利用线源入流测量方法对土壤入渗影响因素的研究

土壤入渗过程是农田水分循环的重要组成部分,其准确测量对设计与管理灌溉系统、研究降雨产汇流过程等有重要意义。土壤入渗过程受土壤本身及地表情况等很多因素的影响。本文利用线源入流测量方法研究了土壤初始含水量与地表坡度对土壤入渗过程的影响。室内试验选用壤土,设计了3组初始含水量(风干土、8.22%和16.3%)和3组地表坡度(0°、5°和15°),观测得到较为准确的土壤初始入渗过程。试验结果发现:3组含水量中8.22%的处理土壤入渗性能最高,稳定入渗率为39.8 mm·h~(-1);土壤坡度对入渗过程的影响不大,3组坡度的土壤稳定入渗率分别为43.1、51.7 mm·h~(-1)和52.8 mm·h~(-1)。分析认为可能由于土壤太高或太低的含水量会导致水力梯度的降低或土壤团聚体的破坏而降低土壤入渗率。土壤初始含水量对入渗过程的影响还需在不同土壤类型进行试验而得到验证。     

不同耕作措施对旱地农田土壤物理特性的影响

通过在山西寿阳地区设置的田间试验,分析比较秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕和常规耕作等4种耕作措施不同时期土壤紧实度、容重、入渗速率、土壤含水量以及土壤温度的变化情况,以了解各耕作措施对旱地农田土壤物理特性的影响程度。结果表明,秸秆还田措施除引起旱地农田土壤入渗速率显著降低外,其他物理特性与常规耕作基本一致;免耕覆盖措施对旱地农田土壤物理特性的影响最大,可导致0~10 cm表层土壤紧实度和容重显著增加,土壤入渗速率在播前显著降低,但随着生育期推进与其他处理间差异逐渐减小,蓄水保墒效果显著,同时会引起土壤温度显著降低,播前较常规耕作平均降低2.0℃;浅旋耕措施则在改善表层土壤紧实度,增加土壤入渗速率方面较秸秆还田和免耕覆盖措施要好,土壤含水量显著高于其他处理,较常规耕作措施平均能提高10%,但同时会引起40~60 cm土层土壤容重增加。     

降雨强度对农业耕作措施水土保持作用的影响

利用人工模拟降雨试验，研究不同降雨强度下，不同农业耕作措施坡地水土流失特征。试验设计的坡地坡度分别为5°和15°，降雨强度分别为60、90、120 mm·h^-1；耕作措施分别为等高耕作、人工掏挖和人工锄耕，以相同坡度的平整坡地作为对照。结果表明：（1）随着降雨强度的增大，各耕作措施坡地产流量显著增大1.51倍以上，最大增加幅度为等高耕作坡地的2.28倍。而坡地产沙量在降雨强度较小时增加不显著，当降雨强度增大到120 mm·h^-1时，坡地产沙量显著增大；（2）与平整坡地相比，等高耕作在3个降雨强度下都具有明显的减流效益，减流量均大于15%，而人工锄耕和人工掏挖却不明显；（3）在5°坡地上，等高耕作和人工掏挖在3个降雨强度的减沙效益均大于25%，而人工锄耕减沙效益不明显；在坡度为15°、降雨强度为60 mm·h^-1和90 mm·h^-1时，人工锄耕和人工掏挖减沙效益与降雨强度关系无明显规律，在降雨强度为120 mm·h^-1时，3个耕作措施都不能有效降低坡地产沙量。可见，水土保持农业耕作措施具有降低坡地产流量的作用，而对于坡地产沙的作用存在明显差异，在大坡度和大降雨强度下，不仅不能降低坡地产沙，反而加剧坡地土壤流失。     

豫西黄土坡耕地保护性耕作保水效果研究

采用田间模拟小区和田间自然小区试验相结合的方法,研究了不同处理条件下降雨入渗、休闲期降水的贮蓄率、不同土壤层次间接纳降水的增量、冬小麦产量及水分利用效率等因素。研究结果表明,保护性耕作有延缓径流,增加降雨入渗的作用,其稳定入渗率是保护性耕作的1.22～6.67倍,在降雨强度为68mm/h时其地表产生径流时间比传统耕作晚6～15min;免耕和深松处理土体内的含水量、接纳降水的能力明显高于传统耕作,休闲期两个处理降雨贮蓄率分别比对照高出6.5%和7.4%,冬小麦产量分别高17.78%和16.1%,水分利用效率分别高1.52kg/(mm·hm2)和1.00kg/(mm·hm2)。     

农业生产活动对黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的影响

通过在坡度为20°耕地和荒草坡面对降水、土壤水密集观测,结合模拟降雨实验,从降雨入渗、蒸散发等过程分析讨论了影响黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的主要因素。结果表明:1)降雨入渗量△S主要受控于雨强和降雨量,坡耕地的入渗量随着雨强增加而衰减的速度快于荒坡,坡耕地有利于中等雨强大雨的下渗,雨强增大时两坡面的降雨转化率逐渐接近,且植被的再分配作用凸显,甚至使短历时暴雨时坡耕地的入渗速度低于荒坡,长历时的大、暴雨或连续降雨利于深层入渗,坡面耕作或在裸地上种植冰草后降雨转化率增约50%;2)7月～10月上旬为土壤水补给期,土壤水分在枯水年及平水年处于负平衡,在丰水年获得补给,最终以蒸散发消耗;3)荒地主要耗水层在20cm,耕地土壤水分活跃层及作物主要耗水层延伸至30cm。总体上,农作物增大蒸散发量、增加土壤水分利用深度,农业生产活动对减少降雨径流、增加土壤水资源量、强化水分小循环有重要作用。     

旱地保护性耕作地表径流和土壤水分平衡模型

在田间试验和对现有径流模型及土壤水分平衡模型改进的基础上，建立了适用于保护性耕作的地表径流和土壤水分平衡模型。该模型以日为步长，根据气象数据、土壤水分状况、作物生长发育及耕作管理措施，模拟不同耕作管理体系下地表径流和田间水分平衡的变化。针对保护性耕作的特点，主要对径流曲线数字(USDA—Curve Number)法进行了改进，在PERFECT模型的基础上增加了坡度和降雨强度两因素的影响，从而使模型较全面地考虑了残茬覆盖、耕作、坡度及降雨强度等多种因素对径流的影响；采用简单实用的Priestley—Taylor公式计算潜在蒸散量，并考虑作物覆盖与残茬覆盖对土壤蒸发与作物蒸腾的影响。通过田间径流试验和根层有效贮水量测定数据的验证，证明了地表径流和土壤水分的模拟值与实测值比较接近。     

不同耕作方式对黄土高原旱地麦田土壤物理性状的影响

通过冬小麦田间试验,研究了免耕、深松、翻耕三种不同耕作措施对土壤物理特性的影响.结果表明:冬小麦收获时,免耕与其它处理相比,增大了土壤容重、土壤硬度,其土壤干筛法＞0.25 mm团聚体含量比深松和翻耕每层平均增加3%和5%,但较冬小麦耕作处理前每层平均下降5%;免耕条件下,湿筛法＞0.25 mm团聚体含量比深松和翻耕每层平均增加11%和32%,较冬小麦耕作处理前每层平均下降42%;免耕可增加土壤蓄水量,收获期土壤蓄水量为373.1 mm,较深松和翻耕提高17%和8%;随着降水量的增加,冬小麦收获期水分入渗速率逐渐减少;且不同耕作方式水分入渗速率为免耕>深松>翻耕.     

黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应

在陕北米脂试验站设置了野外10 m地下大型土柱,分别利用BLJW-4小型综合气象观测站、CS650-CR1000自动监测系统对降雨状况和土壤水分状况进行长期连续定位观测,分析黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应。结果表明:(1)黄土丘陵区降雨可以划分为3种类型:快速蒸发型降雨(P≤13 mm)、缓慢蒸发型降雨(13 mmP26 mm)、入渗主导型降雨(P≥26 mm)。其中快速蒸发型降雨、缓慢蒸发型降雨在裸露地表情况下仅能引发浅层土壤的降雨入渗响应(Z_(rapid)≤30 cm, 30 cmZ_(slow)60 cm),不能对深层干化土壤形成有效的水分补给;而入渗主导型降雨则能够引发深层干化土壤的降雨入渗响应(Z_(infiltration)≥60 cm),能够促进干化土壤得到水分修复。(2)0～90 cm土层为降雨入渗、蒸发循环层,该深度范围土壤受降雨、蒸发作用影响强烈,土壤水分呈现频繁增、减波动;90 cm以下土层为降雨入渗主导层,该深度范围内土壤不再受蒸发作用影响,土壤水分呈增加趋势。(3)入渗主导型降雨年最大入渗深度在140～160 cm,雨后上层土壤水在蒸发作用下69～435 h恢复至雨前水平。裸露地表状况下,多年累积降雨能够促进深层干化土壤产生入渗响应,2014—2019年干化土壤对于自然降雨的入渗响应深度依次为180、220、400、700、900 cm及1 000 cm。     

毛乌素沙地南缘保护性耕作措施对土壤物理性质的影响

为了探讨不同保护性耕作措施在毛乌素沙地南缘的区域适应性,从2004开始,以靖边县北部风沙区农田为研究对象,选用了免耕、秸秆覆盖、覆膜和传统翻耕(CK)4种措施,采用完全随机试验设计进行了田间定位试验研究。比较分析了4种措施下土壤物理性质的变化规律。结果表明,秸秆覆盖和免耕地的地温在春播初期略比传统翻耕低0.1℃,但随后迅速回升,覆膜在玉米生长期都高于其他措施。耕作措施对播种前土壤容重没有显著影响,而对收获后土壤容重影响显著,与传统翻耕相比,免耕降低了表层土壤容重2.3%,但次层20~40 cm容重增加了1.8%。3种保护性耕作措施均增加了土壤含水量,顺序依次为秸秆覆盖>覆膜>免耕>翻耕,且在作物需水关键期免耕和秸秆覆盖下的土壤含水量相对稳定。免耕和秸秆覆盖措施下初始入渗率和稳定入渗率都高于翻耕,而覆膜低于翻耕。保护性耕作措施改善了土壤物理性质,适于在该风沙区推广。     

内蒙孪井灌区地下水补给及水资源优化配置研究

系统分析了内蒙孪井灌区的水文地质条件和包气带水文地质特征,对地下潜水深埋区降雨(灌溉)入渗补给的滞后性进行了分析,估算出了孪井灌区降雨(灌溉)入渗补给的滞后时间;建立水资源优化配置模型,利用GAMS软件优化种植结构,减小整个灌区的灌溉入渗量;最后利用VisualMODFLOW软件预报了现状灌溉和优化灌溉条件下的地下水水位。研究表明:深厚包气带对降雨(灌溉)入渗补给具有明显的滞后分配作用,孪井灌区岩性下的入渗补给滞后时间约为240-360d;实行水资源优化配置后,由于灌溉入渗量减小,水位上升幅度明显减小,减缓了土壤盐渍化的发展进度,但是仍然存在土壤次生盐渍化问题,必须改变现行灌水方式或者采取适宜工程措施加以防治。     

黄土坡耕地地表微地形空间变异性研究

以黄土高原普遍采用的人工锄耕、人工掏挖和等高耕作等管理措施的坡耕地为研究对象,利用半方差方法分析了不同耕作措施下坡面相对高程空间变异结构特征,以期为开展数值模拟坡面微地形的研究提供理论支持.结果表明:不同耕作措施下坡面相对高程具有较强的空间相关性,依次为等高耕作＜人工掏挖＜人工锄耕;人工锄耕与人工掏挖坡面具有自相似性特...     

京津水源区坡耕地土壤侵蚀特征分析

坡耕地是保障粮食安全与经济发展的重要资源.本文利用承德市南山径流场资料对不同坡长下径流深、含沙量及侵蚀量进行对比分析,结果显示:坡长和降雨强度都对土壤侵蚀有影响,随着坡长变化,导致土壤侵蚀量变化的两个主导因素不断变换.雨强小于0.25 mm/min时,坡面土壤侵蚀模数随坡长的增加而增大;雨强大于0.25mm/min时,随坡长的增加先增大后减小,最大侵蚀量总是出现在22 m坡长范围内.径流深均值与侵蚀量增量随坡长变化趋势一致,含沙量均值变化与雨强关系密切.所以治理京津水源区坡耕地水土流失,应在22 m坡长以内采取等高植物篱等措施,既可降低工程投入,又减少坡面土壤流失,提高土地生产力.     

耕作措施对玉米田耕层土壤微生物群落功能多样性的影响

为研究秸秆还田基础上不同耕作措施对土壤微生物群落功能多样性的影响，本文以渭北旱塬玉米田为研究对象，采用Biolog-ECO方法研究了6种耕作措施，即连年翻耕（C/C）、连年免耕（N/N）、连年深松（S/S）、免耕/深松隔年轮耕（N/S）、翻耕/免耕隔年轮耕（C/N）和深松/翻耕隔年轮耕（S/C）对土壤微生物碳源代谢能力的影响。结果表明，不同耕作措施下碳源代谢活性（AWCD）随培养时间的延长均逐渐增加，免耕、少耕的各耕作处理下碳源代谢活性较C/C处理显著提高了12.70%~54.54%，其中N/S和N/N处理的微生物多样性指数（丰富度指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数）显著高于C/C处理。主成分分析对第1和第2主成分起分异作用的主要碳源是氨基酸类、糖类和羧酸类物质，且是该地区土壤微生物利用的主要碳源。冗余分析表明有机碳（SOC）是影响微生物碳源代谢特征的主要因素。研究表明，从微生物群落碳源代谢角度考虑， N/S处理下的土壤微生物活性和功能多样性较高，是适宜该地区的耕作措施。     

渭北旱地小麦留茬深松膜侧沟播耕作技术体系研究

试验结果表明,留茬、深松、膜侧沟播是融“深松储水效应”、“残茬覆盖保水增肥效应”和“起垄覆膜沟播聚水、保水、增温、透光效应”于一体的旱地小麦机械化保护性耕作技术体系,具有极好的生态效益、社会效益和经济效益;夏闲期留茬覆盖、深松耕可把占小麦全生产年度50％的夏闲期降水最大限度地蓄积并保存于土壤之中,较传统翻耕法多蓄水76.2mm,蓄水率达50％以上;在夏闲期多蓄水的基础上,种麦时再应用起垄覆膜沟播技术,既可以把夏闲期蓄积到土壤中的水分最大限度地保住,又可把小麦生育期的降水量最大限度地蓄住,加之地膜覆盖的增温效应,从而使旱地小麦的水、热条件明显改善,达到既增产增收,又保水保土的效果。     

耕作方式对灌耕灰钙土耕层物理性质和玉米产量的影响

为探讨不同耕作措施对甘肃引黄灌区灰钙土土壤物理性状和玉米产量的影响,于2014—2017年在连续翻耕8 a的玉米田设置翻耕（CT）、旋耕（RT）、深松（ST）、免耕（NT）等4个单一耕作处理和翻耕-免耕（CT-NT）、深松-免耕（ST-NT）等2个轮耕处理。结果表明：RT处理0～10 cm和10～20 cm土层容重4个年度均是最低,与CT处理相比,第4年（2017）显著降低了8.70%和5.56%（P<0.05）;ST、NT、CT-NT、ST-NT处理20～30 cm和30～40 cm土层土壤容重随年份呈降低趋势,与CT处理相比,第4年（2017）显著下降了4.38%、3.16%、9.25%、7.54%和11.11%、5.56%、6.00%、11.11%;CT和RT处理显著降低了0～20 cm土层孔隙度,与CT相比,ST、CT-NT、ST-NT处理20～30 cm和30～40 cm土层土壤孔隙度在第4年（2017）显著增加了4.42%、9.60%、7.78%和14.18%、7.51%、14.18%;不同耕作处理均可降低0～45 cm土层土壤紧实度,与试验前（2014）相比,ST和...     

黄土高原春玉米保护性耕作农田土壤养分时空动态变化研究

试验以传统耕作(CT)为对照,连续3 a研究了保护性耕作(NT),传统耕作+秸秆还田(TS)处理下黄土高原春玉米田土壤养分含量的动态变化。结果表明,与传统耕作相比,保护性耕作处理各土层土壤有机质含量随春玉米生育期推进呈上升趋势,其中收获后耕作层土壤有机质含量增加明显;保护性耕作使得土壤碱解氮有向表面富集的趋势,保护性耕作下土壤速效磷略显增加趋势,其中在玉米收获后表现较明显,且较TS和CT处理差异显著;速效钾含量保护性耕作处理要显著低于其它处理,但有增加趋势。     

半干旱区夏闲期不同耕作方式对土壤水分及小麦水分利用效率的影响

在宁南旱平地进行了夏闲期深松、免耕及传统翻耕(对照)对土壤水分及后作冬小麦水分利用效率影响的研究结果表明,夏闲期深松和传统翻耕能有效地蓄雨保墒,提高旱平地冬小麦播前的土壤贮水量,深松和翻耕土壤蓄墒率极显著高于免耕处理,深松处理较翻耕高0.79%；夏闲期末深松处理0～200 cm土壤贮水量(310.78 mm)分别较免耕、传统翻耕高8.23 mm、1.61 mm.深松和免耕较传统翻耕显著改善了冬小麦苗期的土壤水分状况,对越冬期0～60 cm耕层土壤水分状况的改善有利于冬小麦的越冬.苗期0～200 cm土壤贮水量深松、免耕分别较传统翻耕(351.05 mm)高35.9 mm、28.8mm,不同的耕作处理对后作冬小麦苗期的土壤水分影响差异主要在80 cm以上土层.冬小麦返青期降雨主要使0～80 cm土层土壤贮水量有所增加,处理间的差异减小.夏闲期深松处理能有效地增加对降雨的蓄保能力,提高旱地冬小麦播前及整个生长阶段0～200 cm的土壤贮水量.不同耕作方式的冬小麦产量以夏闲期翻耕处理最高(3 475.9 kg/hm2),与深松处理(3 322.0 kg/hm2)无显著差异,免耕显著低于其它2种耕作处理；水分利用效率以翻耕最高[14.12 kg/(hm2·mm)],深松次之[13.62 kg/(hm2·mm)],免耕处理显著低于前二者[10.64 kg/(hm2·mm)].     

Effects of structural and depositional crusts on soil erosion on the Loess Plateau of China

Conventional tillage practices used on the Loess Plateau lead to different soil surface micro-topography which results in forming two types of soil crusts. The objective of this study was to explore the formation position, properties and erosion characteristics of structural crusts and depositional crusts under the influences of the microtopography in the rainfall experiments. Two simulated rainstorms were applied in the experiments. The first rainfall event was used for soil crust formation, then the following simulated rainfall storms at 40 mm h^?1, 60 mm h^?1, and 80 mm h^?1 rates were applied to the soil boxes set to a 17.6% (10°) slope under three tillage types (contour tillage, artificial digging, and straight slope conditions) to investigate the resulting runoff discharge rate and sediment yield on crusted soil surface. Results show that: (1) structural crusts formed on the mounds, and depositional crusts formed in the depressions after the first rainfall events; structural crusts exhibit a lower thickness, bulk density, higher porosity and shear strength than depositional crusts; (2) structural crusts increased the runoff yield less and decreased the sediment yield more than depositional crusts; and (3) the runoff yield was significantly greater, and the sediment yield was lower on the crusted soil surface than that on the uncrusted soil surface, regardless of the effect of the tillage treatments.