不同粒径红壤团聚体坡面溅蚀特征

为揭示不同粒径团聚体坡面溅蚀规律,以第四纪粘土发育红壤为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验(雨强75mm/h,历时45min)研究0.25,0.25~0.5,0.5~1,1~2,2~5mm粒径团聚体溅蚀规律,系统分析了降雨条件下各粒径团聚体破碎、溅蚀率变化、溅蚀搬运量以及溅蚀搬运后的空间分布特征。结果表明:(1)降雨条件下团聚体粒径越大越容易破碎,除2~5mm团聚体破碎量高达96.06%外,2mm团聚体破碎量均小于50.00%。(2)0.25mm团聚体溅蚀率具有陡涨陡落特点,表土结皮发育迅速;0.25~0.5mm团聚体溅蚀率陡涨缓落,表土泥浆化过程明显;0.5~5mm团聚体溅蚀率则能保持较长时间增长,随后降低。(3)不同粒径团聚体溅蚀总量、上下坡溅蚀量与净搬运量变化趋势一致,一次降雨过程中,溅蚀搬运量峰值出现在粒径0.25~0.5mm范围内,而后随着粒径的增大逐渐降低。(4)团聚体粒径越小,溅蚀搬运后的平均重量距离越大,各粒径团聚体溅蚀量基本全部分布在半径60cm范围内。研究结果能为降雨侵蚀防治及侵蚀过程模型提供理论参考。     

华北土石山区土壤溅蚀影响因素分析

土壤侵蚀会破坏土地吞食农田,降低土壤肥力,直接影响水土资源的利用和保护.雨滴击溅作用下,地表土壤颗粒会发生位移,引起表层土壤颗粒的分离.以华北土石山区作为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,采用改良后的摩根溅蚀盘和雨滴发生器,利用色斑法结合叶面积系数法测定不同条件下的土壤溅蚀量.结果表明:1)溅蚀量随土壤前期含水量增大而增大、与雨滴动能呈正相关(R2＞0.96,P＜0.05);2)溅蚀量和植被覆盖度呈非线性负相关(R2 ＞0.99,P＜0.05)——植被覆盖度越大,土壤溅蚀量随降雨强度增大的幅度越小;3)植被主要通过叶面积改变雨滴直径,通过株高改变降雨高度,对降雨进行再分配,进而改变雨滴动能.叶面积系数越小、株高越低,植被对溅蚀的阻挡作用越强.     

降雨特性和土壤结构对溅蚀的影响

选用黄土高原地区的安塞黄绵土、绥德黄绵土、杨陵粘黄土、杨陵农地耕层土进行人工降雨溅蚀试验 ,研究了降雨特性和土壤结构对雨滴溅蚀的影响。结果表明 :土壤溅蚀量与降雨强度相关关系的最佳函数为指数函数 ;将降雨动能与雨滴中数直径的乘积 ( Ed50 )定义为降雨溅蚀力 ,降雨溅蚀力与溅蚀量呈线性相关关系。降雨溅蚀力是降雨潜在溅蚀能力的反映 ,对溅蚀降雨侵蚀力因子的研究有一定参考价值 ;溅蚀总量随降雨历时的增加而增加 ,而溅蚀率则随降雨历时的增加而减小 ,其变化过程可用幂函数描述 ;原状土的溅蚀量仅为其扰动土溅蚀量的2 2 %～ 3 0 % ,随降雨强度增大 ,雨滴打击力对土壤结构的破坏作用增强 ,使原状土与扰动土溅蚀量间的差异缩小。     

聚丙烯酰胺(PAM)对黄土溅蚀的影响

采用人工模拟降雨方法,用摩根溅蚀盘测定土壤的溅蚀量,研究聚丙烯酰胺(PAM)对溅蚀的影响.结果表明,使用聚丙烯酰胺(PAM)会改变土壤的溅蚀速率,不同浓度PAM溶液对溅蚀速率的影响程度不同,而且随降雨历时的延长结皮埘溅蚀速率的影响作用会占主导地位.一般来说,在降雨初期,由于PAM的聚合作用,使得土壤团聚体的稳定性增加,土壤溅蚀速率较小,随着时间的延长,溅蚀速率开始上升,但是当土壤表面开始发育结皮时,结皮的形成使土壤表面抗溅蚀的强度增强,土壤溅蚀速率减小.     

利用纳米磁性材料表征地表溅蚀特征的初探

磁性示踪研究坡面土壤侵蚀已取得一定成果,但目前的磁性示踪方法不能满足次降雨后的溅蚀特征研究。因此,在无磁性的石英砂上施用不同浓度(1.5%、2.5%、3.5%)和不同粒径(20 nm、200 nm)的纳米磁性材料,而后进行人工模拟溅蚀试验,利用磁化率仪和3D手持微地形扫描仪研究地表磁性变化与溅蚀后地表特征变化之间的关系,研究利用纳米磁性材料表征溅蚀特征的可行性。结果表明:20 nm磁性材料提高石英砂磁性背景值的幅度远高于200 nm磁性材料且不同浓度的磁性差异极显著,两种纳米磁性材料均呈现出布设浓度越大,示踪时间越长的特点;溅蚀后表层磁化率随溅蚀时间的延长而逐渐衰减,二者呈现出相关性较高的χ_1=aln(t)+b对数函数关系;20 nm磁性材料在3.5%浓度下可有效定量表征出石英砂溅蚀量的变化(p0.01),二者之间的相关关系可用χ_2=a Mb幂函数表示;20 nm磁性材料在溅蚀3 min内的磁化率变化与微地形高差变化呈极显著相关关系(p0.01),说明20 nm磁性材料可以在短时间内有效表征出溅蚀地表的侵蚀程度,可表征出的侵蚀厚度在-5~10 mm内。该研究证明20 nm磁性材料表征溅蚀地表特征的方法在一定程度上是可行的,可为磁性示踪法的深入研究提供新的思路和方法。     

土壤理化性质与土壤溅蚀速率的相关性研究

土壤溅蚀是土壤侵蚀的初始阶段,是降雨雨滴直接打击土壤表层引起的土壤颗粒分散和位移发生的过程。为研究土壤理化性质与土壤溅蚀速率的相关性,研究通过人工模拟降雨溅蚀试验测定土壤溅蚀速率,运用SPSS 20.0软件,对土壤理化性质与土壤溅蚀速率进行了Pearson相关系数分析。结果表明:土壤渗透性、分散率、团聚度和土壤粒级与土壤溅蚀速率相关性最大。土壤的渗透系数在整个降雨历时阶段对土壤的溅蚀速率一直呈现负影响。分散率在降雨历时为15min时对土壤溅蚀速率呈显著负影响。团聚度对土壤溅蚀速率的影响由T=15min时的显著正相关变成T=20min时的极显著正相关。土壤粒级和土壤溅蚀速率相关性很大,且关系较为复杂。相较于其他4种粒级中,粒级范围在D0.002mm的土壤颗粒对土壤溅蚀速率影响最大,且在降雨历时为15~20min时,对土壤溅蚀速率皆有显著正相关性。另外,粒级范围在0.2≤D2mm和0.02≤D0.2mm的土壤颗粒分别在T=15min和T=20min时对土壤溅蚀速率有显著负相关性。土壤粒级对土壤溅蚀速率的相关性随降雨历时的变化可能与土壤结皮有关。     

土粒表面电场对土壤团聚体破碎及溅蚀的影响

团聚体是土壤结构的基本单元,其稳定性是评估土壤抗侵蚀能力的重要指标。土壤团聚体破碎是降雨溅蚀发生的关键一步。土粒表面电场对团聚体稳定性具有重要影响,必然也会深刻影响降雨溅蚀过程。该文以黄土母质发育的黄绵土和塿土为研究对象,采用不同浓度的电解质溶液定量调控土粒表面电场,研究不同电场强度对团聚体破碎及溅蚀的影响。结果发现:1)随电解质浓度的降低,土粒表面电位升高,表面电场增大,黄绵土和塿土团聚体平均重量直径减小,团聚体稳定性降低,降雨溅蚀量增大。2)电解质浓度小于10-2 mol/L,黄绵土和塿土表面电位绝对值分别高于202.0和231.6 mV,此时团聚体稳定性和溅蚀量变化不明显,表明表面电位202.0和231.6 mV分别是影响黄绵土和塿土团聚体稳定性及溅蚀的关键电位。3)随着土粒表面电场的减弱,团聚体破碎后释放的<0.15 mm微团聚体含量减小,>0.25 mm大团聚体含量增加,团聚体倾向于破碎为更大粒级的团聚体。4)电场作用下团聚体的破碎特征对降雨溅蚀具有重要的影响,溅蚀量与团聚体破碎释放的<0.15 mm微团聚体含量呈显著正相关,与>0.25 mm大团聚体含量呈显著负相关。上述结果表明,当降雨进入土壤后,对于干燥的土壤而言,土壤溶液电解质浓度被迅速稀释,土粒表面产生强大的电场,该电场通过影响团聚体破碎程度进而影响降雨溅蚀。该研究有助于加深对降雨溅蚀的科学认识,同时也为土壤团聚体稳定性及降雨溅蚀的人为调控提供了一定的理论依据。     

鄱阳湖流域3种典型母质发育红壤溅蚀特征

为了研究鄱阳湖流域3种典型母质对土壤溅蚀的影响,设计一种可收集过程样的溅蚀盘,通过室内模拟降雨试验,分析不同降雨强度(30,60,90,120,150 mm/h)和母质(第四纪沉积物母质、花岗岩母质、红砂岩母质)条件下红壤溅蚀特征。结果表明:第四纪沉积物母质红壤总溅蚀量最低,其次是花岗岩母质红壤,红砂岩母质红壤总溅蚀量最高,土壤质地、有机质、游离氧化铁等指标对总溅蚀量影响较大;随着雨强的增大,总溅蚀量呈对数函数关系增加;总溅蚀量80%以上分布在0—15 cm范围内,随着雨强增大,溅蚀颗粒分布越集中。     

不同粒径黄绵土的溅蚀规律及表土结皮发育研究

溅蚀是土壤侵蚀过程的开始,为侵蚀发展提供了物质来源。因此,对其进行研究有助于对侵蚀过程的深入了解。本文选择了广泛分布于黄土高原地区的黄绵土,通过对不同粒径的土样进行模拟降雨试验,分析了土壤颗粒的溅蚀规律和表土结皮的形成过程,以及溅蚀率变化趋势。结果表明,不同粒径土样的溅蚀量差异明显,粒径在0.15mm附近的土壤颗粒最易被溅蚀;在一定的降雨历时内不同粒径土样的表土结皮发育完善程度不同,据此可以很好地解释溅蚀率的变化。     

冻融作用对坡面侵蚀过程的影响

为了探究降雨条件下冻融作用对坡面土壤侵蚀的影响,利用室内人工模拟降雨试验研究了未冻融及冻融2种条件下,冻融前后土壤物理性质、产流、产沙和颗粒分选过程。结果表明:经过冻融作用后,土壤含水量增加了14.86%,土壤容重降低了4.13%,孔隙度增大了3.05%;相比于未冻融坡面,冻融坡面产流时间延迟了30.18%,产流后前4min内冻融坡面的产流率减小了16.69%,坡面入渗率表现为冻融坡面未冻融坡面,冻融坡面稳渗率为未冻融坡面2倍;冻融坡面的侵蚀速率波动较剧烈,在产沙后前21min内,冻融坡面侵蚀的速率大于未冻融坡面,冻融坡面的泥沙流失量比未冻融坡面增加了4.67%;2种试验条件下坡面侵蚀过程中溅蚀颗粒、冲刷泥沙颗粒与土壤本底物颗粒的平均重量直径(MWD)相比,表现为溅蚀颗粒本底物颗粒冲刷泥沙颗粒。经t检验,2种试验条件下坡面侵蚀过程中溅蚀分别与本底物颗粒、冲刷泥沙颗粒MWD之间均表现为极显著性差异(p0.01)。经ANOVA检验,冻融作用对坡面侵蚀过程中冲刷泥沙颗粒MWD表现为极显著性影响(p0.01)。     

Soil Erodibility and Physicochemical Properties of Collapsing Gully Alluvial Fans in Southern China

In southern China, collapsing gully erosion produces massive deposits of sediment on the plough layer of alluvial fan farmland, leading to reduced nutrients, increased erodibility, and even desertification. The aim of this study was to investigate soil erodibility (the factor K in the universal Soil Loss Equation, USLE) and physicochemical properties of the alluvial fans of the most severe collapsing gully erosion areas (Hubei, Jiangxi, Fujian, and Guangdong provinces) in southern China. The soils of the collapsing gully alluvial fans had a higher bulk density, but a lower total porosity, saturated water content, and silt and clay fractions than the control (CK) soils from the farmland without desertification. Soil quality gradually decreased from fan edge to fanhead. Significant decreases were found in soil pH, organic matter, cation exchange capacity, and total potassium, nitrogen, and phosphorus, as well as available nitrogen, phosphorus, and potassium, resulting in a gradual decrease in soil nutrients from the fanedge to the fanhead. Soil erodibility was greatest in the fanhead, and soil erodibility K values of the alluvial fans were 53.71%, 66.28%, 67.53%, and 71.68 % greater than that in those of the CK soils of Hubei, Jiangxi, Fujian, and Guangdong, respectively, indicating a significant correlation between the soil erodibility K values and physicochemical properties, particularly sand fraction and organic matter content. The results provide new insights into the relationship between soil physicochemical properties and erodibility of alluvial fans, and suggest that improving soil structure might increase soil fertility in the collapsing gully alluvial fan farmland.     

长期化肥有机替代对黑土颜色及腐殖物质的影响

基于30年长期定位试验,通过测定黑土光谱反射率和不同腐殖质组分含量,探究了不同施肥对黑土土壤腐殖质含量、土壤颜色及二者之间的关系。试验设置5个处理:(1)休耕(Fallow);(2)不施肥处理(CK);(3)单施化肥(NPK);(4)有机肥部分替代化肥(NPKM);(5)秸秆部分替代化肥处理(NPKS)。结果表明:与NPK处理相比,Fallow、NPKS、NPKM分别显著提高49.7%,74.3%,27.0%的土壤有机碳含量(p<0.05)。NPKM处理中胡敏酸(HA)含量最高为3.9 g/kg,随后依次为CK、NPKS、NPK、Fallow。NPKM、NPKS和Fallow处理中土壤富里酸(FA)含量为2.2~2.3 g/kg,显著高于NPK和CK。NPKM处理中胡敏素(HM)含量为18.6 g/kg,显著高于其他处理(p<0.05)。不同处理间土壤光谱反射率由高到低依次为NPK>Fallow、CK>NPKS>NPKM,与CK处理相比,NPK土壤光谱反射率在平均提高6.5%,NPKS和NPKM则分别降低11.1%和15.1%。根据线性相关分析结果,黑土土壤光谱反射率与土壤HAHM均呈显著负相关关系(p<0.01),相关系数(r)分别为-0.858,-0.681。综合上述结果,长期有机物料投入可以显著提高黑土腐殖物质含量,降低黑土光谱反射率,使黑土颜色加深,而长期化肥施入则使黑土光谱反射率提高,出现"褪色"现象,有机粪肥在黑土中对土壤有机质和腐殖质含量的提升效果优于秸秆。     

金沙江干热峡谷中退化的土壤生态系统生物学特征初探

Distribution characteristics of soil animals,microorganisms and enzymatic activity were studied in the dry red soil and Vertisol ecosystems with different degradation degrees in the Yuanmou dry hot valley of the Jinsha River,China.Results showed that Hymenoptera,Araneae and Collembola were the dominant groups of soil animals in the polts studied.The numbers of groups and individuals and density of soil animals in the dry red soil series were higher than those in the Vertisol series,and the numbers of individuals and density of soil animals decreased with the degree of soil degradation.Bacteria dominated microbiococnosis not only in the dry red soils but also in the Vertisols.Microbial numbers of the dry red soil series were higher than those of Vertisol series,and decreased with the degree of soil degradation.The activities of catalase,invertase,urease and alkaline phosphatase declined with the degradation degree and showed a significant decline with depth in the profiles of both the dry red soils and the Vertisols,but activities of polyphenol oxidase and acid and neutral phosphatase showed the same tendencies only in the Vertisols.It was concluded that the characteristics of soil animals,microorganisms and enzymatic activity could be used as the bio-indicators to show the degradation degree of the dry red soils and Vertisols.Correlation among these soil bio-indicators was highly significant.     

不同炭基改良剂提升紫色土蓄水保熵能力

通过连续2a田间试验,研究了5种改良剂(秸秆、有机肥、生物炭、炭基改良剂I和炭基改良剂Ⅱ)对紫色丘陵区坡耕地土壤水分库容、孔隙度和团聚体组成及稳定性的影响,分析了土壤水分特征参数与孔隙度和团聚体组成的关系,以期为紫色土区水土保持和土壤改良提供科学依据。结果表明,与不施改良剂(对照)相比,5种炭基改良剂都能提高土壤对降水的截存和保贮能力,显著提高了土壤饱和含水量、田间持水量、水分总库容、有效水库容及重力水库容,降低了土壤凋萎点含水量和无效水库容;不同改良剂提升作用大小为改良剂Ⅱ改良剂I生物炭有机肥秸秆对照。施用改良剂I、改良剂Ⅱ、生物炭和有机肥显著提高了土壤孔隙度,降低了土壤容重,秸秆的效果不显著。施用炭基改良剂降低了0.25mm的微团聚体含量,促进了小团聚体向大团聚体的转化,其中对粒径5mm的机械稳定性大团聚体提升幅度最大,比对照提高14.5%~60.7%;5种炭基改良剂都显著提高了团聚体的平均重量直径及稳定性指数,以炭基改良剂I、炭基改良剂Ⅱ和生物炭的作用效果最大。土壤总库容、重力水库容和有效水库容与总孔隙度和毛管孔隙度以及土壤大团聚体含量呈正相关,而与土壤非毛管孔隙度和小团聚体呈负相关,土壤蓄水保水能力与土壤团聚体组成和孔隙度密切相关。因此,施用炭基改良剂通过促进土壤团聚作用,提高大团聚体含量和土壤孔隙度,进而增大土壤持水量和土壤有效水库容,是改善紫色土结构和提高紫色土坡耕地保水蓄水能力的有效措施。     

土壤可蚀性研究现状及展望

<正> 土壤可蚀性(soil erodibility)是指土壤是否易受侵蚀破坏的性能,也就是土壤对侵蚀介质剥蚀和搬运的敏感性。与侵蚀营力一样,土壤可蚀性是影响土壤侵蚀量大小的又一个重要因子。在水土保持学科中,我国习惯上把“水”和“土”并列使用,而国际上则用“soil loss”、“soil erosion”、“soil conservation”或“soil and water conservation”等术语。显然,土壤是水土保持学科的重点。另一方面,土壤侵蚀营力等是土壤流失过程中的外部因素,而土壤性质才是内在因素,因此,水土保持学科中核心的也是重要的问题,应该是土壤保护。土壤可蚀性研究在水土保持研究工作中具有重要意义,国际上把土壤可蚀性研究一直作为水土保持学科研究的重要内容之一。     

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。     

不同改良剂对酸性土壤的修复效应

为明确不同改良剂对酸性植烟土壤的修复效应,采用盆栽试验,分析了施用丰收延酸性土壤改良剂、金叶酸性土壤改良剂及石灰后土壤pH、水解性酸、潜性酸及土壤交换性能的动态变化。结果表明:施用改良剂可提高土壤pH 3.01%~24.11%,降低土壤水解性酸16.08%~50.46%、交换性Al 3+51.80%~64.27%、交换性H+含量84.12%~93.56%,提高土壤交换性盐基总量45.18%~46.16%、阳离子交换量0.33%~20.10%、盐基饱和度21.35%~49.78%。施用土壤改良剂后,土壤pH先升高后下降,至移栽60天后趋于稳定;土壤水解性酸在烤烟移栽后30~90天差异较小,至移栽后120天略有增加。施用石灰的土壤交换性氢、交换性铝一直下降,但施用丰收延、金叶酸性土壤改良剂的土壤交换性铝下降至烟苗移栽后120天略有增加,土壤交换性氢上升至烟苗移栽后120天大幅度下降。施用土壤改良剂后,土壤交换性盐基总量、阳离子交换量、盐基饱和度一直提高,但变化幅度较小。不同土壤改良剂的材料来源及组成成分不同,其对酸性土壤的恢复效果也不同,以施用石灰的效果最好。     

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.     

添加砒砂岩对风沙土性质的改良及时间效应

试验利用砒砂岩和风沙土性质上的互补性,采用田间试验,将两者按不同的比例(1∶1,1∶2,1∶5)复配,并以黄土与风沙土1∶2复配作为对照,以期为将砒砂岩与沙复配成土技术大规模推广应用于毛乌素沙地进行农业种植提供科学依据。结果表明,随着砒砂岩加入比例的增加,复配土壤砂粒含量减少,粉粒含量明显增加,砒砂岩的加入促使风沙土土壤质地由砂土向粉壤土逐渐转变。而且随着作物种植年限的增加,复配土壤砂粒含量也在明显减少,粉粒和黏粒含量增加且有逐渐下移的趋势,这种变化在0—40cm土层尤为突出。各处理0.25 mm水稳性团聚体含量(WR0.25),平均重量直径(MWD),几何平均直径(GMD)均随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而显著增加,0.25mm各级别土壤团聚体含量也基本随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而增加,且增加最明显的是0.25~0.5mm级别土壤团聚体含量。各处理0—30cm土层土壤有机质含量随作物种植年限的增加而显著增加。综上,砒砂岩与沙复配比例为1∶1~1∶5均可不同程度的改善土壤质地和结构,增加土壤有机质,且复配比例在1∶1~1∶2时效果最佳。