基于稳定水同位素和原状土柱的贡嘎山原始森林暴雨入渗过程

在贡嘎山原始森林不同土壤质地的样地采集制备原状土柱,监测并分析2020年夏季2场暴雨期间入渗出流过程及出流水稳定同位素(δ¹⁸O)变化特征。结果表明：(1)海拔2 649 m的富含砾石的粉壤土样地A在8月6日和8月11日次降雨后平均总出流量(分别为4.14,14.61 L)比海拔3 000 m的粉壤土样地B(1.45,11.99 L)大。样地A的出流过程对降雨的响应也更敏感。(2)出流水的同位素变化幅度小于降雨同位素变化幅度,入渗过程中新旧水混合强烈。(3)2个样地出流水来源和运移路径的变化模式存在明显差异。样地A在初始降雨峰值时体现出极高的降雨贡献和快速触发的优先流路径,出流消退中逐步体现活塞流特征;样地B在相对缓慢的入渗过程中以活塞流为主导,新旧水交换程度更高。因此,较高的有机质和砾石含量以及较大雨强有利于优先流产生,优先流和活塞流的产生转变过程对于降雨强度变化有着快速响应,这对于流域的含水层补给和溶质运移等过程可能产生进一步影响。     

棉秆隔层对土壤水分入渗及水盐分布的影响

采用室内土柱试验,研究了裸地、棉秆隔层表层放置及棉秆隔层15、30、45、60 cm处放置6个处理的土壤入渗特征及入渗后土壤水盐分布。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了土壤水分的蒸发,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。研究结果可以为盐碱地改良提供依据。     

降水在厚层黄土非饱和带中流态转化过程的物理模拟

针对厚层非饱和带中水分运移难以观测、水分入渗方式存在争议的问题,文中将非饱和带中的渗流概化为水流过竖向串联,底部有小孔的—系列容器的水力过程.从实验和理论上证明了间歇性补给边界条件下,厚层非饱和带都有明显的流态转化,即由浅层为瞬态流转化为深层稳定流.浅层瞬态流带土层含水率受降雨和蒸发蒸腾的影响明显,含水率随时间变化;深...     

黄土半干旱区枣林深层土壤水分消耗特征

黄土区人工经济林普遍出现利用性土壤干层,制约着植被的恢复与重建。为了准确计算黄土半干旱区密植高产枣林(Ziziphus jujube Mill.)深层土壤(2 m以下)水分消耗量,采用根钻法(洛阳铲)分层获得从地表到细根分布最大深度范围内的土壤含水率。结果表明:枣林深层土壤水分消耗是一个逐渐加深、逐渐向下的过程。2、4、9和12 a生枣林深层土壤水分消耗量分别为0、29.6、149.9和155.7 mm,可再供水量分别为203.7、167.7、35.5和29.7 mm;枣林生长第9年后,2~4 m土层几乎没有可利用的水分,现有降水和滴灌已经不能满足枣树的耗水需求,枣林吸收土壤水分有向深处延伸的趋势。以降水入渗最大深度为上界、细根分布最大深度为下界计算的深层土壤水分消耗量,能更准确地评估林地利用性土壤干层的程度和深度。     

CT扫描分析秸秆隔层孔隙特征及其对土壤水入渗的影响

为阐明不同物理形态玉米秸秆建立的隔层对盐碱土壤灌溉水入渗特征的影响机制,该文采用室内模拟试验方法,在距地表40～45 cm处均匀铺设同一隔层厚度(5 cm)段状秸秆(SL)、颗粒状秸秆(SK)与粉末状秸秆(SF),以不埋设秸秆隔层为对照(CK),并利用CT扫描和图像处理技术,定量分析不同形态秸秆隔层内部孔隙度、孔隙大小分布、连通度等孔隙参数及其与灌溉水入渗特征之间的关系。结果表明:与CK处理相比,不同物理形态的玉米秸秆隔层均显著提高了40～45 cm隔层处总孔隙度,其中以SF处理最高,分别较CK、SL与SK处理显著提高了29.25、12.09与12.61个百分点(P 0.05),但SL与SK处理间差异不显著。SF处理在灌溉水入渗各阶段均显著增加了孔隙直径≤1 mm的孔隙度(P 0.05),入渗开始前、结束后分别较SL与SK处理提高了19.18、17.25和9.45、9.41个百分点,从而增大了封闭气体体积,导致灌溉水入渗速率较慢,而SL处理在灌溉水入渗开始前孔隙直径1 mm孔隙度较SK处理提高了1.04个百分点,但在入渗结束后SK处理孔隙直径1 mm孔隙度较SL处理显著提高,这种 1 mm大孔隙的变化导致SK处理出现湿润锋通过秸秆隔层耗时长于SL处理,而湿润锋通过隔层后至土柱底部耗时短于SL处理的现象。相关性分析结果表明:湿润锋通过秸秆隔层用时与入渗开始前、结束后隔层处总孔隙度、≤1 mm直径孔隙度均呈极显著正相关,与入渗前 1 mm直径孔隙度呈极显著负相关(P 0.01),而在入渗结束后这种大孔隙的作用减弱,但≤1 mm孔隙度的阻渗作用依旧显著,孔隙连通度对灌溉水入渗速率的影响较总孔隙度小。可见,不同形态玉米秸秆隔层均影响灌溉水入渗过程,CT扫描技术可作为定量研究秸秆隔层内部孔隙结构及其对灌溉水入渗影响机制的手段,该结果可为筛选和建立盐碱土壤最佳灌溉淋盐效果的物理形态秸秆隔层提供参考。     

涌泉根灌湿润体水氮运移特性试验研究

在陕北米脂山地微灌枣树示范基地原状土上进行了涌泉根灌肥液入渗试验,研究了湿润体特征值的变化规律及水氮运移特性.〖JP+1〗结果表明：涌泉根灌入渗能力随肥液质量浓度增大而增大,累积入渗量与入渗时间的关系符合Kostiakov模型;竖直剖面的水平和垂直方向上的湿润锋运移速度均随肥液质量浓度增大而增大,并与时间均呈良好的幂函数关系.肥液质量浓度越大,涌泉根灌相同时间内湿润体的湿润深度越深,相同位置处的土壤质量含水率越大.清水与不同肥液质量浓度的涌泉根灌土壤平均质量含水率分布规律类似,肥液质量浓度越大,相同土层深度的质量含水率越大.在一定施肥条件下,涌泉根灌肥液入渗相同深度处NO-3-N与NH+4-N质量比均随肥液质量浓度增大而增大,经过水分再分布,均于土层深度70 cm处接近本底值.     

蚯蚓粪对土壤团聚体组成和入渗过程水分运移的影响

通过室内土壤团聚体组成分析试验和土柱一维垂直入渗试验,探究蚯蚓粪对土壤团聚体组成、抗水蚀稳定性以及入渗过程中水分运移特性的影响。结果表明:(1)蚯蚓粪可以有效降低土壤容重,增加0.25~2 mm粒级大团聚体的数量,分形维数D从2.84减小至2.65,减小了6.69%,显著提高了土壤团聚体抗水蚀稳定性;(2)施加比例为1/20时,可以显著增加湿润锋的运移距离,而后随着施加比例的增大,湿润锋距离有不同程度的减小,但均大于未施加蚯蚓粪的处理,且各处理下的湿润锋运移距离与入渗时间的关系均可用幂函数描述;(3)蚯蚓粪比例的增大可以显著提高累积入渗量和稳定阶段的入渗速率,当施加比例为1/3时,累积入渗量较对照组增大48.74%;其中Kostiakov-Lewis模型对入渗过程的模拟准确度最高,也更接近实测值。     

陕西省子洲县黄土洼不同植被表层黄土入渗特性

[目的]揭示陕西省子洲县黄土洼不同植被表层黄土的水分涵养功能,为该区水土保持措施的科学配置提供科学依据。[方法]采用野外双环入渗试验和室内土壤粒度分析相结合的方法,研究黄土洼不同植被土壤入渗特性及其影响因素。[结果]研究区内平坦草地、斜坡草地、枣树林地和杏树林地的稳定入渗率分别为1.91,1.54,1.47和1.56 mm/min,淤积玉米地从上游的A样地(淤积玉米样地)到下游的F样地(淤积玉米样地)稳定入渗率总体变小,变化在0.69～1.1 mm/min之间,草地和林地比淤积玉米地的入渗率大。利用入渗经验公式进行拟合,拟合效果最好的为考斯加可夫模型,霍顿模型和经验通用公式拟合效果一般。[结论]研究区黄土层上不同植被表层土壤入渗率均高于淤积玉米样地,而在淤积玉米地内从上游到下游入渗率也在逐渐变小。     

不同土地利用方式峰丛坡地土壤入渗特征及其模拟

喀斯特峰丛坡地的水土过程基础研究相对短缺,阻碍了相关土壤水文机理认识和适合该区模型的构建。为探明峰丛坡地上土壤入渗性能及变化过程,提出适合峰丛坡地的土壤入渗模型,通过室内一维垂直入渗试验,研究了峰丛坡地上不同土地利用方式土壤的初渗率、稳渗率及平均入渗率,并利用Horton,Philip,Kostiakov及经验通用模型拟合其入渗过程并进行评价。结果表明:(1)峰丛坡地上灌木林地的土壤砂粒含量约占50%以上,土壤渗透性能较强,而梯田旱地黏粒含量较高、有机质含量低,土壤渗透性能较差。(2)不同土地利用土壤前期入渗率均较高,为1.33～3.17cm/min,随后入渗速率急剧下降82.2%～96.2%,在20min左右达到稳定入渗率。灌木林地的前期入渗率下降幅度最大,而裸石地和梯田旱地相对缓慢。(3)Horton模型适宜于描述喀斯特峰丛坡地的土壤入渗过程,Horton模型的初始入渗率和稳定入渗率与实测值较为接近,而Kostiakov和Philip模型的拟合值与实测值存在差距。本研究为进一步认识峰丛坡地土壤水分入渗机理及构建入渗模型提供了理论依据。     

岩溶山地植被恢复中碳酸盐岩红土入渗特征及其影响因素

退耕还林还草工程实施后岩溶山地林草植被结构明显改善,研究植被恢复中碳酸盐岩红土入渗特征对岩溶生态恢复有重要意义。采用盘式入渗法在不同植被覆盖(荒草、灌草丛和乔木)下分别测定不同负压水头(-0.5,-3,-6,-15 cm)的水分入渗特征,计算不同负压下非饱和导水率、土壤孔隙分布常数、各孔隙级别对水流的贡献率,明确不同植被覆盖碳酸盐岩红土入渗特性差异。结果表明:不同水头条件下荒草、灌草丛和乔木地的土壤稳渗率均随负水头增大而递增,且碳酸盐岩红土入渗达到稳渗状态所需时间较长(约120 min),在低水头下荒草地土壤稳渗率最大(0.17 mm/min),而在高水头下乔木地最大(9.17 mm/min);荒草、灌草丛和乔木地土壤饱和导水率K_s差异极显著(P0.01),乔木地土壤饱和导水率达到最大(4.62 mm/min),而K_3、K_6、K_(15)和Gardner α差异不显著,碳酸盐岩红土饱和导水率K_s仅受土壤有机质含量和土壤电导率控制;乔木地土壤大孔隙数量及其占比显著大于灌草丛与荒草地(P0.05),碳酸盐岩红土导水性能主要受土壤大孔隙对水流的作用控制(70%)。研究结果可为西南岩溶山地生态恢复和水资源承载力分析提供数据支撑和理论依据。