黄土区小流域土壤容重和饱和导水率的时空动态特征

土壤水力性质是评估降水入渗、径流发生以及土体可蚀性的重要参数。研究小流域尺度土壤水力性质的时空动态特征,对于以小流域为基本单元的黄土高原综合治理具有直接意义,有助于加深对相关生态水文过程的理解。以陕西省神木县六道沟老叶满渠小流域为对象,进行50 m×50 m网格布点(共73个样点),2014年8-10月期间每月测定1次表层土壤容重和饱和导水率,结合经典统计学与地质统计学的方法研究容重和饱和导水率的时空变化规律。结果表明:1)小流域尺度容重的月际变化趋势较为一致,整体呈正态分布规律,饱和导水率的月际变化强烈,呈偏态分布;容重较饱和导水率变化范围较小,变异程度较低;2)小流域尺度容重和饱和导水率在8-10月的半方差可用指数模型进行最优拟合,两者均表现出中等程度的空间依赖性;Kriging插值图表明小流域容重总体差异性较小,而饱和导水率差异显著;8-10月,西坡局部区域、坡顶的容重呈逐月增大趋势,而饱和导水率呈减小趋势;3)Pearson相关性分析表明,8-10月单次测定的容重和饱和导水率之间的相关性不明显;在同一土壤类型下(干润砂质新成土)表现出极显著的负相关关系(P0.01)。     

喀斯特小流域土壤饱和导水率垂直分布特征

土壤剖面饱和导水率(Saturated hydraulic conductivity,Ks)的垂直分布对土壤水文过程有极其重要的影响,但在地质背景特殊的喀斯特地区其研究还相对匮乏。通过测定典型喀斯特小流域内23个土壤剖面(0~10、10~20、20~30、30~50、50~70、70~100 cm)土壤Ks及土壤碎石含量(Rock fragment content,RC)、容重(Bulk density,BD)、毛管孔隙度(Capillary porosity,CP)、非毛管孔隙度(Non-capillary porosity,NCP)、土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)等土壤性质,并结合各样点的坡位(Slope position,SP)、坡度(Slope gradient,SG)、坡向(Slope aspect,SA)、裸岩率(Bare rock,BR)、土地利用类型(Land-use type,LU)等环境因素,应用偏相关分析和典范对应分析(CCA)的方法,研究了喀斯特小流域Ks的垂直分布特征及其主要影响因素。结果表明,Ks随土壤深度的增加而减小并可用对数函数模拟(R2=0.848)。20~100 cm各层Ks变幅较小且变异接近,因此在水文模型中可用20~30 cm土壤Ks代替深层。土壤性质中,RC与Ks的相关系数(0.484)最大。环境因素对Ks垂直分布的影响依次为SPSGSALUBR。由此可知,RC是影响Ks最重要的土壤性质,而SP则是影响Ks垂直分布最重要的环境因素。该结果有利于弄清喀斯特地区降雨入渗规律及其主要影响因素,为小流域植被恢复及水文模型的构建提供科学依据。     

黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征

土壤容重和饱和导水率是影响坡地土壤入渗产流和抗侵蚀能力的两个重要因素,研究径流小区表层土壤容重和饱和导水率在坡面的空间变化规律,有助于深入理解坡地的降雨入渗产流产沙规律。借助经典统计学和地质统计学,采用1m网格布点法对神木六道沟流域41m×5m径流小区表层土壤容重和饱和导水率坡面空间变异规律进行研究,结果表明:(1)表层土壤容重沿坡面的变化没有明显的规律,经地质统计学分析土壤容重具有明显的空间结构和自相关特征,自相关特征长度为7.6m。(2)表层土壤饱和导水率在坡面的变化也不具备明显规律,Ks和lnKs在坡面的变异经地统计学分析均不具有空间结构特征,属于纯随机变量。     

黄土高原生态工程区土壤容重及饱和导水率的分布特征

土壤水力性质是影响水分运动、溶质运移以及流域水文模型模拟的重要参数。近年来,黄土高原实施的退耕还林（草）工程、治沟造地工程等重大生态工程,影响了该区域的地形地貌、土壤水力性质等。深入研究流域尺度土壤容重（Bulk Density,BD）与饱和导水率（Ks）的动态变化特征,对于理解重大生态工程影响下的水文过程演变规律具有重要意义。本研究以黄土高原重大生态工程影响的典型小流域为对象,采用80 m×80 m的网格布点（89个样点）,分别于2016年9月（夏末）、11月（初冬）和2017年3月（初春）采集土壤表层（0～5 cm）环刀样品,分析BD和Ks的动态分布特征及其影响因素。结果表明：BD在0.93～1.61 g/cm3之间变动,Ks介于0.01～7.30 cm/min;BD呈弱变异性,变异系数（Coefficient of Variation,CV）为10%,而Ks呈强变异性（CV=166%）。坡面BD显著小于沟底（P<0.05）,而Ks则显著大于沟底（P<0.05）。坡面林地和草地BD表现出显著的季节性差异（P<0.05）,而Ks在林地、灌木和草地之间均表现出显著的季节性差异（P<0.05）。地形对流域内的土壤水力参数分布有显著影响,外界环境（温度）变化是决定BD和Ks呈季节性动态变化的重要因素。多因素方差分析表明土地利用类型对BD与Ks均有显著影响;采样时间对Ks有显著影响,对BD无显著影响。相关结果可为揭示重大生态工程区小流域土壤水力参数的动态变化规律及其主控因素提供数据支撑和理论参考,有助于小流域水文过程的模型模拟研究与精细调控。     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

重庆市四面山典型林分土壤饱和导水率研究

采用恒定水头法测定了重庆市四面山地区典型人工林和天然次生林剖面土壤饱和导水率(Ks),并运用多元回归和通径分析方法探讨了其与土壤物理因子和有机质的相关性。结果表明,土壤饱和导水率从表层到深层呈现出负指数形式的递减规律。各林分对饱和导水率均有显著提高,由高到低的顺序为:天然针阔混交林>天然阔叶林、楠竹林、针叶林>人工阔叶林、混交林、针叶林>荒地。土壤黏粒、容重、非毛管孔隙度和大于0.25 mm水稳性团聚体含量是影响该地区饱和导水率的主要因子。各林分对土壤有机质含量均有提高作用,有机质含量与饱和导水率符合二次曲线的关系。在植被经营过程中,建议营造针阔复层混交类型的树种配置模式。     

大沽河流域土壤饱和导水率空间变异特征

借助经典统计学和地质统计学,对大沽河流域农田土壤表层(0～10 cm)和下层(40～50cm)饱和导水率(Ks)空间变化规律进行研究,结果表明:①经对数变换后土壤表层和下层Ks符合正态分布,变异系数分别为0.396和0.343,均属于中等变异程度;②土壤表层Ks空间相关性很弱,下层Ks具有中等的空间相关性,且具有各向异性特征;③土壤表层和下层Ks的空间分布结构较相似,均表现出东部和西南部最高,西北部最低,从西北角向东南方向逐渐增大的趋势.     

土壤饱和导水率的田间测定

本文简述了圆盘渗透仪(disc permeameter) 在田间条件下测定土壤饱和导水率的原理及方法.该方法在测定时田间土壤饱和导水率附加了一个负压Ψo,因而可以控制土壤入渗孔隙的孔径大小、排除土壤裂缝和蚯蚓孔洞对测定的影响,具有操作简便,测定精度高等优点.     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

荒漠绿洲过渡带土壤饱和导水率的空间变异特征

土壤饱和导水率(saturated hydraulic conductivity,Ks)是影响土壤水文过程的重要参数,反映了土壤的入渗性能与持水能力.为探究荒漠绿洲过渡带土壤Ks的空间分布特征及影响因素,基于网格法(2 km×2 km)在黑河中游荒漠绿洲过渡带不同景观类型布设27个样点,获取0—30 cm土层基本物理性...     

晋西北黄土丘陵区土壤饱和导水率的空间分布特征及影响因素

土壤饱和导水率（K_s）是反映土壤入渗性能与土壤持水能力的重要参数,为探究流域尺度下土壤K_s的空间分布特征及影响因素,更好地掌握土壤水文过程与调节机理,选取晋西北黄土丘陵区朱家川流域横向梯度（上游、中游、下游）不同土地利用方式下的土壤（70个样点）为研究对象,采用定水头法测定土壤K_s,并获取样点地形因子和其他土壤理化性质,通过建立土壤K_s偏最小二乘回归模型（PLSR）,分析影响土壤K_s空间分布格局的主要因素。结果表明：（1）除土壤容重和砂粒含量为弱变异外,区域土壤理化性质其余因子均为中等变异;土壤K_s在横向梯度下表现为上游 > 中游 > 下游;（2）不同土地利用方式下土壤K_s差异显著（P<0.05）,由高到低顺序为林地 > 农地 > 草地;（3）林地（VIP=1.997）与草地（VIP=1.710）利用方式、土壤容重（VIP=1.548）、土壤有机质（VIP=1.323）、大团聚体（VIP=1.266）、粉粒含量（VIP=1.062）和黏粒含量（VIP=1.049）是土壤K_s变化的主要因素,林地利用方式影响程度最大。土地利用、土壤性质、地形因子均是影响黄土丘陵区土壤K_s空间分布的主要因素,是用来模拟预测土壤K_s空间分布的重要因子。     

介绍一种土壤饱和导水率测定仪

该仪器是根据荷兰的资料①仿制的。适用于室内土壤饱和导水率的测定。每次可同时测定15个土样。能用于各土层导水特性的鉴定。为了适宜各种类型土壤导水性能的测定,设制了低水位的恒水头测试仪,及高水位的变水头的测试装置。     

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。     

科尔沁不同沙地土壤饱和导水率比较研究

用Guelph入渗仪对科尔沁沙地不同沙漠化阶段土壤不同层次的土壤饱和导水率(Kfs)进行测定,分析研究了Kfs与沙地类型、土层厚度、沙丘坡位及土壤理化性质的关系.结果表明:(1)草地(潜在沙漠化)、固定沙丘(轻度沙漠化)和流动沙丘(严重沙漠化)的Kfs依次增大,平均值分别为2.15、4.79和5.89 mm min-1,呈现出土壤入渗能力随沙漠化程度的增强而增强的趋势;三种沙地间Kfs差异显著,沙丘不同坡位Kfs也有较大差异,表明科尔沁沙地Kfs具有较高的空间异质性;(2)三种沙地Kfs随深度的变化规律差异较大,草地Kfs随深度呈抛物线状变化,而固定沙丘Kfs随深度呈指数函数变化;(3)通过逐步回归分析发现对Kfs影响较大的土壤理化性质是土壤有机质含量、土壤细砂含量、黏粉粒含量和粗砂粒含量,并且Kfs与前三个因素呈显著的负相关关系,与最后一个因素呈显著的正相关关系.     

基于GIS和随机森林算法的宁东土壤饱和导水率分布与预测

为探明宁东土壤饱和导水率(Ks)的空间分布特征,在宁东采集136个原状土,采用经典统计和地统计方法分析土壤Ks的空间结构特征,并以地形因子、土壤属性等作为辅助变量,运用随机森林法(RF)、普通克里格法(OK)和逐步回归克里格法(RK)对区域土壤Ks进行预测并对3种方法的预测结果进行精度评价。结果表明:Ks介于0.05~7.13 mm/min,平均值为1.46 mm/min,变异系数为106.86%;Ks与容重、孔隙度、高程、坡度、坡向、平面曲率和剖面曲率在不同滞后距离下具有自相关关系和交互相关关系;土壤Ks块金值为38,表明随机因素引起的土壤Ks变异性较大,空间异质比为15.32%,在空间上呈现强变异性;RF法的预测精度最高,其平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)绝对值均为最小,相比OK和RK方法预测精度分别提高了5.53%和2.49%,且对局部细节的描述更准确、模拟效果最佳。RF法可以较为准确的预测宁东土壤Ks,为了解研究区土壤水文过程及林草植被建设提供数据参考。     

层状土壤饱和导水率影响的试验研究

以塿土(Y)、黄绵土(L)、风沙土(S)3种土壤为供试土样,进行室内层状土柱实验,进行3种土样两两组合的两层性土柱实验和风沙土—黄绵土累次叠加的多层性土柱实验,共11个处理组合。采用定水头法,测定其饱和导水率(Ks)。具体处理为两层土:Y+S,Y+L,L+S,L+Y,S+Y,S+L(先后顺序分别表示土层上下);风沙土—黄绵土(S+L)作为层状组合,逐次叠加至5层。结果表明:两层性土壤中,细质地土壤在下时,其有效Ks显著低于粗质地土壤在下时的有效Ks值,而两层土壤有效Ks主要由细质地土壤导水特性决定;对于两层土壤的多次叠加,Ks值随分层数目的增加有增大的趋势。     

植被群落演替对土壤饱和导水率的影响

土壤饱和导水率是表征土壤入渗能力的重要参数,对不同土地利用类型反应敏感。为了揭示植被演替对土壤剖面上饱和导水率的影响规律,采用恒定水头法测定了天童林区155 a植物群落演替序列60 cm深土壤剖面上的饱和导水率。结果表明,不同演替阶段饱和导水率均随土壤深度增加迅速降低,在0～20 cm土层内,各演替阶段饱和导水率均存在极显著差异,0～60 cm土层内饱和导水率的平均值从裸地、石栎+檵木灌丛、马尾松林、木荷+马尾松林、木荷林到栲树林升高极为显著,植物群落演替到灌丛阶段,平均饱和导水率已与裸地存在显著差异,演     

晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率研究

饱和导水率是表征土壤入渗能力的重要参数之一,研究饱和导水率对土壤入渗过程分析具有重要的意义。对晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率(K_s)进行了分析,并利用方差分析(ANOVA)和主成分分析方法探讨了其与土壤物理因子和有机质的相关性,得出影响饱和导水率的主导因子。结果表明,与荒地相比,各林分对饱和导水率均有显著提高;土壤饱和导水率随着土层深度加深呈现负指数递减规律;影响该地区人工林地土壤饱和导水率的主导因子为容重、毛管孔隙度、>0.25mm水稳性团聚体含量、土壤有机质及土壤质地。土壤有机质含量的提高可改善土壤容重、团聚体含量等物理性质;在植被经营过程中,建议采用适宜的混交类型,树种可选择白桦、落叶松等。     

石灰岩与白云岩坡地土壤饱和导水率对比研究

[目的]对比研究不同下垫面特征和土地利用方式对两类坡地表层土壤性质及其土壤饱和导水率(Ks)的影响。[方法]以喀斯特地区不同岩性下垫面的石灰岩和白云岩两类坡地表层土壤为研究对象,采用Guleph稳定入渗仪和土壤分析的方法。[结果](1)石灰岩和白云岩表层土壤在受到放牧作用影响后,土壤均呈现显著退化趋势,其容重、黏粒含量增大,孔隙度、有机质含量降低。(2)石灰岩和白云岩两类坡地表层土壤在未受到人为干扰的自然植被条件下,由于表层岩溶带的发育,Ks都很高,平均值分别为328.6和257.2mm/h。其中,石灰岩坡地相比白云岩坡地,Ks具有更高的空间变异性,二者Ks变异系数变化范围分别为90.71%~95.62%和59.60%~67.32%。(3)受到放牧作用影响后,石灰岩和白云岩坡地表层土壤Ks相比自然植被状态下呈显著降低趋势,Ks分别降低52.2%和86.7%,白云岩坡地Ks降低程度大,高于石灰岩坡地。