不同降雨等级下杉木林土壤含水率和侧向流变化特征

为了探究不同降雨等级对林下不同深度土壤含水率和侧向流变化的影响,探究南京城郊杉木林各层土壤含水率、侧向流变化对降雨事件的响应,分析土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流的关系,初步探讨杉木林的水源涵养机制。选取南京市铜山林场46年生杉木林,在大、中、小3种降雨等级下,采用ECH₂O土壤水分监测系统对土壤剖面0—5,5—15,15—30,30—60 cm的土壤水分含量进行了实时连续监测。结果表明:（1）0—5,5—15 cm土层土壤含水率变化曲线和降雨量变化曲线具有同步性,15—30,30—60 cm土层含水率达到峰值时间滞后1～1.5 h;（2）小雨条件下,只有0—5,5—15 cm土层变化趋势较明显,侧向流主要发生在5—15 cm土层;（3）中雨条件下,雨强在8 mm/h和15.2 mm/h时,土层含水率出现2次明显的响应,侧向流主要发生在15—30 cm土层;（4）大雨条件下,累计降雨量22.8 mm时,5—15,15—30,30—60 cm土层出现峰值,侧向流主要发生在30—60 cm土层;（5）小雨、中雨、大雨过程中产生的最大侧向流分别为1.55,13.88,94.77 mm,随着降雨量的增加,侧向流有增加的趋势。土壤水分入渗为非饱和入渗,随着土层深度的增加,含水率峰值逐渐增大,侧向流增加较明显。土壤含水率变化和降雨量有较好的线性关系且相关性较强,随着降雨量的增加,土壤含水率和降雨量的相关性越来越差。土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流三者间互有显著相关性,最大侧向流与累计降雨量呈指数关系,y=0.7614e^0.2238x。     

基于HYDRUS-1D的城市草地土壤水分模拟——以扬州市人工草地为例

[目的] 研究城市化背景下草地土壤水分运动规律,为提升海绵城市建设水平提供科学依据和技术支撑。[方法] 以江苏省扬州大学扬子津校区农水与水文生态试验场的人工草地为研究区,利用实测降雨和同期土壤含水量数据对不同降雨事件下的雨水入渗深度进行分析。通过HYDRUS-1D模型对研究区土壤含水量变化过程进行模拟。[结果] 在小雨（<10 mm）和中雨（10~25 mm）事件中,研究区草地的雨水入渗深度分别小于15 cm和30 cm;在大雨（25~50 mm）到暴雨（>50 mm）事件中,雨水入渗深度通常超过30 cm,或可达60 cm以上;土壤含水量模拟值与实测值的均方根误差范围为0.012～0.034 cm³/cm³。[结论] 不同等级降雨事件下的草地雨水入渗深度存在明显差异,入渗深度总体上随着降雨量的增加而增加;HYDRUS-1D模型能够准确模拟不同等级降雨事件下的城市人工草地区雨水入渗深度。     

鲁中南花岗岩丘陵区坡耕地不同厚度土壤中优先流的发育特征

[目的] 研究不同土壤厚度条件下坡耕地优先流发育特征,为土层浅薄条件下坡耕地灌溉效率提高及面源污染防治提供依据。[方法] 以地处北方土石山区的山东省蒙阴县花岗岩丘陵区坡耕地为例,选取土层深度为30 cm和50 cm的样地,运用野外染色示踪试验法和室内图像处理技术,分析土层厚度对优先流发育特征的影响。[结果] 土壤厚度为30 cm和50 cm条件下平均基质入渗深度分别为11.8 cm和11.9 cm,两者没有显著差异,平均优先流比分别为28.2%和29.5%,两者也没有明显差异;土壤厚度为30 cm时,9.9 cm以上以基质入渗为主导,优先流发育深度范围为9.9—27.0 cm;土壤厚度为50 cm时,6.1 cm以上土层以基质入渗为主导,优先流发育深度范围为6.1—39.5 cm;土壤厚度为50 cm条件下优先流平均最大入渗深度为34.6 cm,平均长度指数为192%,平均变异系数为87.7%,均显著高于土壤厚度为30 cm时的数值;但两者平均最大入渗深度非均匀系数没有明显差异。[结论] 土壤层厚度差异不影响基质入渗,但会阻碍优先流向土壤深层的发育。     

黄土丘陵区林地干化土壤降雨入渗及水分迁移规律

基于近年来黄土丘陵区林地形成大规模土壤干层的事实,为了探索降雨在黄土丘陵区枣林地干化土壤中的入渗、迁移规律,明确干化土壤的修复能力,在陕北米脂试验站建立野外10m大型土柱模拟枣林地干化土壤,采用CS650—CR1000土壤水分自动监测系统对其进行连续定位观测。观测数据分析表明:(1)独立降雨的入渗、迁移深度主要取决于降雨量,大、中、小雨的水分影响深度分别达90~140,70~80,40cm,降雨量一定时还与降雨强度、初始土壤含水量等因素有关,降雨强度越大、初始土壤含水量越高,水分的入渗深度及迁移深度也越大。(2)间歇降雨中几次降雨交互对水分的入渗、迁移产生促进作用。相同雨量下,其入渗深度较独立降雨可提高100%~160%,迁移深度可提高91%~197%。(3)黄土丘陵区并非所有降雨都对土壤水分有影响。观测期内降雨次数与降雨量的有效率分别为36.4%和72.7%。(4)土壤垂向剖面在多次降雨的累积作用下具有层次性,本试验期间降雨影响范围内的土壤剖面主要可以分为3层,0—90cm为降雨入渗敏感层,90—160cm为降雨入渗迟缓层,160—240cm为雨水迁移层。研究结果对于促进黄土丘陵区林地干化土壤的治理与修复,加强土壤水分的科学管理与改善具有重要的理论和实践意义。     

深层干化黄土自然降雨入渗特征试验研究

为探讨自然降雨在黄土区干化土壤中的入渗性能,研究干化黄土的降雨入渗机制,在陕北米脂试验站,建立野外10 m大型土柱模拟枣林地深层干化土壤,利用CS650-CR1000土壤水分自动监测系统对2014-2019年的土壤水分状况进行了连续定位监测。结果表明:(1)日降雨量为33.6,35.6 mm的大雨(降雨强度分别为3.73,2.97 mm/h,降雨历时9.0,12.0 h)状况下,最大入渗深度为140,100 cm,累积入渗量达20.05,16.10 mm;日降雨量为19.0,16.8 mm的中雨(降雨强度分别为2.24,1.53 mm/h,降雨历时8.5,11.0 h)状况下,最大入渗深度为90,60 cm,累积入渗量达8.12,9.77 mm;日降雨量为9.6,8.8 mm的小雨(降雨强度分别为1.48,0.76 mm/h,降雨历时6.5,11.5 h)状况下,最大入渗深度为30,20 cm,累积入渗量仅为1.05,0.23 mm。(2)降雨入渗的湿润锋运移深度(Z_i)随时间(T)呈幂函数Z_i=aT^b增加。(3)雨水的入渗历时包括降雨历时、自降雨停止至入渗结束两个时段。6次降雨(33.6,35.6,19.0,16.8,9.6,8.8 mm)在降雨停止后时段内的入渗深度分别为100,60,70,40,30,20 cm,入渗量依次为9.86,10.78,2.09,8.42,1.05,0.23 mm。在总入渗历时内,6次降雨入渗补给系数分别为0.60,0.45,0.43,0.58,0.11,0.03。黄土区降雨入渗深度受降雨量、降雨强度、入渗历时影响较大,提高单次降雨的雨量有助于提升雨水入渗补给系数,促进干化土壤得到有效水分修复。     

工程堆积体入渗特性及持水能力对降雨条件的响应

为探讨降雨对工程堆积体入渗特性及持水能力的影响,采用室内土壤基本物理性质分析及野外双环入渗方法,对不同降雨条件下工程堆积体入渗特性及持水能力的变化及影响因素进行研究。结果表明:工程堆积体土壤基本物理性质在不同降雨条件和坡位有较大差异,不同降雨条件下工程堆积体坡下的土壤容重大小表现为干旱(Ⅰ)小雨(Ⅱ)中雨(Ⅲ)大雨(Ⅳ);不同坡位工程堆积体的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度大小表现为坡下坡中坡上。不同降雨条件下,初始入渗速率大小表现为干旱(Ⅰ)小雨(Ⅱ)大雨(Ⅳ)中雨(Ⅲ),其大小依次为8.91,5.52,3.96,3.25mm/min;稳定入渗率大小表现为干旱(Ⅰ)中雨(Ⅲ)小雨(Ⅱ)大雨(Ⅳ),其大小依次为4.40,1.45,1.32,0.53mm/min。不同降雨条件下工程堆积体坡下的最大有效库容大小表现为大雨(Ⅳ)小雨(Ⅱ)干旱(Ⅰ)中雨(Ⅲ),其大小依次为469.03,402.48,378.11,321.88t/hm2,中雨(Ⅲ)条件下工程堆积体在各坡位的田间持水量最大。工程堆积体的持水能力与总孔隙度、毛管孔隙度、入渗性能呈显著正相关关系,而与容重呈显著负相关关系。研究结果可为工程堆积体边坡水土流失防治提供重要科学依据。     

连云港市低山丘陵区侵蚀性降雨特征及产流产沙规律

[目的] 分析不同降雨特征和不同下垫面条件下江苏省连云港市低山丘陵区土壤侵蚀产流产沙规律,为当地水土流失防治和提高水土保持效益提供科学依据。[方法] 以黑林水土保持监测点为研究对象,采用K均值聚类法对当地2013—2020年侵蚀性降雨类型进行分类,识别侵蚀性降雨特征,采用灰色关联法分析该监测点5个坡面径流小区降雨量、产流量、产沙量之间的相关性,通过双累积曲线法比较不同下垫面条件下产流产沙能力差异,分析人类活动对地表扰动的水土保持效应。[结果] ①侵蚀性降雨主要发生在汛期,以Ⅰ型(小雨量、小雨强)降雨为主,频次占比66%,其次为Ⅱ型(中雨量、中雨强)降雨和Ⅳ型(大雨量、中雨强)降雨,Ⅲ型(大雨量、大雨强)降雨最少; ②产沙量与降雨量和径流深密切相关,相关系数分别为0.64～0.85,0.61～0.86; ③Ⅲ型降雨引起的次降雨含沙量最大,Ⅳ型降雨引起的土壤流失总量最大; ④农地的产沙能力最大,林地次之,自然荒地最小,减少地表土壤的人为扰动,横向起垄种植,选择覆盖度高的植物更有利于提高当地的水土保持效益,总体上林地水保效益优于农地。⑤不同下垫面间产流产沙差异随着雨量和雨强的增大逐渐减小。[结论] 连云港市低山丘陵区侵蚀性降雨主要发生在汛期,不同雨型不同下垫面间产流产沙特征差异明显,林地水保效益优于农地。     

毛乌素沙地南缘降水入渗滞后补给与模型参数敏感性分析

[目的]研究陕北毛乌素沙地南缘降水入渗滞后补给与数值模型参数敏感性,为该地区地下水资源合理开发利用与生态环境保护提供科学依据。[方法]基于原位监测数据分析降水入渗滞后补给现象,采用输入输出变化率(ROV)分析数值模型参数敏感性。[结果]小雨型的降水包气带响应深度为3～10 cm,中雨型为30～60 cm,大雨型为60～90 cm,暴雨型均大于90 cm,地下水补给滞后时间约4～11 h。参数敏感性分析表明,底部通量对于饱和含水率最为敏感。[结论]入渗响应深度与降水量线性相关,降水补给滞后时间与饱和含水率显著正相关。     

降雨特征对低山丘陵区典型小流域水土流失的影响

[目的]探究降雨特征对南京市低山丘陵区典型小流域水土流失的影响,为低山丘陵区尺度上产汇流分析及水土保持综合治理提供理论支撑。[方法]以南京市低山丘陵区桥头小流域为研究对象,利用2015—2018年156场降雨事件的水文泥沙数据,运用K-均值聚类法对降雨类型进行划分,采用LSD多重比较法分析不同雨型的特征,建立主要指标的多元拟合回归方程,探讨不同降雨条件下小流域产流产沙特性。[结果](1)降雨量、30 min最大雨强(I_(30)),降雨侵蚀力是桥头小流域产流产沙的重要影响因素,小流域的156场降雨事件中,主要以降雨量75 mm,I_(30)20 mm/h且径流系数0.2,含沙量1 g/L的水沙特征为主。(2)降雨类型分为Ⅰ(小雨量、小雨强),Ⅱ(大雨量、中雨强),Ⅲ(中雨量、小雨强),Ⅳ(中雨量、大雨强),Ⅴ(小雨量、中雨强)5种,Ⅰ雨型发生频率最高,Ⅳ雨型发生频次最低。(3)Ⅱ,Ⅳ雨型的产流产沙能力均高于其他雨型,Ⅲ雨型次之,Ⅰ,Ⅴ雨型最小。Ⅰ,Ⅲ,Ⅴ雨型的产水产沙特性差异不显著。(4)产沙模数和洪峰流量多元回归方程拟合效果较好,拟合回归系数R~2都在0.75以上且通过显著性检验,回归方程可用于相关指标的定量计算。[结论]降雨量,I_(30),降雨侵蚀力是桥头小流域产流产沙的重要影响因素;不同雨型的降雨特征差异性显著,Ⅱ,Ⅳ雨型是区域产流产沙的主要雨型;利用多元回归方程可以进行指标定量计算。     

长武塬区降雨入渗特征

为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100～200 cm土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。     

不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量深层变化的影响

[目的]黄土高原地区水资源短缺,探究不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量变化的影响对区域水资源优化配置理论探索具有重要意义。[方法]基于甘肃省庆阳市南小河沟径流场自然降雨条件下的实测数据资料及4种土地利用方式(农、林、草、裸)覆盖下的降雨前后观测数据,分析了不同土地利用方式下5种不同次降雨等级的土壤含水量深层变化特征。[结果](1)土壤含水量的动态变化与土地利用方式关系较为密切。在4种土地利用方式中,林地比裸地的蓄水能力好,但裸地的土壤含水量在不同等级降雨影响下的波动最大。随着土层深度的增加,表层土壤含水量对降雨的响应比较明显,中间层和深层具有一定的滞后性。(2)特定降雨条件下,土壤不同深度的水分交换存在明显的水分活跃层分界点。大雨和暴雨条件下,在40 cm土层深度处出现明显的水分活跃层分界点;中雨条件下,除了农地雨后含水量差异较大之外,其他土地利用方式下,从60 cm处开始土壤含水量出现明显的水分活跃层分界点。(3)不同土地利用方式下降雨特征因子与表层土壤含水量的关联性都最小,与中间层和深层土壤含水量的关联性都较高;4种土地利用方式中相对于裸地,林地、草地和农地对土壤水分的调控作用较...     

黄土丘陵区柠条人工林土壤水分动态变化特征及降雨特征对其影响

明确黄土丘陵区降雨对土壤水分影响，对准确评估降雨格局变化对生态系统结构和功能的影响具有重要意义。以陕北黄土丘陵区退耕地栽植后自然撂荒23年的柠条人工纯林为研究对象，通过土壤湿度传感器监测不同土层土壤体积含水量，探讨不同土层土壤水分补充增量对降雨特征(降雨量、降雨历时和降雨强度)的响应。结果表明：(1)土壤水分消耗和补充主要集中于0-500 cm土层，其月变化在垂直剖面呈“双峰”(4—5月)、“单峰”(6月)和“双峰”(7—10月),随土层深度增加变化率减弱；(2)当降雨量>4 mm时表层土壤水分得到有效补充，当其超过142.8 mm时补充深度可到达200 cm土层，其中长历时强降雨较短历时强降雨对土壤水分补充增量小，但其补充深度较深，达到峰值时间长，但小降雨长历时则土壤水分补充增量较小；(3)降雨特征对土壤水分影响随土层深度增加而减弱，其中降雨量和降雨历时对土壤水分影响主要在0—50 cm土层，而降雨强度对其影响主要在0—30 cm土层。降雨量(降雨历时)和土壤水分补充增量对数拟合最优，而降雨强度与其则表现为幂函数拟合最优，其可分别解释土壤水分补充增量的39%～76%(降雨量)、...     

利用染色示踪法研究四面山两种林地优先路径分布特征

[目的]研究不同林种土壤的优先路径分布特征,为土壤水的高效利用以及植物生长环境改善等方面的研究提供理论参考。[方法]以重庆四面山张家山的针阔混交林和楠竹林为研究对象,在林地土壤存在优先路径的情况下,运用染色示踪法研究了水分及溶质的运移,并对采集的垂直剖面染色图像进行处理分析。[结果]两种林地对水分入渗的响应不同,染色路径宽度和染色路径数量在同一剖面不同深度处及不同剖面同一深度处均呈现明显的异质性:(1)针阔混交林染色路径宽度曲线呈"倒阶梯型";(2)楠竹林染色路径宽度曲线呈S形。两种林地的土壤优先流宽度和数量在一定范围内均随着深度增加而逐渐下降。[结论]两种林地均存在优先流现象,随着深度增加优先流路径不均匀递减,在0—20cm深度内,植物根系对土壤优先流影响较大。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

黄土丘陵区降雨后鱼鳞坑土壤水分动态模拟研究

为了明确鱼鳞坑措施下降雨后土壤水分再分布过程及范围的变化,以汇流面积2 m²,径流系数0.3为试验条件,选取规格为60 cm×40 cm×10 cm(长×宽×深)的鱼鳞坑,通过灌水试验研究了降雨强度分别为60,30 mm/h、历时1 h后连续7 d的土壤水分动态。结果表明:(1)降雨强度60,30 mm/h时灌水后第1天水分入渗深度为60,50 cm,第2天达到最大值,分别为80,60 cm,水分最大入渗深度随降雨强度增加而增大; 灌水后第1天水分水平入渗距离达到最大值40 cm,水分水平入渗距离随土层深度增加而降低。(2)灌水后7 d内,降雨强度60 mm/h时水分主要储存在深度10—80 cm距离鱼鳞坑中心0—40 cm的区域内; 降雨强度30 mm/h时,水分主要储存在深度10—50 cm距离鱼鳞坑中心0—40 cm的区域内。(3)深度10—30 cm处土壤水分在灌水后第1天达到最大值,30—50 cm处土壤水分在灌水后第3天达到最大值; 距离鱼鳞坑中心0—20 cm处土壤水分在灌水后第1天达到最大值,距离20—40 cm处在灌水后2～3 d水分达到最大值; 达到最大值后土壤水分逐渐降低至稳定。鱼鳞坑措施下降雨水分入渗深度可达80 cm,且随降雨强度增加而增大,水分水平入渗距离与降雨强度无明显关系。     

黄土区刺槐林土壤含水量变化对土壤呼吸强度的影响

通过室内培养实验来评估土壤含水量的变化对土壤枯落物层、不同深度土壤层及DOC淋失后的土壤呼吸的影响.采集安塞纸坊沟31a刺槐林土样及林下混合枯落物,通过碱液吸收法测定100％,20％和2％含水量条件下3个深度土样(20,40和60 cm);去除DOC土样(仅100％含水量条件下);3种处理枯落物混合土样(林下混合枯落物、刺槐枯落物和草本类枯落物)培养过程中CO2的累计释放量.结果表明,100％和20％含水量条件下各深度土壤CO2释放量为20 cm土样＞60 cm土样＞40 cm土样;20 cm土样去除DOC后CO2释放量明显减少,40 cm明显增加,60 cm没有明显变化;混合枯落物土样在l00％含水量条件下CO2释放量最高;20％和2％含水量条件下刺槐枯落物CO2释放量明显大于草类,而100％含水量条件下草类枯落物略大于刺槐枯落物.研究证明土壤含水量对SOC组分含量和枯落物种类不同的土壤层呼吸强度存在差异性影响,强降水对DOC的淋失可造成表层土壤呼吸的减弱.