不同种植间距对香根草植物边坡优先流发育特征的影响

[目的]分析优先流在香根草边坡中的发育特征,研究植物根系与优先流之间的关系,为进一步研究降雨条件下植物根系对边坡土体稳定性的影响提供理论依据。[方法]以种植间距为50 cm和10 cm的香根草为研究对象,模拟30 mm和50 mm两种不同的降雨量,采用示踪剂试验研究了香根草边坡土壤的优先流发育特征。[结果]香根草种植间距从50 cm减少到10 cm会增大边坡的水力响应。在50 mm的降雨量作用下,10 cm种植间距的香根草边坡土壤的染色面积比率和优先流比分别是50 cm的1.55,1.76倍。表层土0—10 cm土层深度范围内染色路径数量变化不明显,在10—35 cm深度土层范围,10 cm种植间距的染色路径数量多于50 cm种植间距的香根草边坡土壤。当降雨量由30 mm增加至50 mm时,水流会通过优势通道更迅速迁移到边坡土壤中。降雨量为30 mm土壤的染色面积比率(36.11%)和优先流比(67.25%)小于50 mm土壤的染色面积比率(49.68%)和优先流比(79.96%),并且染色路径数量随着降雨量的增加而增多。[结论]香根草根系特征与优先流关系密切。选择植物护坡时,应合理选...     

土壤侵蚀因素对紫色丘陵区坡耕地耕层质量影响

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层土壤质量退化和土壤生产力不稳定的关键因素。该文以紫色丘陵区坡耕地为例,对坡耕地不同地力等级耕层土壤质量、渗透性能及耕层类型进行聚类分析,讨论了土壤侵蚀对坡耕地耕层厚度影响及合理耕层土体构型。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤质量具有中等程度变异性,有效土层厚度(15~80 cm)和耕层厚度(15~25 cm)变异系数分别为12.18%和37.26%,土壤有效磷变异系数可达94.51%,说明土壤物理指标变异性小于化学指标变化;三级以下地力耕层构型为近似全虚或全实剖面结构,五等地力坡耕地产量下降50%左右。(2)紫色土坡耕地不同坡位、不同垂直深度的耕层土壤物理性质、持水性能及耕作性能差异显著(P0.05),土壤容重为上坡下坡中坡,土壤抗剪强度为上坡中坡下坡,土壤稳定入渗为下坡中坡上坡,土壤贯入阻力表现为中坡上坡下坡;除土壤入渗外,土壤容重、抗剪强度、贯入阻力均表现为底土层心土层耕层;坡耕地0~40 cm土层中蓄存降水可被农作物利用70%左右。(3)中度侵蚀程度坡耕地,年均耕层厚度薄化值为1.04~3.04 mm,坡耕地合理耕层建立可选择有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性为坡耕地合理耕层评价最小数据集,耕层构型总体保持上虚下实型、耕层厚度20~25 cm、有效土层厚度50~60 cm。(4)紫色土坡耕地可分为四种耕层类型,其障碍耕层主要表现为有效土层厚度限制型(第II类)、耕层厚度限制型(第III类)和土壤养分限制型(第IV类),分别占耕层总量30%、10%、3%;紫色土坡耕地合理耕层建立应重点关注有效土层厚度和耕层厚度调控。研究结果可为客观认识土壤侵蚀与紫色土坡耕地耕层退化关系、合理耕层构建提供理论依据和技术参数支持。     

汾河流域下游不同土地利用方式下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性分析

优先流是水分和溶质在土壤中非均质性运移的普遍现象,但对其形成的优先流区和基质流区土壤团聚体稳定性的研究还较少。为了阐明土壤团聚体破碎机制的差异,研究以汾河流域下游农田、撂荒地和果园3种土地利用方式为对象,采用野外染色示踪法与Le Bissonnais(LB)法分析了土壤染色区分下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性特征。结果表明:土壤染色率主要分布在0—30 cm土层,在10—30 cm土层果园显著高于撂荒地。LB处理的>0.25 mm团聚体含量和平均重量直径(MWD)在不同土地利用方式下表现为果园>农田>撂荒地,相对消散指数(RSI)和相对机械破碎指数(RMI)则有相反的趋势。优先流区在10—20 cm土层比基质流区具有更强的团聚体稳定性以及抵抗消散作用和机械破坏能力。土壤染色率与快速湿润的MWD呈显著负相关,与RSI呈显著正相关。研究表明果园比农田和撂荒地具有更好的优先流特征和团聚体稳定性,并且优先流区抗团聚破碎能力比基质流区更强,这将有利于维持优先流途径稳定性。     

紫色砂岩区不同植被类型土壤优先流特征及其影响因素

以三峡库区内的重庆市四面山针阔混交林、竹林和草地3种不同植被类型土地为研究对象,应用亮蓝染色示踪法和图像分析法,同时结合SPSS软件对比研究紫色砂岩区针阔混交林、竹林和草地3种不同植被类型下的土壤优先流特征及其影响因素。结果表明：1）3种植被类型下土壤优先流的主要发生区域不同,竹林和草地的土壤优先流主要发生在0~20 cm土壤表层,而针阔混交林的土壤优先流主要发生在10~40 cm土层;2）针阔混交林的土壤优先路径数量较竹林和草地多,优先路径发育程度表现为针阔混交林〉竹林〉草地;3）根系直径d影响土壤中优先流的发生,     

永定河平原南部典型植被土壤优先流特征及其归因

[目的]研究永定河平原地区的优先流现象，解析其形态特征和发育程度，明确影响优先流的主要因素，为该区域淡水资源保护以及生态环境恢复提供理论依据。[方法]以3种典型植被柳树、荆条和狗尾草为对象，在25 mm入渗水量下(大雨)通过野外亮蓝染色示踪试验获取原始土样和染色剖面图像，使用图像处理技术解析水分和溶质在土壤中下渗的形态规律，结合相关性分析和主成成分分析法研究不同土壤因子对优先流产生和发育的响应。[结果](1)柳树、荆条和狗尾草土壤优先流分别集中在10—40 cm处、10—40 cm处和10—30 cm处，最大染色深度分别为40.0 cm, 44.8 cm, 31.5 cm。不同植被类型垂直剖面上显示出染色面积比随土层深度的增加而下降。(2)优先流发育程度为柳树样地>荆条样地>狗尾草样地。柳树样地和狗尾草样地的染色面积比和长度指数差异显著(p<0.05),荆条样地与其他2种植被差异均不显著(p>0.05)。(3)黏粒、砂粒、粉粒含量对方差变异性的贡献率为24.824%,根重密度和有机质含量对方差变异性的贡献率为46.312%。[结论]永定河平原南部3种典型植被中柳...     

晋西黄土区不同入渗水量下刺槐林地优先流特征

为探究晋西黄土区刺槐林地是否存在土壤优先流及不同入渗水量条件下对优先流发育程度的影响,本文以山西吉县蔡家川小流域刺槐人工林为研究对象,采用野外染色示踪试验和室内图像处理技术相结合的方法,获取垂直剖面染色形态特征图像并进行特征指标的提取,选取基质流深度、平均最大染色深度、染色面积比、优先流比、长度指数和染色面积比变异系数6个特征指标,基于均方差决策法定量分析不同入渗水量条件下的优先流发育情况。结果表明：（1）刺槐人工林土壤水分入渗过程中存在优先流现象,随入渗水量的增加,优先路径逐步向侧向发展,优先流斜侧入渗现象明显;（2）染色面积比随土层深度的增加呈非线性减小趋势,水分呈现非均匀下渗现象;入渗水量为75 mm时的优先流比达到47.11%,优先流发育程度最高;（3）3种入渗水量条件下的平均最大染色深度分别为25.33 cm、32.20 cm、38.87 cm,与入渗水量的大小呈正相关关系,表明入渗水量的增加可以促进水分向深层运动,有利于优先路径的开启;（4）入渗水量与优先流评价指数之间呈正相关关系,优先流评价指数75mm（0.81）＞50mm（0.39）＞25mm（0.36）,入渗水量增加促使优先流发育程度更高。研究结果可为黄土区植被恢复及林-水关系的深度解析提供依据。     

基于O-ring统计的公路边坡土壤优先流路径分布分析

引入优先流理论分析氯盐污染物在边坡土壤中的迁移机制,对揭示公路工业盐污染物迁移规律和保护路域环境具有重要意义。以鹤大高速低路基公路边坡土壤为例,采用染色示踪试验对土壤优先流路径的位置进行确定,并应用景观生态学中的空间点格局分析方法O-ring统计,对不同影响半径土壤优先流路径水平分布特征及其空间关联性进行分析。结果表明:边坡土壤优先流路径发育深度可达40 cm;相同影响半径优先流路径的数量随着土层深度的增加而减少,同一土层优先流路径的数量随影响半径的增大逐渐减少;随着影响半径的增加,聚集分布趋于显著;不同影响半径的优先流路径之间的关联性相对独立。O-ring统计,能从统计学角度量化分析土壤优先流路径的分布特征,丰富了优先流的研究方法。     

黑土农田极端侵蚀对土壤质量及作物产量的影响

在黑土层厚度为30cm、过渡层(母质层)厚度为40,70cm下的坡耕地上,采用人为剥离0,30,70cm土层以及沉积30,70cm土层,建立田间模拟试验小区,研究了黑土坡耕地极端侵蚀对土壤理化性质及玉米籽实产量的影响。结果表明:与无侵蚀处理相比,表土剥离30,70cm、沉积30,70cm处理均导致耕层(0—20cm)土壤容重、质量含水量和储水量显著增加,土壤孔隙度、0.25mm水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径、几何平均直径、田间持水量、饱和含水量及养分含量均显著降低;表土剥离30,70cm处理下玉米产量分别减产42.1%和52.6%;沉积30cm处理下玉米产量与无侵蚀处理间没有显著性差异,而沉积70cm处理下显著减产12.4%。极端侵蚀无论是表土剥离还是沉积均导致土壤质量的下降,致使全坡面耕层土壤供肥保肥能力降低,最终造成玉米减产。     

三峡库区高砾石含量紫色土优先流形态特征

以三峡库区王家桥小流域林地、耕地和园地为研究对象,结合染色示踪技术,利用图像处理软件技术,通过计算优先流形态特征参数,分析3种土地利用类型下高砾石含量紫色土的优先流形态发育特征。结果表明:砾石平均含量表现为园地林地耕地,土壤大孔隙平均半径随着深度的增加而减小。林地优先流运动深度可达60cm,剖面染色区域呈现明显的不规则性,耕地染色深度集中在0—15cm土层,染色区域分布均匀,但染色面积小,且存在大量的侧向流,园地染色范围广,优先路径连通性好。染色路径数表现为园地林地耕地,说明园地优先流发育较活跃,优先路径分化程度较高,染色路径宽度20mm的染色路径数量分布特征与染色路径总数分布特征相近,是紫色土壤中流染色路径的主要组成部分,壤中流类型主要为低相互作用大孔隙流。砾石和大孔隙特征共同影响土壤水分运动过程。     

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。     

入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动的影响

[目的]研究入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动(最大入渗深度和平均入渗深度、土壤水流运动非均匀程度和土壤优先流尺寸的影响)的影响,为农业灌溉施肥的高效利用、地下水环境保护以及流域水文过程预测等方面提供理论支撑。[方法]采用亮蓝染色示踪方法在砂土条件下开展了9组18个(每组2个重复)不同入渗水量(分别为1.25,2.5和5.0cm)和试验尺度(分别为0.25m×0.25m,0.5m×0.5m和1.0m×1.0m)的入渗试验。[结果](1)相同试验尺度条件下,土壤水最大入渗深度和平均入渗深度均随着入渗水量的增大而增大;土壤水流运动非均匀程度随入渗水量的增大而先增大后减小。(2)相同入渗水量条件下,当入渗水量较小时,土壤水最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度随着试验尺度的增大而增大;当入渗水量很大时,试验尺度的变化对最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度的影响不明显。(3)入渗水量的增加和试验尺度的增大都将使得优先流通道尺寸增大。[结论]入渗水量和试验尺度对土壤优先流运动有重要影响。     

露天煤矿排土场覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响

表土回覆是露天煤矿排土场生态修复的关键步骤，覆土厚度直接影响植物生长和复垦成本，为研究露天煤矿排土场不同覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响，采用室内土柱模拟试验，设置10,20,30,40,50 cm共5个覆土厚度，分别进行垂直入渗试验和室内盆栽试验(玉米),并结合氢氧同位素稳定示踪技术，研究不同覆土厚度土壤入渗和玉米水分利用特征，筛选研究区排土场最佳覆土厚度。结果表明：覆土厚度为10～30 cm(27.05～33.02 mm/min)的初始入渗速率显著高于40～50 cm(21.59～24.89 mm/min)的初始入渗速率(p<0.05),稳定入渗速率随覆土厚度的增加而增大，当覆土厚度高于40 cm后，随着覆土厚度的增加稳定入渗速率维持在3 mm/min左右。矸石层入渗过程受覆土层的影响较大，覆土厚度高于40 cm后，矸石层入渗速率基本稳定在土层连接面的入渗速率上。不同覆土厚度下玉米木质部水氢氧同位素值与土壤水氢氧同位素随土层变化曲线交点主要集中在覆土层，因此，玉米生长水分主要来源于覆土层。覆土厚度越大，2条线交点增多、交点分布范围增大，玉米对土壤水分的利用范围越大，...     

青岛市新机场建设耕作层土壤质量评价与剥离深度的确定

[目的]探索青岛市新机场耕作层土壤剥离的土壤质量评价方法,并根据土壤质量等级确定耕作层土壤剥离深度,为编制耕作层土壤剥离利用方案提供基础。[方法]依据指标设计原则,对耕作层土壤剥离理念及其目标要求进行分析,提出土壤质量评价指标体系。采用模糊隶属度模型评价土壤肥力,采用内梅罗综合污染指数评价土壤重金属及有机物污染状况,采用SQI指数对土壤综合质量进行评价,划分土壤质量等级,从而确定耕作层土壤剥离深度。[结果]1,3,4,5,8,11,12号采样点耕作层土壤质量等级为一级,2,6,9号采样点耕作层土壤质量等级为二级,7,10号采样点耕作层土壤质量等级为为三级。[结论]一级土壤质量最好,耕作层平均厚度为20cm。建议的土壤剥离深度为30cm;二级土壤质量较好,耕作层平均厚度为20cm,建议对新机场建设项目损毁占用土地的耕作层土壤剥离,土壤剥离深度为20cm;三级土壤质量中等,耕作层平均厚度为20cm,选择性的对新机场建设项目损毁占用土地的部分优质耕作层土壤按层次剥离,土壤剥离深度为10cm。     

长江三峡花岗岩区林地优先流影响因子分析

为了研究三峡地区花岗岩林地优先流影响因子，在长江三峡地区曲溪小流域内选定的实验坡面下部，垂直开挖了一个长度为2．9m、深度为2．60m的土壤剖面。在降雨过程中观察优先流过程，分析降雨对优先流的影响。同时对该地区的土壤物理性质和土壤渗透特性进行了测定，分析其对优先流的影响。分析结果表明，影响长江三峡花岗岩区优先流产流的降雨量在26mm（24h降雨量）以上。长江三峡库区的降雨可分为递减降雨型、均匀降雨型、突发降雨型及峰值降雨型4种类型，不同降雨类型对应的优先流过程都表现出相应的降雨过程特征。不同降雨类型的优先流出现时间也各有差异，峰值降雨型降雨产生的优先流出现时间最早，其次是突发降雨型、递减降雨型、均匀降雨型。当一场降雨中的最大降雨强度〉0．075mm／min时，就有可能产生优先流。非毛管孔隙比例较大的土壤中容易形成优先流。研究区林下土壤中粗颗粒含量呈现出由上层至下层逐渐增多的趋势。对于较深层次土壤来说，它们含有的较粗颗粒有利于优先流的形成。优先流的存在使距地表83～110cm土层中土壤稳渗速率较其他土层得以大幅度提高，土层内快速运动的水流又加速了优先流的形成与发展。     

利用染色示踪法研究四面山两种林地优先路径分布特征

[目的]研究不同林种土壤的优先路径分布特征,为土壤水的高效利用以及植物生长环境改善等方面的研究提供理论参考。[方法]以重庆四面山张家山的针阔混交林和楠竹林为研究对象,在林地土壤存在优先路径的情况下,运用染色示踪法研究了水分及溶质的运移,并对采集的垂直剖面染色图像进行处理分析。[结果]两种林地对水分入渗的响应不同,染色路径宽度和染色路径数量在同一剖面不同深度处及不同剖面同一深度处均呈现明显的异质性:(1)针阔混交林染色路径宽度曲线呈"倒阶梯型";(2)楠竹林染色路径宽度曲线呈S形。两种林地的土壤优先流宽度和数量在一定范围内均随着深度增加而逐渐下降。[结论]两种林地均存在优先流现象,随着深度增加优先流路径不均匀递减,在0—20cm深度内,植物根系对土壤优先流影响较大。     

内蒙古自治区达茂旗荒漠草原土壤水分对降水的响应

[目的]研究不同降水模式土壤水分响应机制,为防治荒漠草原植被退化及土地荒漠化提供理论基础。[方法]以内蒙古自治区达茂旗为例,基于自动土壤水分观测站2016—2018年逐时土壤水分、降水量资料,利用统计学等方法,研究荒漠草原降水对土壤水分的影响。[结果]对于5.1～10.0,10.1～25.0 mm和大于25 mm降水事件,土壤水分响应深度分别为10,20 cm和50 cm,响应天数分别为6,7～9 d和10 d。5.1～15.0 mm和20.1～25.0 mm的降水,降水强度越大,土壤水分入渗深度越大;15.1～20.0 mm的降水,降水强度越大,土壤水分入渗深度越小。5.1～15.0,15.1～20.0,20.1～25.0 mm降水事件,0—10 cm土壤水分在降水强度较小时,土壤水分均在1 h后显著响应;在降水强度较大时,土壤水分分别在5,8 h及8 h后显著响应。[结论]土壤水分对降水响应主要依赖于降水模式,包括降水量、降水强度、降水时间等。5.1～15.0 mm和20.1～25.0 mm降水量时,降水强度对土壤水分入渗深度具有正反馈作用,对入渗速率具有负反馈作用;15.1～20.0 mm降水量时,降水强度对土壤水分入渗深度和速率均具有负反馈作用。     

西南岩溶区粉垄耕作和免耕方式下甘蔗地土壤优先流特征

以西南岩溶区的典型农地甘蔗地为研究对象,采用野外染色示踪技术,利用形态学解析手段,并结合土壤水分分层评价方法,对粉垄耕作和免耕方式下甘蔗地土壤优先流特征进行研究。结果表明:在相同外部供水条件下,粉垄耕作甘蔗地水分下渗湿润锋迹线较免耕甘蔗地平缓,呈均匀整体形式下渗,平均下渗深度是免耕甘蔗地的0.95倍,其优先流染色形态相对于免耕甘蔗地的枝状分化状态,多以零散团块状分化形式为主;在相同外部条件下,免耕甘蔗地最先发生优先流现象,优先流的发生速度是粉垄耕作甘蔗地的1.45倍,平均优先流比达88.61%,大于粉垄耕作甘蔗地(82.89%),二者之间差异显著(P0.05);沿土壤深度的增加,优先流在粉垄耕作甘蔗地土壤空间中的发展变化程度表现为"次活跃—活跃—次活跃—相对稳定—次活跃",而免耕甘蔗地表现为"次活跃—活跃—次活跃—相对稳定",免耕甘蔗地的优先流空间发展变化程度较高,主要发生在5—35cm土层范围内,相比粉垄耕作甘蔗地10—30cm土层深。粉垄耕作方式与免耕方式相比,降低了岩溶区甘蔗地土壤优先流的发生与发展,在一定程度上提高了土壤的保肥蓄水能力。     

层状包气带黏土层厚度对硝态氮迁移的影响

层状包气带结构中黏土层对污染物进入地下水具有阻滞作用,黏土层的厚度对硝态氮(NO_3~--N)在包气带迁移中的淋失、累积以及反硝化作用等具有非常重要的影响,而目前关于这方面的研究还不足。该研究通过设置高度为40 cm、砂土与黏土层厚度比分别为3∶1,1∶1,1∶3的"上粗下细"型以及全黏土型的4组填充土柱,采用稳定浓度的定水头淋滤试验,研究黏土层厚度不同的土柱NO_3~--N溶液入渗过程、土壤NO_3~--N淋滤、累积和反硝化特征,进而阐明层状包气带黏土层厚度对NO_3~--N迁移的影响。结果表明:湿润锋运移深度和累积入渗量与入渗时间的关系在溶液穿越砂黏土层界面前后由非线性趋于线性,累积入渗量随黏土层厚度增加而显著减小(P0.05);当土柱内黏土层厚度达到40 cm时,其对NO_3~--N淋滤的阻滞作用明显强于黏土层厚度为10～30 cm的土柱;淋滤试验过程中在砂黏土层界面形成水分滞留层,界面处黏土层中NO_3~--N和NO_2~--N累积量均达到峰值,且随着深度的增加,NO_3~--N和NO_2~--N累积量降低;黏土层厚度差不小于20 cm的土柱内NO_3~--N累积量差异显著(P0.05),而40 cm黏土层的土柱反硝化量[(0.15±0.05) g]显著高于黏土层厚度为10～30 cm的土柱(P0.05),说明当黏土层达到一定厚度时(如40 cm),对NO_3~--N的阻滞作用和反硝化作用具有显著影响,对防止NO_3~--N淋失进入地下水产生重要作用。该研究可为层状包气带土壤条件下农田施肥管理与地下水保护提供科学依据。     

浑河源头水源涵养林土壤优先流特征

以浑河源头4种类型水源涵养林为研究对象,采用野外染色示踪和室内理化分析等研究方法,研究不同水源涵养林土壤优先流的形态特征与变化规律,揭示浑河源头水源涵养林保护和治理过程中优先流的形成机理及影响因素。结果表明:4个样地土壤优先流的入渗深度范围为30~38cm,且其深浅与根系的根长密度关系密切;0—10cm土层的土壤优先流染色面积比依次为82.41%,75.44%,91.03%,79.82%,土壤优先流染色面积比随土层深度的增加而减小,4个样地上层土壤显著大于下层土壤染色面积比;土壤优先流染色面积比与土壤容重、总孔隙度、有机质、总根长密度呈极显著或显著正相关,均影响着优先流的发生程度,并且得到土壤优先流染色面积比与其影响指标的多元函数关系;根据各主成分得分及其权重,得到水源涵养林土壤优先流特征综合得分为混交林地(3.134)>落叶松(1.660)>采伐迹地(-1.946)>红松(-2.847)。研究结果可为深入探究浑河源头水源涵养林的生态水文过程及植被建设提供科学依据。