重庆四面山草地土壤大孔隙的数量和形态特征研究

以重庆四面山草地为研究对象,利用染色示踪法观察优先流的发生区域,采用水分穿透曲线和Poiseulle方程分析土壤大孔隙的数量、形态特征及其对优先流的影响。结果表明:研究地土壤剖面大孔隙呈现聚集态分布,孔径范围在0.3~2.2mm之间,其中半径大于1.3mm的大孔隙是优先流发生的主要通道。各孔径范围内染色区土壤大孔隙数量较未染色区高出1个数量级,大孔隙数量随土壤深度增加而减小,这样的分布特征有利于水压梯度的形成,有助于水分的快速垂直运移。染色区较非染色区有更大的稳定出流速率,约1.12~2.02倍,这得力于大孔隙数量和密度上的优势,这一优势极大地影响了优先路径分布和优先流发生。     

重庆江津区柑橘地土壤大孔隙特征

以重庆市江津区不同柑橘地为研究对象,采用土壤坡面染色法标记大孔隙、利用土壤水分穿透曲线方法及Poiseulle方程分析其土壤大孔隙特征。结果表明:染色区较非染色区有更大的稳定出流速率,大孔隙使染色区的水分渗透速率较非染色区提高了1.48倍以上,随着土层深度增加,其提高程度有增大的趋势。虽然染色区较非染色区更利于水分或溶液传导,但相比非染色区,染色区水分渗透曲线的波动更大。柑橘地大孔隙孔径范围在0.3～1.7mm之间,0.3～0.7mm孔径数量虽然为104数量级,但对染色溶液优先迁移的作用较弱;实际影响染色溶液迁移的为半径大于0.7mm的土壤大孔隙;20年林龄柑橘地10-20cm土层有效大孔隙数量高于10年林龄柑橘地。半径大于1.0mm的大孔隙在水分输入初期起到迅速排导水分的作用。柑橘地土壤大孔隙率在1.5%～19.5%之间,与稳定出流速率呈极显著正相关关系,决定了稳定出流速率71.9%的变异;半径大于0.7mm的大孔隙数量与稳定出流速率呈极显著正相关关系,决定了稳定出流速率90.9%的变异。     

根系对浅表层土大孔隙分布特征及饱和渗透性的影响

根系的存在对土壤大孔隙的产生及渗透特性有着重要影响,为研究浅表层土体中根系生物量与土壤大孔隙特征之间的数值关系,在缙云山针阔混交林中选取杉木单株植物根际土体为研究对象,进行染色示踪试验及根系生物量测量,取样后在室内采用自制定水头装置进行水分穿透试验和渗透试验。结果表明:(1)不同土壤剖面和不同土层深度的土壤染色面积不同,距离树木主干位置越远的剖面染色面积越大,而距离主干位置越近的剖面染色面积越小,且随着土层深度的增加整体上每个剖面上染色面积比均下降;(2)4个剖面整体表现出随土层深度的增加根系数量减少的趋势,根系直径主要集中在0.2～10 mm,且0.2～1 mm径级的根系较多;(3)染色区较未染色区具有更大的稳定出流速率,4个剖面染色区的出流速率分别为未染色区的1.97,1.81,1.77,1.70倍,且随着土层深度的增加大孔隙数量减少,大孔隙的半径分布范围在0.3～1.7 mm;(4)大孔隙度和根系生物量与渗透系数呈正相关关系,大孔隙度决定了渗透系数94.5%的变异,根系生物量决定了渗透系数87.4%的变异。     

鹤大高速（G11）低路基边坡土壤优先流特征研究

为了探明盐分在低路基公路边坡土壤中的运移方式,以鹤大高速公路(G11)低路基段边坡土壤为研究对象,引入优先流,来探讨盐分随土壤水分运动的过程。采用亮蓝染色示踪和图像解析方法,分析土壤剖面优先路径水平和垂直分布特征。结果显示:染色区和非染色区的土壤性质存在显著差异,染色区土壤存在较多的大孔隙。在水平剖面上,相同影响半径优先路径数量随着土层深度的增加而减少,同一土层中1.0~10.0mm影响半径的优先路径数量要远远多于10.0mm影响半径的优先路径数量。在垂直剖面上,优先流特征指标染色覆盖率(DC)、均匀入渗深度(UF)、优先流分数(PF-fr)、长度指数(LI)和峰值(PI)分别为40.10%,4.10cm,801.96cm2,74.44%,543.6cm和5。低路基边坡土壤这种重塑的土体中存在较为明显的优先流现象,且优先流对氯盐在土壤中的运移起着重要的作用。优先流指标的提出,为今后量化土壤优先流发生程度提供了一个很好的研究方法。     

柑橘地土壤大孔隙与优先流的关系研究

以重庆市江津区10和20a林龄的柑橘地为研究对象,应用优先流染色法和室内图像提取技术,土壤水分穿透曲线及Poiseulle方程综合分析土壤大孔隙与优先流的关系。结果表明,大孔隙使染色区的水分渗透速率较非染色区提高了1.48倍以上。柑橘地大孔隙孔径范围在0.3～1.7mm,半径大于0.7mm的土壤大孔隙是形成优先流路径的主要孔径范围。     

桂东南花岗岩丘陵区不同土地利用方式土壤大孔隙特征

根据水分穿透曲线和Poiseuille方程,定量研究桂东南花岗岩区6种(次生林、柑橘园、玉米地、杉木林、撂荒地和桉树林)不同土地利用方式土壤大孔隙半径范围、数量及分布情况,分析不同土地利用方式对土壤大孔隙特征的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分穿透速率存在差异,土壤水分出流速率短时间内可达到稳定状态,柑橘园不同土层之间稳定出流速率变化较大;(2)不同土地利用方式的土壤大孔隙半径为0.4~2.4 mm,主要集中分布在0.4~1.2 mm,均值为0.85 mm,<1.2 mm的小半径孔隙数量较多;(3)随着土层深度的增加和孔隙半径的减小,土壤大孔隙数量总体表现为随土层深度的增加而逐渐减少,大半径孔隙较少,小半径孔隙较多;(4)不同土地利用方式的土壤大孔隙仅占土壤体积的0.36%~6.38%,但其土壤大孔隙平均体积与稳定出流速率、土壤大孔隙平均半径与饱和导水率均呈极显著相关关系,分别决定了稳定出流速率79.92%和饱和导水率36.45%的变异。     

四面山2种林地大孔隙特征与优先流关系研究

以重庆四面山张家山林区针阔混交林和楠竹林为研究对象,采用室外染色和水分穿透曲线理论,结合Poiseulle方程和流量方程研究大孔隙与优先流之间的关系。结果表明,混交林和楠竹林两种林地在0-10cm层稳定出流速率均达到0.7ml/s以上,10cm以下2种林地染色区和未染色区稳定出流速率均逐渐下降。针阔混交林土体染色区出流速率是未染色区出流速率2.42~2.84倍,而楠竹林达到3.0~3.14倍。针阔混交林和楠竹林的大孔隙孔径范围在0.4~3.2mm,其中半径大于1.5mm大孔隙是两种林地形成优先流的最主要孔径范围。     

三峡库区高砾石含量紫色土优先流形态特征

以三峡库区王家桥小流域林地、耕地和园地为研究对象,结合染色示踪技术,利用图像处理软件技术,通过计算优先流形态特征参数,分析3种土地利用类型下高砾石含量紫色土的优先流形态发育特征。结果表明:砾石平均含量表现为园地林地耕地,土壤大孔隙平均半径随着深度的增加而减小。林地优先流运动深度可达60cm,剖面染色区域呈现明显的不规则性,耕地染色深度集中在0—15cm土层,染色区域分布均匀,但染色面积小,且存在大量的侧向流,园地染色范围广,优先路径连通性好。染色路径数表现为园地林地耕地,说明园地优先流发育较活跃,优先路径分化程度较高,染色路径宽度20mm的染色路径数量分布特征与染色路径总数分布特征相近,是紫色土壤中流染色路径的主要组成部分,壤中流类型主要为低相互作用大孔隙流。砾石和大孔隙特征共同影响土壤水分运动过程。     

辽西半干旱区森林土壤大孔隙特征研究

根据水分穿透曲线和Poiseulle方程,研究了辽西半干旱区8种植被类型下土壤大孔隙的半径范围、个数及分布情况。结果表明,不同植被下土壤大孔隙半径分布在0.5～2.3mm,加权平均半径在0.61～1.85mm,均值为0.95mm,均值为粗通气孔隙标准的近2倍,>1.4mm的特大孔隙仅为大孔隙总数的2.73%,0.5～1.4mm的孔隙占97.27%,表现出大半径孔隙少而小半径孔隙多的特点。不同植被下土壤大孔隙度在0.95%～5.24%,仅占土壤体积很小的一部分,但大孔隙平均半径与稳定出流速率和饱和导水率之间有显著线性相关关系,决定了稳定出流速率71%的变异和饱和导水率50%的变异。     

黑龙江省水源地优先流区与基质流区土壤特性分析

以黑龙江省东部山地天然次生林为研究对象,采用野外染色示踪和统计分析相结合的方法,应用Photoshop Cs5,Image pro Plus6.0图像处理软件,分析天然次生林下优先流区和基质流区土壤特性差异。结果表明:黑龙江省东部山地天然次生林土壤优先流现象极为明显,主要以大孔隙流、指流以及管流为主。表层土壤孔隙间的连通性好,水分运动过程变得相对均匀,不易于发生优先流。10—45cm土层范围内,染色路径不再整体均匀扩散,表现出明显的优先运移特征,产生优先流,并表现出了一定的环绕特性。从土壤表层到底层,染色区非毛管孔隙度比未染色区高0.3%~2.0%。非毛管性孔隙可视为大孔隙,是产生优先流的主要原因。0—40cm土层范围内,染色区土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量均高于未染色区,染色区土壤容重均低于未染色区。20—40cm是该地区天然次生林土壤产生"优先路径"最明显的土层。在此范围内优先流区土壤入渗速率明显大于基质流区,证明该区土壤特性差异是黑龙江省东部山地天然次生林优先流产生的主要原因。     

红河干旱河谷地区植物根系与砾石对土壤优先路径形成的影响

为探究红河干旱河谷林草地植物根系与砾石特征对土壤优先路径形成的影响,基于染色示踪法在确定研究区样地土壤优先路径的位置及数量的基础上,结合染色区的植物根系与砾石体积含量特征,定量分析二者与优先路径特征的关系。结果表明:(1)林地优先路径发育水平明显优于荒草地; 不同染色影响半径范围下的优先路径连通性也有所不同,其中荒草地中优先路径连通性从大到小为1～2.5 mm,≤1 mm,2.5～5 mm,5～10 mm,>10 mm; 林地为1～2.5 mm,2.5～5 mm,≤1 mm,5～10 mm,>10 mm; 优先路径数量与土层深度和同一土层内染色半径均呈负相关关系,此外,在同一土层内,优先路径的数量与染色半径也呈负相关关系。(2)林地中染色区的砾石总体积含量与土层深度呈负相关,而荒草地中在20—30 cm土层中增多,其余径级下的则随土层深度增加而减少;(3)两种样地中的根长密度与根重密度都随土层的深度增加和根径增大而单调递减,林地中不同径级下的根长密度都明显高于荒草地;(4)林地中优先路径数量的主要影响因子是根径范围在≤1 mm的根重密度和径级为5～10 mm的砾石体积含量; 而荒草地样地中的主要影响因子为根径在≤1 mm和1～3 mm范围下的根重密度、径级在2～5 mm间的砾石体积含量、根径在1～3 mm范围下的根长密度。因此,样地中砾石分布存在明显的空间异质性,细根更易促进优先路径的形成,二者共同影响着优先路径的形成。     

不同种植间距对香根草植物边坡优先流发育特征的影响

[目的] 分析优先流在香根草边坡中的发育特征,研究植物根系与优先流之间的关系,为进一步研究降雨条件下植物根系对边坡土体稳定性的影响提供理论依据。[方法] 以种植间距为50 cm和10 cm的香根草为研究对象,模拟30 mm和50 mm两种不同的降雨量,采用示踪剂试验研究了香根草边坡土壤的优先流发育特征。[结果] 香根草种植间距从50 cm减少到10 cm会增大边坡的水力响应。在50 mm的降雨量作用下,10 cm种植间距的香根草边坡土壤的染色面积比率和优先流比分别是50 cm的1.55,1.76倍。表层土0—10 cm土层深度范围内染色路径数量变化不明显,在10—35 cm深度土层范围,10 cm种植间距的染色路径数量多于50 cm种植间距的香根草边坡土壤。当降雨量由30 mm增加至50 mm时,水流会通过优势通道更迅速迁移到边坡土壤中。降雨量为30 mm土壤的染色面积比率（36.11%）和优先流比（67.25%）小于50 mm土壤的染色面积比率（49.68%）和优先流比（79.96%）,并且染色路径数量随着降雨量的增加而增多。[结论] 香根草根系特征与优先流关系密切。选择植物护坡时,应合理选择植物的种植间距,使根系护坡在力学效应和水文效应上最大化。     

浑河源头水源涵养林土壤优先流特征

以浑河源头4种类型水源涵养林为研究对象,采用野外染色示踪和室内理化分析等研究方法,研究不同水源涵养林土壤优先流的形态特征与变化规律,揭示浑河源头水源涵养林保护和治理过程中优先流的形成机理及影响因素。结果表明:4个样地土壤优先流的入渗深度范围为30~38cm,且其深浅与根系的根长密度关系密切;0—10cm土层的土壤优先流染色面积比依次为82.41%,75.44%,91.03%,79.82%,土壤优先流染色面积比随土层深度的增加而减小,4个样地上层土壤显著大于下层土壤染色面积比;土壤优先流染色面积比与土壤容重、总孔隙度、有机质、总根长密度呈极显著或显著正相关,均影响着优先流的发生程度,并且得到土壤优先流染色面积比与其影响指标的多元函数关系;根据各主成分得分及其权重,得到水源涵养林土壤优先流特征综合得分为混交林地(3.134)>落叶松(1.660)>采伐迹地(-1.946)>红松(-2.847)。研究结果可为深入探究浑河源头水源涵养林的生态水文过程及植被建设提供科学依据。     

北京地区2种类型土壤优先流染色形态特征及其影响因素

通过野外染色示踪试验结合室内图像解析技术,对北京地区2种类型土壤(淋溶褐土和潮土)进行了优先流染色形态特征及其影响因素研究。结果表明:(1)样地土壤用浓度为4g/L的亮蓝溶液27.3L染色后,淋溶褐土基质流深度均值为7.72cm,潮土为8.56cm,潮土优先流发生相对滞后;(2)淋溶褐土的优先流比、染色面积比、最大染色深度和长度指数均大于潮土,优先流现象更明显;(3)淋溶褐土优先路径集中区较多,侧向流较发达,且染色面积比和土壤深度相关性大于潮土,两者关系更密切;(4)2种类型土壤的土壤质地和土壤有机质与染色面积比显著相关(P0.01),直径为1~3mm的根长密度也和染色面积比呈显著相关(P0.05)。淋溶褐土优先流现象比潮土更明显,2种类型土壤对优先流染色特征影响较大的为土壤质地、土壤有机质和直径为1~3mm的根长密度。     

基于染色示踪的农膜残留农田土壤优先流特征

随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm^2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色示踪试验,共6个处理,研究不同残膜量对土壤物理特性的影响,基于染色示踪技术分析不同入渗量和不同残膜量对土壤水流运动的影响,并评价各处理土壤剖面的优先流特征。结果表明:随着残膜量增加,土壤容重、饱和导水率和土壤初始含水率呈下降趋势,而土壤孔隙度呈增大趋势,土壤中随机分布的残膜导致残膜处理(300,600 kg/hm^2)的各物理参数有较高的变异系数。基于土壤染色剖面二值化图像分析,土壤优先流发育程度随残膜量和入渗量增加而提高,300,600 kg/hm^2残膜量处理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的变异系数(Cv)随残膜量增加而增大,与20 mm入渗量相比,80 mm入渗量下残膜处理的MDSD和Cv分别平均增加47.23%和27.34%。不同处理的优先流特征指标差异显著,5个优先流特征指标(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数和变异系数)均显示残膜处理(300,600 kg/hm^2)的优先流程度高于无残膜处理(0 kg/hm^2),可见残膜量及入渗量的增加均会增大土壤优先流的发生几率和强度。     

金沙江干热河谷冲沟区优先流影响下的土壤力学特性

为探究金沙江干热河谷冲沟区优先流与土壤力学的相关机理，揭示优先流影响下土壤抗剪强度特征规律，丰富干热河谷冲沟发育区沟侵蚀机理，为该地区进一步开展沟蚀治理提供理论依据。在典型冲沟发育区选择完整冲沟为研究对象，基于染色示踪、土壤理化、原状土直剪试验，利用RDA等统计方法分析优先流与土壤力学指标间的相关性，明晰优先流和抗剪强度的关系。结果表明：(1)由于冲沟发育使冲沟内由集水区到沟底优先流发育程度逐渐降低。土壤含水率、容重、总孔隙度、有机质含量均呈优先流区大于基质流区，机械组成分形维数整体上基质流区(2.680～2.874)大于优先流区(2.746～2.893)。(2)冲沟区优先流通过影响土壤黏聚力和内摩擦角进而对抗剪强度产生影响，一定程度上会降低土体抗剪强度。集水区、沟头抗剪强度大于沟床和沟底。优先流区黏聚力(1.24～2.65 kPa)小于基质流区黏聚力(1.91～4.27 kPa),优先流区内摩擦角(19.52°～22.47°)略大于基质流区内摩擦角(17.68°～22.35°),优先流区抗剪强度(36.66～43.68 kPa)整体小于基质流区抗剪强度(38.74～47.32 kPa...     

汾河流域下游不同土地利用方式下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性分析

优先流是水分和溶质在土壤中非均质性运移的普遍现象,但对其形成的优先流区和基质流区土壤团聚体稳定性的研究还较少。为了阐明土壤团聚体破碎机制的差异,研究以汾河流域下游农田、撂荒地和果园3种土地利用方式为对象,采用野外染色示踪法与Le Bissonnais(LB)法分析了土壤染色区分下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性特征。结果表明:土壤染色率主要分布在0—30 cm土层,在10—30 cm土层果园显著高于撂荒地。LB处理的>0.25 mm团聚体含量和平均重量直径(MWD)在不同土地利用方式下表现为果园>农田>撂荒地,相对消散指数(RSI)和相对机械破碎指数(RMI)则有相反的趋势。优先流区在10—20 cm土层比基质流区具有更强的团聚体稳定性以及抵抗消散作用和机械破坏能力。土壤染色率与快速湿润的MWD呈显著负相关,与RSI呈显著正相关。研究表明果园比农田和撂荒地具有更好的优先流特征和团聚体稳定性,并且优先流区抗团聚破碎能力比基质流区更强,这将有利于维持优先流途径稳定性。