moderate, severe and very-severe), and the hydrological processes of these soils were determined. The variation of soil infiltration was contributed by the interaction of erosion degree and rainfall intensity (p < 0.05). In most cases, time to incipient runoff, the decay coefficient, steady state infiltration rate, and their variability were larger at the high rainfall intensity, accelerating by the increasing erosion severity. Despite rainfall intensity, the infiltration process of Ultisols was also significantly influenced by mean weight diameter of aggregates at the field moisture content, soil organic carbon and particle size distribution (R² > 30%, p < 0.05). The temporal erodibility of surface soil and soil detachment rate were significantly and negatively correlated with infiltration rate (r < -0.32, p < 0.05), but less significant correlation was observed between sediment concentration and infiltration rate for most soils, especially at the high rainfall intensity. The variation of surface texture and soil compactness generated by erosion degradation was the intrinsic predominant factors for the change of infiltration process of Ultisols. The obtained results will facilitate the understanding of hydrological process for degraded lands, and provide useful knowledge in managing crop irrigation and soil erosion.     

喀斯特槽谷区不同林草恢复模式下土壤入渗特征

为研究不同林草恢复模式对喀斯特槽谷区坡面的水土保持效应,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对比分析了喀斯特槽谷区顺、逆向坡面不同林草模式(林地、花椒地、灌草地)下的土壤理化性质和入渗特征。结果表明:(1)顺、逆向坡面下林地容重最小,孔隙度最好,含水率和有机质含量最高,其次是花椒地和灌草地;顺向坡土壤有机质含量显著高于逆向坡(P<0.05),但其他理化指标间差异不显著(P>0.05)。(2)顺、逆向坡面下花椒地入渗曲线较陡峭,而林地、灌草地相对较缓;灌草地入渗率最先趋于稳定(20min左右),而花椒地和林地入渗率在30min左右开始缓慢下降,直到75min以后渐渐趋于稳定;各林草恢复模式下土壤入渗能力均为林地>花椒地>灌草地(P<0.05)。(3)入渗模型中,Horton模型拟合效果最好(R2>0.712),模拟稳定入渗率与实测值间的回归方程决定系数R2高达0.9789。(4)研究区土壤稳定入渗率与总孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量及pH均呈正相关,而与有机质呈负相关,其中总孔隙度对土壤入渗性能影响最大,有机质影响最小;利用上述指标建立的多元线性回归方程可精确预测土壤稳定入渗率。研究结果可为喀斯特槽谷区坡面植被恢复选择及土壤入渗性能评估提供理论参考。     

滇东石漠化地区不同植被模式土壤渗透性研究

利用环刀法,对滇东喀斯特石漠化地区4种不同植被治理模式样地（以裸地为对照）的土壤渗透性进行研究,结果表明:（1）各植被治理模式土壤渗透性指标均好于对照裸地。0—20 cm土层以针阔混交林模式的初渗率最大,灌草植被模式的土壤稳渗率、平均渗透速率和60 min渗透总量要优于其它模式;20—40 cm以针叶林模式的土壤渗透性各项指标为最大,其次分别为针阔混交林模式、阔叶林模式和灌草模式,裸地最差。（2）不同模式及不同土壤层次对土壤入渗能力影响均显著（P=0.003和P=0.046）,植被治理模式对土壤入渗能力影响显著性更高。（3）Kostiakov方程和通用经验方程对土壤入渗过程的拟合效果最好,比较适用于本研究区域不同植被模式土壤入渗特征的模型描述和入渗过程的预测,Philip方程拟合效果次之,Horton方程效果最差。