南方典型土壤坡面产流产沙过程对PAM的响应

采用室外人工模拟降雨试验方式,系统对比研究了2种聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)配比方案(2 g/m~2和10 g/m~2,分别用PAM1200-2和PAM1200-10表示)在140 mm/h短时强降雨条件下对坡度为10°的南方红壤区4种不同典型岩性发育土壤坡面的产流、产沙过程的影响机制。结果表明:各坡面总产流量、单位采样时段径流系数、累积单位采样时段径流系数均有显著提升(p0.01),径流提升率由大到小依次为:第四纪红壤坡面、红砂岩红壤坡面、紫色土坡面、花岗岩红壤坡面;除花岗岩红壤坡面外,PAM1200-10的径流提升率均大于PAM1200-2,坡面产生稳流的时间由短到长依次为:第四纪红壤坡面(12 min)、红砂岩红壤坡面(15 min)、花岗岩红壤坡面(24 min)和紫色土坡面(24 min),2种PAM配比在提升坡面产流方面,无显著性差异;各坡面的总产沙量、单位采样时段泥沙质量浓度、单位采样时段泥沙量均显著降低(p0.01),2种PAM配比方式均以第四纪红壤坡面减沙率最为显著,其余不同配比的坡面减沙率略有不同,除紫色土坡面,PAM1200-10的减沙率均大于PAM1200-2;其中PAM1200-2的减沙率波动性较大,除紫色土坡面外,PAM1200-10配比的减沙率均较为平稳,在花岗岩红壤坡面,PAM1200-10与PAM1200-2相比,减沙成效显著(p0.01)。     

雨型对东北典型黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响

基于人工模拟降雨试验,研究了雨型对东北黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响。根据典型黑土区侵蚀性降雨标准及雨型特征,试验设计了总降雨量相同(降雨量为87.5 mm)的5种不同雨型,即增强型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125 mm/h)、减弱型(降雨过程中降雨强度分布为125-100-75-50 mm/h)、峰值型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125-100-75-50 mm/h)、谷值型(降雨过程中降雨强度分布为100-75-50-75-100 mm/h)和均匀型(降雨过程中降雨强度保持75 mm/h不变),以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°)。结果表明,受前期预降雨的影响,各雨型处理的顺坡垄作坡面径流量差异较小,但坡面侵蚀量存在明显差异,其中峰值型雨型引起的坡面侵蚀量最大,分别是谷值型、减弱型、均匀型和增强型雨型处理下的1.20、1.63、1.78、1.80倍。引起侵蚀量较大的雨型(峰值型、谷值型和减弱型)在典型黑土区天然降雨中出现频次超过70%,这可能是该区夏季顺坡垄作坡面侵蚀作用强烈的重要原因之一。同一降雨强度在不同雨型中出现的时序不同,其产生的径流量和侵蚀量对总径流量和总侵蚀量的贡献率也不相同。除125 mm/h外,同一降雨强度出现在起始阶段产生的侵蚀量对坡面总侵蚀量的贡献率显著大于其出现在其他阶段对坡面总侵蚀量的贡献率。     

不同截排水布置方式下坡耕地坡面产流产沙的模拟研究

为了改善坡面水系分段拦蓄径流泥沙的调控效益,采用室内人工模拟降雨试验,探讨l坡面集中汇流(T1)和"燕型"分流(T2)2种不同的控制排水措施下的坡面产沙产流过程。结果表明,与无措施坡面(CK)对比,2种不同排水布置方式均能显著延长径流急剧增加的历时,降低产流率增速,减少产流深46.61%~56.40%,使产流率与径流历时的对数拟合系数均达到0.85以上,且T2处理坡面产流率较T1处理变化更平稳,产流率和产流总量在各坡度均表现为T2处理T1处理CK;在5°、10°坡面,不同排水措施对径流挟沙调控效应表现为T1处理T2处理,在15°坡面则相反。而坡面径流含沙量与坡面累计产沙量变化并没有显著的对应关系;T1处理有利于削弱坡度对侵蚀量的影响,而T2处理对减少产流受坡度因子影响的效果更显著。     

上方来水流量对坡面土壤溶质迁移特征的影响

通过上方供水方式模拟薄层水流,研究了流量对红壤坡面产流、产沙及非吸附性离子（Br^-）迁移过程特征的影响。结果表明,起始产流时间随着流量的增加呈幂函数递减趋势;不同上方供水流量所形成的径流量随时间变化规律相似,初期产流量迅速增大而后期趋于稳定,但径流量随着上方来水流量增大而增大。在消除雨滴击溅夯实作用下,随着上方来水流...     

覆膜深度对滴灌土壤湿润区运移的影响

地膜覆盖对于滴灌土壤湿润区的形状和大小有很大的影响,灌水结束后,测得无膜和覆膜以及不同的覆膜深度的土壤湿润体是不同的。通过灌水试验,研究沙土和中壤土在相同的单滴头流量和灌水量,不同的地膜膜边的埋深条件下,膜边的埋深对于滴灌土壤湿润区的影响机理。试验过程中观测了土壤水平和垂直湿润锋随时间的运移和地膜覆盖以后,土壤水分的运动规律,同时和无膜的土壤湿润体进行对比。     

川北山区坡耕地侵蚀耕作对土壤团聚体碳的影响

为更好地了解耕作侵蚀对坡耕地土壤碳循环的影响,采用137Cs示踪技术研究了川北山区坡耕地土壤再分配对土壤有机碳和团聚体有机碳含量与储量的影响。结果表明:与该区土壤137Cs有效背景值比较,短坡耕地上坡部位(坡顶、坡肩)土壤中137Cs含量降低了76.91%,而下坡部位(坡脚、坡趾)增加了24.02%;坡耕地上坡部位发生土壤损失,耕作侵蚀平均速率为63.22 t/(hm2·a),占土壤总侵蚀的94.61%,耕作导致下坡土壤沉积,平均沉积速率为23.94 t/(hm2·a)。上坡土壤中大于2 000μm、250~2 000μm和53~250μm的团聚体所占比例显著低于下坡,而小于53μm的团聚体所占比例则相反;土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量与储量下坡显著高于上坡。土壤和不同粒级团聚体的有机碳含量与137Cs面积浓度呈极显著正相关关系,说明侵蚀引起土壤再分配造成上坡有机碳含量贫瘠,而下坡相对富集。因此,川北山区坡耕地施肥管理应关注土壤质量空间变异特征。     

涌泉根灌土壤湿润体影响因素的试验研究

滴头流量、灌水量及埋深与土壤湿润体的关系是涌泉根灌设计的依据。通过室内土槽试验,研究了涌泉根灌的滴头流量、灌水量及滴头埋深对均质粘壤土湿润体变化的影响。结果表明：涌泉根灌土壤入渗湿润体在垂直向下距离和水平扩散距离均与灌水时间成幂函数关系,相关系数达到0.98以上;滴头流量和灌水器埋深对土壤入渗湿润体影响较大,而灌水量对...     

小滴头流量下灌水频率对膜下土壤湿润区的影响

为了探明灌水频率对小滴头滴灌土壤湿润区的影响,在实验室对沙土和中壤土进行了膜下间歇滴灌试验,滴头流量分别为0．3、0．5、0．7L／h;灌水频率分别为1、2、3、4次灌完。在灌水量相同的情况下观测了土壤的湿润区运移过程和含水率分布。结果表明,小滴头流量下改变滴水频率对土壤湿润体的大小影响很小;随着灌水频率的增加,土壤湿...     

坡面草本植物对土壤分离及侵蚀动力的影响研究

植被是影响坡面水力侵蚀过程的重要因素,深入理解草本植物坡面不同降雨和径流特性对土壤分离的作用是研究土壤侵蚀动力学的基础。为此基于坡面土壤分离试验,通过定量测定2种草本植物草冠、根系对降雨和径流的影响,研究了不同侵蚀力作用下的土壤分离特征。结果表明,草本植物对坡面径流和泥沙具有重要的调控作用,相同覆盖度下狗尾草坡面的径流含沙量低于青蒿坡面(P0.05)。对比草本植物结构对坡面土壤分离的影响,植物根系对坡面的减沙贡献率均高于其冠层(P0.05),其中,青蒿草冠对于坡面降雨的阻滞作用高于狗尾草草冠(P0.05),而狗尾草根系的减沙效益高于青蒿根系(P0.05),这主要与草本植物叶面积指数(LAI)及根系形态分布有关,不同植物的根长密度与土壤分离率呈指数函数关系。坡面土壤分离过程受到侵蚀阻力的影响,在草本植物覆盖坡面,随着植物覆盖度的增加,颗粒阻力和波阻力均呈增大趋势。降雨侵蚀力和径流剪切力是坡面土壤分离的主要侵蚀动力,不同试验条件下草本植物对降雨和径流侵蚀力的降低值为189.21~698.92 J·mm/(m2·min)和6.27~20.38 kg/(m·s2),减弱系数分别为22.75%~84.04%和19.68%~63.97%。     

滴灌土壤湿润区对棉花生长及产量的影响研究

针对棉花作物,以桶栽试验为基础,通过控制滴头流量得到不同宽度的土壤湿润区,观测了棉花相应的生长状况及产量。试验结果表明,棉花的生长发育和产量与滴灌土壤湿润区的大小密切相关,宽的土壤湿润区可以使棉花的生长发育提前,其株高、叶面积、产量都比窄的土壤湿润区条件下的棉花相应指标高;宽的土壤湿润区下的棉花叶面积衰老速度比窄的土壤湿润区下的棉花叶面积衰老速度慢。另外,随着土壤湿润区变宽,土壤耗水深度变浅,棉花单铃重、衣分和单株产量增加,但单株铃数减少。     

干缩开裂黄褐土非饱和水平吸渗特征研究

通过室内水平吸渗试验,结合Matlab数字图像处理与形态学算法,在黄褐土土壤中添加秸秆模拟不同生长期作物根系密度,对干缩开裂黄褐土中的非饱和水平吸渗及湿润锋推移特征进行研究。结果表明:不同秸秆密度处理裂缝稳定形态面积密度和裂缝平均宽度差异显著(p0.05),当秸秆密度由0 cm/cm~3增加到1.5 cm/cm~3时裂缝面积密度和裂缝平均宽度分别减小为1.73%、0.071 cm,随着秸秆密度增大土壤稳定形态裂缝面积密度与裂缝平均宽度显著减小。秸秆添加间接影响入渗过程历时,但土壤最终累积入渗量无显著差异。裂缝的存在导致入渗率发生波动现象,且在入渗前中期尤为明显;未开裂土和开裂土累积入渗量随时间的变化关系均符合Kostiakov经验入渗模型,其经验参数与秸秆密度有关,拟合方程达到显著水平。引入湿润锋均匀系数对水平吸渗不均匀性进行评价,土壤裂缝面积密度及裂缝平均宽度越大入渗初期的水分不均匀性特征越明显,均匀系数随着时间推移逐渐减小;根据湿润锋推进速率随时间的变化特征,开裂黄褐土土壤的水平吸渗过程可以分为3个阶段,即初始裂隙流阶段、稳渗基质流阶段和吸渗末期阶段。     

不同地表条件下土壤侵蚀的坡度效应

通过野外人工模拟降雨的方法，对不同地表条件下的径流和产沙的变化与坡度、降雨量、降雨强度等因素进行了相关分析，并在此基础上，就上述过程中的坡度效应进行了评价。结果表明，在相同降雨作用下，坡度对土壤侵蚀影响表现为：光滑地表大于中等粗糙地表大于粗糙地表；但在不同地表条件下，坡度与侵蚀和径流的相关性表现出不同。相对光滑地表，中等粗糙与粗糙的地表。在不同降雨作用下，径流量与侵蚀量，随坡度的变化，表现出不同的变化规律。且存在着一定的临界坡度。这一研究，为该区域坡耕地水土保持措施的配置提供了一定的理论依据，同时也可服务于黄土高原退耕还林（草）工程的实施。     

膜下滴灌土壤湿润区水热耦合对棉花生长的影响

为了探明膜下滴灌土壤湿润区对土壤温度及棉花生长的影响,试验中通过不同滴水流量的设置（＂1倍滴流量＂、＂2倍滴流量＂和＂4倍滴流量＂）获得了不同的土壤湿润区范围和膜下土壤含水率分布;测定了棉花生育期土壤水分和温度以及棉花生长指标和产量。结果表明,在覆膜保温作用下,膜下滴灌土壤湿润区扩大和土壤含水率的增加对膜下土壤温度没有...     

保护地栽培条件下灌水方法对土壤温度的影响

对塑料大棚内渗灌、滴灌和沟灌条件下土壤温度的变化规律进行研究,结果表明,在早春和秋冬低温期,保护地内采用渗灌、滴灌可以比沟灌更能保持较高的土温,灌水方法对上层土壤温度的影响大于对深层土壤温度的影响。不同灌水方法对0~30 cm土层平均温度的影响差异极显著,其中渗灌比沟灌高1.79℃,滴灌比沟灌高2.70℃。灌水后1 d内保护地0~20 cm土层温度的日变化规律是:10:00~18:00各层土壤温度为渗灌和滴灌高于沟灌,而06:00~08:00和18:00~22:00沟灌高于滴灌和渗灌;这种变化趋势以5~15 cm土层最明显,该层土壤温度日较差以渗灌为最大,其次是滴灌,而以沟灌最小,且温度最大值出现时间依次延后2 h左右。20 cm及其以下层次3种灌水方式土壤温度的日变化平缓,而且不同处理之间温度差异也逐渐减小。     

滴灌土壤湿润体含水率分布规律的试验研究

通过室内滴灌试验,研究了不同滴头流量对土壤湿润体变化过程的影响。试验所用的土壤为杨凌塿土,滴头流量分别为0.08、0.16、0.24、0.40、0.60、1.20、2.003、.60 L/h。结果表明,从0.08～0.6 L/h的滴头流量,其湿润体体积和灌水量之间存在显著的线性关系,说明平均含水率是一定值;从1.2～3.6 L/h的滴头流量,其湿润体体积和灌水量之间存在显著的幂函数关系,说明平均含水率是逐渐增大的。     

林草措施调控坡面降雨径流输沙效应的初步研究

利用人工模拟降雨小区试验,分析了林地和草地2种生物措施在不同坡度、不同雨强下的径流调控和产沙机制。结果表明,产流时间和降雨强度之间存在幂函数关系,与单宽输沙率之间存在线性关系,单宽输沙率与单宽流量之间亦存在线性关系。并对2种措施的调控效应进行比较,草地措施的产流、产沙调控效应均优于林地措施。     

黄土丘陵沟壑区典型小流域不同洪水类型侵蚀输沙效应

不同降雨-径流格局下的土壤侵蚀响应是土壤侵蚀规律研究中的基本关系之一,以黄土丘陵沟壑区典型小流域岔巴沟的一级支沟蛇家沟为例,分析了不同洪水类型驱动下的小流域侵蚀输沙过程。以蛇家沟水文站1961—1969年记录的45次洪水事件为数据基础,选取洪水历时、次洪水径流深和洪峰流量作为洪水径流过程的特征指标,运用K均值聚类和判别分析相结合的方法,将全部洪水事件划分为3种类型。其中,A型洪水具有短历时、小径流、低变率和中洪峰的特点,是最为普遍的类型。B型洪水具有中历时、中径流、中变率和小洪峰的特点,发生频率居中。C型洪水具有长历时、大径流、高变率、大洪峰的特点,发生频率最低。洪水历时是决定洪水类型的主要因素。不同洪水类型下的输沙模数、平均含沙量及最大含沙量由大到小依次分别为:C、B、A;C、A、B;C、A、B;但其差异并不显著(P0.1)。蛇家沟小流域的水沙关系趋于稳定,径流含沙量的变化可用流量的对数函数进行描述。在径流量保持一致的情况下,不同洪水类型驱动下的输沙模数相对大小(A∶B∶C)为1∶0.93∶1.22。当洪水历时延长1.7倍时,其增沙作用达到极大值,输沙模数最大增幅为22%。研究结果可为流域洪水类型划分、全面科学评估径流调控及利用的水土保持效益提供有益参考。