紫色土坡耕地埂坎土壤裂隙发育及其对抗剪强度的影响

【目的】探究失水过程中埂坎的裂隙发育规律及其对抗剪强度的影响,为揭示埂坎失稳机制提供科学依据。【方法】以典型紫色土坡耕地埂坎为研究对象,模拟试验埂坎土壤水分耗散和裂隙发育过程,测试土壤抗剪强度,分析土壤抗剪强度与裂隙发育的关系。【结果】埂坎裂隙发育具有明显的阶段性特征,裂隙面积率、面积-周长比、形状指数和分形维数总体表现为先快后慢再趋于稳定。裂隙发育的阶段性对土壤抗剪强度及其参数的影响存在差异,快速发育阶段（31%≥w> 22%）,裂隙发育和无裂隙发育试样的土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角无明显差异;缓慢扩展和基本稳定阶段（22%≥w> 10%）,裂隙发育通过影响土壤黏聚力对抗剪强度影响较大。试验条件下,裂隙发育试样的土壤抗剪强度总体小于无裂隙发育试样,土壤抗剪强度随含水率衰减而逐渐增大。裂隙发育和无裂隙发育试样抗剪强度的差异主要取决于土壤黏聚力,试验范围内的最小黏聚力（10.97 kPa）出现在质量含水率20%左右。裂隙发育试样的黏聚力随水分耗散的变化幅度不大,而内摩擦角则随水分耗散呈近似线性增大,裂隙发育试样的土壤抗剪强度主要受内摩擦角影响。【结论】紫色土坡耕地埂坎土壤裂...     

紫色土坡耕地埂坎裂隙发育对土壤入渗的影响

为揭示埂坎裂隙发育程度对土壤入渗性能的影响,该研究选取了3种裂隙发育程度（重度发育、中度发育、轻度发育）的埂坎为研究对象,利用双环入渗试验揭示裂隙发育的埂坎土壤入渗规律并采用入渗模型进行模拟。结果表明：1）不同裂隙发育程度下,埂坎土壤入渗率变化趋势均为先迅速下降后逐渐趋于稳定。有裂隙埂坎各时段的入渗率均大于对照组无裂隙埂坎,但其差值均随入渗时间的增加而减小;2）随着埂坎裂隙发育程度的增加,土壤初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率和累积入渗量均增大,其中初始入渗率的增幅最高（98.72%）;3）控制初始含水率条件下,裂隙深度和面积-周长比仍与初始入渗率、平均入渗率及120 min累积入渗量呈显著正相关（P＜0.05）,裂隙面密度仅与平均入渗率呈显著正相关（P＜0.05）;4）Kostiakov模型和Mezencev模型对不同裂隙发育程度下埂坎入渗过程拟合效果较好（R2为0.84～0.99）,但Kostiakov模型只有在一定时间范围条件下才能有效描述裂隙埂坎入渗过程。研究结果可为紫色土区坡耕地埂坎的建设、维护管理和合理利用及水土保持提供参考。     

不同温度下紫色土与黄壤的水分持续性耗散特征

[目的]研究温度对紫色土和黄壤耕地表土水分耗散的影响,为紫色土区田间土壤水分管理提供依据。[方法]采集紫色土和黄壤耕地表层土壤,分别在20℃,30℃和40℃下恒温观测土壤水分耗散过程,并计算不同时段的蒸发量和蒸发速率、平均蒸发速率、累积蒸发量等指标。[结果]①紫色土和黄壤的水分时段蒸发量、时段蒸发速率、平均蒸发速率及累积蒸发量均表现为:40℃30℃20℃,但仅在土壤水分蒸发量递增阶段存在显著差异(p0.05)。②3种温度条件下,紫色土和黄壤时段蒸发量、时段蒸发速率、平均蒸发速率均呈先增后减趋势,最终趋于稳定。相比而言,紫色土累积蒸发量均小于黄壤,且差值随着时间的推移而增大。③紫色土和黄壤水分累积蒸发量整体呈先快速变化后缓慢变化趋势。[结论]紫色土和黄壤水分耗散过程受温度影响较大,在相同温度下也存在差异,尤其是在高含水率阶段较为明显。     

水分蒸散耗散结构的初步验证

在极干旱区的敦煌莫高窟应用称重法测定蒸散量,对比分析土壤粒径、盐分、水分、气候状况、植物种类等对蒸散的影响.发现水分蒸散与各因子之间存在广泛的非线性关系和非线性作用机制,符合耗散结构理论成立的条件和特征要求.各相关因子都是蒸散的结构构成,它们的综合作用可使蒸散强度呈非线性表现.蒸散强度是各因子共同作用形成的结构功能,当土壤、气象、水分、植被等蒸散因子在波动涨落中发生协同共振时即可形成耗散结构,使蒸散强度表现出或高或低的非线性分岔突变.水分耗散结构是蒸散因子在时空异质性的综合表现,在各地的水分蒸散中普遍存在.初步证明耗散结构理论应用在水分蒸散中是适宜的.     

W-OH固化剂对土壤水渗漏及硝态氮淋失的影响

采用盆栽试验结合天然降雨观测,研究了不同W-OH喷施浓度(1%、3%和5%)对作物(大豆、玉米和大蒜)地土壤水渗漏及硝态氮淋失的影响。结果表明:本试验条件下W-OH的保水作用受降雨量和作物类型影响;小雨和中雨条件下,玉米地土壤水渗漏量随W-OH施用浓度的增加呈先减小后增加,浓度为3%的处理渗漏量最低,保水效益明显;当降雨量达大雨及以上级别时,W-OH的保水作用与其喷施浓度成正比;W-OH对大豆和大蒜地的保水作用不受降雨量的影响,且其对二者土壤水渗漏量的影响规律相似,与对照(不喷施WOH)相比,各处理水分渗漏量随W-OH浓度增加而增加。在作物生长初期,W-OH的保肥作用与其施用浓度成正比,经历后续降雨渗流多次淋溶,保肥作用趋于稳定;玉米和大蒜地喷施中、高浓度(3%和5%)的WOH即可减少硝态氮淋失量,大豆地1%浓度的W-OH即可减少硝态氮淋失。     

三峡库区紫色土干缩裂隙形态几何尺寸效应

紫色土是一种广泛分布于三峡库区的农业土壤,易在降雨-蒸发循环作用下产生干缩裂隙,严重影响土壤的水力和力学性能,并加剧水土流失等自然灾害的发生。几何尺寸是影响紫色土裂隙发育的主要因素,基于响应面设计对13组不同厚度和直径的紫色土泥浆试样开展室内干燥试验,利用数字图像处理技术和形态学算法进行裂隙形态参数的定量表征。结果表明：1）几何尺寸对干缩裂隙的面积率、长度密度、平均宽度密度和分形维数影响极显著。厚度是影响裂隙面积和形态不规则性的主要因素,而直径对裂隙长度和宽度发育的影响较厚度更加明显。并且直径和厚度对裂隙率、平均宽度密度及分形维数存在交互影响作用;2）裂隙形态主要呈“T”型,含少量“I”和“Y”型,厚度越小,裂隙分布越密集,裂隙网络越不规则。直径越小,裂隙网络越单一,裂隙朝着土体边缘分布。单根裂隙面积占比的概率密度随着裂隙面积的增大呈指数型衰减,频率分布符合Expdec函数曲线形式;3）裂隙发育存在明显的几何尺寸效应,其平均开裂应力随着直径的增大以幂函数曲线形式减少,厚度的增大将削弱直径对平均开裂应力的几何尺寸效应。研究结果对三峡库区紫色土裂隙形态和发育机制的认识具有一定参考意义。     

水分状况对紫色母岩发育的水稻土团聚体及有机碳分布影响

在紫色丘陵区采集了因水分状况影响而形成的4种类型紫色水稻土土样,利用湿筛法获得不同粒径的团聚体,分析了其有机碳和不同土壤发生层中易氧化碳、微生物生物量碳和水溶性碳含量。结果表明,A层土壤中>2 mm的团聚体以潜育型水稻土和渗育型水稻土最高,分别占76.65%和75.92%,其次是潴育型水稻土占43.86%,淹育型水稻土只有13.10%;不同土壤发生层间土壤团聚体的组成也存在较大的差异;除潴育型水稻土的P层外,其余各层土壤的有机碳53.7%~96.2%均分布在>0.25 mm团聚体中;潜育型水稻土的微生物生物量碳和易氧化碳含量在4种水稻土中最高,分别为282.5 mg kg-1和6.59 g kg-1,水溶性有机碳则以渗育型水稻土最高;有机碳含量与>2 mm团聚体含量呈极显著正相关关系,与<0.25 mm微团聚体数量呈显著负相关关系。     

土壤侵蚀对紫色土坡耕地耕层障碍因素的影响

紫色土坡耕地是长江上游重要的耕地资源,明确不同侵蚀程度下紫色土坡耕地耕层土壤的主要障碍因素及障碍因素变化特征,对紫色土坡耕地耕层土壤质量调控和持续利用具有重要价值.以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,设置5个侵蚀程度(0、5、10、15、20 cm)的原位控制试验.从土壤属性角度出发,选取容重、总孔隙度、饱和导水率、土壤...     

秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响

通过对川中丘陵区不同施肥坡地径流、泥沙和养分流失的观测与测定分析,研究了紫色土坡耕地暴雨下的产流产沙特征和氮、磷养分流失特征。结果表明,秸秆还田显著影响雨季紫色土坡耕地土壤侵蚀和产流情况;相比单施化肥处理,秸秆还田的泥沙量减少了70%~82%,地表径流量减少了26%~31%,渗漏径流量增加了30%~52%。秸秆还田显著减少了N、P的流失,减幅为60%~76%;各处理P流失的强度顺序依次为:NPK>RSD>RSDNPK>RSDNP>RSDN,N流失的强度顺序为:NPK>RSDN>RSDNPK>RSDNP>RSD;地表径流损失是P的主要流失途径,颗粒态是地表径流中P的主要迁移形态,磷酸盐是地表径流中溶解态总磷的主要组成部分,渗漏径流中的PO43--P/DTP显著下降。渗漏淋失是N的主要流失途径,硝态氮是渗漏液中N的主要迁移形态,地表径流中NO3--N/DTN较渗漏液略低,溶解态总氮在地表径流N流失中所占比例超过50%。     

有机肥配施保水剂对紫色土水分入渗及氮素淋溶的影响

以有机肥、保水剂(聚丙烯酰胺PAM、高分子吸水树脂SAP和沃特)为供试材料,通过室内土柱模拟试验,研究有机肥配施保水剂对紫色黏土水分入渗及氮素淋溶的影响。结果表明:有机肥配施保水剂可有效增加土壤的保水保肥能力,是控制土壤水分和养分淋失的有效措施。单施有机肥和有机肥配施保水剂均降低了湿润锋运移深度和入渗速率。与对照相比,单施有机肥和有机肥配施保水剂处理的湿润锋运移深度降低了33.33%～46.49%,入渗速率降低了22.73%～31.82%,累计淋溶液体积降低了1.25%～6.78%。施用有机肥有一定增肥保肥能力,但随淋洗次数增加保肥能力逐渐降低,与对照相比,在持续淋溶条件下单施有机肥的硝态氮和全氮累计损失率分别升高了12.00%,17.51%。有机肥配施保水剂可有效减少氮素淋失量,降低氮素淋失率,提高土壤保肥能力。与施用有机肥相比,有机肥配施保水剂硝态氮损失率降低了35.49%～78.46%,全氮损失率降低了35.53%～71.85%,其中有机肥配施PAM处理保水保肥效果最好。     

紫色土坡耕地埂坎水分衰减下土压力非线性分布

[目的]揭示紫色土坡耕地埂坎土压力分布特征及其影响因素,为三峡库区乃至长江上游地区的紫色土坡耕地埂坎优化设计、建设与维护提供科学依据。[方法]采用土槽模拟试验,向土槽注水至土壤基本饱和,使用静态应变仪分层采集土压力,采用烘干法测量各层土壤水分含量,分析土壤水分衰减过程中土压力变化特征。[结果]①土压力随着土层深度的增加呈非线性分布,表现为土压力先随着土层深度的增加而增大,在距离试验土槽底部0.375 H左右达到最大,然后又随着土层深度的增加而减小。②试验条件下,土壤水分饱和后随着时间的变化呈近似线性衰减,并对土压力产生了显著影响(p0.01),但不同土层间存在一定差异。③土层深度和土壤水分含量的交互效应对土压力的影响显著(p0.01)。[结论]三峡库区紫色土坡耕地埂坎土压力呈非线性分布,土层深度和土壤水分含量及其交互效应对埂坎土压力均存在显著影响。     

紫色土坡耕地土质埂坎分层入渗试验研究

以相邻田面为对照,利用双环入渗法对三峡库区紫色土坡耕地土质埂坎分层(地埂、坎腰和坎趾)的入渗特征进行研究。结果表明:(1)土质埂坎分层入渗与对照田面入渗均呈先陡降后趋于稳定的趋势,但达到稳定入渗的时间存在差异。地埂达到稳定入渗的时间最长(110min),坎腰、坎趾和田面达稳定入渗的时间分别比地埂少9%,82%,18%。从入渗性能看,土质埂坎各层均表现出初始入渗率平均入渗率稳定入渗率。平均入渗率与120min累积入渗量表现为地埂坎腰田面坎趾,初始入渗率为坎腰地埂田面坎趾,稳定入渗率为田面坎腰地埂坎趾。(2)采用4种模型进行拟合,其中通用经验模型是描述坡耕地土质埂坎入渗的较好模型,其后依次是Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型。(3)土质埂坎入渗性能与土壤物理性质具有较好的相关性,初始入渗率与初始含水率、容重呈显著负相关(P0.05),平均入渗率、120min累积入渗量与粉粒体积分数、初始含水率呈显著负相关(P0.05),与砂粒体积分数和总孔隙度呈显著正相关(P0.05)。研究结果可为紫色土区坡耕地土壤侵蚀调控的埂坎措施优化提供依据。     

嘉陵江水土保持与区域可持续发展

嘉陵江流域人口密集,土地利用不合理,水土流失严重,生态环境脆弱。这不仅影响当地工农业的发展,而且其输沙量大还制约着长江三峡工程及下游的经济发展。分析了水土流失及其主要原因,并提出了保持区域可持续发展的对策和建议。     

紫色土坡地果草种植模式的水土流失特征研究

紫色土坡耕地是三峡库区重要的土地资源。以研究降雨强度对紫色土坡地产流产沙的影响为基础,以紫色土坡地示范推广的果草模式为研究对象,对其水土流失特征进行了野外定点监测研究。研究结果表明:(1)短历时、高强度降雨对紫色土坡地的产流产沙影响最强烈,降雨历时与产流产沙存在明显的负相关,而雨强参数与产流产沙则存在明显的正相关;(2 )在降雨特征参数中,平均雨强是反映紫色土坡地径流系数、泥沙量和径流含沙量的最好特征参数,I3 0 则能最好的反映紫色土坡地径流量的变化;(3)在不同降雨强度下,果草模式对产流量、径流系数、产沙量和径流含沙量都有非常明显的减少或降低作用,特别在低强度降雨时,其减水减沙效应更明显,种植年限对其效应也有影响;(4)在短历时、高强度典型次降雨情况下,果草模式具有明显延迟产流时间和延缓产流过程的作用;(5 )果草模式降低了紫色土降雨前后表土养分的衰减,减少了表土养分的流失;(6 )果草模式对速效养分的流失具有较好的减弱作用,因而其对保持地力,提高土地生产力具有较好的作用     

杨树防护林土壤蒸发及其影响因素

[目的]研究杨树林地土壤蒸发规律,探索估算林下土壤蒸发量的方法,为林业高效用水和研究水循环规律提供理论支撑.[方法]利用20 cm蒸发皿和微型蒸发器测量杨树林下水面和土壤蒸发量,分析气象要素与林下土壤和水面蒸发的关系.测量土面温度和蒸发皿水体温度,计算两者温度差相对值(RT),以水面蒸发量为参考计算土壤相对蒸发量(RE...     

紫色土坡耕地横坡垄作的水土流失特征及作物产量效应

通过在紫色土坡耕地上进行横坡垄作,观测了不同坡度坡耕地的水土流失及作物产量状况.结果表明研究区的降雨集中在4～9月,形成不同坡度的侵蚀降雨量在年际间的分布也不相同.随着坡度的增大,径流量和泥沙量均增大,但径流系数先增大,后减小,再增大.径流量、泥沙量与降雨量在坡度≥15°时均呈极显著正相关关系,而在坡度为20°与降雨强度呈极显著正相关关系;与之相应,随着坡度的增大,除小麦产量是先减小后增大外,其余两种作物(玉米和甘薯)的产量均是先减小后增大,再减小,且三种作物产量变化的过渡坡度均为15°.     

三峡库区紫色土坡地桑基植物篱水土保持作用研究

以传统种植模式为对照,对桑基植物篱模式拦蓄径流、泥沙及改善土壤抗蚀性的效应进行了较为系统的研究。结果表明:桑基植物篱模式下土壤抗蚀性有较大程度的提高,表层土团聚度和团聚状况分别较传统种植模式提高25 2%和50 6%,而分散率则下降了3 7%,水稳性指数为传统顺坡种植的1 9倍,前10min水稳性团聚体破坏率仅为传统种植模式的57 2%。同时,桑基植物篱的应用能有效地减少紫色土坡地的水土流失,尤以侵蚀量和径流含沙量的减少和降低更为明显,与传统种植模式相比,径流量和径流系数减少或降低了10 34%～20 00%,侵蚀量减少了55 23%～67 84%,径流含沙量减小了48 60%～59 80%;在大雨强时桑基植物篱对减少养分的流失总量和富集比效果也相当显著。该技术的应用可有效地保证紫色土坡地土壤对降雨的充分入渗,减少面源污染,保持坡耕地的土地生产力。     

土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响

土壤抗剪强度既可评价土壤侵蚀敏感性,也是反映耕层土壤耕作性能的重要参数。不同剪切方式下土壤抗剪强度指标存在一定差异,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用室内重塑土三轴及直剪试验方法,研究容重和含水率对紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度的影响,并分析了2种试验方法的差异性。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤黏聚力(c)总体随容重(ρd)增大而增加,随含水率(w)增加而减小,三轴及直剪试验条件下黏聚力最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为32.33,21.78 kPa。耕层土壤内摩擦角(φ)随容重增加而增大,随含水率增大而减小,三轴及直剪试验条件下内摩擦角最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为22.67°,29.11°。(2)在同一围压下,耕层土壤最大主应力差随容重增加而增大,随含水率增加而减小;在同一容重和含水率水平下,耕层土壤的最大主应力差随着围压升高而增大。(3)耕层土壤容重、含水率的交互作用对黏聚力和内摩擦角影响显著(P<0.05),对坡耕地耕层土壤抗剪强度抵抗侵蚀作用的最优土壤容重-含水率条件为1.4 g/cm^3—10%。(4)不同剪切方式影响了土体抗剪强度指标,耕层土壤黏聚力在三轴试验条件下大于或接近直剪试验结果,而土壤内摩擦角则明显小于直剪试验结果,这主要与两种剪切试验原理差异有关。     

不同水土保持措施对黑土区坡耕地氮、磷流失的影响

采用无任何保护措施的坡耕地为对照组,系统地研究了3种典型水土保持措施:水保林、水平梯田、地埂植物带对桓仁浑江流域坡耕地总氮（Total nitrogen,TN）和总磷（total phosphorus,TP）变化的影响。2013年3—9月,共采集了336个有代表性的土壤样本进行分析研究。结果表明,采取了3种典型水土保持措施的土壤样品中的TN和TP含量均显著高于未采取任何水土保持措施坡耕地土壤中TN和TP含量。其中,水平梯田土壤中的TN和TP较对照组分别提高了24.6%和35.7%。地埂植物带土壤中的TN和TP较对照组分别提高了19.4%和37.4%。3种综合措施（水保林、水平梯田、地埂植物带）协同使用效果更为明显,可使TN和TP较对照组分别提高29.2%和30.6%。研究可为坡耕地面源污染治理提供科学依据和切实可行的方法。     

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著刘海潮，张凤山，祁放（辽宁省凌源市水利局，１２２５００）凌源市水土保持小流域综合治理，经过多年的不断完善、总结、提高，形成了一林戴帽，二林围顶，果牧拦腰，两回穿靴，一龙坐底的产金字塔＂综合治理模式ＪＩ９８８年经...