晋西黄土区不同入渗水量下刺槐林地优先流特征

为探究晋西黄土区刺槐林地是否存在土壤优先流及不同入渗水量条件下对优先流发育程度的影响,本文以山西吉县蔡家川小流域刺槐人工林为研究对象,采用野外染色示踪试验和室内图像处理技术相结合的方法,获取垂直剖面染色形态特征图像并进行特征指标的提取,选取基质流深度、平均最大染色深度、染色面积比、优先流比、长度指数和染色面积比变异系数6个特征指标,基于均方差决策法定量分析不同入渗水量条件下的优先流发育情况。结果表明：（1）刺槐人工林土壤水分入渗过程中存在优先流现象,随入渗水量的增加,优先路径逐步向侧向发展,优先流斜侧入渗现象明显;（2）染色面积比随土层深度的增加呈非线性减小趋势,水分呈现非均匀下渗现象;入渗水量为75 mm时的优先流比达到47.11%,优先流发育程度最高;（3）3种入渗水量条件下的平均最大染色深度分别为25.33 cm、32.20 cm、38.87 cm,与入渗水量的大小呈正相关关系,表明入渗水量的增加可以促进水分向深层运动,有利于优先路径的开启;（4）入渗水量与优先流评价指数之间呈正相关关系,优先流评价指数75mm（0.81）＞50mm（0.39）＞25mm（0.36）,入渗水量增加促使优先流发育程度更高。研究结果可为黄土区植被恢复及林-水关系的深度解析提供依据。     

入渗水量对重庆四面山草地优先流影响的定量评价

以重庆四面山草地为研究对象,通过野外染色示踪试验,借助图像处理技术、方差分析、相关性分析及变异性分析等方法,分析3种不同入渗水量(20,40,60mm,对应的样地编号分别为G20,G40,G60)对土壤优先流的影响并进行定量评价。结果表明:(1)染色面积比基本上随着土层深度的增加而减小,其中G20和G40的染色面积比分别从3cm和12cm处开始显著下降;(2)总染色面积比和优先流长度指数与入渗水量呈显著正相关(P0.01);(3)入渗水量的增加可以促进水分向更深层运动,最高可达60cm;(4)优先流区染色面积比和最大入渗深度的非均匀性随着入渗水量的增加而减小,其变异性系数的变化分别为1.88~0.47和0.52~0.07,但入渗水量对实际入渗深度的影响则更为复杂。     

土壤水非均匀流动的碘-淀粉染色示踪研究

在壤土和粉质黏土条件下采用碘-淀粉染色示踪方法分别开展了6个和4个不同土壤初始含水率和入渗水量的示踪试验,通过分析入渗深度和染色面积分布模式来研究入渗条件(土壤初始含水率、入渗水量和土壤质地)对土壤水非均匀流动特征的影响。研究表明:①土壤初始含水率升高时,土壤水入渗深度增大,但土壤初始含水率对染色面积分布模式无明显影响;②土壤水入渗深度随入渗水量的增大而增大,但入渗水量的增大对土壤水入渗深度增大的影响有限;③当入渗水量较小时,土壤水流运动以优先流为主;随着入渗水量的增大,土壤水流运动逐渐转变成以基质流为主的流动形态;④土壤水在细质地土壤(粉质黏土)中运动具有更高的非均匀程度,非均匀流通道总宽度较窄。     

永定河平原南部典型植被土壤优先流特征及其归因

[目的]研究永定河平原地区的优先流现象，解析其形态特征和发育程度，明确影响优先流的主要因素，为该区域淡水资源保护以及生态环境恢复提供理论依据。[方法]以3种典型植被柳树、荆条和狗尾草为对象，在25 mm入渗水量下(大雨)通过野外亮蓝染色示踪试验获取原始土样和染色剖面图像，使用图像处理技术解析水分和溶质在土壤中下渗的形态规律，结合相关性分析和主成成分分析法研究不同土壤因子对优先流产生和发育的响应。[结果](1)柳树、荆条和狗尾草土壤优先流分别集中在10—40 cm处、10—40 cm处和10—30 cm处，最大染色深度分别为40.0 cm, 44.8 cm, 31.5 cm。不同植被类型垂直剖面上显示出染色面积比随土层深度的增加而下降。(2)优先流发育程度为柳树样地>荆条样地>狗尾草样地。柳树样地和狗尾草样地的染色面积比和长度指数差异显著(p<0.05),荆条样地与其他2种植被差异均不显著(p>0.05)。(3)黏粒、砂粒、粉粒含量对方差变异性的贡献率为24.824%,根重密度和有机质含量对方差变异性的贡献率为46.312%。[结论]永定河平原南部3种典型植被中柳...     

入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动的影响

[目的]研究入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动(最大入渗深度和平均入渗深度、土壤水流运动非均匀程度和土壤优先流尺寸的影响)的影响,为农业灌溉施肥的高效利用、地下水环境保护以及流域水文过程预测等方面提供理论支撑。[方法]采用亮蓝染色示踪方法在砂土条件下开展了9组18个(每组2个重复)不同入渗水量(分别为1.25,2.5和5.0cm)和试验尺度(分别为0.25m×0.25m,0.5m×0.5m和1.0m×1.0m)的入渗试验。[结果](1)相同试验尺度条件下,土壤水最大入渗深度和平均入渗深度均随着入渗水量的增大而增大;土壤水流运动非均匀程度随入渗水量的增大而先增大后减小。(2)相同入渗水量条件下,当入渗水量较小时,土壤水最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度随着试验尺度的增大而增大;当入渗水量很大时,试验尺度的变化对最大入渗深度和土壤水流运动非均匀程度的影响不明显。(3)入渗水量的增加和试验尺度的增大都将使得优先流通道尺寸增大。[结论]入渗水量和试验尺度对土壤优先流运动有重要影响。     

北京地区2种类型土壤优先流染色形态特征及其影响因素

通过野外染色示踪试验结合室内图像解析技术,对北京地区2种类型土壤(淋溶褐土和潮土)进行了优先流染色形态特征及其影响因素研究。结果表明:(1)样地土壤用浓度为4g/L的亮蓝溶液27.3L染色后,淋溶褐土基质流深度均值为7.72cm,潮土为8.56cm,潮土优先流发生相对滞后;(2)淋溶褐土的优先流比、染色面积比、最大染色深度和长度指数均大于潮土,优先流现象更明显;(3)淋溶褐土优先路径集中区较多,侧向流较发达,且染色面积比和土壤深度相关性大于潮土,两者关系更密切;(4)2种类型土壤的土壤质地和土壤有机质与染色面积比显著相关(P0.01),直径为1~3mm的根长密度也和染色面积比呈显著相关(P0.05)。淋溶褐土优先流现象比潮土更明显,2种类型土壤对优先流染色特征影响较大的为土壤质地、土壤有机质和直径为1~3mm的根长密度。     

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。     

喀斯特洼地退耕和耕作土壤优先流特征

应用亮蓝染色示踪技术,研究了喀斯特洼地退耕封育区土壤和耕作土壤的优先流类型及其特征,分析2种土地利用方式下的土壤优先流路径分布特征以及影响因素,并结合去除耕作层的对比试验,阐述了耕作层对优先流发生及其优先流路径发育的重要影响。结果表明,喀斯特洼地优先流类型为大孔隙流、裂隙流;耕地与自然封育区的优先流程度差异显著(P0.01),虽然其剖面染色总面积并无明显差异,但耕地染色区域主要集中在表层土壤,0—20cm范围内染色面积占染色总面积的91%,而自然封育区染色面积比仅为60%;耕地的水分入渗深度小于自然封育区,耕作层阻碍了水分入渗及优先流的产生并加强了孔隙中水分与基质的交换;耕作层以下土壤优先流程度与自然封育区差异不明显,但其优先流路径分布特征具有明显差异,自然封育区的孔隙、裂隙发育程度高于耕地,但是最大入渗深度大于退耕封育区,表明封育区更能有效的蓄持水分;植被覆盖及其根系生长通过影响土壤理化性质及其优先流路径分布导致优先流特征差异,而同时耕作层的存在对于耕作层以下部分优先流路径的发育起到关键作用。     

三峡库区高砾石含量紫色土优先流形态特征

以三峡库区王家桥小流域林地、耕地和园地为研究对象,结合染色示踪技术,利用图像处理软件技术,通过计算优先流形态特征参数,分析3种土地利用类型下高砾石含量紫色土的优先流形态发育特征。结果表明:砾石平均含量表现为园地林地耕地,土壤大孔隙平均半径随着深度的增加而减小。林地优先流运动深度可达60cm,剖面染色区域呈现明显的不规则性,耕地染色深度集中在0—15cm土层,染色区域分布均匀,但染色面积小,且存在大量的侧向流,园地染色范围广,优先路径连通性好。染色路径数表现为园地林地耕地,说明园地优先流发育较活跃,优先路径分化程度较高,染色路径宽度20mm的染色路径数量分布特征与染色路径总数分布特征相近,是紫色土壤中流染色路径的主要组成部分,壤中流类型主要为低相互作用大孔隙流。砾石和大孔隙特征共同影响土壤水分运动过程。     

黄土高原南部黄土渗流特征的染色示踪研究

为探究黄土中的渗流特征,明确不同初始条件对优先流的影响程度,使用亮蓝和离子染色剂,并控制入渗水量和初始含水率,在黄土高原南部进行染色示踪试验,根据获取的染色剖面图像,从定性和定量2个方面分析了优先流程度。结果表明：亮蓝染色剂在黄土中的染色深度有限,而离子染色剂经显色反应后能很好地示踪水的渗流;黄土高原南部黄土中优先流类型随土层深度从小到大为基质流—非均质指流—高相互作用大孔隙流—混合相互作用大孔隙流;优先流评价指数试坑A(0.55)>试坑C(0.48)>试坑B(0.46),优先流程度由高到低为试坑A—试坑C—试坑B;在其他条件相同时,黄土中更多的入渗水量、更大的初始含水率抑制优先流的发育,使基质入渗深度更大,基质流程度更高,优先流程度降低。研究结果可为黄土地区灾害防治、探明地下水污染机制提供参考。     

土壤优先流运动的活动流场模型模拟和敏感性分析

在壤土和砂土条件下分别采用碘-淀粉染色示踪方法和亮蓝染色示踪方法各开展了2个染色示踪试验,分别采用活动流场模型和二域模型模拟计算了各试验入渗后染色区内的土壤含水率和溶质浓度分布,通过相对均方根误差分析评价了两个模型模拟预测优先流发展的有效性;此外,通过敏感性分析研究了不同入渗条件（土壤质地、入渗水量和土壤初始含水率）下活动流场模型模拟预测结果（入渗深度）对活动流场模型分形特征参数变化的敏感度。模型检验分析结果显示活动流场模型对土壤水入渗深度、入渗后染色区内土壤含水率和溶质浓度分布的预测精度要明显高于二域模型的模拟预测精度;活动流场模型较好的捕捉到了优先流运动整体的非均匀特征。敏感性分析结果显示,当降雨入渗水量和土壤初始含水率相同时,入渗深度对活动流场模型分形特征参数（γ）的敏感度随着γ的增大而增大;相同活动流场模型分形特征参数（γ）值条件下（即流动非均匀程度相同）,入渗深度对活动流场模型分形特征参数（γ）的敏感度随着入渗水量的增大和土壤初始含水率的升高而减小。     

基于染色示踪的农膜残留农田土壤优先流特征

随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm^2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色示踪试验,共6个处理,研究不同残膜量对土壤物理特性的影响,基于染色示踪技术分析不同入渗量和不同残膜量对土壤水流运动的影响,并评价各处理土壤剖面的优先流特征。结果表明:随着残膜量增加,土壤容重、饱和导水率和土壤初始含水率呈下降趋势,而土壤孔隙度呈增大趋势,土壤中随机分布的残膜导致残膜处理(300,600 kg/hm^2)的各物理参数有较高的变异系数。基于土壤染色剖面二值化图像分析,土壤优先流发育程度随残膜量和入渗量增加而提高,300,600 kg/hm^2残膜量处理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的变异系数(Cv)随残膜量增加而增大,与20 mm入渗量相比,80 mm入渗量下残膜处理的MDSD和Cv分别平均增加47.23%和27.34%。不同处理的优先流特征指标差异显著,5个优先流特征指标(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数和变异系数)均显示残膜处理(300,600 kg/hm^2)的优先流程度高于无残膜处理(0 kg/hm^2),可见残膜量及入渗量的增加均会增大土壤优先流的发生几率和强度。     

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。     

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。     

永定河典型护岸植被土壤水分入渗特征及影响因素

为探究永定河岸坡缓冲带不同护岸植被覆盖下土壤水分入渗状况及植被根系对其影响，为区域河岸带生态修复和水资源保护提供参考，选取永定河流域典型护岸植被柳树林、荆条林、狗尾草地为研究对象，通过亮蓝染色法结合Photoshop、Image Pro6.0等图像处理技术，基于分形维数和多指标评价法定量评价了优先流发育程度，并探讨了不同植被根系对优先流的影响。结果表明：(1)研究区3种植被类型覆盖地土壤均存在水分优先入渗现象，土壤染色面积比随土层深度增加而逐渐减小，柳树林地平均染色面积比(38.32%)最大，为荆条林地和狗尾草地的1.11倍和1.37倍。狗尾草地的长度指数、优先流分数均显著低于柳树林地(P<0.05),3种植被覆盖地基质流深度无显著差异。(2)以优先流评价指数和分形维数评价优先流发育程度的结果呈一致，为柳树林地>荆条林地>狗尾草地，柳树林地的湿润锋迹线破碎化程度最高，优先流发育最显著。(3)有机质、非毛管孔隙度和根长密度对水分入渗均具有显著影响，总根长密度、非毛管孔隙度与染色面积比呈显著正相关，≥1 mm根系根长密度、有机质含量与分形维数呈显著正相关。3种植被覆盖地染...     

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。     

演替梯度下土壤优先流特征及影响因素

为揭示植被恢复过程中土壤优先流特征及变化规律,以胡家山小流域内植被恢复过程中5个典型阶段(荒地、草地、灌木、针叶林、乔-灌混合林)为研究对象,采用空间代替时间的方法,通过室内分析和染色示踪试验,分析了演替梯度下土壤优先流特征参数的变化规律,探讨了土壤基本理化性质和根长密度对土壤优先流和土壤水分运移的影响。结果表明:(1)随演替的进行,土壤中优先流数量和运移路径均呈增大趋势;5种演替梯度下针叶林土壤染色面积比最大,其次是乔-灌混合林、灌木、草地,荒地的土壤染色面积比最小;(2)土壤容重、毛管孔隙度、土壤有机质含量与土壤染色面积比之间的相关性较强,砂粒含量、黏粒含量对土壤中优先流染色面积影响不显著;(3)不同径级根系对土壤优先流路径影响不同,5种演替梯度下,D≤0.5 mm的根长密度与土壤染色面积比之间相关性最显著,其次是0.55 mm的根长密度与土壤染色面积比之间相关性最不显著。说明土壤容重、毛管孔隙度、土壤有机质含量、D≤2 mm的根系主要影响土壤优先流的产生与发展。     

不同种植间距对香根草植物边坡优先流发育特征的影响

[目的]分析优先流在香根草边坡中的发育特征,研究植物根系与优先流之间的关系,为进一步研究降雨条件下植物根系对边坡土体稳定性的影响提供理论依据。[方法]以种植间距为50 cm和10 cm的香根草为研究对象,模拟30 mm和50 mm两种不同的降雨量,采用示踪剂试验研究了香根草边坡土壤的优先流发育特征。[结果]香根草种植间距从50 cm减少到10 cm会增大边坡的水力响应。在50 mm的降雨量作用下,10 cm种植间距的香根草边坡土壤的染色面积比率和优先流比分别是50 cm的1.55,1.76倍。表层土0—10 cm土层深度范围内染色路径数量变化不明显,在10—35 cm深度土层范围,10 cm种植间距的染色路径数量多于50 cm种植间距的香根草边坡土壤。当降雨量由30 mm增加至50 mm时,水流会通过优势通道更迅速迁移到边坡土壤中。降雨量为30 mm土壤的染色面积比率(36.11%)和优先流比(67.25%)小于50 mm土壤的染色面积比率(49.68%)和优先流比(79.96%),并且染色路径数量随着降雨量的增加而增多。[结论]香根草根系特征与优先流关系密切。选择植物护坡时,应合理选...     

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。     

有机肥施用量对残塬沟壑区苹果园土壤优先流特征的影响

为研究有机肥施用量对残塬沟壑区苹果园土壤优先流特征的影响,以残塬沟壑区苹果园为研究对象,采用室外染色示踪法结合形态学和统计学方法,对永寿县苹果园土壤垂直染色剖面进行定量分析,使用均方差决策法综合各优先流特征指标对0 kg/hm²(CK)、6 000 kg/hm²(T1)、9 000 kg/hm²(T2)、12 000 kg/hm²(T3)四种不同有机肥施用量苹果园土壤优先流特征进行研究。结果表明:①不同有机肥施用量样地土壤染色面积比随土壤深度的变化状况均与Logistic曲线拟合程度较好,决定系数R²均大于0.986。②选用的优先流特征指标中基质流入渗深度、优先流分数、变异系数和分形维数与均方差决策法计算出的优先流发育程度结果一致,优先流发展程度表现为T3>T2>T1>CK。但平均最大入渗深度、优先流区染色面积比和长度指数在评价优先流程度中结果有些偏差,表现为T3>T2>CK>T1。③利用均方差决策法得到的优先流指数由大到小为:T3(0.75...