石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究进展

土壤水流和溶质运移一直是土壤学研究的热点,溶质运移理论主要应用于地下水污染、污染物运移、土壤重金属污染研究等方面。溶质主要通过优先流和基质流进行运移,影响溶质运移因素很多,主要包括土壤结构、质地、水力传导率、体积质量、初始含水量、根系、石砾等。石砾作为土壤质地中的一个分级单位,与溶质运移关系较为复杂。本文综合介绍了石砾基本内涵以及石砾对土壤水流和溶质运移影响研究进展;系统阐述了石砾内部参数(石砾覆盖度、含量、粒径、空间异质性等)和外部参数(根石结构、干湿冻融、耕作等),指出目前研究主要量化土壤表面及土壤表层石砾参数对水文效应、土壤侵蚀、入渗以及径流的影响,然而石砾参数对溶质运移影响研究不够系统,石砾参数与溶质运移关系研究尚处于初步阶段,对土壤深层石砾研究缺乏;归纳了石砾参数研究技术手段及模型;探讨了目前石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究存在的问题以及今后研究趋势。     

北京山区径流侵蚀过程及WEPP模型适用性评价

北京土石山区多发严重的土壤侵蚀甚至是泥石流,因此如何通过植被控制侵蚀,进而通过侵蚀模型预测预报侵蚀就显得十分重要。在北京山区简易径流小区内,人工模拟降雨5种雨强(5.7~75.6mm/h)、不同树种(油松、栓皮栎)及不同株行距(1.0m×1.0m,1.5m×1.5m),探究树冠特征和降雨特征对径流侵蚀过程的影响,以及WEPP模型对径流过程、总径流量和总产沙量的模拟效果。结果表明:(1)小雨下(总降雨量≤25.2mm)裸地与有林小区的累计径流量存在显著差异(p=4.9E-11),大雨下(总降雨量49.8,75.6mm)差异不明显(p=0.35),裸地与有林小区在总径流量和径流系数上并没有差异显著(p=0.81,0.44),LAI与雨强均显著影响总径流量;(2)裸地小区总产沙量为有林小区的1.70倍,但ANOVA分析显示二者之间差异不显著(p=0.13),覆盖度与产沙率SLR之间存在良好的指数关系SLR=e-0.02C;(3)WEPP模型在大雨下对径流过程的模拟更为准确,小雨下对产流时间的模拟较实际产流时间延后10~20min,累计径流量模拟值与实测值的差距随降雨历时增加而不断增加;(4)WEPP模型对总径流量和总产沙量的模拟效果较好(效率系数CE=0.61,0.91),各雨强下总径流量和总产沙量的模拟值分别是实测值的1.01,1.25倍。     

鹫峰国家森林公园土壤优先流现象分析

为研究鹫峰地区优先流强度与土壤发育程度之间的关系,采用室内原状土柱穿透曲线与野外染色示踪试验相结合的方法,分析鹫峰地区优先流现象。结果表明:(1)研究区有优先流现象发生,优先流类型主要是指流和大孔隙流。(2)发育程度较高和较低2种不同土壤优先流强度不同,低海拔发育程度较差土壤优先流现象越明显,强度更大;高海拔发育程度较好土壤则相反。(3)土壤表层0-30cm根系主要分布范围内,用Logistic模型进行曲线拟合得出,石砾含量对优先流影响不显著,这是因为在土壤表层0-30cm优先流强度受植物改良土壤作用明显。     

不同施肥管理对东北黑土区氮损失的影响

为了明确不同施肥管理的肥料利用率及其氮损失对环境的影响,采用自然降雨条件下土槽模拟试验方法,系统研究了在东北黑土玉米单作体系下不同施肥管理(尿素、秸秆还田和缓控释肥)在一次性施用条件下的农田氨挥发、氮径流淋溶损失及土壤硝态氮累积特性。结果表明:农民习惯施肥、秸秆还田施肥及控释肥氨挥发总量分别为26.1、24.2、23.9 kg N·hm-2,占化肥施用量的10.9%、10.1%、10.0%;氮径流淋溶损失分别占化肥施用量的1.4%、1.5%、0.9%,且以氮径流损失为主;土壤0~50 cm土层氮残留分别为42.2、42.3、54.6 kg N·hm-2。秸秆还田处理可以在保证产量的前提下,减少土壤氮残留、提高肥料利用率;控释肥在降雨量少的条件下氮残留相对较高,应适当降低施氮量。     

鹫峰地区林木根系和石砾对土壤水分运移速率的影响

石质山地森林生态系统林木根系和石砾形成复杂的综合体系,为量化根系和石砾对土壤水分运移的影响,文中以鹫峰国家森林公园为研究对象,利用室内原状土柱穿透试验分析根石结构对水分运移速率的影响。结果表明:土壤深度0~40cm范围内,随着根系体积和干重的增加,水分运移速率增加,相关系数分别为0.91和0.88;石砾含量增加时,水分运移速率呈现降低趋势,显著性不强,相关系数为0.73,即:根石结构对土壤水分运移影响较复杂,水分运移速率与根系体积和干重呈正相关关系,与石砾含量呈负相关关系。     

土壤溶质优先迁移影响因素研究进展

根据国内外学者对土壤溶质优先迁移的研究成果和进展,详细分析了土壤内部普遍存在的水分运动——优先迁移现象,系统综述了土壤结构和质地、土壤初始含水率、林木根系、石砾、降雨强度、灌溉模式等影响因素。最后简要总结和探讨了溶质优先迁移发展趋势。     

鹫峰地区土壤结构及水分运移能力随海拔梯度的变化

[目的]分析土壤性质及饱和导水率与海拔之间的关系,为该地区的土壤性质及土壤导水性能的空间异质性提供参考。[方法]用环刀分层取样对北京市鹫峰低海拔地区不同海拔的6块样地进行土壤性质测定,并进行水分穿透试验。[结果]鹫峰低海拔地区土壤密度、总孔隙度及0.25水稳性团聚体与海拔之间无相关关系;土壤含水率及石砾含量均表现出与海拔极显著的相关关系,其中土壤含水率随海拔的升高而升高,石砾含量随着海拔的升高而降低;大孔隙密度及饱和导水率与海拔呈现较显著的相关性,其中0—20cm土层土壤大孔隙密度与导水率随着海拔的升高而升高,40—60cm土层土壤则表现出土壤大孔隙密度及饱和导水率随着海拔的升高而降低的规律。[结论]海拔梯度与土壤性质密切相关,在今后对土壤结构及水分运移能力的研究中不能忽略海拔对其的影响。     

华北土石山区优先流区与基质流区土壤特性分析

在非饱和土壤中,优先流是一种较为常见的现象。针对华北方土石山区的优先流现象,在鹫峰森林公园选取6块样地,利用染色示踪法获取优先流路径,分析林地优先流区和基质流区土壤孔隙度与水分变化的差异,以及土壤初始含水率对优先流(最大染色深度、50%染色深度、染色比例)的影响。结果表明:1)土壤中优先流区非毛管孔隙度和总孔隙度比基质流区的大,毛管孔隙度在优先流区与基质流区无明显差异;2)试验后优先流区土壤含水率变少,含水率减少平均比例是21%,基质流区试验前后含水率几乎无变化,含水率变化比例是0;3)初始含水率与染色比例呈正相关(R2=0.679),与50%染色深度呈正相关(R2=0.527),与最大染色深度相关性小(R2=0.236)。     

鹫峰地区不同植被群落土壤性质及饱和导水率特征

为了探究鹫峰国家森林公园不同植被群落土壤性质及饱和导水率的特征,对鹫峰地区6种不同植被群落林区进行土壤取样,测定土壤基本性质与养分元素含量,并用环刀分层取土进行水分穿透试验,测定土壤饱和导水率,对比分析不同植被群落土壤性质、土壤养分及饱和导水率特征。结果表明:鹫峰地区不同植被群落土壤石砾含量及土壤分形维数表现为裸地矮型草本矮型灌木乔木林混交林;土壤密度、土壤含水率、土壤孔隙度、土壤饱和导水率及表层(0—30cm)土壤全氮、速效钾、速效磷含量均表现为混交林纯林灌木林草本裸地。在今后的人工林营建中,要优先考虑适宜的混交林,因为其对土壤的改良以及水源涵养能力的提高有最优效果。     

华北土石山区森林土壤中石砾分布特征对土壤大孔隙及导水性质的影响

为了探究土壤中石砾对大孔隙形成的作用及对饱和导水率的影响,研究京郊密云水库水源涵养林内土壤石砾分布特征、大孔隙分布特征以及与饱和导水率之间的关系。结果表明:(1)林区0—30cm土壤层内石砾体积含量范围为7.10%~22.05%,质量含量范围为10.76%~38.20%,且石砾多集中分布于5~10mm粒径范围内;石砾含量随坡向呈现阳坡阴坡半阴半阳坡的规律;(2)石砾含量与当量孔径1.5mm的孔隙密度呈现极显著相关关系(p0.01),粒径5mm的石砾体积含量与大孔隙密度具有显著相关性(p0.05),说明砾石主要影响较大孔隙,特别是粒径5mm的石砾对大孔隙的形成影响较大;(3)当量孔径1.5mm的孔隙数量仅占总孔隙数量的1.41%,但对导水速率的贡献率为54.44%;饱和导水率与其呈线性关系。