耕作方式对岩溶区甘蔗地土壤优先流特征的影响

岩溶区特殊的岩性地质条件,使土壤优先流现象广泛发生。以广西岩溶区内的典型农地甘蔗地作为研究对象,利用野外染色示踪技术和图像解析方法,分别对传统耕作(CT)和粉垄耕作(SRT)方式下的田间土壤优先流特征进行分析,揭示耕作方式对岩溶区甘蔗地土壤优先流的发生及其空间发展变化的影响。结果表明:①在相同外部供水条件下,传统耕作甘蔗地优先流运动分化程度相对较高,多呈指状形式,且平均湿润锋下渗深度为43.19 cm,显著大于粉垄耕作(P0.05),而粉垄耕作甘蔗地优先流以横向运动形式为主,表现为团块状湿润锋形式;②粉垄耕作甘蔗地土壤优先流发生时间显著滞后于传统耕作(P0.05),是其1.67倍;③随土壤深度的增加,两种耕作方式下的甘蔗地土壤优先流发育程度总体呈现先增加后降低的变化趋势,但粉垄耕作甘蔗地优先流比(70.72%)和长度指数(527.12%)均显著小于传统耕作甘蔗地(P0.05),且在土壤空间中对应的染色形态变异系数(1.19)是传统耕作的1.38倍,优先流发育程度显著低于传统耕作甘蔗地。粉垄耕作与传统耕作方式相比,在一定程度上降低了田间土壤优先流现象,改善了田间土层中的水肥状况。     

耕作方式对岩溶区甘蔗地土壤优先流特征的影响①北大核心CSCD

摘 要：岩溶区特殊的岩性地质条件,使土壤优先流现象广泛发生。以广西岩溶区内的典型农地甘蔗地作为研究对象,利用野外染色示踪技术和图像解析方法,分别对传统耕作(CT)和粉垄耕作(SRT)方式下的田间土壤优先流特征进行分析,揭示耕作方式对岩溶区甘蔗地土壤优先流的发生及其空间发展变化的影响。结果表明：①在相同外部供水条件下,传统耕作甘蔗地优先流运动分化程度相对较高,多呈指状形式,且平均湿润锋下渗深度为 43.19 cm,显著大于粉垄耕作(P<0.05),而粉垄耕作甘蔗地优先流以横向运动形式为主,表现为团块状湿润锋形式;②粉垄耕作甘蔗地土壤优先流发生时间显著滞后于传统耕作(P<0.05),是其 1.67 倍;③随土壤深度的增加,两种耕作方式下的甘蔗地土壤优先流发育程度总体呈现先增加后降低的变化趋势,但粉垄耕作甘蔗地优先流比(70.72%)和长度指数(527.12%)均显著小于传统耕作甘蔗地(P<0.05),且在土壤空间中对应的染色形态变异系数(1.19)是传统耕作的 1.38 倍,优先流发育程度显著低于传统耕作甘蔗地。粉垄耕作与传统耕作方式相比,在一定程度上降低了田间土壤优先流现象,改善了田间土层中的水肥状况。     

基于色相分割的甘蔗地土壤优先流程度定量评价

在土壤优先流研究中广泛使用染色图像分析技术,优化提升染色图像分析方法,可促进深入研究土壤优先流运动过程,定量细化分析优先流的发育组成研究.以典型农地甘蔗地作为研究对象,通过野外染色示踪试验,利用色相分割技术,并结合分形与灰色系统理论对2种典型耕作方式(垄耕和免耕)的甘蔗地土壤优先流程度进行定量分析与评价.结果 表明:在...     

不同粉垄深度对甘蔗地土壤孔隙结构的影响

为揭示不同粉垄深度对甘蔗地土壤孔隙结构的影响,基于广西甘蔗地不同粉垄深度耕作试验,利用CT扫描成像技术和Image J 获取粉垄浅耕(F20,耕作深度20 cm)与粉垄深耕(F40,耕作深度40 cm)两个处理甘蔗土0 ～ 40 cm 土层土壤孔隙结构。结果表明:与F20 处理相比,F40 处理显著增加了土壤不同孔径级别的二维和三维孔隙数量。在甘蔗根系主要生长区的0 ～ 20 cm 土层内,F40 处理显著提高了土壤的孔隙面密度,并显著降低了土壤的孔隙复杂度。同时在0 ～ 40 cm 土层内F40 处理的土壤孔隙度、分支长度密度和连通性分别显著高于F20 处理74.13%、151.39% 和51.21%。土壤孔隙三维空间分布显示,F40 处理的点状孔隙数量在0 ～ 20 cm 土层明显多于F20 处理,且孔隙分布更密集,这也反映出F40 处理的土壤具有更大的连通可能性。而在20 ～ 40 cm土层,F40 处理的点状孔隙与长条形孔隙在数量上较F20 处理均无明显差异,但F40 处理的长条形孔隙向四周呈散射状分布,较F20 处理长条形孔隙竖直分布可能更有利于增强土壤储水能力及植物根系对养分的吸收。研究表明,粉垄深耕可有效增加广西甘蔗地的土壤不同孔径级别的孔隙数量,且使上层土壤孔隙排列紧密、孔隙边界的不规则性降低,同时提高土壤的孔隙度、孔隙分支长度密度,从而提高土壤的孔隙连通性,对土壤孔隙结构的改善有一定积极影响,为广西甘蔗实现土壤良性发展提供了理论依据和技术参考。     

基于计算流体力学分析的蔗田土壤优先流运动过程研究

田间土壤优先流会导致水肥的快速运动,影响作物的吸水需肥效率。为定量探究农田土壤优先流的运动过程,以广西典型农地蔗田为研究对象,将野外染色示踪试验与室内土柱入渗模拟实验相结合,利用形态学解析与计算流体力学的分析方法,对不同耕作方式下蔗田的土壤优先流运动过程进行仿真模拟与分析。结果表明：1）免耕蔗田土壤垂直剖面染色形态较垄耕蔗田分化程度高,其湿润锋迹线波动幅度较大,水流入渗能力更强,优先流现象显著,且分布相对更广泛。2）在相同外部供水条件下,免耕蔗田土柱的初始出流时间（6 min 1 s）早于垄耕蔗田（8 min 20 s）,其质量流率和优先流流速分别是垄耕蔗田的1.09和1.36倍（P<0.05）。3）相同时间内免耕蔗田表层（0～10 cm）的压力值较大,水流运动达到稳态时其均值为垄耕蔗田的1.20倍,免耕蔗田优先流以垂向运动为主并伴随侧向运动,而垄耕蔗田则呈现水流整体均匀向下入渗。     

粉垄耕作对平地和坡耕地蔗田土壤有机碳矿化和结构的影响

2018-2019年在广西南宁丘陵山区甘蔗田采用雨养模式,设置粉垄耕作与常规耕作两种耕作方式,开展平地和坡耕地甘蔗田间试验。试验在甘蔗全生育期不进行人工灌溉,收获期采集0-15cm耕层及15-30cm耕层土壤样品,用土壤紧实度仪多点位测定0-45cm深度土壤紧实度,利用湿筛法测定土壤团聚体,应用室内恒温培养-碱液吸收法测定土壤有机碳矿化量,以探索粉垄耕作对坡耕地雨养蔗田土壤有机碳矿化速率、累积矿化量及土壤团聚体与紧实度结构效应的影响。结果表明:(1)平地蔗田土壤有机碳累积矿化量始终高于坡耕地,粉垄耕作处理下,平地0-15cm和15-30cm耕层土壤有机碳矿化量较坡耕地分别提高0.32倍和1.05倍;坡耕地蔗田土壤0-15cm和15-30cm耕层有机碳7日累积矿化量粉垄耕作比常规耕作升高81.7%和降低7.5%,平地上则降低8.4%和升高2.6%;(2)与常规耕作方式相比,粉垄耕作提高了蔗田土壤大团聚体含量,平地和坡耕地分别增加5.53%和2.30%,平地土壤大团聚体含量为坡耕地的1.00～1.03倍,粉垄耕作降低了蔗田土壤中小、微团聚体含量。同时,粉垄耕作提高了土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),与常规耕作相比,平地和坡耕地MWD分别提高15.6%和58.7%,GMD分别提高31.4%和48.1%。同种耕作模式下平地土壤水稳性团聚体的MWD值和GMD值均高于坡耕地,平地常规耕作和粉垄耕作土壤MWD值较坡耕地分别提高1.19和0.60倍,平地常规耕作和粉垄耕作土壤GWD值较坡耕地分别提高0.99和0.77倍;(3)粉垄耕作方式对坡耕地蔗田土壤紧实度的影响比平地大,粉垄耕作降低了蔗田土壤紧实度,且15-30cm耕层影响较明显。因此,粉垄雨养甘蔗提高了平地和坡耕地土壤耕层碳存储,可降低土壤紧实度,增加土壤大团聚体形成,优化土壤耕层结构,该模式可作为南方蔗田土壤干旱逆境调控技术措施。     

桂北岩溶区典型农地土壤优先流特征

以广西桂北岩溶区的3种典型农地为研究对象,通过野外染色示踪试验,结合形态学、数理统计以及分形理论等方法,对岩溶区玉米地、花生地和水稻田的土壤优先流特征进行了研究。结果表明:在相同供水条件下,玉米地土壤水流运动形成的染色形态由大面积的块状变为树枝状,土壤在20—40 cm深度范围内存在较多侧向孔隙通道,染色形态表现为由树枝状又变为较小的团块状,而花生地和水稻田的土壤水流运动形成的染色形态均由大面积的块状变为指状,但花生地水分以优先流形式入渗时还伴有一定程度的侧向运移,呈现指状染色形态中夹有较小的团块状染色形态,水稻田指状染色形态中无明显团块;玉米地的平均基质流深度达5.55 cm,是花生地的1.18倍,优先流发生时间相对花生地滞后,水稻田的平均基质流深度仅为2.36 cm,其最先发生优先流现象;玉米地的平均总染色面积比、优先流比和湿润锋迹线的分形维数(32.09%,71.59%和1.34)是花生地的1.40,1.04,1.05倍,水稻田的平均总染色面积比、优先流比和湿润锋迹线的分形维数分别为12.55%,62.03%和1.26,均小于玉米地和花生地,表现为玉米地优先流发育程度最大,其次为花生地,水稻田优先流发育程度最小。     

2种土地利用方式下的优先流特征

以重庆四面山的农地和草地为研究对象,利用染色示踪法观察优先流的发生区域,采用Photoshop CS4、Image pro Plus 6.0等软件进行图像处理,通过对优先流形态特征参数的计算,分析2种土地利用方式下的优先流特征。研究结果表明:草地的优先流运动深度可达50cm,各剖面染色面积表现出明显的异质性,农地染色深度则集中于0-20cm土层,各剖面染色面积分布均匀,除7-8cm土层以外,其余各处草地染色路径数量均比农地的多,说明草地更易于优先流的发生,优先流较活跃,优先路径的发育程度较高,但优先流稳定性比农地低。草地的根系生物量与染色面积和染色路径数量呈正相关关系,相关系数达0.95以上,农地的相关系数则只有0.87,说明草地优先流的发生发展受植物根系的极大影响,农地则受耕作措施和植物根系的共同作用。     

粉垄耕作提高土壤养分有效性并促进甘蔗维管组织发育和养分吸收

[目的]研究粉垄耕作对宿根蔗和新植蔗生长过程中土壤养分含量、甘蔗对养分吸收以及植株解剖形态的影响,为粉垄耕作技术推广提供理论依据.[方法]以桂糖42号为供试材料进行田间试验,以常规耕作为对照(CK,耕作深度25 cm),粉垄耕作(垂直旋深40 cm)为处理,甘蔗种植采用新植甘蔗和宿根两种方法.在甘蔗主要生育期,采集植株...     

金沙江干热河谷活跃和稳定冲沟集水区土壤优先流特征

为揭示金沙江干热河谷冲沟集水区土壤优先流特征,以金沙江元谋干热河谷地区不同发育程度冲沟(活跃期、稳定期)集水区为研究对象,采用野外染色示踪和统计分析相结合的方法,通过图像处理技术,从野外染色图像中整合出相关5个优先流特征指标,并结合根系特征,对比分析土壤优先流差异规律。结果表明:(1)稳定期冲沟集水区在0—15 cm土层深度范围出现大面积的团块状染色,随后呈小枝状分布,染色区分布相对更加集中,活跃期染色呈整体状—团块状—枝状分布,表明活跃期冲沟集水区染色形态特征更加分化。(2)活跃期冲沟集水区的平均基质流深度、平均染色面积比、平均土壤染色斑块形状系数和优先流平均长度指数(20.53 cm,54.25%,24.94,592.46%)分别是稳定期冲沟集水区的1.79,1.62,2.20,1.16倍,表现为活跃期冲沟系统集水区优先流发生时间相对滞后,优先流发育程度更大,优先流空间异质性相对较强。(3)随土层深度增加,根重密度和根长密度均呈减小趋势,且二者与染色面积比均呈显著正相关关系(p＜0.05)。活跃期冲沟集水区各土层根重密度和根长密度均大于稳定期冲沟集水区。研究结果为揭示金沙江干热河谷冲沟集水区土壤优先流特征提供理论依据,同时为该地区生态恢复与水土保持工作提供参考和借鉴。     

2种典型耕作方式影响下的蔗田土壤孔隙结构及其水分运动特性

为了明确农业生产过程中耕作方式对田间土壤孔隙结构及土壤水分运动特性的影响,以广西农地蔗田为研究对象,基于土壤切片技术分析研究免耕和垄耕2种典型耕作方式蔗田的田间土壤孔隙结构特征,并结合土柱模拟入渗试验,探究土壤孔隙结构对土壤水分运动的影响,进一步揭示孔隙结构与土壤水分运动特性之间的相互作用关系。结果表明：随着土层深度的增加,免耕蔗田孔隙形态以聚集的团块状分布为主,垄耕蔗田孔隙形态以条状分布为主。与免耕蔗田相比,垄耕蔗田的土壤总孔隙度和>2.5 mm孔径的孔隙度分别增加32.5%和21.9%。垄耕蔗田在局部土层深度范围内显著增加上下土层孔隙的变异度(p<0.05),显著降低土壤孔隙的连通性(平均邻近指数为0.448)(p<0.05),土壤孔隙形态相对规则(平均成圆率为0.335)。对于土壤水分运动特性,免耕蔗田总体的土壤饱和导水率和质量流率显著高于垄耕蔗田(p<0.05),初始含水率显著低于垄耕蔗田(p<0.05),质量流率随时间变化强度相对较大,提高水流入渗能力。垄耕降低土壤孔隙结构连通性,使水分蓄存在表层土壤中,一定程度上可降低土壤水分的入渗现象,改变蔗...     

秸秆覆盖下桂北岩溶区水稻田土壤优先流特征

优先流作为一种土壤水分的快速入渗形式,广泛发生于水稻田内。通过进行野外土壤染色示踪试验,结合形态学图像解析技术,开展秸秆覆盖与非覆盖条件下的广西岩溶区水稻田土壤优先流特征研究。结果表明:在相同的外部供水条件下,秸秆覆盖水稻田土壤染色形态以整体均匀分布形式为主,而非秸秆覆盖水稻田呈明显枝状染色形态分化现象并贯穿整个土壤空间,其平均染色斑块形状系数为13.96,染色形态表现为显著不规则分化状况,且土壤空间中染色水流平均分布密度达0.117,相比秸秆覆盖水稻田更大,呈现染色水流集中分布状态。秸秆覆盖水稻田土壤入渗量相比非秸秆覆盖水稻田较高,平均总染色面积比达46.69%,二者之间差异显著(P0.05),但田间优先流发生时间相对较晚,对应的平均基质流深度为16.92 cm,优先流比显著小于非秸秆覆盖水稻田(49.55%)(P0.05),仅为27.47%。秸秆覆盖措施可影响田间土壤水分运动过程,在一定程度上提高田间水分的入渗量,降低土壤优先流发生程度,促进稻田土壤水分的保持,减少田间水肥流失。     

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。     

地形因子对喀斯特坡面水土流失影响的机理研究

[目的]通过对贵州喀斯特高原山地、盆地和峡谷3种典型地貌单元水土流失机理的研究,揭示坡度、坡长、坡形、坡位、坡向和微地形等地形因子对区域水土流失的影响,为综合防治喀斯特地区水土流失提供理论依据。[方法]基于标准径流场监测和侵蚀基线法对3种地貌单元进行多年水土流失监测,运用Excel和SPSS统计软件对数据进行分析。[结果]坡度是最直接影响坡面水土流失的态势因子,土壤侵蚀量是随坡度增加而增大,25°为临界坡度;喀斯特坡面的坡长对水土流失的影响并不明显;坡形通过坡位和坡向来影响水土流失,坡位对水土流失的影响规律表现为:坡面下部坡面中部坡面上部,向阳坡的土壤侵蚀大于背阴坡;微地形对水土流失的影响非常明显,凸出地段常被侵蚀,凹陷带常形成堆积。[结论]影响喀斯特地区水土流失的机理是多种因素联合作用,地形因子相互影响共同控制着喀斯特坡面水土流失的发生与变化趋势。     

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,     

采用染色示踪技术的土壤优先流自动分割与量化系统

针对土壤染色图像色度不一致、染色/非染色区域对比度低的特点,以及现有土壤染色图像分割方法自动化程度弱的问题,该研究提出一种土壤优先流自动分割与量化系统。该系统采用基于H分量改进的模糊C均值方法(Fuzzy C-Means Based on H Component and Morphology,HM-FCM)实现染色区域的自动分割,运用数学统计法提取总染色面积比、基质流深度、优先流比等特征参数,实现对土壤染色区域的量化分析,以揭示优先流的发育程度。并基于2种林地染色图像验证了系统性能。试验结果表明:1)HM-FCM法对于天然次生林和榛子林图像均具有最佳分割效果,其分割准确率为87.9%和83.3%,调和平均值为90.5%和80.3%;2)2种林地土壤染色区域总体集中于0～50 cm土层,优先流具有不同发育程度(P0.05)。该系统可为优先流路径的空间演变提供技术支持和理论依据。     

桂西北喀斯特地区不同土地利用类型土壤抗蚀性研究

土壤抗蚀性是反映土壤抵抗侵蚀能力的重要参数之一,是土壤侵蚀研究的重要内容。本文选取土壤有机质、水稳性团聚体、团聚体结构破坏率、团聚状况、团聚度、分散率和<0.05 mm粉黏粒含量等7个指标,通过单因素方差分析及主成分分析,探讨了桂西北喀斯特地区5种不同土地利用类型土壤抗蚀性的差异。结果表明:原生林和次生林土壤有机质含量显著(P<0.05)高于撂荒地、坡耕地和人工林,撂荒地土壤有机质含量较坡耕地和人工林高,但差异不显著。原生林、次生林及撂荒地土壤>0.25 mm水稳性团聚体总量及团聚状况显著高于坡耕地及人工林,但其土壤团聚体结构破坏率及分散率显著低于坡耕地;人工林土壤团聚体结构破坏率显著高于次生林,但与原生林、撂荒地和坡耕地差异不显著;人工林土壤分散率则与坡耕地类似,显著低于原生林、次生林及撂荒地;原生林、次生林土壤团聚度与撂荒地、坡耕地差异不显著,但显著高于人工林;次生林、撂荒地及人工林<0.05 mm粉黏粒含量与原生林、坡耕地差异不显著,但坡耕地土壤<0.05 mm粉黏粒含量显著高于原生林。由主成分分析综合评分得到土壤抗蚀性强弱顺序为:原生林>次生林>撂荒地>坡耕地>人工林。因此,喀斯特地区人为干扰严重降低了土壤的抗蚀性,耕地通过撂荒方式能够提高土壤抗蚀性。     

土壤初始含水率对优先流的影响简

土壤中优先流的存在会造成肥料利用率降低以及土壤深层甚至地下水污染.为确定土壤初始含水率对优先流的影响,通过室内含大孔隙土柱定水头入渗实验,以长武黑垆土及渭河砂土为研究对象,分析不同土壤初始含水率对优先流的影响.结果表明：1）相同质地,当土壤初始含水率大于其斥水性的峰值含水率时,湿润锋运移深度随着土壤初始含水率的增大而增大,反之湿润锋运移深度随着初始含水率的增加而减少,不同质地土壤湿润锋运移速度随土壤粉粒质量分数升高而减慢;2）累积入渗量受到土壤储水性及斥水性的双重影响,导致与湿润锋的运移趋势并不一致,黑垆土对照CK组及优先流O-C-30组（除7.04％含水率外）累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,渭河砂土CK组及O-C-30组均呈现2阶段特征,累积入渗量先随着土壤初始含水率的增加而减少,之后随土壤初始含水率的增加而增加;3）Kostiakov入渗模型能很好地拟合累积入渗量随时间的变化过程,适用于存在优先流的土壤入渗模拟.该研究结果对土壤优先流水分模拟具有一定的指导意义.     

黄淮海平原三种土壤中优势流现象的试验研究

在黄淮海平原选择三种不同质地类型的土壤（砂壤土、淤土、风沙土）,各设１．５ｍ×１．５ｍ两个小区,其中一个小区在试验开始前两癸灌水约５６ｋｇ,以获得不同的初始含水量。将１００ｍｍ含有染色剂亮蓝的水灌入小区,一天之后,开挖１ｍ×１ｍ的剖面拍照,进行图像分析处理,计算剖面中染色百分比随深度的变异,研究所形成的优势流的状况与土壤类型、土壤初始含水量的关系。结果表明：不同土壤发生优势流的程度不同,结构发育好     

永定河(北京段)滨河带藤本和次生乔木林土壤优先流特征

以永定河(北京段)滨河带的藤本植被和次生乔木林为研究对象,采用野外染色示踪法和根系分析法,利用形态学和统计分析学的解译手段,对得到的剖面染色图片进行优先流特征研究。结果表明:藤本植被覆盖的样地基质流深度比次生乔木林小5.48 cm,优先路径的通道数量比次生乔木林多67%。藤本植被的优先流现象更明显,平均染色面积比(34.17%)、优先流比(69.44%)和长度指数(457.79%)分别比乔木样地大9.89%,18.66%,25.71%。2种覆被状况下根长密度随土层深度增加逐渐减小,藤本植被覆盖下土壤表层0—10 cm根长密度是次生乔木林样地的2.96倍。2种覆被状况下的染色面积比和根长密度关系曲线拟合较好,藤本样地相关指数R~2高达0.97。在相同外界条件下,藤本植被覆盖下的土壤比次生乔木林土壤优先流程度更大。