适量砒砂岩改良风沙土的吸水和保水特性

该文研究了不同砒砂岩改良风沙土模式下的土壤入渗特征、饱和导水率和水分特征曲线,分析了不同模型对砒砂岩改良风沙土水分特征曲线的适用性和不同改良模式的土壤水力学特征,以期为评价砒砂岩改良风沙土水力学特性以及筛选合理改良模式提供科学依据。结果表明:砒砂岩可以有效降低风沙土的入渗率和饱和导水率,增加风沙土的饱和含水量和滞留含水量,增强风沙土的持水能力。VGM(m,n)模型可以拟合砒砂岩改良风沙土土壤水分特征曲线。同一改良模式下,土壤的入渗率、饱和导水率和饱和含水量随容重增大呈减小趋势;容积含水量在低吸力段随容重增大逐渐减小,在中高吸力段逐渐增大。砒砂岩和风沙土以25∶75比例混合的复配模式,可以有效改良风沙土的吸水和保水特性,可在实践中推广。     

初始含水率及容重影响下红壤水分入渗规律

运用室内模拟土柱试验,研究了初始含水率为7%,11%和15%这3个梯度及容重为1.2,1.3,1.4,1.5g/cm~3这4个梯度对均质红壤水分入渗规律的影响;根据Kostiakov模型和Philip模型对入渗过程进行拟合分析,得出入渗模型参数。试验结果表明:均质红壤水分入渗,入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系,Philip入渗模型较适用;随着时间的推进,土壤逐渐达到饱和,入渗率、湿润锋运移速率的变化也越来越小;入渗率与初始含水率成反比关系,初始含水率越高,入渗率越低;湿润锋运移速率随初始含水率增加而增大;土壤容重越大,入渗率越低,湿润锋运移越慢。     

酸性溶液对红壤水分入渗特征影响及其模拟研究

用通过稀释方法获得不同pH值的硫酸溶液来模拟南方硫酸型酸雨,利用水平土柱吸渗法测定非饱和土壤水分扩散度,渗透筒法测定土壤饱和导水率,探讨了不同浓度酸性溶液渗透红壤过程中土壤水分入渗特征变化;利用RETC软件拟合不同酸性溶液入渗下红壤的扩散度和水分特征曲线,并与实测的扩散度值进行对比与分析。研究结果表明:不同酸性溶液入渗时,红壤入渗速率、水分扩散度和饱和导水率的大小关系均为(pH=3)(pH=5)蒸馏水(pH=2)(pH=1);RETC软件拟合扩散度与实测值吻合度较高,其剩余标准差均接近0;pH=1溶液使土壤持水能力增强,而pH=5,pH=3,pH=2溶液使土壤持水能力减弱。在硫酸型弱酸溶液(pH≥3)作用下红壤水分入渗能力呈增大趋势,土壤持水能力降低;而当酸性溶液pH3时,红壤入渗能力、持水能力则反之。     

重庆市四面山林地土壤水分入渗特性研究与评价

采用Spearman秩相关分析法与灰色关联度分析方法,对四面山几种不同林地土壤水分入渗特性进行了研究分析。结果表明,林地土壤容重、砂砾含量及非毛管孔隙度对土壤饱和导水率具有显著相关性。非毛管孔隙度、砂砾含量与土壤饱和导水率成正相关关系,土壤容重与土壤饱和导水率成负相关关系。选取土壤水分初渗速率、稳渗速率、入渗时间与累积入渗量4项参数进行灰关联评价。林地土壤水分入渗特性灰关联紧密相关程度依次为阔叶林(0.8031)>楠竹林(0.7869)>针阔混交林(0.4454)>针叶林(0.4039),阔叶林土壤在所研究的几种林地中具有较好的渗透性能。Horton水分渗透模型对各林地土壤水分入渗过程拟合的相关系数R值均大于0.950,对所研究的四面山林地土壤水分入渗过程具有良好的适用性。     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率研究

饱和导水率是表征土壤入渗能力的重要参数之一,研究饱和导水率对土壤入渗过程分析具有重要的意义。对晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率(K_s)进行了分析,并利用方差分析(ANOVA)和主成分分析方法探讨了其与土壤物理因子和有机质的相关性,得出影响饱和导水率的主导因子。结果表明,与荒地相比,各林分对饱和导水率均有显著提高;土壤饱和导水率随着土层深度加深呈现负指数递减规律;影响该地区人工林地土壤饱和导水率的主导因子为容重、毛管孔隙度、>0.25mm水稳性团聚体含量、土壤有机质及土壤质地。土壤有机质含量的提高可改善土壤容重、团聚体含量等物理性质;在植被经营过程中,建议采用适宜的混交类型,树种可选择白桦、落叶松等。     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

灰色关联及非线性规划法构建传递函数估算黑土水力参数

土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm~3/cm~3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。     

塔里木沙漠公路防护林带土壤入渗研究

为了探明塔里木沙漠公路防护林带咸水灌溉土壤入渗特性,在塔里木沙漠公路防护林带内选取5种不同种植年限的土壤,并取3种不同矿化度水,应用Guelph入渗仪测定土壤水分入渗过程,并进行模型拟合与分析。结果表明:不同种植年限对土壤初始入渗速率、饱和导水率有显著影响,尤其是0-10cm,10-15cm层土壤,随着种植年限增加土壤初始入渗速率、饱和导水率呈减小趋势。咸水灌溉条件下,土壤饱和导水率较淡水大。不同深度土壤入渗特性有差异,表现为25-40cm,40-60cm层土壤饱和导水率较其他层大。用常用的入渗模型对入渗过程进行模拟,可以发现通用经验模型对研究该区域土壤入渗有最好的适用性,Kostiakov模型也较适用,Horton模型在该区域土壤入渗研究中适用性相对较差。     

风火山流域土壤入渗特征与环境因子的关系分析

通过对青藏高原风火山流域2005-2007连续3 a的土壤水分入渗试验,运用回归分析方法和旋转主成分分析法,对影响土壤人渗过程的地温、土壤深度、土壤理化性质、植被盖度、土壤初始含水率等环境因子进行了分析.结果表明,随着植被盖度的增加,土壤入渗能力随之增强.土壤饱和导水率与土壤有机质、全氮、粒度正相关,与之均呈幂函数关系;饱和导水率与土壤初始含水率之间具有负幂函数关系.随着土壤温度从0℃的逐渐升高,土壤饱和入渗率先有微弱下降,然后呈现急剧上升趋势,两者呈二次函数关系.影响高寒草甸土壤水分入渗的环境因子可以归类为土壤质地及其理化属性、土壤疏松程度和亲水有机胶体团粒3个主成分.     

蓄水坑入渗表层土壤体积质量和饱和导水率的变化

表层土壤体积质量和导水率是影响土壤入渗及水分运动的重要物理参数。该文采用土壤切片技术和数字图像分析技术,分析了蓄水坑灌条件下入渗水头对砂壤土表层土壤体积质量的影响,进行了不同入渗水头、土壤体积质量对砂壤土表层土壤饱和导水率的试验研究,并对蓄水坑侧向水平入渗湿润锋变化的试验结果与数值模拟结果进行对比分析。结果表明：该研究试验条件下（土壤体积质量为1.345 g/cm3）,入渗水头对土壤体积质量和表层土壤饱和导水率有较明显的影响。随着入渗水头的增大,其作用下的表层土壤体积质量趋于增大,土壤结构趋于密实,表层土壤的饱和导水率趋于减小;表层土壤饱和导水率与入渗水头和土壤体积质量之间呈乘幂关系,且表层土壤饱和导水率对土壤体积质量的变化较为敏感,当土壤体积质量达到某一程度时（1.466 g/cm3）,入渗水头对表层土壤饱和导水率的影响甚微。研究成果揭示了入渗水头影响蓄水坑土壤入渗的微观机制,为进一步研究蓄水坑灌法提供了理论依据。     

黄土高原生态工程区土壤容重及饱和导水率的分布特征

土壤水力性质是影响水分运动、溶质运移以及流域水文模型模拟的重要参数。近年来,黄土高原实施的退耕还林(草)工程、治沟造地工程等重大生态工程,影响了该区域的地形地貌、土壤水力性质等。深入研究流域尺度土壤容重(Bulk Density,BD)与饱和导水率(Ks)的动态变化特征,对于理解重大生态工程影响下的水文过程演变规律具有重要意义。本研究以黄土高原重大生态工程影响的典型小流域为对象,采用80m×80m的网格布点(89个样点),分别于2016年9月(夏末)、11月(初冬)和2017年3月(初春)采集土壤表层(0～5 cm)环刀样品,分析BD和Ks的动态分布特征及其影响因素。结果表明:BD在0.93～1.61 g/cm3之间变动,Ks介于0.01～7.30 cm/min;BD呈弱变异性,变异系数(Coefficient of Variation,CV)为10%,而Ks呈强变异性(CV=166%)。坡面BD显著小于沟底(P0.05),而Ks则显著大于沟底(P0.05)。坡面林地和草地BD表现出显著的季节性差异(P0.05),而Ks在林地、灌木和草地之间均表现出显著的季节性差异(P0.05)。地形对流域内的土壤水力参数分布有显著影响,外界环境(温度)变化是决定BD和Ks呈季节性动态变化的重要因素。多因素方差分析表明土地利用类型对BD与Ks均有显著影响;采样时间对Ks有显著影响,对BD无显著影响。相关结果可为揭示重大生态工程区小流域土壤水力参数的动态变化规律及其主控因素提供数据支撑和理论参考,有助于小流域水文过程的模型模拟研究与精细调控。     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

莱芜市红石公园土壤结构特征及其与饱和导水率的关系

[目的]分析土壤水分运移过程,探究莱芜市红石公园土壤结构特征及其对饱和导水率的影响,为促进该区生态恢复和建设提供理论参考。[方法]采用环刀分层取样对研究区6块样地进行土壤物理结构特征测定,进行水分穿透试验,测量土壤饱和导水率。[结果]试验区土壤密度及石砾含量大小均表现为:纯草本灌木—草本乔木—草本;土壤R0.25(0.25mm水稳性团聚体含量)、含水率、总孔隙度及饱和导水率大小均表现为:乔木—草本灌木—草本纯草本;表层土壤具有更优的土壤结构及更大的饱和导水率;土壤饱和导水率与土壤密度、石砾含量呈现显著负相关关系,与土壤总孔隙度及R0.25呈现显著正相关关系。[结论]土壤总孔隙度是土壤饱和导水率的最主要影响因子,土壤R0.25含量、土壤密度及石砾含量次之。     

Structure and hydraulic properties of the boreal clay soil under differently managed buffer zones

Vegetated buffer zones (BZs) between arable fields and bodies of water are commonly established to reduce erosion and run‐off of particle‐bound nutrients. Functioning of a BZ depends on soil structure, as it is important for water infiltration. Therefore, it is vital to understand how varying management practices affect soils of BZs. We studied the structural and hydraulic properties of three differently managed BZs established in a boreal Vertic Stagnic Cambisol (clay, 51%). The three management practices for vegetation were as follows: natural with no treatment, harvested yearly and grazed by cattle. We used bulk density and macroporosity, together with a pore geometry index (air permeability per unit air‐filled porosity), to describe the soil structural properties. Hydraulic properties were measured at different length scales by means of an aggregate sorptivity test, saturated hydraulic conductivity of the core samples and field‐saturated hydraulic conductivity. Vegetation management markedly affected the physical properties in the top 5 cm of the soil. Properties were least favourable for infiltration at the grazed site, with the greatest bulk density, least macroporosity and hydraulic conductivity or greatest pore tortuosity. In general, spatial variation in zones with restricted and good hydraulic conductivity together with reduced aggregate sorptivity in the deeper horizons made the soil prone to preferential flow when initially dry. Prolonged wetness, on the other hand, reduced saturated hydraulic conductivity significantly, resulting in surface run‐off. Harvesting was considered the best management practice due to its inherent capacity for reducing the soil nutrient content and because it has minor implications for soil physical properties.     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

黄土区采煤塌陷对土壤水力特性的影响*

通过对山西省平朔矿区塌陷区、原地貌和复垦区进行调查采样和实验室分析,研究采煤塌陷对土壤容重、含水量、田间持水量、饱和导水率和土壤崩解速率等指标的影响。结果表明:塌陷区土壤容重、含水量和田间持水量处于弱变异到中等变异区间,饱和导水率和崩解速率均为强变异;塌陷虽使土壤容重增加,但影响幅度不大;土壤含水量受塌陷影响规律不明显;田间持水量受塌陷影响明显(p0.05),较未受损地区降低6.2%~15.5%;在采煤塌陷的影响下,土壤饱和导水率和崩解速率显著增加(p0.05);复垦区土壤水力特性与原地貌没有显著差异(p0.05),且各层次之间差异性也不显著(p0.1)。