渝东北紫色土饱和导水率传递函数研究

为研究渝东北紫色土理化性质在垂直空间上的分布情况以及对饱和导水率的影响,进而建立饱和导水率与各理化性质间的关系函数,推求饱和导水率的传递函数,选择渝东北开州区、云阳县等7个区县内45个紫色土典型田块为研究区域,运用Excel 2013和Matlab 2015b软件统计分析后,利用多元非线性回归法推求并验证了渝东北紫色土饱和导水率传递函数模型和模型参数。研究表明:①研究区土壤饱和导水率变化范围在0.16～195.68 cm/d,变化范围广,空间变异系数大,变异性较强;同一采样点深度越大,饱和导水率越小;②土壤饱和导水率与有机质含量有显著的指数函数关系,与饱和含水量有较强的二次函数关系,与土壤容重和土壤颗粒的相关性不大;③本次试验建立的土壤饱和导水率传递函数模型及模型系数检验合格,预测值与实际测算值误差较小,精度良好,可用于渝东北紫色土饱和导水率的预测工作。     

六盘山华北落叶松坡面土壤饱和导水率空间异质性及其影响因素

为深入理解森林坡面土壤饱和导水率的空间变异,利用经典统计学和地统计学的方法研究六盘山华北落叶松人工林坡面不同土层土壤饱和导水率的空间异质性,并基于相关性分析揭示其空间变异的主要因素。结果表明:(1)随土层的加深,土壤饱和导水率逐渐增加,不同土层土壤饱和导水率的空间变异程度存在差异,表现为40—60 cm土层土壤饱和导水率为强变异,其他土层均为中等变异。(2)不同土层土壤饱和导水率的空间结构也存在差异,20—40,40—60,60—80 cm土层土壤饱和导水率表现为强烈的空间自相关性,0—20,80—100 cm土层土壤饱和导水率表现为中等空间自相关性。(3)坡面土壤饱和导水率与石砾含量、非毛管孔隙度、毛管持水量、田间持水量和毛管孔隙度显著相关。综上,研究坡面土壤饱和导水率具有较强的空间变异,石砾含量和土壤物理性质是影响研究坡面土壤饱和导水率空间分布的主要因素。     

黄河三角洲滨海盐渍土饱和导水率的研究

通过对黄河三角洲滨海盐渍土饱和导水率的研究, 结果表明: 原状土的饱和导水率随着土壤剖面深度的增加呈现出表土层高、中间土层低、底土层又升高的趋势; 扰动土与原状土的饱和导水率差异较大, 土壤饱和导水率与土壤容重呈负相关、而与孔隙度、结构系数、团聚度等均呈正相关。原状土的饱和导水率能反映田间水分运动以及孔隙状况, 对研究土壤水量平衡和水土保持有重要的意义。扰动土的饱和导水率对于土壤理化性质的理论研究有一定参考价值。     

植被群落演替对土壤饱和导水率的影响

土壤饱和导水率是表征土壤入渗能力的重要参数,对不同土地利用类型反应敏感。为了揭示植被演替对土壤剖面上饱和导水率的影响规律,采用恒定水头法测定了天童林区155 a植物群落演替序列60 cm深土壤剖面上的饱和导水率。结果表明,不同演替阶段饱和导水率均随土壤深度增加迅速降低,在0～20 cm土层内,各演替阶段饱和导水率均存在极显著差异,0～60 cm土层内饱和导水率的平均值从裸地、石栎+檵木灌丛、马尾松林、木荷+马尾松林、木荷林到栲树林升高极为显著,植物群落演替到灌丛阶段,平均饱和导水率已与裸地存在显著差异,演     

黄土区小流域土壤容重和饱和导水率的时空动态特征

土壤水力性质是评估降水入渗、径流发生以及土体可蚀性的重要参数。研究小流域尺度土壤水力性质的时空动态特征,对于以小流域为基本单元的黄土高原综合治理具有直接意义,有助于加深对相关生态水文过程的理解。以陕西省神木县六道沟老叶满渠小流域为对象,进行50 m×50 m网格布点(共73个样点),2014年8-10月期间每月测定1次表层土壤容重和饱和导水率,结合经典统计学与地质统计学的方法研究容重和饱和导水率的时空变化规律。结果表明:1)小流域尺度容重的月际变化趋势较为一致,整体呈正态分布规律,饱和导水率的月际变化强烈,呈偏态分布;容重较饱和导水率变化范围较小,变异程度较低;2)小流域尺度容重和饱和导水率在8-10月的半方差可用指数模型进行最优拟合,两者均表现出中等程度的空间依赖性;Kriging插值图表明小流域容重总体差异性较小,而饱和导水率差异显著;8-10月,西坡局部区域、坡顶的容重呈逐月增大趋势,而饱和导水率呈减小趋势;3)Pearson相关性分析表明,8-10月单次测定的容重和饱和导水率之间的相关性不明显;在同一土壤类型下(干润砂质新成土)表现出极显著的负相关关系(P0.01)。     

滩涂围垦农田土壤饱和导水率的影响因素及转换函数研究

确定苏北沿海滩涂围垦农田耕层土壤饱和导水率的影响因素,构建适合该区的土壤转换函数,是研究该区田间土壤水盐运动和盐渍化防控的重要前提。本文在该区典型地块实测土壤饱和导水率和相关土壤基本理化性质,探讨了该区土壤饱和导水率的剖面分布特点,对影响饱和导水率的土壤基本性质进行了主成分分析,并建立了用于该区饱和导水率间接估算的土壤转换函数。结果表明:滩涂围垦农田土壤饱和导水率随剖面深度增加呈表土层高、亚表层低、底土层又升高的趋势,20~40 cm土层饱和导水率最小,介于2.75~6.73 cm·d-1,属低透水强度;土壤容重随剖面深度增加表现出与饱和导水率相反的变化特点。除了容重、孔隙度、质地等物理因素外,土壤肥力、盐分等化学性质也是影响饱和导水率的重要因素;影响滩涂围垦农田土壤饱和导水率的因素可由持水特性、盐碱状况、养分特征和土壤质地4个主成分反映,其累计贡献率达78.17%。在Vereecken转换函数中引入土壤盐分后可提高预测精度,修正函数Vereecken_1是最适合滩涂围垦农区土壤、具有最佳预测精度的转换函数。本文构建的土壤转换函数,可通过较易获得的砂粒、黏粒、容重、盐分和有机质对耕层土壤饱和导水率进行较高精度的预测,其结果可为滩涂盐渍化农区田间尺度土壤饱和导水率间接估算以及水盐运动数值模拟提供支持。     

晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率研究

饱和导水率是表征土壤入渗能力的重要参数之一,研究饱和导水率对土壤入渗过程分析具有重要的意义。对晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率(K_s)进行了分析,并利用方差分析(ANOVA)和主成分分析方法探讨了其与土壤物理因子和有机质的相关性,得出影响饱和导水率的主导因子。结果表明,与荒地相比,各林分对饱和导水率均有显著提高;土壤饱和导水率随着土层深度加深呈现负指数递减规律;影响该地区人工林地土壤饱和导水率的主导因子为容重、毛管孔隙度、>0.25mm水稳性团聚体含量、土壤有机质及土壤质地。土壤有机质含量的提高可改善土壤容重、团聚体含量等物理性质;在植被经营过程中,建议采用适宜的混交类型,树种可选择白桦、落叶松等。     

土壤垂向分层和均匀处理下水分差异的数值探讨

在现有众多的陆面过程模型中,对土壤水分的定量描述一般是假设垂向分布均匀,取表层土壤质地来表示整个垂向土壤质地。垂向分层和均匀处理下的土壤水分是存在差异的,这种差异有多大目前少有研究。设置3组不同饱和导水率组合的层状土壤代表不同区域的非均匀土壤,取3组层状土壤的上层土壤代表整个均匀土壤,通过建立一维土壤水分运动模型分析这种差异,同时分析饱和导水率、饱和含水量、残余含水率、孔隙大小分布参数和形状参数对层状土壤和均匀土壤的渗透量和储水量差异的敏感性,探讨垂向层状和均匀处理下土壤水分运动的差异。研究结果表明:1)建立的一维土壤水分运动模型模拟的土壤水分剖面与Yeh解析解和室内五水转化试验的土壤水分剖面一致,表明模型无论是考虑还是不考虑根系吸水都具有可靠性。2)采用垂向均匀方式处理,上下层饱和导水率相差越大的层状土壤,各水文变量的差异越大。当层状土壤上下层饱和导水率相差1.5倍时,层状土壤和均匀土壤的水分分布差别小于0.05 cm~3×cm~(-3);而当层状土壤上下层饱和导水率相差达3.3倍时,层状土壤和均匀土壤的水分分布差别达0.15 cm~3×cm~(-3),渗漏量相差20 cm以上,储水量相差5 cm左右。3)相对于层状土壤下层,均匀土壤下层的持水能力更差,水流速度更快,导致下层水分分布减小,渗漏量增加,储水量减小。4)形状参数n对渗透量的敏感性最强,土壤孔隙大小分布参数对储水量的敏感性最强,形状参数n其次。在实际应用中,如果一个区域的土壤上下层饱和导水率相差较大,那么垂向均匀处理可能会导致很大的误差,和实际土壤的水分分布相差很大,这会严重影响土壤水分的准确估计,在实际处理中需要认真考虑。     

基于线性源法与图像处理的土壤饱和导水率快速测量方法

土壤饱和导水率是计算土壤剖面水通量以及设计灌溉和排水系统的重要参数,其测量准确与否直接影响各类水文和水动力学模型的预测精度。然而,现有土壤饱和导水率测定方法费时费力,给土壤水动力学研究工作带来了诸多不便。为此,该研究提出了一种基于线性源入流法与手机图像处理相结合的土壤饱和导水率快速测量方法。该方法首先利用手机拍照获取图像记录充分供水条件下线性水流在土壤表面扩散的过程,图像经处理后计算出土壤表面湿润面积及其随时间的变化关系,然后根据线性源入流法估算的土壤稳态入渗率来测得土壤饱和导水率,并与传统的定水头标准法测得的饱和导水率进行对比。结果表明：图像经畸变校正与二值化处理之后计算出栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土表面湿润面积与时间具有较好的幂指数关系,决定系数R2分别为0.994、0.995和0.998;在此基础上,采用线性源入流法测量栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土的稳态入渗率（即土壤饱和导水率）分别为23.40±1.21、23.86±1.83和22.99±2.26 mm/h,同时使用定水头标准法测量三种土样得到的饱和导水率分别为24.41±1.53、24.26±0.37和23.81±0.10 mm/h,与定水头标准法相比,该研究提出的土壤饱和导水率测量方法的相对误差分别为4.14%、1.64%和3.42%。可见,该研究提出的测定方法较为合理、简便、准确,可为获取土壤饱和导水率提供一种新的测量手段,后续研究会将该方法用于野外环境下土壤饱和导水率的原位测定,并验证该方法的准确性。     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

蓄水坑入渗表层土壤体积质量和饱和导水率的变化

表层土壤体积质量和导水率是影响土壤入渗及水分运动的重要物理参数。该文采用土壤切片技术和数字图像分析技术,分析了蓄水坑灌条件下入渗水头对砂壤土表层土壤体积质量的影响,进行了不同入渗水头、土壤体积质量对砂壤土表层土壤饱和导水率的试验研究,并对蓄水坑侧向水平入渗湿润锋变化的试验结果与数值模拟结果进行对比分析。结果表明：该研究试验条件下（土壤体积质量为1.345 g/cm3）,入渗水头对土壤体积质量和表层土壤饱和导水率有较明显的影响。随着入渗水头的增大,其作用下的表层土壤体积质量趋于增大,土壤结构趋于密实,表层土壤的饱和导水率趋于减小;表层土壤饱和导水率与入渗水头和土壤体积质量之间呈乘幂关系,且表层土壤饱和导水率对土壤体积质量的变化较为敏感,当土壤体积质量达到某一程度时（1.466 g/cm3）,入渗水头对表层土壤饱和导水率的影响甚微。研究成果揭示了入渗水头影响蓄水坑土壤入渗的微观机制,为进一步研究蓄水坑灌法提供了理论依据。     

Impact of land‐use changes on soil hydraulic properties of Calcaric Regosols on the Loess Plateau,NW China

Vegetation restoration efforts (planting trees and grass) have been effective in controlling soil erosion on the Loess Plateau (NW China). Shifts in land cover result in modifications of soil properties. Yet, whether the hydraulic properties have also been improved by vegetation restoration is still not clear. The objective of this paper was to understand how vegetation restoration alters soil structure and related soil hydraulic properties such as permeability and soil water storage capacity. Three adjacent sites with similar soil texture, soil type, and topography, but different land cover (black locust forest, grassland, and cropland) were selected in a typical small catchment in the middle reaches of the Yellow River (Loess Plateau). Seasonal variation of soil hydraulic properties in topsoil and subsoil were examined. Our study revealed that land‐use type had a significant impact on field‐saturated, near‐saturated hydraulic conductivity, and soil water characteristics. Specifically, conversion from cropland to grass or forests promotes infiltration capacity as a result of increased saturated hydraulic conductivity, air capacity, and macroporosity. Moreover, conversion from cropland to forest tends to promote the creation of mesopores, which increase soil water‐storage capacity. Tillage of cropland created temporarily well‐structured topsoil but compacted subsoil as indicated by low subsoil saturated hydraulic conductivity, air capacity, and plant‐available water capacity. No impact of land cover conversion on unsaturated hydraulic conductivities at suction > 300 cm was found indicating that changes in land cover do not affect functional meso‐ and microporosity. Our work demonstrates that changes in soil hydraulic properties resulting from soil conservation efforts need to be considered when soil conservation measures shall be implemented in water‐limited regions. For ensuring the sustainability of such measures, the impact of soil conversion on water resources and hydrological processes needs to be further investigated.     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

黄土高原生态工程区土壤容重及饱和导水率的分布特征

土壤水力性质是影响水分运动、溶质运移以及流域水文模型模拟的重要参数。近年来,黄土高原实施的退耕还林(草)工程、治沟造地工程等重大生态工程,影响了该区域的地形地貌、土壤水力性质等。深入研究流域尺度土壤容重(Bulk Density,BD)与饱和导水率(Ks)的动态变化特征,对于理解重大生态工程影响下的水文过程演变规律具有重要意义。本研究以黄土高原重大生态工程影响的典型小流域为对象,采用80m×80m的网格布点(89个样点),分别于2016年9月(夏末)、11月(初冬)和2017年3月(初春)采集土壤表层(0～5 cm)环刀样品,分析BD和Ks的动态分布特征及其影响因素。结果表明:BD在0.93～1.61 g/cm3之间变动,Ks介于0.01～7.30 cm/min;BD呈弱变异性,变异系数(Coefficient of Variation,CV)为10%,而Ks呈强变异性(CV=166%)。坡面BD显著小于沟底(P0.05),而Ks则显著大于沟底(P0.05)。坡面林地和草地BD表现出显著的季节性差异(P0.05),而Ks在林地、灌木和草地之间均表现出显著的季节性差异(P0.05)。地形对流域内的土壤水力参数分布有显著影响,外界环境(温度)变化是决定BD和Ks呈季节性动态变化的重要因素。多因素方差分析表明土地利用类型对BD与Ks均有显著影响;采样时间对Ks有显著影响,对BD无显著影响。相关结果可为揭示重大生态工程区小流域土壤水力参数的动态变化规律及其主控因素提供数据支撑和理论参考,有助于小流域水文过程的模型模拟研究与精细调控。     

灌溉方式对土壤水分运动参数的影响

通过实测和拟合的方法研究了不同灌溉方式对土壤饱和导水率及非饱和土壤水分运动参数的影响。结果表明:膜下滴灌明显改善了土壤导水性能,0-10 cm各土层土壤饱和导水率明显高于地面漫灌,并且两种灌溉方式下土壤饱和导水率都高于裸盐地;不同灌溉方式下,相同含水率所对应的非饱和导水率及非饱和扩散率均不同,0-100 cm各土层都表现为膜下滴灌>地面漫灌>裸盐地。膜下滴灌对土壤水分运动参数的影响,并不是由土壤质地、容重、温度、盐分等因素作用而引起,可能是由于膜下滴灌改变了土壤的团粒结构或土壤中盐分的离子组成而造成的。     

多因素作用下浑水入渗对土壤导水特性的影响

浑水土壤入渗具有复杂的上边界变化过程,其上边界导水能力的变化规律是研究浑水土壤入渗特性的重要基础。为研究浑水入渗形成致密层过程中导水率的变化情况,该研究进行了17组(9组正交试验处理,8组用于模型验证)浑水饱和土柱入渗试验,通过对试验结果进行多元回归构建多因素(浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间)影响下砂土导水率动态模型;并结合浑水饱和土柱入渗特性进行合理假设,分别建立浑水砂壤土和粉壤土饱和土柱导水率动态模型并进行验证。结果表明:浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间对砂土导水率影响极显著(P<0.01),入渗时间为砂土影响导水率变化的主要因素,其次为含沙率和黏粒含量;建立的砂土导水率动态模型决定系数为0.853,均方根误差为0.004 cm/min,表明该模型可客观反映各因素与导水率之间的关系;模型验证试验结果中均方根误差小于0.01 cm/min,相对误差绝对值均值小于7%,说明该导水率动态模型可靠性较高;砂壤土和粉壤土导水率动态模型决定系数分别为0.912和0.930,均方根误差分别为2×10^-3和5×10^-5 cm/min;模型验证中均方根...     

华北地区微咸水应用对土壤水力传导性能的影响

由于淡水资源短缺,中国华北地区微咸地下水灌溉面积逐年增多。该文通过室内土柱淋洗试验,研究了灌溉水盐分浓度和钠吸附比(SAR)对华北地区非碱土(可交换钠百分比ESP0)和碱土(ESP30)饱和水力传导性能的影响。灌溉水盐浓度分别为2.5、10和25mmolc/L,SAR分别为0、10和30(mmolc/L)0.5。去离子(盐浓度0)作为对照处理。试验包括2个土壤碱度、9个灌溉水质组合和1个去离子水处理,共20个试验处理。试验结果显示,非碱土和碱土对微咸水应用的反应机理以及反应程度不同。当黏粒弥散程度较弱时,上部土壤的饱和水力传导度显著大于下层土壤;反之,则各层土壤的水力传导度均较小。在试验水质条件下,非碱土的平均饱和水力传导度的变化范围为0.75～13.25cm/h,而碱土的变化范围为0.06～6.50cm/h。碱土的稳定饱和水力传导度随着灌溉水盐浓度的增加或/和SAR的减小而增大,但在非碱土中稳定饱和水力传导度的变化规律与此基本相反。试验结果对合理应用微咸水灌溉非碱土和碱土具有指导意义。