前期土壤含水量对坡面产流产沙特性影响的模拟试验

为了研究黄土区降雨前期土壤含水量对不同土壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响,采用室内降雨模拟试验方法,探讨了前期土壤含水量从风干土状态至近饱和条件下填土和砂黄土坡面降雨入渗、产流产沙的特征.研究结果表明:在雨强(80mm/h)和坡度(10°)较大情况下,前期土壤含水量对塿士坡面产流时刻、入渗和产流过程影响不明显;砂黄土坡面产流时刻受前期土壤含水量影响显著,随着前期土壤含水量的增大先延长后缩短,其极差值达到28.91min:前期土壤含水量在风干土～10%和15%～25%两段范围内,砂黄土坡面入渗产流规律差异十分显著.基于土壤水分累积入渗过程特征,填土前期含水量可分成"三区",砂黄土则可分成"两区";利用前期土壤含水量与坡面土壤流失量的二次多项式关系,分别确定出壤土和砂黄土坡面土壤流失量最少的前期含水量值为11.25%和12.74%,为黄土区坡地水土管理提供理论依据.     

基于物理化学调控方法的水分时空分布试验

利用室内人工降雨试验,采用3因素3水平正交试验设计方案,研究物理化学调控方法实施情况下坡面土体中水分的时空分布状况。结果表明,物理调控方法可以调节降雨在坡面上的空间分布状况,在同一坡度条件下,面积比为1:2和1:1的处理的湿润锋尾部变化梯度及湿润锋深度均大于面积比为0:3的处理,且湿润锋分布的均匀程度较高。文中使用的入渗率计算公式可真实反映沿坡面各点的入渗率变化过程,入渗量计算公式可计算出降雨入渗量,且精度较高。化学调控方法由于能够维持土壤的物理结构,可以提高土壤的早期降雨入渗率,并增加入渗区上部的降雨入渗量,进而缩小坡面各点的水分分布差异。物理化学调控方法在坡面上配合使用可以提高降雨利用率,但其实际应用效果仍需进一步研究。     

黄土高原风蚀水蚀交错区农田生物结皮对土壤渗透性的影响

为了明确黄土高原风蚀水蚀交错区农田生物结皮的分布状况及其对土壤渗透性的影响,本文以该区农田（春玉米）土壤自然发育的生物结皮为对象,通过野外调查,探索了该区农田生物结皮盖度及组成。并在此基础上,以裸土为对照,采用环刀法和双环法测定了土壤水分入渗参数,研究了农田藻结皮及藓结皮对土壤渗透性的影响。结果表明：风蚀水蚀交错区水浇地和旱地中均有生物结皮分布,平均盖度为42.11%,其中藻结皮盖度为33.74%,藓结皮盖度为8.37%。生物结皮显著降低了农田土壤饱和导水率,与裸土相比,藓结皮和藻结皮覆盖下土壤0~5 cm土层土壤饱和导水率分别降低55.14%和23.54%;藓结皮使土壤的稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别显著降低了51.11%、47.71%和46.50%,藻结皮使土壤的稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别降低了 25.56%、21.10%和 20.91%,但与裸土差异不显著。藓结皮的形成能够降低农田土壤砂粒含量,提高土壤黏粒含量,进而降低农田土壤渗透性。综上,生物结皮的形成导致了农田土壤渗透性的降低,这可能会进一步影响农作物对土壤水分的有效利用。     

中国土壤重构及其土水特性研究进展

土壤是土地生态系统的基底和基础,土壤重构对土地复垦、土地质量提升和生态环境恢复等具有重要意义。本文采用文献分析法和对比分析法,分析了我国土壤重构基本概念与内涵、土壤重构技术及其土水特性运行机理。根据研究对象、研究目的、填充材料和关键技术的对比分析,认为土壤重构与土体有机重构两者的概念与内涵存在交叉和包含关系,两者研究对象及目的均为损毁土地及缺陷土地的再生利用及其生态系统恢复,关键技术侧重土壤剖面结构和功能的重构;重构材料属于包含关系,土体有机重构填充材料多为有机物和生物材料,包含矿区副产品等。根据土壤损毁的特征,将土壤剖面重构类型分为功能退化型、土层损毁型、土层结构紊乱型和土层污染型。土壤重构材料的选取应因地制宜;土壤重构施工技术应更多关注如何减少对土壤结构的破坏和降低压实度,从而减轻对表土的破坏并提高土壤生产力。土壤重构主要针对矿区土地复垦,其对土水特性的影响侧重于模型模拟和土壤的保水性,重构后的土壤对土壤中水分和溶质运移有一定的阻碍作用,不利于降水入渗补给;土壤重构研究还应关注不同土壤重构模式下短时间序列土壤水分运移及其机理。针对目前土壤重构技术发展现状,建议今后深入开展土壤重构的生态材料研发、土壤与其他要素耦合机理、全过程监测和信息化技术融合、农区土壤重构和城市景观重构等方面的理论与技术研究。     

单点源入渗土壤水分运移室内试验

通过室内滴灌试验对滴灌情况下土壤中的水分运移情况进行观察和含水率变化测定。结果表明,在同一滴头流量下,滴灌所得水平湿润锋X与Y方向上的运移速率一致,且水平湿润锋形状呈圆形分布;在不同滴头流量下,其水平湿润锋在同一方向上的运移速率随着流量的增加而增大,灌溉结束后的湿润锋距离也随着流量的增大而增大,且湿润锋的距离与时间呈幂函数关系;在垂直方向上,滴灌入渗深度随着流量的增大而增大,不同深度土壤的含水率变化前期与时间呈对数函数关系,随着水分再扩散过程的进行,含水率整体下降且最终趋于稳定。     

不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

阴山北麓不同林分类型土壤持水性能研究

为分析阴山北麓内蒙古武川县林地持水量和固持水土的能力，以当地柠条、油松、沙棘、油松×柠条混交林、沙棘×柠条混交林5种典型人工林林分类型为研究对象，测定了土壤物理性质、土壤水分入渗以及水分贮存特征值等指标。结果表明：不同林分类型的土壤物理特征存在显著差异（P＜0.05）。容重表现为沙棘最大（1.452 g·cm-3），油松最小（1.042 g·cm-3）；非毛管孔隙度的排序为油松＞油松×柠条混交林＞沙棘×柠条混交林＞沙棘＞柠条。各林分达到稳渗的速率与非毛管孔隙度的排序相一致，各样地的稳渗速率在0.47~1.32 mm·min-1之间，土壤入渗回归方程拟合效果较好。只有油松纯林和油松×柠条混交林更接近考斯加柯夫公式中的系数1/2。混交林地比纯林地对水分的贮存能力高，而油松×柠条乔灌木混交林比沙棘×柠条灌木混交林的最大持水量高112.8 t·hm-2。在阴山北麓地带更适合种植油松×柠条类的乔灌木混交林，乔灌木混交林能更加有效地提高林地持水功能。     

不同耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响

为探讨耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响,2016年6—9月在内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗试验区设置3种耕作方式深松(SS)、免耕(MG)及常规耕作(CK),分别采集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层的土样,对土壤容重、含水量、土壤渗透速率及土壤孔隙度进行调查。结果表明：3种耕作方式土壤容重及含水量均表现为SS>CK>MG；土壤入渗特征表现为初始入渗率>平均渗透率>稳定入渗率；土壤入渗速率及累计入渗量表现为SS>CK>MG；土壤孔隙度以SS处理下最高且随着月份的增加土壤孔隙度降低。主成分分析表明,初始入渗速率和渗透总量对不同耕作方式最为敏感,可以作为考察东北黑土区农田耕作效应与缓解黑土地退化的评价指标。由综合得分可知,不同耕作方式下土壤性能优劣表现为SS>MG>CK。综上,深松耕作可以有效的降低土壤容重,提高土壤含水量,促进土壤渗透能力；免耕更有利于水分的保持,降低土壤的无效蒸发。     

层状非均质包气带渗透性特征及其对降水入渗的影响

不同的岩性界面影响了降水在包气带中的入渗、运移与再分布过程,其影响机制仍是有待研究的学科前沿问题。针对上述问题,基于层状非均质包气带6 m×4 m×5 m样方,开展了多场次自然降水入渗过程的原位试验监测,研究结果表明层状非均质结构对降水入渗过程和速率影响明显:(1)地层分界面处土壤含水率呈现陡降变化特征;(2)220 cm深度以上包气带中土壤含水率对降水入渗响应变化敏感,呈含水率陡变的多峰谷式脉冲响应变化特征,其中20～100 cm地层土壤含水率变化幅度为22.58%～29.76%,120～200 cm地层土壤含水率变化幅度为13.74%～20.74%;220 cm深度以下包气带中土壤含水率对降水入渗响应滞缓,年内呈现平缓单峰响应变化特征,反映了多场次降雨的累积效应,其中220～400 cm地层土壤含水率变化幅度为2.3%～12.15%,430～460 cm地层土壤含水率变化幅度为2.5%～3.41%;(3)层状非均质结构阻滞了水分的运移(湿润锋通过亚砂土-粉砂界面时,平均运移速度由10.53 cm·d~(-1)下降为0.77 cm·d~(-1);湿润锋通过亚砂土-亚粘土界面时,平均运移速度由12 cm·d~(-1)下降为1.86 cm·d~(-1)),当岩性界面处水分不断蓄积克服阻力后才能向下运移;受上部界面水分蓄积的影响,下部层状非均质结构的阻滞作用将被减弱甚至不明显。     

棉秆隔层对土壤水分入渗及水盐分布的影响研究

采用室内土柱实验,研究了裸地、棉秆隔层表层放置、棉秆隔层15cm、30cm、45cm和60cm处放置6个处理的土壤入渗特征及入渗后土壤水盐分布,以期对盐碱地改良提供依据。结果表明：棉秆隔层的设置降低了土壤入渗速率和累积入渗量,有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗；秸秆隔层的设置降低土壤水分的蒸发,有利于隔层以下土壤水分的保持；各处理盐分均出现表聚,其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小。