黄土丘陵区小流域土壤水分入渗特征研究

 为给森林对流域减流减沙效益的预测和评价提供科学依据,采用“环刀法”,在流域的横断面上设点,对黄土丘陵区森林小流域和荒坡草灌小流域土壤水分入渗特征进行了研究。结果表明:森林小流域林地土壤入渗速率显著高于荒坡草灌小流域。在2种小流域类型中,阴坡的土壤入渗速率一般高于阳坡,其中森林小流域阴、阳坡的差异较小,仅在坡上部表现明显,稳定入渗速率分别为7.8mm/min和7.0mm/min;荒坡草灌小流域阴坡的土壤入渗速率高于阳坡,这与阴坡植被发育较好有关。在坡位上,表现出从坡上部到坡下部,土壤入渗速率随坡位下移呈逐渐降低的趋势,即其空间特征为坡上部>坡中部>坡下部。据分析,这是上部产生的径流挟沙而下,在下部沉积,堵塞土壤孔隙,并在表层形成一个致密层的结果。根据黄土丘陵区的土壤特性,其土壤入渗过程以方正三方程拟合精度最高,如将其与A.Kostiakov方程结合使用 ,则可更好地说明土壤的初始入渗速率和稳定入渗速率。     

黄土丘陵区退耕地土壤水分入渗特征及影响因素

为评价退耕还林（草）工程的成效及认识下垫面改变对土壤水文过程的影响,采用圆盘入渗仪以4．6、8年退耕地为对象,长芒草草地为对照在黄土丘陵区分层（表层、20cm、40cm）研究退耕地土壤水分入渗特征,并探讨其影响因素。结果表明：1）较短年限退耕地表层土壤入渗能力较天然草地差,而下层入渗能力较天然草地强;2）退耕地下层的初始入渗速率是表层的1．2—1．4倍,稳定入渗率是表层的1．9—2．8倍,饱和导水率是表层的1．9—3．0倍;3）随着退耕年限增加,表层土壤入渗能力下降,而下层入渗能力增强;4）土壤结皮阻碍退耕地表层土壤的入渗。     

半干旱黄土丘陵区土壤水分入渗速率的空间变异性

选择宁夏南部半干旱黄土丘陵区的彭阳县中庄小流域,针对其多年来水保措施的治理成效,利用小型人工模拟降雨和双环注水法入渗试验装置技术,对全流域不同生态恢复与重建地（水平沟、鱼鳞坑、水平梯田、人工牧草、天然草地）,不同地形地貌（坡向、坡位、坡度）进行了多点土壤入渗速率实测。试验结果表明,该流域土壤入渗速率具有明显的坡面垂直变异规律,随着坡度的增加,土壤稳渗率增加,阴坡土壤稳渗率高于阳坡,但其初渗率小于阳坡;坡位对稳渗率的影响表现为南坡上到坡下稳渗率逐渐提高。土地利用方式不同,入渗速率也存在较大差异。     

土壤表面电场对黄土母质发育土壤水分入渗特性的影响及模拟

水资源短缺是黄土高原地区农业生产和生态环境建设主要的限制因子。土壤水分入渗过程不仅决定着土壤对雨水和灌溉水等有限水源的利用程度,而且也深刻影响着地表径流和土壤侵蚀强度。土壤表面电场对团聚体稳定性具有重要影响,团聚体破碎后土壤孔隙将发生重要变化,并影响水分入渗过程。然而,目前关于土壤电场作用对黄土母质发育土壤水分入渗过程的影响尚不清楚,同时考虑表面电场作用后经典土壤水分入渗模型的适用性还有待进一步验证。因此,本研究采用室内一维定水头土柱模拟试验,通过定量调控土壤表面电场,研究了不同土壤电场强度对水分入渗速率、湿润锋运移、累积入渗量的影响,并采用Kostiakov模型和Philip模型对土壤水分入渗过程进行拟合。结果表明:(1)湿润锋运移速度、入渗速率和累积入渗量均随入渗电解质浓度的减小、表面电位(绝对值)和电场的增大而降低,这表明土壤表面电场对土壤水分入渗具有重要的、不可忽略的影响。(2)当电解质浓度0.01 mol·L赵世伟,塿土和褐土的电位绝对值大于233 mV和223 mV时,土壤水分入渗特性参数随时间的变化曲线较为接近,表明233 mV和223 mV分别是影响两种土壤水分入渗过程的临界电位值。(3)Kostiakov模型和Philip模型对于塿土和褐土入渗过程的模拟均有较好的适用性,但通过进一步分析其拟合统计特征值(决定系数R~2、残差平方和、均方根误差RMSE值),发现Kostiakov模型的拟合结果更优。该研究结果可为黄土高原土壤水分入渗的内部调控新技术提供理论参考。     

土壤温度对土壤水分入渗的影响

为了解温度对土壤水分人渗参数的影响,研究了黄土高原三种典型土壤(神木风沙土、安塞黄绵土、杨凌蝼土)在不同温度(18℃,25℃-27℃.30℃,35℃)时的人渗特征.用幂函数对湿润锋距离与时间关系进行拟合.并用Philip入渗公式对累积人渗量及入渗率进行拟合.结果表明:(1)温度对湿润锋的影响主要是通过对参数a的影响来实现.而对土壤水分人渗率的影响主要是通过吸湿率S起作用;(2)随着温度的升高,同种土壤水分入渗达到某一深度所用时间缩短.但不同质地的土壤之间的差别较大;(3)随着温度的升高.湿润锋运移速率和入渗速率增加,且湿润锋运移速率及人渗速率与温度和时间关系可用多元复合幂函数关系拟合;(4)温度对同一土壤湿润锋运移速率和水分人渗速率的影响随着温度的变化而变化.在较低温度区温度对其的影响大于较高温区.     

黄土丘陵区铁杆蒿群落和长芒草群落地上生物量及土壤养分效应

为了明确黄土丘陵区典型植被演替过程中植被与土壤的互动效应,为植被恢复提供依据,采用野外调查和室内分析的实验方法,结合逐步回归和通径分析数据处理方法,研究该区铁杆蒿群落和长芒草群落随着恢复演替的进行,地上生物量、地下生物量、土壤养分的动态变化及其地上生物量与环境因子的关系,并对2种群落进行比较分析。结果表明:随着退耕年限的增加,铁杆蒿和长芒草群落的地上生物量、地下生物量呈逐渐增加的趋势;2种群落的土壤有机质和全氮也都呈增加的趋势,且同群落生物量的变化趋势步调基本一致;全磷和硝态氮也表现了总的增加趋势,但与生物量的变化趋势不太一致。逐步回归与通径分析表明,对铁杆蒿群落地上生物量影响较大的环境因子是有机质、黏粒质量分数和水分含量,其中有机质质量分数和水分含量表现为正效应,即生物量随有机质质量分数和土壤水分含量的增加而增大,土壤黏粒质量分数表现为负效应;对长芒草群落影响较大的是海拔、坡位、年限和全氮质量分数。     

黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化

[目的]揭示黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化及其影响因素,为黄土高原地区农耕地土壤侵蚀控制、水土保持和有限水资源的有效利用提供理论依据和数据支撑。[方法]运用双环法,以黄土丘陵区典型农作物种植地为研究对象,通过入渗试验对不同作物地土壤稳定入渗率季节变化进行研究。[结果]典型农耕种植地土壤稳定入渗率具有明显季节变化(p0.05)。不同作物地土壤稳定入渗率的季节变化趋势存在差异。种植3种作物地与裸地的土壤稳定入渗率具有显著性差异(p0.05)。种植马铃薯地平均土壤稳定入渗率最大,其次是大豆地和谷子地。农事活动、容重、孔隙度和作物根系生长是影响农耕地土壤稳定入渗率季节变化的主要因素。[结论]黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率具有明显的季节变化,该变化主要是由农事活动、容重、土壤孔隙度和作物根系生长等因素所导致。     

沂蒙山林区不同森林群落土壤水分贮存与入渗特征

为给沂蒙山区森林植被建设中合理群落类型的选择与配置提供参考,采用森林水文学方法,对淮河流域沂蒙山林区典型森林群落的土壤水分贮存与人渗特征进行研究。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,其作用程度混交林大于纯林,阔叶林大于针叶林;2）森林群落对土壤（非毛管）滞留贮水量的提高程度明显大于土壤毛管吸持贮水量,因而具有明显的涵养水源作用;3）Horton模型和Kostiakov模型能较好模拟研究区森林群落的土壤人渗过程,但通用经验模型和Philip模型的适用性较差;土壤入渗速率与孔隙度之间具有明显的线性正相关关系。     

黄土丘陵区草地表层土壤固碳特征及影响因素

采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析了黄土丘陵区长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)草地表层(0—20cm)土壤有机碳(SOC)及其与地形、土壤、植被等因子的相关性,以期揭示自然恢复过程土壤固碳特征及显著影响因子。结果表明,不同恢复年限长芒草群落土壤表层SOC平均含量14~18a显著增加,年均增加量为0.295g/kg;18~26a增加平缓,年均增加量为0.186g/kg;26~45a略微下降,33,45aSOC平均含量分别低于26a(8.92%,3.18%),差异均不显著。白羊草群落则表现25~40a平缓增加,年均增加量为0.054g/kg,40~45a以上显著增加,40aSOC平均含量低于45a以上29.38%,差异显著(p0.05)。不同土层剖面,SOC含量均表现为土层0—10土层10—20cm。土壤总SOC密度变化趋势与SOC平均含量一致。相关分析表明,长芒草、白羊草群落SOC平均含量随着恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮的增加而增加,随着海拔、容重的增加而减小。随着恢复年限的增加,长芒草、白羊草群落土壤表层SOC存在明显固存效应,海拔、恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮、容重为显著影响因子。     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面(草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地)小区,分析了30场人工模拟降雨试验的入渗资料,结果表明,植被覆盖地平均入渗率是刈割地的1.2倍,是翻耕地的2.0倍;在地表坡度7°,草灌地土壤容重分别为1.27和0.99 g/cm3条件下,坡面平均入渗率与降雨强度具有极显著的抛物线函数关系.草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木地雨强分别达到1.62,2.21,2.49和1.71 mm/mim时,平均入渗率具有最大值,分别为1. 17,0.97,1.67和1.51 mm/min;但翻耕草地、翻耕灌木地与此相反,雨强分别达到1.36和1.68 mm/min时,平均入渗率具有最小值,分别为0.379和0.382 mm/min;Horton入渗公式能较好地模拟不同土地利用方式下降雨的入渗过程.     

黄土丘陵区退耕坡地植被自然恢复过程及其对土壤入渗的影响

生态系统自我修复是黄土高原植被恢复的重要途径。以永久性天然草地和三龄沙打旺人工草地为对照,在对黄土丘陵区坡地退耕植被自然恢复过程群落演替、地上部分生物量的增长及其组成动态变化特征调查的基础上,定量分析了不同恢复阶段主要群落下土壤的入渗能力。研究表明,随着植被演替的进展,群落生物量逐步增加,土壤入渗能力显著改善。退耕草地土壤表层0-20cm土壤渗透能力(K10℃)每年可提高0.10mm。植被改善土壤入渗能力的有效深度达40cm。说明黄土丘陵区通过坡地退耕还林还草恢复植被可以改善土壤渗透性能,强化降雨就地入渗,减少水土流失。     

长江上游不同植物群落水土保持能力比较

采用连续3年径流小区定位观测数据,对长江上游不同植物群落水土保持能力进行了分析和比较,结果表明:区域降水量季节分配不均,主要集中于5—10月,其降水量占全年降水量的86.48%,主要由大于10 mm的降雨带来,且降雨强度大部分小于5 mm/h。不同植物群落按地表径流量、土壤流失量、径流系数和侵蚀性降雨频次的大小排序均为裸地马桑灌丛云南松林华山松林华山松-旱冬瓜林,产生地表径流的最小降雨量则相反,依次为裸地马桑灌丛云南松林华山松林华山松-旱冬瓜林。说明森林植被能有效截留大气降水,减少地表径流,森林植被中针阔混交林水土保持能力最强,建议植被恢复工程中多营建此类林分。     

黄土丘陵区不同撂荒年限土壤入渗及抗冲性研究

为了评价植被恢复对撂荒地土壤性状的影响,采用时空互代法,以黄土丘陵区不同年限撂荒地为研究对象,利用环刀法和原状土冲刷试验结合室内理化分析对其渗透性能和抗冲性进行了研究。结果表明:同一撂荒阶段,土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和抗冲系数均随土壤深度的增加而下降;随着撂荒阶段延长,表层土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和抗冲系数均为撂荒前期显著增大,后逐步趋于稳定,撂荒阶段间的差异显著大于土层深度的差异。在黄土丘陵区,利用Kostiakov模型回归参数a可有效表征初始入渗速率,相关系数为0.999 1,用方正三模型回归参数f_1和K可同时表征初始入渗速率和稳定入渗速率,相关系数分别为0.869 4和0.998 1,其初始入渗速率相关性较模型Kostiakov差,结合使用两者可更好的表征土壤入渗过程。     

黄土丘陵半干旱区沙棘生长对土壤水分及养分影响

为以沙棘为主的人工植被建设评价提供依据,在黄土丘陵半干旱区选择4,8,12,15 a沙棘林地进行土壤水分、养分测定,结果表明:在测定年份不同林龄沙棘林地0-600 cm土层含水量差异较小,150-400 cm土层存在明显干层,平均含水量仅为5.48%,400-600 cm土层含水量有明显随林龄增加而减小的规律;不同林龄沙棘林地土壤养分均富集在0-10 cm土层,养分含量随着土层深度增加明显减小,林龄对土壤养分含量具有一定影响,有随林龄增加养分含量增加的趋势.     

黄土丘陵区边坡开挖对土壤抗蚀性影响

针对黄土高原高质量发展过程中为扩展农业等经济用地,大量边坡开挖工程对坡面土壤抗蚀能力影响等问题,以延安市羊圈沟流域内开挖坡面为对象,未开挖坡面为对照,通过野外采样与室内分析,研究了开挖坡面土壤抗蚀能力时空变化特征。结果表明:(1)在开挖率为7%的坡面,土壤团聚体平均重量直径(MWD)和有机碳含量随坡位的降低,开挖坡面呈先增大后减小趋势,对照坡面为逐渐增大趋势; 其中开挖坡面MWD在坡下区、开挖区相较于坡中区分别降低6%～8%和58%～73%; 土壤有机碳含量在坡下区0—80 cm土层内显著降低8%～41%,开挖区0—40 cm内显著降低10%～39%;(2)土壤可蚀性K_S值随坡位的降低,开挖坡面呈先减小后增大趋势,对照坡面为逐渐减小趋势,坡下区和开挖区相较于坡中区分别增大4.8%～5.0%,65.0%～109.7%;(3)坡面土壤可蚀性K_S值随开挖率的增大而增大,与有机碳含量相关性随开挖率增加而降低,开挖率为7%的坡面,坡下区土壤抗蚀能力年变化呈显著降低趋势。因此开挖坡面在后期边坡防护过程中不仅应加强开挖区稳定性的防护,还应注重坡面开挖区上部各坡位土壤侵蚀风险的降低。研究结果为边坡开挖工程设计及安全防护提供了科学指导和理论支撑。     

黄土丘陵区林地干化土壤降雨入渗及水分迁移规律

基于近年来黄土丘陵区林地形成大规模土壤干层的事实,为了探索降雨在黄土丘陵区枣林地干化土壤中的入渗、迁移规律,明确干化土壤的修复能力,在陕北米脂试验站建立野外10m大型土柱模拟枣林地干化土壤,采用CS650—CR1000土壤水分自动监测系统对其进行连续定位观测。观测数据分析表明:(1)独立降雨的入渗、迁移深度主要取决于降雨量,大、中、小雨的水分影响深度分别达90~140,70~80,40cm,降雨量一定时还与降雨强度、初始土壤含水量等因素有关,降雨强度越大、初始土壤含水量越高,水分的入渗深度及迁移深度也越大。(2)间歇降雨中几次降雨交互对水分的入渗、迁移产生促进作用。相同雨量下,其入渗深度较独立降雨可提高100%~160%,迁移深度可提高91%~197%。(3)黄土丘陵区并非所有降雨都对土壤水分有影响。观测期内降雨次数与降雨量的有效率分别为36.4%和72.7%。(4)土壤垂向剖面在多次降雨的累积作用下具有层次性,本试验期间降雨影响范围内的土壤剖面主要可以分为3层,0—90cm为降雨入渗敏感层,90—160cm为降雨入渗迟缓层,160—240cm为雨水迁移层。研究结果对于促进黄土丘陵区林地干化土壤的治理与修复,加强土壤水分的科学管理与改善具有重要的理论和实践意义。     

黄土丘陵区红豆草和苜蓿植物篱对土壤颗粒组成的影响

以苜蓿、红豆草两种植物篱为研究对象,对黄土丘陵沟壑区坡耕地布设植物篱后不同坡位土壤颗粒含量的变化、土壤分形维数进行研究,分析了植物篱对土壤颗粒组成的影响。结果表明:（1）同坡面相比,中坡及下坡土壤极细沙粒与粗粉粒含量增加,细粉粒与黏粒含量减少,出现相对于上坡的土壤机械组成粗化现象,且下坡粗化程度大于中坡;（2）相对于对照坡面,植物篱坡面各坡位粗化现象均得到缓解,红豆草对土壤颗粒的影响在上坡表现明显,苜蓿的影响在下坡表现明显;（3）坡面土壤分形维数呈现上部 > 中部 > 下部,苜蓿 > 红豆草 > 对照样地;（4）土壤颗粒与土壤分形维数的相关性分析显示,土壤分形维数与极细沙粒、粗粉粒呈极显著（P < 0.01）负相关,与黏粒呈显著（P < 0.05）正相关。