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。     

Dynamic study of infiltration rate for soils with varying degrees of degradation by water erosion

Ultisols, widely distributed in tropical and subtropical areas of south China, are suffering from serious water erosion, however, slope hydrological process for Ultisols under different erosional degradation levels in field condition has been scarcely investigated. Field rainfall simulation at two rainfall intensities (120 and 60 mm/h) were performed on pre-wetted Ultisols with four erosion degrees (non, moderate, severe and very-severe), and the hydrological processes of these soils were determined. The variation of soil infiltration was contributed by the interaction of erosion degree and rainfall intensity (p < 0.05). In most cases, time to incipient runoff, the decay coefficient, steady state infiltration rate, and their variability were larger at the high rainfall intensity, accelerating by the increasing erosion severity. Despite rainfall intensity, the infiltration process of Ultisols was also significantly influenced by mean weight diameter of aggregates at the field moisture content, soil organic carbon and particle size distribution (R² > 30%, p < 0.05). The temporal erodibility of surface soil and soil detachment rate were significantly and negatively correlated with infiltration rate (r < -0.32, p < 0.05), but less significant correlation was observed between sediment concentration and infiltration rate for most soils, especially at the high rainfall intensity. The variation of surface texture and soil compactness generated by erosion degradation was the intrinsic predominant factors for the change of infiltration process of Ultisols. The obtained results will facilitate the understanding of hydrological process for degraded lands, and provide useful knowledge in managing crop irrigation and soil erosion.     

基于HYDRUS-1D的不同质地土壤入渗过程数值模拟

基于HYDRUS-1D软件,对不同土质(淤泥、粉砂壤土、砂质粘壤土)的灌溉方案进行了系统的数值实验,模拟灌溉结束时及灌溉结束24 h之后的土壤剖面含水量和土壤湿润锋的变化情况。结果表明:在不产生径流的情况下,灌溉结束24 h后土壤的含水量分布和湿润深度只与土壤种类和灌溉量有关,与灌溉速度无关;对透水性较好的土质,灌溉水分重分布明显,以粉砂壤土灌溉速率0.7 cm·h~(-1)和灌溉时间3 h为例,灌溉结束时和灌溉24 h后土壤湿润深度分别为9.2 cm和20.6 cm,有55.3%的灌溉水参加了水分重分布;土壤湿润深度与灌溉量之间存在线性关系,拟合直线的斜率介于5.15(淤泥)和5.95(砂质黏壤土)之间。     

绿肥压青粉垄保护性耕作对土壤水分入渗及其后延效应的影响

研究绿肥压青下粉垄耕作稻田土壤水分入渗规律对完善稻田保护性耕作体系具有重要意义。2016-2017年,在广西农业科学院试验田设置粉垄保护性耕作与单免保护性耕作两种耕作模式,并设不施肥、常规施肥、单倍绿肥压青和双倍绿肥压青4种施肥处理,然后分别于早稻、晚稻收获后用土壤紧实度仪及单环入渗法测量稻田土壤紧实度及稳定入渗速率,并于晚稻水稻收获后用环刀法测定土壤容重,以了解绿肥压青下粉垄保护性耕作对当季稻田土壤入渗的影响,并就其对后季稻田的后延效应影响进行研究。结果表明,绿肥压青下粉垄保护性耕作对当季和后季稻田0-15cm土壤紧实度的影响不明显,但是可以显著降低15-30cm土壤紧实度。同时显著降低了当季及后季土壤表层及耕层的稳定入渗率,使土壤入渗能力降低,提高了土壤容重,降低了土壤孔隙度,使土壤密实。绿肥压青下粉垄保护性耕作可显著降低后季稻田土壤稳定入渗率和紧实度,对土壤结构及水分入渗的后延效应明显。     

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。     

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。     

有机肥配施保水剂对紫色土水分入渗及氮素淋溶的影响

以有机肥、保水剂(聚丙烯酰胺PAM、高分子吸水树脂SAP和沃特)为供试材料,通过室内土柱模拟试验,研究有机肥配施保水剂对紫色黏土水分入渗及氮素淋溶的影响。结果表明:有机肥配施保水剂可有效增加土壤的保水保肥能力,是控制土壤水分和养分淋失的有效措施。单施有机肥和有机肥配施保水剂均降低了湿润锋运移深度和入渗速率。与对照相比,单施有机肥和有机肥配施保水剂处理的湿润锋运移深度降低了33.33%～46.49%,入渗速率降低了22.73%～31.82%,累计淋溶液体积降低了1.25%～6.78%。施用有机肥有一定增肥保肥能力,但随淋洗次数增加保肥能力逐渐降低,与对照相比,在持续淋溶条件下单施有机肥的硝态氮和全氮累计损失率分别升高了12.00%,17.51%。有机肥配施保水剂可有效减少氮素淋失量,降低氮素淋失率,提高土壤保肥能力。与施用有机肥相比,有机肥配施保水剂硝态氮损失率降低了35.49%～78.46%,全氮损失率降低了35.53%～71.85%,其中有机肥配施PAM处理保水保肥效果最好。     

土壤入渗参数的估算方法及其变异性研究进展

土壤入渗参数是地面灌溉中灌溉制度制定、灌水质量评价的重要依据。此文总结了目前地面灌溉中常用的土壤入渗模型,并对入渗参数的各种估算方法做了详述,探讨了各种方法的优缺点,综述了土壤入渗参数的变异性及其对灌水质量的影响,指出了土壤入渗参数估算及其变异性分析中存在的问题,为今后揭示土壤入渗参数的反演及其变异规律提供参考。     

九仙山小流域不同植物群落土壤蓄水功能研究

采用森林水文学研究方法,对九仙山小流域不同植物群落的土壤水分贮存与入渗特征进行研究。结果表明:1)森林群落具有显著提高林地土壤孔隙度、土壤贮水量和土壤入渗速率的作用,其中麻栎林要好于侧柏林、刺槐林、杨树林,而枣树林最差;2)有林地的土壤入渗率明显高于荒草坡地,说明不同森林群落具有改善土壤入渗性能的作用。其中侧柏林提高土壤入渗速率的幅度最高,随后是麻栎林、刺槐林、杨树林,最差的是枣树林;3)Horton模型比较适用于模拟研究区的土壤入渗过程,但通用幂函数模型和Philip模型的适用性较差。