臭椿树干液流和直径微变化对土壤水分的响应

[目的] 研究不同水分条件下〔土壤体积含水量分别为10%～15%(W₁),15%～20%(W₂),20%～25%(W₃),25%～30%(W₄)4种水分处理〕臭椿的树干液流和树干径向变化特征及其与气象因子的关系,为深入了解臭椿水分利用策略和科学制定臭椿水分管理措施提供科学依据。[方法] 采用热扩散式探针法(TDP)对臭椿树干液流进行连续观测,使用树干径向变化记录仪持续监测臭椿树干直径变化,并同步监测相关环境因子的变化。[结果] 在W₃和W₄土壤水分处理下,臭椿液流量基本相同,且树干直径的增长量和变化幅度也相近;在W₁—W₃范围内,臭椿液流量随土壤含水量的增加而增大,但夜间液流占日总液流量的比例随土壤含水量的增加而减小,分别为：W₁(12.3%)>W₂(11.9%)>W₃(6.0%)。日尺度下臭椿树干直径的变化幅度随着土壤含水量的增加而减少,但生长量随之增加;随着土壤含水量的不断增加,白天树干液流与气象因子的相关性呈增大趋势,夜间呈降低趋势;树干液流和树干直径的变化都滞后于太阳辐射,提前于饱和水气压差,且二者与饱和水汽压差之间的时滞均随土壤含水量的增加而减小,但二者与太阳辐射之间的时滞受土壤含水量变化的影响很小。日尺度下臭椿树干液流与树干直径的变化呈反向变化规律,且液流的变化总是提前于树干直径的变化。随着土壤含水量的增加,时滞缩短。[结论] 臭椿树干液流与树干直径变化对土壤水分变化的响应存在紧密联系。在W₃水平,土壤含水量达到了臭椿可以充分利用的阈值,因此W₃土壤水分处理为臭椿最适宜的灌溉标准。     

暴雨的判定方法和评价指标

 在分析暴雨特征的基础上,提出了以降雨量和降雨强度为参数的暴雨判别指标计算公式K=Pi,根据P=it得出K=P2/t=i2t,该表达式简单明了地反映了不同降雨历时的雨量大小,便于暴雨的分析和计算。同时,以日降雨量标准和时段降雨量或降雨强度标准为基础,定量化的确定了暴雨的判别指标和暴雨等级划分标准。对于暴雨2≤K>K<7,大暴雨7≤K<28,特大暴雨K≥28。在保持与日降雨量标准和时段降雨量或降雨强度标准基本一致的前提下,将二者有机地结合在一起,形成新的统一的暴雨判别和划分标准     

红壤区裸露坡地不同类型次降雨的产流产沙规律

为探究红壤区裸露坡地在不同类型次降雨下的产流产沙规律,研究收集长汀县水土保持科教园红壤裸露坡地径流小区2013年1月至2020年12月共388场降雨—径流—土壤侵蚀观测资料,采用K-means将降雨划分为4类进行分析。结果表明:(1)主要降雨类型有A(短历时、大雨强、小雨量、低频次)、B(长历时、小雨强、大雨量、中频次)、C(中等历时、小雨强、小雨量、高频次)3类,B、C为研究区主要产流产沙来源,贡献85%以上的径流和土壤侵蚀量。(2)次降雨径流深及土壤侵蚀量与降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和降雨动能(E)呈线性正相关,与降雨侵蚀力(EI₃₀)呈幂函数关系。但降雨特征对产流产沙的总解释度小于65%,且随着降雨历时的增加而减小。(3)降雨特征与产流产沙存在3种约束关系,其约束线表明降雨特征对次降雨潜在最大产流产沙的影响。其中,潜在最大径流深主要由P和E决定,潜在最大土壤侵蚀量的上限为800~900 t/hm²。从降雨特征单因子影响、综合影响和约束效应3个方面分析了红壤裸露坡地的产流产沙特征,为红壤区水土流失防治提供了数据基础。     

粗颗粒土壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征

为揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理,采用湖北通城县、江西赣县、福建长汀县、广东五华县4个样地的4种粗颗粒土壤（分别定义为TCA、GXA、CTA、WHA）进行室内模拟降雨试验,研究粗颗粒土壤坡面侵蚀过程及侵蚀泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明：（1）4种土壤的地表径流随着降雨时间的增长呈现出先增加后递减并趋于稳定的规律;（2）4种土壤的侵蚀特征存在差异,土壤侵蚀速率表现为WHA>TCA>GXA>CTA;（3）4种土壤的侵蚀泥沙中颗粒分布百分比大小均为砂粒>黏粒>粉粒>砾石。不同土壤侵蚀泥沙富集率表现出明显差异;（4）水流功率与土壤侵蚀速率的相关性显著,用幂函数可以准确描述其关系。在表达式中引入土壤黏粒含量、砾石含量后模型更加可靠（D_r=0.001ω^1.163C_l^-4.069,R²=0.82;D_r=0.003ω^1.149G_r^-1.934,R²=0.84）,提高了模型预测土壤侵蚀速率的精度,在实际应用中具有更广的适应范围与现实价值。     

北京山区典型植被类型土壤饱和导水率及其影响因素

研究典型植被类型的土壤饱和导水率(K_s)分布及其影响因素,可为北京山区植被建设提供有力借鉴,同时加深对于土壤水分运动的理解。选取北京山区最具代表性的4种植被类型,获取不同类型、不同层次的土壤饱和导水率,调查土壤理化性质与根系生物量、石砾体积,利用Pearson相关性分析、多元逐步回归、通径分析,明晰了北京山区典型植被类型下的土壤饱和导水率分布及其影响因素。结果表明:(1)土壤饱和导水率介于0.05~2.23 mm/min,属于高度变异,随土层向下不断减小,侧柏×灌木混交林、侧柏纯林与侧柏×五角枫混交林的土壤饱和导水率存在显著差异(p＜0.05)。土壤饱和导水率与土层深度之间的关系符合对数函数关系式y=±aln x+b,R²≥0.858。(2)相关性分析结果表明,土壤饱和导水率与容重、总孔隙度、毛管孔隙度、根系生物量、有机质含量均呈极显著相关关系(p＜0.01),与非毛管孔隙度、自然含水率呈显著相关关系(p＜0.05)。(3)逐步回归分析得Y=3.42X₂+0.78X₆-1.333,R²=0.862。进一步通径分析可知,根系生物量主要通过直接作用影响土壤饱和导水率,而总孔隙度通过间接作用影响土壤饱和导水率。可知,侧柏×灌木混交林的导水性能最佳,后续的植被建设应重点考虑侧柏×灌木混交林,以达到减少径流、涵养水源的目的。     

重庆缙云山森林火灾干扰边坡的滑坡易发期预测

为明确缙云山火灾后边坡的失稳机制并预测未来滑坡风险,该研究通过对火林地根-土体物理性质勘测和试验,借鉴森林砍伐与根系强度预测模型-SIDLE曲线模型预测了根系强度的衰减和恢复动态,并采用COMSOL模拟了未来40 a林地边坡在正常状态和极端降雨事件后的稳定性动态。结果表明：1）缙云山林缘边坡为约1.5 m厚的砂质壤土-砂质泥岩双层土坡结构,上下层渗透性和土体强度差异悬殊;2）林缘边坡在自然状态下处于稳定状态,潜在滑动面位于深层（稳定系数F_OS>2）;极端降雨条件下,潜在滑动面位于土层结构面上,该处易出现带状积水,正孔隙水压力约10 kPa,极端降雨后无根系状态临界F_OS为1.13,根系固土状态下临界F_OS为1.32;3）火灾发生后对自然状态下边坡深层稳定性影响较小,而极端降雨后边坡浅层稳定性随火灾后的年动态呈现快速降低而后缓慢恢复的趋势,期间F_OS谷值处便出现长达数年的浅层滑坡易发期。缙云山林缘边坡的失稳机制为降雨过程中土层界面处正孔隙水压力积累弱化了有效应力。结合文献已有灌木根系数据和本区植物根系固土特性和土层特征,保守估计该次火灾发生后6～9 a为滑坡易发期, F_OS为1.22～1.32,至少18～24 a后才可完全恢复至火灾前的稳定条件。研究结果有助于了解区域浅层滑坡形成机制,为火后森林恢复和边坡风险评估提供初步参考。     

基于降雨量和降雨时间的月降雨侵蚀力简易算法——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

 降雨侵蚀力简易算法是较大尺度应用USLE/RUSLE进行土壤侵蚀评价研究的必要内容。基于降雨量和降雨时间建立月降雨侵蚀力计算模型,并以陕北黄土丘陵沟壑区为例,进行模型的拟合。结果表明:随着自变量中降雨量和降雨时间表示方式的改变,模型的拟合优度表现出明显的差异;对于不同因变量而言,以ΣEI30(或lg(ΣEI30))和以ΣEI10(或lg(ΣEI10))为因变量的模型拟合优度在整体上比较接近甚至相同,而以ΣE60I10(或lg(ΣE60I10))为因变量的模型拟合优度在整体上略低;就尺度效应而言,在时间尺度上,整个汛期的模型拟合优度低于1个月份或多个月份模型的拟合优度,在空间尺度上,区域模型中的拟合优度低于至少1个流域的模型拟合优度;在实际应用中,可以选择以ΣEI30为因变量的月降雨侵蚀力公式对该区域进行土壤侵蚀评价。     

近红外光谱分析法测定菜籽油中芥酸的含量

采用多通道PDA型近红外光谱仪，应用偏最小二乘法建立了菜籽油中芥酸含量与近红外透射光谱的校正模型，讨论多项式求导及平滑的窗口宽度和相关系数法筛选有效波长对校正模型的影响，并对10个预测集样品利用预测相关系数R_p和预测均方根误差RMSEP指标进行了预测精度分析，结果发现：在使用全谱数据进行偏最小二乘回归建模时，一阶7点求导及平滑的预处理方法结果最佳，此时建模效果为：R_p=0.739，RMSEP=1.659；在此基础上通过相关系数法筛选波长后的建模效果为：R_p=0.958，RMSEP=0.963。后者R_p提高29%，RMSEP减少42%。由此可得出多项式求导及平滑法和相关系数法相结合对校正模型稳健性，预测精度都有较大提高的结论。研究证明：多通道近红外光谱仪快速测测菜籽油中芥酸含量的方法是可行的。     

原始红松林和次生白桦林降雨截留分配效应研究

 以小兴安岭原始红松林为研究对象,通过97场的降雨测定,对原始红松林的降雨截留分配效应进行系统研究。结果表明:原始红松林在生长季内的林冠截留量为98.68 mm,占同期降雨量的19.61%,是次生白桦林的1.3倍。与全国其他森林类型的平均林冠截留率（11.4%～36.5%）相比,原始红松林的林冠截留率处于中等水平。原始红松林在生长季内的穿透雨量和树干径流量分别为395.77和8.78mm,分别占同期降雨量的78.65%和1.74%。与次生白桦林相比,其穿透雨量减少,而树干径流量增加。统计分析表明,原始红松林的林冠截留量、林内穿透雨量和树干径流量与林外降雨量之间均呈现紧密的三次多项式函数关系（p<0.01）,而次生白桦林的林内穿透雨量与林外降雨量之间却呈现良好的直线关系（p<0.01）。最后,对影响林内穿透雨和树干径流的因子进行筛选和分析,为研究针阔混交林的降雨分配效应提供重要参考。     

半干旱黄土地区幼龄侧柏叶蒸腾的数学模型

 通过人工控制水分,形成单株幼龄侧柏的不同土壤水分梯度环境。在自然环境下对侧柏叶片定时、定位进行蒸腾速率及林冠层的光照、空气温度、空气湿度、叶水势和土壤水分等因子的同步观测。蒸腾速率与各个因子的相关分析表明:黄土半干旱地区侧柏蒸腾速率η_t/(μg·cm^-2·s^-1)与光照强度E/(μmol·m^-2·s^-1)、空气饱和差p_v/kPa、叶水势Ψ/kPa、气温t/℃的关系可以分别表示为:η_t=>αE_b,η_t=αp_vb,η_t=αψ^b,η_t=αt²+bt+c;侧柏的蒸腾速率η_t与气孔阻力R_s/(s·cm^-1)和土壤含水量W/％有密切关系,可以分别表示为:η_t=α+bW+cW₂+dW₃,R_s=α+bW+cW₂+dW₃。用气温、空气饱和差、叶水势3个因素建立了半干旱黄土地区幼龄单株侧柏蒸腾速率的非线性指数预测模型:η_t=0.6950_exp（0.03158t-14.2492/p_v+0.7606/Ψ）,经检验获得了满意的数值模拟结果。     

用日雨量和雨强计算降雨侵蚀力

利用全国8个气象站次降雨和日降雨资料,分析了次、日降雨关系。结果表明,用次降雨资料计算的降雨侵蚀力与用日降雨资料计算的降雨侵蚀力,二者之间不仅高度线性相关,而且是通过原点、斜率接近1的直线,方程的平均决定系数达到0.950,表明可以用日降雨资料计算降雨侵蚀力。由于各地区方程的系数差异不显著,可以在不同气候区采用同一个公式。该方法不仅简化了降雨侵蚀力计算,有助于其推广应用,而且大大促进了气象水文资料在土壤侵蚀定量研究中的应用。     

用日雨量和雨强计算降雨侵蚀力

利用全国 8个气象站次降雨和日降雨资料 ,分析了次、日降雨关系。结果表明 ,用次降雨资料计算的降雨侵蚀力与用日降雨资料计算的降雨侵蚀力 ,二者之间不仅高度线性相关 ,而且是通过原点、斜率接近 1的直线 ,方程的平均决定系数达到 0 .95 0 ,表明可以用日降雨资料计算降雨侵蚀力。由于各地区方程的系数差异不显著 ,可以在不同气候区采用同一个公式。该方法不仅简化了降雨侵蚀力计算 ,有助于其推广应用 ,而且大大促进了气象水文资料在土壤侵蚀定量研究中的应用。     

人工模拟降雨的能量相似及其实现

 能量相似是降雨模拟的基本原则。通过对雨滴粒径、雨滴击溅速度、降雨均匀度等能量相似要素的分析和探讨,提出实现降雨模拟能量相似的重要手段,即在降雨高度、雨滴发生器等条件不变的情况下,通过调节雨强来实现降雨能量的相似;通过加大供水压力等手段可提高降雨动能,所以在降雨模拟实践中,降雨高度不一定需要达到使所有粒径的雨滴均达到终速所需的高度。     

山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征

为探究山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征,本研究选择裸地坡面径流小区为研究对象,利用小区观测法得到的降雨、径流以及泥沙等资料,通过频率分析法拟定研究区侵蚀性降雨标准,并运用数理统计方法从时间、降雨强度、降雨侵蚀力角度分析侵蚀性降雨分布特征.结果表明:1)该研究区侵蚀性降雨标准为降雨量17.3 mm;2)7月份侵蚀性降雨场次、降雨量、径流量和产沙量占侵蚀性降雨比例为42.31％、45.71％、85.78％和97.97％,其他月份侵蚀性降雨分布较少;3)大雨、暴雨以上侵蚀性降雨,高降雨强度型降雨场次分别占相应雨量等级比例为60％和100％,其产沙量所占比例分别为75.07％、100％;4)降雨侵蚀力＞1000MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨产沙量占侵蚀性降雨比例为95.26％,其径流深是≤1 000 MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨3倍以上.以上研究表明,研究区侵蚀性降雨标准为17.3 mm,其主要分布在中雨以上雨量等级,造成严重土壤侵蚀的侵蚀性降雨多为高降雨强度型降雨或降雨侵蚀力＞1 000 MJ·mm/(h.hm2)的降雨,且其多分布于7月份.本文结果有助于研究区小流域侵蚀性降雨规律分析以及土壤侵蚀规律研究.     

人工模拟降雨试验降雨特性及问题分析

由于试验的需要和人工模拟降雨的优点,越来越多的研究者采用人工模拟降雨。但在大量的试验中,人工模拟降雨试验的降雨特性与天然降雨特性之间联系不够紧密,对应特性之间存在差异。除了人工模拟降雨特性与天然降雨特性的不统一性外,人工模拟降雨试验中还存在一些自然与非自然因素导致的问题,在关注并逐一克服这些问题的同时,将人工模拟降雨和高科技技术,如GPRS等结合起来,应用于更广阔的领域。     

1961-2010年怒江流域降雨时空变化

在全球变暖的背景下,为探讨高原水系水资源的重分配利用,选取怒江流域作为研究对象,研究怒江流域的降雨时空变化。基于怒江流域13个雨量站点中6个站点的50 a降雨数据,采用反距离权重插值法、Kendall非参数检验、线性回归法对流域内年际降雨特征、年内强度特征和极端降雨事件进行了分析。结果表明:怒江流域上游（青藏高原东南区）降雨量小,年内降雨集中性总体趋势减弱;流域中游（青藏高原与云贵高原过渡区）降雨量较为丰富,年内降雨强度趋势上升;流域下游（云南泸水县六库以南区）降雨量最为丰沛,降雨集中性趋势平稳;流域内3片区极端降雨事件均呈上升趋势。综上所述,西藏地区应当注意保水、节水,西藏云南交界过渡区注意预防水土流失与水土综合治理,流域内云南剩余地区应当注意防洪与泥石流治理。     

Veejet80150喷头特性及其在降雨机中的应用

由于人工模拟降雨可以解决天然降雨耗时长、成本高以及难以取得精准控制数据等问题,越来越多的学者使用该方法进行科学研究。通过降雨量测量和计算分析方法,测定了Veejet80150喷头降雨特征参数,评价了改进后槽式下喷模拟降雨机的降雨均匀性。结果表明:Veejet80150喷头降雨面积为矩形,且随喷头高度增加而增加,中心点降雨强度随高度增加而减小,并从中心点向外呈规律性减小,便于多喷头组合,获得空间均匀降雨。多喷头组合降雨时,2.5 m高度下的降雨均匀系数在0.88~0.90范围内;4 m高度下的降雨均匀系数在0.94~0.95范围内,该降雨机均匀性好,喷头高度大于2.5 m时可满足试验要求。     

鄱阳湖流域日降雨的侵蚀性雨量标准研究

确定日降雨的侵蚀性雨量标准是提高基于日降雨数据的降雨侵蚀力模型计算精度的重要前提。利用鄱阳湖流域降雨数据,采用最小偏差法,确定该流域日降雨的侵蚀力雨量标准。结果表明:(1)鄱阳湖流域次降雨的侵蚀性雨量标准为14.0 mm,降雨侵蚀力偏差系数为1.8%,土壤侵蚀损失率2.8%,降雨场次错选度为14.9%。(2)流域内各站点的逐月降雨量均表现为6月达到峰值的倒"V"形规律;侵蚀性次降雨中,降雨时间跨越2日或以上的类型最多,占总次数的54.2%。(3)流域日降雨的侵蚀性雨量标准为10.0 mm,该标准下年均次、日降雨侵蚀力偏差值为0.11%。     

伊朗西北部半干旱农田径流模型的建立

Transformation of rainfall into runoff over an area is a very complex process which exhibits both temporal and spatial variability;runoff in a defined area can be affected by factors such as topography, vegetation, rainfall characteristics and soil properties. This study was conducted to develop an empirical model using the rainfall characteristics and soil properties for predicting runoff from dry-farming lands in a semi-arid agricultural area in Hashtroud, Northwest Iran. Runoff plots(1.83 m × 22.1 m) in triplicate were installed in thirty-six sloped dry-farming lands in the study area. Runoff under natural rainfalls was measured in each plot during a2-year period. The results showed that runoff for 41 runoff-producing rainstorm events with duration longer than 30 min was largely associated with a rainfall index obtained by multiplying the positive square root of rainfall depth(h0.5) by the logarithm of the maximum 30-minute intensity(LogI30)(R2= 0.81). Runoff significantly varied among the plots(P 0.001), which was considerably related to the effective soil properties(R2= 0.74), i.e., soil permeability(Per) and aggregate stability(AS). A multiple linear regression model was developed between runoff and the rainfall index(h0.5logI30) and the effective soil properties(AS and Per). Evaluation of the model using 34 runoff-producing rainstorm events that occurred during the next two years resulted in high values of the efficiency coefficient and R2(0.88 and 0.91, respectively), which revealed that the model developed in this study could be used in predicting runoff from the dry-farming lands in the semi-arid regions.     

土壤侵蚀降雨物理学简论

土壤侵蚀降雨物理学是一门尚待建立的学科。从土壤侵蚀降雨物理学的概念出发,探讨土壤侵蚀降雨物理学的主要内容及其与相关学科的关系,在回顾土壤侵蚀降雨物理学的相关理论发展简史的基础上,认为土壤侵蚀降雨物理学是气象学、水土保持学的交叉学科,是值得发展的新学科。