喀斯特坡耕地块石出露对土壤水分入渗的影响

块石出露是喀斯特石漠化地区典型的地貌景观特征之一。为探索喀斯特坡耕地中块石出露对土壤水分入渗的影响,通过野外人工模拟降雨试验,研究3个坡度（15°、20°、25°）、3个面积（小、中、大）、5种形状（斜条形、横条形、近圆形、三角形、竖条形）块石出露下的土壤水分入渗特征。结果表明：1）3种坡度下,各形状块石出露下和裸露坡的入渗率均随着坡度增加而减少。总体上,块石面积越小坡度越缓,入渗过程变化越平稳且入渗率高,块石面积越大坡度越陡,入渗过程变化波动大且入渗率低。2）初始、稳定、平均入渗率的最大值均出现在15°坡面,最小值均出现在25°坡面。总体上坡度和块石面积越大,土壤的稳定入渗率越高。3）与裸露坡面相比,块石出露下,15°、20°、25°坡度对入渗增量的贡献率为2.63%、20.88%、76.49%。小、中、大面积块石对入渗增量的贡献率为46.39%、32.88%、20.73%。形状对入渗增量的贡献率为31.50%（斜条形）>27.66%（横条形）>27.08%（近圆形）>10.81%（三角形）>4.36%（竖条形）。4）3种模型的拟合结果,裸露坡拟合度最高,均大于0.89,而斜条形块石拟合度都最低,均为0.60左右。Horton模型的拟合度最好,Kostiakov模型的拟合度良好,Philip模型的拟合度一般,故Horton模型更适用于喀斯特坡耕地不同块石出露下土壤水分入渗过程的拟合。研究结果有助于了解喀斯特坡耕地块石出露下的土壤水分入渗特征,促进农业水土资源的管理保护和利用,为该区水土流失和石漠化工程治理提供借鉴。     

块石出露对喀斯特坡耕地土壤理化性质的影响

喀斯特坡面伴随有大量直径>25 cm的块石出露,为探明块石出露对土壤理化性质的影响,以坡面4个块石出露的农地和1个对照组为研究对象,分析土壤理化性质空间变异特征。结果表明：(1)在块石出露的农地中,土壤容重、黏粒、粉粒和砂粒的变化分别为0.87～1.42 g/cm³,25.70%～41.80%,38.11%～51.60%,13.76%～27.54%,土壤容重、黏粒和粉粒空间变异性均为弱且高于对照组,砂粒空间变异性为中等且低于对照组。(2)土壤全碳、全氮、全磷、全钾变化分别为9.82～23.13,0.94～2.15,0.65～2.93,7.38～20.35 g/kg,土壤有效磷、速效钾的变化分别为1.44～2.63,7.35～106.02 mg/kg,空间变异性均为中等且高于对照组。(3)土壤容重、黏粒、粉粒与其他土壤理化性质的之间的关系总体上呈负相关,且相关性在块石出露的农地中比对照组更显著。砂粒与黏粒之间呈显著负相关,与其他土壤化学性质之间的关系总体上呈正相关。(4)块石出露数量、出露坡度、出露比率和出露高度,对土壤理化性质的影响具有复杂性,土壤理化性质的...     

喀斯特土石异质坡面产流产沙规律

侵蚀性降雨是引起喀斯特黄壤坡面水土流失的主要动力因子。采用贵州省遵义市浒洋水流域2018—2020年4个径流小区92次侵蚀性降雨产流产沙实测数据,研究次降雨条件下,裸露坡面和块石出露小区对产流产沙的影响。结果表明：(1)侵蚀性降雨可以分为A、B、C 3类,A类降雨是造成喀斯特黄壤坡面土壤侵蚀的主要雨型。侵蚀性降雨的标准为次降雨量>6.6 mm或I₃₀>3.6 mm/h。(2)裸露坡面63.27%的侵蚀性降雨径流深<0.4 mm, 66.30%的侵蚀性降雨土壤流失量<1 g/m²,坡面土壤侵蚀量主要是由个别的次降雨所贡献。比较3类降雨,产流产沙的规律总体上表现为A雨型>C雨型>B雨型。(3)土壤流失量主要是由径流深决定,径流深直接决定着坡面产沙的多少。A类降雨中20 mm降雨量是喀斯特黄壤坡面径流深和土壤流失量明显增加的突变值。(4)3类降雨下,块石出露增加了坡面产流量,产流量随着出露率的增加而变大。但产沙量的变化比较复杂,A类降雨下,产沙量随着块石出露率的提高呈明显增加。研究结果对喀斯特坡面水土流失治理和土...     

典型喀斯特坡面产流过程试验研究

通过人工降雨模拟典型喀斯特裸坡面径流过程试验研究,结果表明;在相同坡度和基岩裸露率的喀斯特地表、地下双层空间开放水文系统条件下,不同降雨强度和地下孔裂隙度的地表、地下径流分配呈负相关并具有临界点和交叉平衡点;二者随降雨过程的变化具有同步性;与降雨强度、地下孔裂隙度和降雨历时呈多元线性相关,相关程度分别是降雨强度＞地下孔裂隙度＞降雨历时,其中地表径流与降雨强度及降雨历时星正相关,与地下孔裂隙度呈负相关,地下径流与降雨强度及地下孔裂隙度呈正相关,与降雨历时呈负相关.     

花岗岩不同土地利用类型坡地产流和入渗特征

根据安溪官桥径流小区实测资料，确定了不同利用坡地临界产流降,专门化地果表明，植被较好的林果茶坡地很少有地表径流产业，以这类坡地为主的流域，坡地地表直接补给河流的比例很小，壤中流（表层流）和地下水流可能在造峰过程中起决定性作用，而在自然裸地，坡地地表直接补给洒流的径流比例可达７０％，地表快速汇流是造峰主导因素，坡地产流期内降雨损失率随产期内降雨平均强度的增大而增加，两者呈幂函数关系：f=ai^b,从Ｉ类→Ⅱ类→Ⅲ类→Ⅳ类坡地，a,b值减小，坡地土壤渗特征曲线呈f=ae^-bx关系。     

岩土覆被格局对西南喀斯特坡地产流产沙的影响

为研究不同岩土格局对喀斯特坡地水土流失/漏失的影响,利用人工模拟降雨试验,以裸坡为对照组,研究镶嵌格局、横坡格局、顺坡格局3种岩土覆被格局下的坡面产流产沙特征。结果表明：(1)顺坡格局的地表产流量最多,分别较镶嵌格局、横坡格局与裸坡的地表产流量增加88.6%,67.1%,576.1%,同时顺坡格局的地下产流量最少,分别较镶嵌格局、横坡格局与裸坡减少37.5%,36.1%,39.2%。(2)地表产沙量顺坡格局>镶嵌格局>横坡格局>裸坡,地下产沙量镶嵌格局>横坡格局>顺坡格局>裸坡。3种岩土格局的地表产沙量较裸坡均有明显增加,但地下产沙量相对增加较少。(3)岩土格局可改变地表径流泥沙关系,地表累积径流量与地表累积产沙量呈幂函数关系,镶嵌格局明显改变地表径流泥沙关系,使坡面地表侵蚀量显著提升。研究结果可进一步深化对喀斯特坡地降雨侵蚀规律的认识,为喀斯特地区的石漠化治理提供参考依据。     

喀斯特浅层裂隙土壤入渗特征及其影响因素

为探索喀斯特地下浅层裂隙土壤水分运移规律,通过野外调查、单环入渗试验探索裂隙土壤的入渗特性及入渗模型的适应性.结果表明:(1)裂隙土壤初始入渗率为21.06～57.90 mm/min,入渗时间20～60 min后达到稳定入渗(4.21～13.69 mm/min),且入渗初期到最后的稳渗阶段存在着较大降幅(40.89％～...     

桂西北喀斯特峰丛不同土地利用方式坡面产流产沙特征

由于缺乏长期定位观测资料,西南喀斯特山区坡地水土流失规律一直不明确,严重影响了该区石漠化综合治理和水土流失防治工作的成效和进程。该文基于13个大型径流小区(宽20m、投影面积>1000m2)5a(2006-2010年)的定位观测资料,分析了桂西北喀斯特峰丛洼地不同利用方式坡面降雨产流规律和地表侵蚀产沙特征。结果表明:观测期内年降雨量为1300～2000mm,无论平水年还是丰水年,不同利用方式坡面次降雨径流系数<5%,地表产流很少,降雨几乎全部入渗。不同利用方式地表侵蚀产沙模数虽有较大差异,但土壤侵蚀以微度(<30t/(km2a))为主,部分甚至只有0～5t/(km2a)。植被类型、土地利用方式对坡面降雨产流的影响较小,但人为干扰会增加地表侵蚀产沙量。该文为喀斯特坡地植被恢复重建和水土流失防治提供参考。     

喀斯特峰丛坡地灌木林地与梯田旱地土壤水分入渗特征

为明确喀斯特峰丛坡地土壤的入渗特性,该文测定了灌木林地和梯田旱地不同土层的入渗过程,同时分析了影响入渗的因素,并用不同入渗模型对其过程进行拟合。结果表明:(1)梯田旱地的入渗性能低于灌木林地,其平均入渗系数约是灌木林地的78.6%,尤其在土层30~60 cm的平均初渗率、稳渗率仅为灌木林地的4.3%和4.4%,存在明显的入渗隔层,其原因是梯田旱地本身的土壤黏粒含量充足,加上人为翻耕促使较细颗粒向下移动后堆积。(2)灌木林地土壤中的砂粒含量和有机质含量较高,孔隙度较大,不同土层间的性质差异较小,而梯田旱地0~30 cm与30~60 cm土层的土壤性质差异明显,表现为下层土壤容重大、土壤孔隙度小。两者入渗性能均与土壤容重、孔隙度的相关性极显著(P0.01)。(3)Horton模型对灌木林地和梯田旱地的拟合效果较好(R20.9),且对梯田旱地表层和深层的拟合度比对灌木林地的拟合度更好。Kostiakov模型和Philip模型的拟合效果较差。该文为喀斯特土壤水分管理及土壤入渗模拟提供了理论依据。     

解冻期坡面降雨入渗特征及模拟试验研究

通过室内人工模拟降雨试验和水量平衡方法,研究解冻期坡面降雨入渗规律。试验处理包括4个初始解冻深度(0,2,4,6cm)和3个降雨强度(0.6,0.9,1.2mm/min)。结果表明:(1)在坡面的降雨入渗过程中,随降雨历时的延长,入渗率呈由高到低的变化,波动性明显;(2)坡面初始入渗率受降雨强度的影响较大,0.9,1.2mm/min雨强下的初始入渗率显著大于0.6mm/min下的初始入渗率(p0.05);不同初始解冻深度下的稳定入渗率相差较小,平均入渗率的变化趋势与稳定入渗率的变化趋势相似,均随初始解冻深度的增加呈现先减小后增大,临界解冻深度为4cm;初始解冻深度为6cm时的累计入渗量显著大于解冻深度为0,2,4cm的累计入渗量(p0.05);累计入渗量在0.6mm/min雨强下随初始解冻深度的增加而增加,而在0.9,1.2mm/min雨强下呈先减小后增大的变化趋势,临界解冻深度分别为2,4cm;(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、蒋定生模型和Philip模型对试验结果进行模拟后发现,Horton模型最能反映解冻期坡面土壤降雨入渗的特征。研究结果可为揭示解冻期产流机制变化以及土壤侵蚀规律提供参考。     

岩溶槽谷区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在保持原状土条件下,采用张力人渗仪(盘径d=20 cm,负压h0=-5 cm)对重庆市青木关典型岩溶槽谷区不同土地利用类型土壤渗透性进行了研究.结果表明,在试验条件下,不同土地利用类型土壤渗透性存在明显差别.以旱地土壤渗透性能最好,而荒地较差.旱地非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量随土层深度加深而减小.而林地各项入渗指标却随土层深度的加深而增加.荒地15-30 cm层非饱和导水率、稳定入渗率、累积人渗量均较30-45 cm层低.土壤容重,孔隙度与土壤人渗性能关系密切,而初始含水量仅与初始入渗率有关,其相关系数为-0.825**.各土地利用类型入渗过程的模拟结果表明,Kostialov水分入渗模型对所研究区不同土地利用类型土壤水分拟合度较好,拟合度约为0.765,对该区研究土壤水分入渗过程具有良好的适用性.     

喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响

为了解岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤入渗特性的影响,以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,分析5种典型土地利用方式裸地(AL)、辣椒地(PL)、玉米地(CL)、林地(FL)、草地(GL)在顺/逆层坡的土壤入渗能力差异,并探讨土壤物理性质对土壤入渗能力的影响。结果表明:(1)＞0.25 mm水稳性团聚体含量、毛管持水量、黏粒以及粉粒含量在顺/逆层坡存在显著差异(p<0.05),其中在>0.25 mm水稳性团聚体含量和毛管持水量方面,分别为PL与FL的顺/逆层坡差异最大,在黏粒和粉粒方面,CL的顺/逆层坡差异最大,且均为逆层坡＞顺层坡。(2)除FL顺层坡的土壤渗透能力低于逆层坡外,其余4种土地利用方式下的土壤入渗能力均表现为顺层坡高于逆层坡。(3)土壤渗透特性在顺/逆层坡均与容重呈极显著负相关关系(p<0.01),在顺层坡与总孔隙度、非毛管孔隙度、＞5 mm水稳性团聚体含量和饱和持水量呈极显著正相关关系(p<0.01),在逆层坡与非毛管孔隙度、饱和持水量、粉粒含量呈极显著正相关关系(p<0.01);通过多元逐步回归分析与通径分析发现,顺/逆层坡土壤入渗能力的首要决策因素均为容重,其次分别为>5 mm水稳性团聚体含量和粉粒含量。(4)对比4种土壤入渗过程的拟合模型,Philip模型对顺/逆层坡的土壤入渗过程拟合效果最佳。研究结果可为喀斯特槽谷区不同岩层倾向的水土流失防治以及植被恢复提供数据支撑。     

喀斯特裸坡地径流对降雨强度与坡度的响应

为探究喀斯特裸坡坡面在不同降雨强度与坡度组合下径流过程及其径流总量特征。将表层岩溶带中孔(裂)隙视为可透水的筛孔,设定地下二元结构中孔(裂)隙度(5%)一致的情况下,探索裸坡地在不同降雨强度与坡度组合下地表/地下径流过程与总径流量的特征,并以此为基础揭示降雨强度、坡度对喀斯特坡面水文特征的影响。结果表明:(1)在较小降雨强度条件下(≤30 mm/h),裸坡地表并未出现产流迹象,以地下所产生的径流为主。在中大雨强(≥50 mm/h)条件下,裸坡地地表产流,且在设计降雨30 min时长内其径流过程并未出现规律性变化,而地下径流过程则在不同坡度与雨强下均呈现出先增加后趋于平缓的趋势,且其转折点多居于9～12 min时段内。(2)30 min内裸坡地地下总径流量在15 mm/h降雨强度且坡度为5°,10°,15°,20°这4个坡度条件下变化并不显著(P0.05),而其余降雨强度下地下/地表径流量均随着坡度增加差异显著(P0.05);同时除地下径流量与坡度呈极显著负相关(P0.01)外,其余地表/地下径流均与降雨强度与坡度均呈现出极显著正相关(P0.01);(3)降雨强度为大雨强(90 mm/h)条件下首次出现了地下径流系数0.5的情况,证明大雨强(90 mm/h)条件下存在着临界坡度使得地表与地下径流量相接近。研究成果能够为喀斯特坡地水土流失防治提供参考和合理意见。     

坡度影响下的砒砂岩区裸露坡面水分入渗特征及模拟

为探究不同坡度(5°,10°,20°,30°)条件下,不同质地砒砂岩土壤(灰白色、混合色、紫红色)的水分入渗特征及最优入渗模型。通过室内模拟土柱法对土壤的水分入渗特征和拟合结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区不同坡面土壤容重在1.513~1.737 g/cm³,30°坡面下的灰白色砒砂岩土壤入渗能力较强,5°坡面下的紫红色砒砂岩土壤入渗能力较弱。(2) 在砒砂岩土壤一维垂直 入渗过程中,初始入渗率为2.000~8.600 cm/min,入渗时间3.500~5.000 min后达到稳定入渗率(0.160~1.800 cm/min)。入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系。坡度的大小、砒砂岩的质地均影响砒砂岩土壤入渗能力,坡度越小、颜色越深, 入渗率、累计入渗率越低,湿润锋运移越慢;且初始入渗速率、稳定入渗速率、初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率的值均随着坡面坡度的减小、砒砂岩土壤颜色的加深呈现减小趋势。(3)Kostiakov模型、Philip模型对于砒砂岩区土壤水分入渗结果拟合较好,决定系数均在0.900以上。Kostiakov模型 决定系数的平均值0.948拟合效果最优;Philip模型决定系数的平均值0.937拟合效果其次;Horton模型决定系数的平均值0.688拟合效果较差。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)、纳什效率系数(NSE)验证Kostiakov模型和Philip模型模拟值与实测值的差异性小、两者吻合程度高。     

喀斯特高原石漠化区露石岩-土界面与非岩-土界面土壤入渗特性差异

为揭示喀斯特石漠化区露石岩—土界面与非岩—土界面土壤渗透特性差异,通过环刀法探究岩—土界面与非岩—土界面土壤入渗特征及入渗模型适应性。结果表明：(1)岩—土界面0—10 cm土层和10—20 cm土层土壤容重大于非岩—土界面,土壤总孔隙度小于非岩—土界面。岩—土界面含水率和毛管孔隙度总体上大于非岩—土界面,非毛管孔隙度、黏粒和排水能力总体上小于非岩—土界面。(2)岩—土界面土壤的入渗能力总体上小于非岩—土界面,其初始入渗速率、平均入渗率、稳定入渗率小于非岩—土界面(平直形除外)。(3)3种形状岩—土界面0—10 cm土层和10—20 cm土层土壤的初始入渗速率、平均入渗率和稳定入渗率均表现为平直形>外凸形>内凹形。非岩—土界面土壤入渗与岩—土界面具有相似性,主要由土壤容重和总孔隙度共同决定。(4)Horton模型对岩—土界面与非岩—土界面土壤入渗的拟合效果优于Kostiakov模型和Philip模型,能更好地模拟喀斯特地区复杂情况下土壤的入渗特征。研究以期为深入认识喀斯特地区水分入渗及水土流失提供新的研究思路与科学理论支撑。     

神东矿区堆积弃土坡地入渗规律试验研究

选择了神东矿区内土壤类型一致、土壤初始含水率、坡度相似而弃土时间分别为2002～2003年、1996～1997年、1990～1991年的小区和原状土,以及弃土时间为1990～1991年、植被覆盖度相似的不同坡度及坡度、植被覆盖度相似而坡长不同的10个试验小区进行强度为2.0 mm/min人工降雨模拟试验。通过对各场降雨进行入渗率计算,获得10场入渗率变化曲线。结果表明,不同时间堆积弃土具有不同的稳定入渗率,新堆积坡地入渗率要明显高于原状土,达到稳定入渗时间要比原状土长。随着堆积时间的延长,稳定入渗率逐渐下降到原状土水平。坡度、坡长的变化影响弃土坡地入渗过程。坡度越大,产流越快、入渗过程越不稳定;坡长越长,产流越慢、入渗率变化越大。但在其它条件相似的情况下,坡度、坡长的改变对稳定入渗率的影响较小。     

黄土丘陵区不同坡度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

降雨特征和坡度是影响土壤入渗过程的重要因素,在植被恢复过程中,其对土壤入渗特征的影响可能会有所不同。选取黄土丘陵区6个坡度(5°,10°,15°,20°,25°和30°)的撂荒草地(2年)径流小区(5 m×20 m),观测自然降雨条件下(共计34场降雨,产流11场)植被生长旺期(7—9月)土壤入渗特征,研究降雨过程参数(降雨量、平均雨强、降雨历时和I_(30))、坡度和植被盖度对坡面入渗特征的影响。结果表明:(1)11场产流降雨不同坡度土壤入渗量总体变化范围为6.58～70.91 mm,入渗补给系数为0.83～1.00,入渗率为0.22～19.35 mm/h;(2)土壤入渗量随降雨量呈线性增加(R~2=0.99,p0.01),入渗补给系数随I_(30)呈指数降低(R~2=0.91,p0.01),平均入渗率随降雨强度呈线性增加(R~2=0.71,p0.01),随降雨历时呈幂函数降低(R~2=0.99,p0.05);(3)坡度增大使得径流位移增长,导致入渗量、入渗补给系数和平均入渗率整体随坡度增大而呈幂函数增加,但当坡度25°时,因径流势能沿坡面方向分量增加,径流流速加快,上述入渗特征参数略有降低;(4)由于降雨量在植被生长周期内呈下降趋势,很大程度上导致植被对入渗特征的影响受控于降雨量,土壤入渗量表现出随着植被盖度的增加呈幂函数显著下降的趋势。总体而言,降雨特征和坡度是影响土壤入渗的主要因素,且土壤入渗特征参数可表示为降雨过程参数和坡度的综合幂函数方程;在入渗补给系数较高的情况下,植被覆盖对土壤入渗特征的影响减弱。研究结果对于坡面尺度降雨径流调控机制和生态水文过程研究具有重要意义。