京津水源区坡耕地土壤侵蚀特征分析

坡耕地是保障粮食安全与经济发展的重要资源.本文利用承德市南山径流场资料对不同坡长下径流深、含沙量及侵蚀量进行对比分析,结果显示:坡长和降雨强度都对土壤侵蚀有影响,随着坡长变化,导致土壤侵蚀量变化的两个主导因素不断变换.雨强小于0.25 mm/min时,坡面土壤侵蚀模数随坡长的增加而增大;雨强大于0.25mm/min时,随坡长的增加先增大后减小,最大侵蚀量总是出现在22 m坡长范围内.径流深均值与侵蚀量增量随坡长变化趋势一致,含沙量均值变化与雨强关系密切.所以治理京津水源区坡耕地水土流失,应在22 m坡长以内采取等高植物篱等措施,既可降低工程投入,又减少坡面土壤流失,提高土地生产力.     

黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应

在陕北米脂试验站设置了野外10 m地下大型土柱,分别利用BLJW-4小型综合气象观测站、CS650-CR1000自动监测系统对降雨状况和土壤水分状况进行长期连续定位观测,分析黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应。结果表明:(1)黄土丘陵区降雨可以划分为3种类型:快速蒸发型降雨(P≤13 mm)、缓慢蒸发型降雨(13 mmP26 mm)、入渗主导型降雨(P≥26 mm)。其中快速蒸发型降雨、缓慢蒸发型降雨在裸露地表情况下仅能引发浅层土壤的降雨入渗响应(Z_(rapid)≤30 cm, 30 cmZ_(slow)60 cm),不能对深层干化土壤形成有效的水分补给;而入渗主导型降雨则能够引发深层干化土壤的降雨入渗响应(Z_(infiltration)≥60 cm),能够促进干化土壤得到水分修复。(2)0～90 cm土层为降雨入渗、蒸发循环层,该深度范围土壤受降雨、蒸发作用影响强烈,土壤水分呈现频繁增、减波动;90 cm以下土层为降雨入渗主导层,该深度范围内土壤不再受蒸发作用影响,土壤水分呈增加趋势。(3)入渗主导型降雨年最大入渗深度在140～160 cm,雨后上层土壤水在蒸发作用下69～435 h恢复至雨前水平。裸露地表状况下,多年累积降雨能够促进深层干化土壤产生入渗响应,2014—2019年干化土壤对于自然降雨的入渗响应深度依次为180、220、400、700、900 cm及1 000 cm。     

基于Hydrus-1D模型的大安灌区旱田灌溉入渗补给研究

以吉林省大安灌区为研究对象,在野外调查和资料收集的基础上,借助Hydrus-1D模型,模拟分析了旱田(玉米地)灌溉条件下地下水入渗补给过程。结果表明：模拟期间蒸散发动态变化较大,蒸腾量约为蒸发量的2.18倍,玉米生育期内,土壤水分蒸腾损失约占蒸散发消耗的79.74%,蒸散发在作物生长旺季以蒸腾为主,其它时段则以蒸发为主;旱田灌溉条件下,降水灌溉大量入渗形成土壤水,土壤水与地下水发生双向的、动态的水量频繁交换,模拟中地下水入渗补给量约为33.63 mm,入渗比为5.21%,其与研究区细密的包气带介质岩性有关。研究成果可为进一步开展旱田灌溉合理方案的制定提供科学依据。     

黄土高原半干旱区降雨入渗试验研究

黄土高原地区地下水资源缺乏,降雨是土壤水的唯一补给来源。为研究降雨补给地下水过程,在黄土丘陵半干旱区的米脂试验站,对野外10 m土柱土壤水分进行了定位观测,分析自然降雨下土壤水分入渗深度和补给量。结果表明:自动监测显示单次降雨量为5.2 mm(小雨)时,11 h后入渗达到最大深度0.3 m,此深度以下几乎没有变化;单次降雨量为15.8 mm(中雨)时,4 d内影响深度可达0.6 m;单次降雨量为33.6 mm(大雨)时,8 d内1.2 m处土壤含水量增长明显,1.4 m以下没有变化。水分循环主要在0.8 m以内的蒸发带,该层土壤水分易被蒸发,0.8 m以下随着深度增加,土体含水率变化逐渐滞后,增幅逐渐减小。受多种因素影响,入渗过程持续时间不一。覆盖处理观测期土壤水分补给量显示:覆膜石子树枝裸地,补给量与降雨量呈线性关系,覆膜补给量上升最大。     

不同降雨历时梯田和坡耕地的土壤水分入渗特征

以黄土高原丘陵沟壑第三副区庄浪县为例,研究不同降雨历时条件下坡耕地和水平梯田土壤(黄绵土)水分入渗变化特征,应用Hydrus-1D模型对不同降雨条件下的土壤水分入渗进行定量模拟研究。结果表明:(1)与实测数据相比,Hydrus-1D模型模拟降雨后土壤水分的运移较合理。(2)地表层(0~40 cm)土壤含水量变异系数(CV)呈中等变异,即5 d的时间内梯田和坡耕地地表层的土壤含水量变化大,随着土层深度的增加变异系数减小,呈弱变异性。(3)在1.45 mm/min降雨强度下,在23 min时拔节期的小麦坡耕地产生径流,水平梯田在整个过程中没有产生径流。(4)降雨历时为10 min时,在土层深度为0~15 cm,梯田土壤含水量比坡耕地多0.13%~1.65%,在土层深度为30~200 cm,梯田和坡地都没有下渗。降雨历时为20min、30min时,在土层深度为0~20 cm,梯田的土壤含水量比坡耕地的分别多0.05%~2.22%、0.01%~2%。     

黄土坡面薄层流产流过程试验研究

薄层流径流过程是最基本的坡面水文过程,揭示黄土坡面薄层流产流过程机理对于认识坡面产流理论具有重要意义。试验采用人工模拟降雨试验方法,对黄土坡面薄层流产流过程进行研究,取得了如下结果:(1)坡面薄层流径流率随降雨历时的增长呈增加趋势,可用幂函数方程很好地描述,开始产流后的2~10 min内增加很快,以后逐渐趋于平缓、稳定;(2)不同坡度条件下,坡面薄层流径流深均随雨强的增大而呈显著增加,可用线性方程很好地表示;(3)不同雨强条件下,坡面薄层流径流深随坡度的变化趋势相似,皆可用对数线性方程描述;(4)不同雨强条件下,薄层流径流深随坡长增大总体呈增加趋势,可用倒数线性方程描述;(5)雨强、坡度、坡长对坡面薄层流径流深的综合影响可表述为三元线性经验方程,其中雨强的影响最大,坡度和坡长的影响小。     

黄土高原沟壑区坡耕地表层土壤抗剪强度影响因素分析

以淳化坡耕地为研究对象,在人工模拟降雨条件下,设计降雨强度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min,降雨历时40 min,设计坡度分别为5°、8°、11°、15°、20°,分析了影响黄土高原沟壑区坡耕地表层土壤抗剪强度的3个主要因素:含水量、雨强及坡度.结果表明,降雨结束后,随着表层土壤含水量的降低,抗剪强度会随之增加,相关性较好;雨强对抗剪强度影响不大;坡度较小时抗剪强度会随坡度增加而降低,当坡度增加到15°以上时,随坡度增加抗剪强度随之增加.     

深层土壤水分对黄土塬区旱作冬小麦耗水的贡献

为研究不同土层尤其是深层土壤水对冬小麦耗水的贡献,本文首先对长武黄土塬区300 cm深度土壤水人工标记氘水,并通过测定抽穗期、开花期、灌浆期和乳熟期小麦茎秆水δD值确定冬小麦是否能够利用300 cm深度以下土壤水分;其次通过测定小麦茎秆水、降水和不同土层土壤水δ¹⁸O值,分析降水以及不同深度尤其是300 cm以下土层土壤水对冬小麦耗水的贡献。结果表明：长武塬区降水分别贡献了旱作冬小麦抽穗期、开花期、灌浆期和乳熟期耗水的49.2%、30.2%、35.9%和38.2%,土壤水分别贡献了50.8%、69.7%、64.1%和61.8%。50~100 cm、100~150 cm、150~200 cm和200~300 cm土层土壤水贡献了冬小麦抽穗期耗水的17.9%、15.2%、10.0%和7.7%,开花期耗水的24.6%、18.8%、14.0%和12.4%,灌浆期耗水的19.5%,14.4%、10.0%和8.7%,乳熟期耗水的18.6%、13.2%、10.3%和8.3%。冬小麦茎秆水δD值变化表明,冬小麦自灌浆期开始利用300 cm深度以下土壤水分,300~400 cm土层土壤水贡献了冬小麦灌浆期和乳熟期耗水的11.4%和11.5%。可见,深层土壤水分对于冬小麦水分供给具有重要意义,因此生产实践中需要做好夏闲期蓄水保墒措施,以增加雨水入渗量和入渗深度,促使深层土壤水分恢复,保证土壤水库调蓄功能的持续发挥。     

黄土丘陵沟壑区密植枣林株行间土壤水分状况

为了揭示陕北山地密植红枣林土壤水分空间分布状况,对枣林株行间不同位置(株间、行间、中心点)0～200 cm土层的土壤水进行了连续观测.结果表明:在7～9月,枣林地株间土壤水分状况明显好于行间.株间、行间、中心点土壤含水量均值分别为9.77％、7.66％、7.52％.不同降雨量下枣林地株行间不同位置土壤水分的累计入渗量不同,株间入渗量大于行间,且随着降雨量的增大,各位置入渗量也随之增大,株间的入渗补给作用在增强,但行间的入渗补给作用在减弱.中雨(p=14.8 mm),株间、行间、中心点累计入渗量分别为13.5、8.8、8.4 mm;大雨(p=31.6 mm),株间、行间、中心点累计入渗量分别为30.9、16.5、12、8 mm.雨后枣林地株行间不同位置土壤水分日均消耗量以株间最大,达4.09 mm/d,行间次之,为3.77 mm/d,中心点最小,为2.27 mm/d.     

典型草原禁牧条件下土壤水分对降雨模式的响应

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5 cm、10 cm、15 cm、30 cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3 a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤含水量差异显著,放牧区则相反;土壤水分对降雨响应的滞后时间随土层深度增加而增加,相对于禁牧区,放牧区浅层土壤(5 cm、10 cm)持水性能较弱,入渗完成用时较短;5 mm以下的降雨对禁牧和放牧区土壤水分均无明显补给作用,当降雨连续均匀且强度不超过5 mm·h~(-1)时最有利于入渗,放牧区入渗深度达到15 cm和30 cm层分别需要7.9 mm和大于25 mm的降雨,而禁牧区大于5 mm的降雨就可以入渗到30cm土层;强度5～6 mm·h~(-1)的独立降雨只能入渗到表层土壤中(5 cm),强度大于15 mm·h~(-1)的降雨在禁牧区能通过大孔隙快速入渗到30 cm及更深层土壤,放牧区则表层入渗较快(0～5 cm),深层入渗较慢,会形成地表径流甚至洪水灾害。该研究的结果可以为草地生态水文过程研究和制定合理的放牧政策提供参考。     

孙家岔流域坡面不同土地利用的土壤水分变化分析

以甘肃省兰州市孙家岔流域为研究对象,采用1982—1983年和2011年土壤水分实测资料,分析该流域坡面防护区不同土地利用土壤水分的年内、年际变化特征。结果表明,在黄土丘陵区小流域内,农坡和荒坡土壤水分的年内动态变化具有相同的规律,但农坡年内平均含水量要高于荒地。流域内降雨量的多少以及时空分配是土壤水分变化趋势的主要影响因子。土壤水分的变异程度随降雨量和土层深度的增加而减小,土壤深度在1.20~1.40 m内含水量受季节气候动态变化影响显著,土壤深度超过1.60 m内含水量在相同年度具有一定的时间稳定性。土质较好的荒地,选择适宜的农作物(如洋芋),可提高缓坡区(5°~15°)降水资源的有效利用率。     

黄土旱塬垄作覆膜栽培土壤水分及温度变化研究

黄土高原雨养农业区水分缺乏是制约农业生产的关键因子。本研究在黄土高原长武塬进行小区试验,通过垄作覆膜(RP)与平作不覆膜(FP)两种处理的对比研究,分析垄作覆膜下玉米生长时期土壤水分与温度的变化,以及降雨事件对于土壤水分的动态影响。结果表明,垄作覆膜在30~60 cm土层土壤水分显著高于平作不覆膜约8%,而平作不覆膜在深层(100~160 cm)土壤水分明显高于垄作覆膜,玉米生长季土体储水量变化垄作覆膜垄与沟在30~60 cm处均高出平作不覆膜20 mm,而在100~160 cm处垄作覆膜比平作不覆膜低25 mm。垄沟覆膜-垄(RPR)土壤表层10 cm处温度较垄沟覆膜-沟(RPF)与平作不覆膜分别高2.01℃和1.91℃。中雨情况下,垄作覆膜降雨土壤入渗深度可达30 cm,平作不覆膜下可以到10 cm,但强降雨事件中垄作覆膜土壤深层入渗受到抑制。降雨强度越大,土壤前期含水量越高,土壤水分峰值产生的时间越短;垄作覆膜由于土壤水分条件的改善使得土壤水分峰值出现时间较平作不覆膜早。垄作覆膜由于垄沟微地形改变使沟内具有集水效应,同时沟内集水对垄上水分存在侧向补充,但时间上存在滞后效应,滞后时间与降雨量和降雨前土壤含水量相关。垄作覆膜能够保水保墒,增加降雨入渗,抑制强降雨事件的深层入渗,抑制"自覆盖"现象的发生,从而对玉米生长具有重要的意义。     

黄土坡面不同土地利用下的降雨入渗模拟与数值计算

本文基于修正的Green-Ampt方程,给出了改进的Green-Ampt模型在黄土坡面变雨强条件下入渗过程方程与数值求解的算法,结合黄土高原纸坊沟小流域实测土壤数据,借助计算教学和计算机编程,建立了变雨强降雨入渗过程软件系统,从软件系统运行结果中分析了坡耕地、草地和林地的入渗量和入渗率变化情况,以及土壤初始含水率和饱和导水率对草地和林地入渗的影响.结果表明:相同降雨情况下,林地入渗量是草地的2倍,是农地的3倍;不同土地利用下土壤入渗率变化与入渗量类同;草地入渗率对土壤初始含水率变化比较敏感,林地入渗率对土壤饱和导水率变化比较敏感.     

干旱区保护性耕作对土壤水分的影响研究

为了研究保护性耕作对土壤水分的影响,选择翻耕地和免耕地两种土地耕作类型,分析不同耕作方式下土壤水分的时空变化规律。在保护性耕作实行的两年时间里,测定了土层不同深度土壤水分,结果表明:(1)在作物生长的整个生育期内土壤水分含量有随降雨量周期变化的趋势,无论是何种耕作方式,除生育期降雨外,播前底墒也是土壤供水的重要组成部分;(2)土壤贮水能力免耕地都是大于翻耕地的;0-80cm土壤水分的空间剖面自上而下分为两个层次:表层失水层(0-30cm)和中层贮水层(30-80cm)。(3)用SPSS统计软件进一步对土壤水分与土层深度的关系进行拟合,结果表明土壤水分与土层深度的关系具有极强的相关性,其关系方程为拟和三次抛物线相型。     

Revegetation with artificial plants improves topsoil hydrological properties but intensifies deep-soil drying in northern Loess Plateau,China

Knowledge about the effects of vegetation types on soil properties and on water dynamics in the soil profile is critical for revegetation strategies in water-scarce regions, especially the choice of vegetation type and human management measures. We focused on the analysis of the effects of vegetation type on soil hydrological properties and soil moisture variation in the 0–400 cm soil layer based on a long-term(2004―2016) experimental data in the northern Loess Plateau region, China. Soil bulk density(BD), saturated soil hydraulic conductivity(Ks), field capacity(FC) and soil organic carbon(SOC) in 2016, as well as the volumetric soil moisture content during 2004–2016, were measured in four vegetation types, i.e., shrubland(korshinsk peashrub), artificial grassland(alfalfa), fallow land and cropland(millet or potato). Compared with cropland, revegetation with peashrub and alfalfa significantly decreased BD and increased Ks, FC, and SOC in the 0–40 cm soil layer, and fallow land significantly increased FC and SOC in the 0–10 cm soil layer. Soil water storage(SWS) significantly declined in shrubland and grassland in the 40–400 cm soil layer, causing severe soil drought in the deep soil layers. The study suggested that converting cropland to grassland(alfalfa) and shrubland(peashrub) improved soil-hydrological properties, but worsened water conditions in the deep soil profile. However, natural restoration did not intensify deep-soil drying. The results imply that natural restoration could be better than revegetation with peashrub and alfalfa in terms of good soil hydrological processes in the semi-arid Loess Plateau region.     

农田降水渗透深度的影响因素

根据农田水分平衡原理和溢满渗透理论,利用2006～2009年河南省4个土壤水分自动观测站点的土壤湿度监测资料和水分渗透模型,分析了降水渗透深度与影响因子之间的关系.结果表明:降水渗透深度与初始土壤湿度、过程降水f和雨后日数有明显的线性关系,随着三者的增大而渗透深度加深;其中初始土壤湿度影响最大,过程降水量和雨后日数相继...     

塔里木灌区棉田蒸散与棵间蒸发变化规律

为了给塔里木灌区棉花合理灌溉提供科学理论依据,根据新疆阿克苏农田生态系统国家野外科学观测研究站监测的地面沟灌棉田土壤水分、降水量、灌水量等资料,采用水量平衡原理计算了棉田蒸散量,采用自制的Micro-Lysimeters测定了棉田棵间蒸发,分析了棉田蒸散和棵间蒸发的变化规律及其影响因子,结果表明,棉田蒸散强度与棵间蒸发强度从苗期、蕾期、花铃期逐渐增大,到花铃期达到最大,吐絮期、收获期逐渐减小;棵间蒸发占棉田蒸散量的比例从苗期、蕾期、花铃期逐渐减小,到花铃期达到最小,吐絮期、收获期又逐渐增大,棉花生育期内棵间蒸发占蒸散量的比例为16.49％.棉花相对棵间蒸发强度与表层土壤含水量关系密切,随着表层土壤含水量的增大相对棵间蒸发强度增强.     

不同耕作方式对黑土农田土壤水分及 利用效率的影响

在土壤耕作长期定位试验的基础上,研究了免耕秸秆覆盖(NT)和少耕(RT)对东北黑土区农田土壤水分及利用效率、玉米产量及特性的影响。结果表明:在作物生长季3种耕作措施土壤剖面含水量整体上呈先降低后增加的变化趋势,各时期20～40 cm土层含水量均较低。免耕可显著提高0～90 cm土层土壤含水量,90 cm土层以下三种措施土壤含水量差异逐渐降低,到190 cm土层差异不明显。土体储水量主要受降雨及不同耕作措施的影响,在干旱的春季以及降水量较少的秋季土体储水量较低,表现为:免耕>传统>少耕,而在降水量较大时土体储水量相应增加,表现为:少耕>免耕>传统。3种耕作措施下玉米叶面积指数变化趋势一致,总体表现为:传统>少耕>免耕,其中传统和少耕最高分别比免耕高0.22和0.26。在生长季少耕蒸散量最高。传统耕作玉米籽粒产量和水分利用效率分别较免耕和少耕高30%和17%,29%和11%,籽粒产量均存在显著性差异(P<0.05),表现为:传统>少耕>免耕,所以对于玉米而言,在该区不适宜实施免耕秸秆覆盖和少耕这两种保护性耕作体系。