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。     

土壤前期含水量对棕壤土坡耕地养分流失的影响

采用室内人工降雨模拟试验的方法,对不同土壤前期含水量的棕壤坡耕地养分流失特征进行了实验研究。研究结果表明:土壤前期含水量低于20%时,土壤硝态氮主要是以淋溶的形式流失;高于这一含水量时,土壤硝态氮流失途径除了淋失外,还存在径流流失现象。径流中磷离子和钾离子浓度随着降雨时间的增加逐渐减少,流失量与前期含水量不呈线性关系,而是呈近似抛物线关系,在前期含水量为10%～15%之间存在拐点。通过坡面物质流失量(NO3--N、SEP、DP、K+和产沙量)与前期土壤含水量的二次多项式关系,得到最优前期含水量值为11.32%～15.65%。     

北京昌平区农地土壤优先流影响硝态氮运移的试验分析

为了探讨在优先流影响下农地土壤水分与溶质的运移规律,以昌平农地土壤为研究对象,通过原状土取样和分层填充制备实验土柱,模拟存在优先流和平衡入渗2种水分下渗过程,分析优先流对农地土壤中硝态氮运移的影响。结果表明:相较于平衡入渗,存在优先流的土壤中硝态氮运移的速率更快、数量更多,且其穿透曲线表现出拖尾现象。优先流的存在会使土壤的水分出流速率达到平衡入渗过程的1.48～2.69倍,且波动程度较大;受其影响,硝态氮运移表现出快速、大量下渗的特征,原状土柱中NO3-的穿透时间为12 h,此时的孔隙体积为0.36,相较于填充土柱分别减少了57%和27%。此外,原状土柱中以NO3-标记的优先流占水流总量的43.83%,引起的NO3-累计淋出量占总量的97.60%,这表明有限的优先流流量能够引起绝大部分的硝态氮运移。土壤优先流还使得其穿透曲线表现出拖尾现象,这可能是由于优先流和基质流之间下渗速率的不平衡造成的。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

矿区土壤裂隙优先流对土壤铵态氮迁移及土壤结构的影响

针对煤矿地下开采对矿区土壤土壤质量的影响问题,采用构建原状土壤二维模型的物理模拟试验研究方法,模拟研究煤矿开采过程中,由降水引起土壤铵态氮迁移及土壤结构的变化特征。结果表明,煤矿地下开采过程不仅引起地表沉陷,改变地面坡度,加剧了地表径流对土壤铵态氮养分的水平方向和剖面方向的运移强度,同时因沉陷作用伴生的土壤裂隙而加剧了铵态氮由表层向深部的迁移流失。在试验区地面沉陷长度为1.2 m的范围、坡度为2.1°,模拟降水强度60 mm/h,总降水122 mm的试验条件下,坡地表层土壤铵态氮含量平均降低了14%;在剖面上,表层铵态氮质量分数8.8 mg/kg的峰值迁移至30 cm深度,含量峰值深度下移;沉陷区不同部位的土壤颗粒结构组分发生变化。其中坡顶的细颗粒组分黏粒(≤2μm)含量减少,粗颗粒砂粒组分增加。位于沉陷坡地坡顶的土壤黏粒组分由原来的2.5%下降到2.1%,在沉陷坡地1.2 m的距离范围内,土壤黏粒含量平均流失率为16%。而粗颗粒组分(≥50μm)的砂粒组分由原来的3.2%变为3.8%,砂粒组分含量增加率为3.6%。与此同时,位于坡底土壤黏粒由原来2.5%增加到2.8%,黏粒含量累计增加率为12%。土壤裂隙优先流成为煤矿开采沉陷区水土流失重要的驱动因素。该研究可为提高矿区耕地质量和利用效率提供参考。     

前期土壤含水量对粘性红壤产流产沙及溶质运移的影响

采用针头式降雨器对零坡度、短坡长、不透水底层的红壤土体进行人工模拟降雨试验,在消除坡度坡长影响模拟南方蓄满产流条件下,研究前期土壤含水量对红壤产流、产沙及溶质运移机制的影响。结果表明:前期土壤含水量为20%时,红壤黏结力最大且结构最稳定,初始产流时间延续最长,入渗水量最多,径流总量最少,泥沙流失量少,形成蓄满产流条件;前期含水量为饱和时,则反之。径流中溴离子流失量和流失率随着前期土壤含水量的变化而变化,其数量大小顺序为20%10%2%;磷的流失总量,无论是溶解态磷(DP)还是颗粒态磷,流失总量大小依次为饱和20%10%2%。     

土壤含水量对土壤导电性能的影响

在土壤体系中,由于土壤颗粒带有电荷,并吸附有一定数量的反号离子,所以可把土壤视为一种多价的电解质。事实上在一般土壤溶液中都有或多或少电解质存在,因此土壤体系在外加电场的作用下也会发生导电现象。     

农地非点源磷污染的优先流路径研究

优先流是一种较为常见的土壤水分运动形式,与土壤入渗、地表及地下水质密切相关,是土壤水运动机制研究由均质走向非均质领域的标志。本文介绍优先流的基本概念及特征,介绍优先流的几种分类方法并重点介绍了管流。农业非点源磷引起水体的富营养化现象非常突出,通过优先流路径迁移的非点源磷的潜力非常巨大。结合当今优先流国内外的研究现状,对非点源磷污染的优先流模拟和分析模型进行了总结和展望。     

前期含水量对坡面降雨产流和土壤化学物质流失影响研究

在防止土壤侵蚀条件下,利用室内人工降雨实验,研究了土壤初始含水率对坡面降雨入渗、产流、溶质迁移规律的影响。结果表明:初始含水率越高,产流越快,达到稳定入渗率的时间也越短。在初始含水率不同时次降雨过程中养分的流失量与初始含水量具有较强的相关性。磷浓度的变化范围主要在5cm以内,随着含水量的增加有效磷向土壤中迁移的总量增加。随着含水量的增加土壤钾离子向土壤中迁移的总量减小。在相同条件下,EDI值大小顺序是:磷<钾<溴。     

土壤前期含水量对弃渣坡面侵蚀特性影响的模拟试验

利用室内人工模拟降雨试验,研究弃渣前期含水量在不同降雨强度条件下对土壤坡面入渗、产流和产沙特性的影响.结果表明:弃渣坡面入渗率随时间呈幂函数变化.在雨强较小(0.64 mm/min)的情况下,含沙率在产流初期会出现峰值,之后随时间递减,前期含水量越高,峰值出现的越早,土壤前期含水量对土壤侵蚀量的影响符合幂函数变化规律.在1.05 mm/min降雨强度条件下,含沙率变化呈波动性增长趋势,无明显峰值.土壤前期含水量对土壤侵蚀量影响呈二次多项式关系,计算得出土壤流失量最少的最优前期含水量为9.65%.     

前期土壤含水量对坡面产流产沙特性影响的模拟试验

为了研究黄土区降雨前期土壤含水量对不同土壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响,采用室内降雨模拟试验方法,探讨了前期土壤含水量从风干土状态至近饱和条件下填土和砂黄土坡面降雨入渗、产流产沙的特征.研究结果表明:在雨强(80mm/h)和坡度(10°)较大情况下,前期土壤含水量对塿士坡面产流时刻、入渗和产流过程影响不明显;砂黄土坡面产流时刻受前期土壤含水量影响显著,随着前期土壤含水量的增大先延长后缩短,其极差值达到28.91min:前期土壤含水量在风干土～10%和15%～25%两段范围内,砂黄土坡面入渗产流规律差异十分显著.基于土壤水分累积入渗过程特征,填土前期含水量可分成"三区",砂黄土则可分成"两区";利用前期土壤含水量与坡面土壤流失量的二次多项式关系,分别确定出壤土和砂黄土坡面土壤流失量最少的前期含水量值为11.25%和12.74%,为黄土区坡地水土管理提供理论依据.     

中国亚热带土壤不同前期含水量对可蚀性K值的影响

采用人工模拟降雨试验的方法，研究我国亚热带7种有代表性土壤在干，湿两种状态下的土壤可蚀性K值。结果表明，相同类型土壤在干，湿两种状态下的可蚀性K值存在着明显的差异，耕作土壤的可蚀性K值高于非耕作土壤。     

不同土壤前期含水量对土壤分离临界水动力学特性及其抗剪强度的影响

通过实测不同土壤前期含水量(5%~23%)和坡度(1°~10°)条件下黄壤坡面土壤分离临界水动力参数,并结合不同土壤含水量(3%~23%)对土壤抗剪强度的影响,综合分析及探讨不同土壤前期含水量、坡度和土壤抗剪强度与临界水动力特性的关系。结果表明:临界流量与不同土壤前期含水量和坡度呈幂函数减小关系,并提出一种能够体现土壤前期含水量和坡度共同作用对临界水动力参数影响的预测方程。在坡度小于5°时,土壤前期含水量对临界水动力学参数影响较小,可直接采用简化的幂函数关系进行计算。土壤黏聚力随土壤含水量的增加先出现峰值后逐渐减小至稳定;与土壤黏聚力的变化趋势不同,土壤分离临界水动力参数则逐渐减小。     

土壤裂隙及其优先流研究进展

土壤在干燥脱水的过程中易收缩产生裂隙。裂隙的产生是土壤性质与外界条件等多种因素综合作用的结果,其形态结构也非常复杂,难以准确描述。裂隙能够作为优先流的路径,增加农田水分和养分的流失以及地下水污染的风险。本文总结和归纳了裂隙产生的影响因素、裂隙的表征指标与测定方法、裂隙导致的优先流的研究方法、裂隙对优先流的影响和模拟等方面的研究进展。今后应进一步加强裂隙产生机理的全面深入的研究;构建和完善裂隙三维指标体系及其测定方法;推进裂隙导致的优先流的定量化和数学模拟研究;加大田间原位裂隙及其优先流的研究。     

前期含水量对机械压实土壤结构特征的影响

使用美国MT865履带式拖拉机对东北典型黑土区耕地土壤进行1,3,8,13次的积累压实试验,通过对土壤硬度、广义土壤结构指数的测定及计算·并结合土壤三相的二维三系图对比分析了不同前期含水量条件下土壤机械压实特征.结果表明:由于表层0-10 cm含水量的不同.相对高含水量的土壤剖面受机械压实的影响范围 较低含水量时深10 cm,且各个层次的土壤硬度增量的变化趋势也相对低含水量时滞后10 cm,从初次碾压开始就体现了积累压实作用,在其压实影响范围内硬度与对照相比提高了22.58%～753.85%;而低含水量的土壤则具有相对较强的抗机械压实的能力,同时发现,在土壤承受能力范围内,适当的压实可以有效调节土壤三相,改善土壤结构;秸秆还田不仅具有传统的蓄水保墒、培肥改土的效用,还可以缓解作业机械对土壤的压实.     

围栏封育对荒漠草原灌丛草地土壤优先流的影响研究

为探究围封对灌丛草地土壤优先流的影响,以宁夏吴忠市盐池县典型荒漠草原区为研究区,通过野外入渗染色试验、图像处理分析等方法,对围封荒漠草原灌丛草地土壤优先流的影响进行评价。结果表明:(1)围栏封育与放牧管理样地土壤水分入渗特征存在差异,在围栏封育样地,草地、天然柠条林地、人工柠条林地的入渗染色图像分别在0—125,0—115,0—105 cm呈现均匀分布,而在125—240,115—150,105—140 cm呈现染色分支,在放牧管理样地,草地、天然柠条林地、人工柠条林地入渗染色图像分别在0—80,0—70,0—80 cm呈现均匀分布,围栏封育导致土壤优先流发生深度更大;(2)土壤剖面染色面积比表现为围栏封育草地＞围栏封育天然柠条林地＞围栏封育人工柠条林地＞放牧管理人工柠条林地＞放牧管理天然柠条林地＞放牧管理草地,土壤染色深度表现为围栏封育草地＞围栏封育天然柠条林地＞放牧管理草地＞放牧管理天然柠条林地＞围栏封育人工柠条林地＞放牧管理人工柠条林地,围栏封育管理会导致土壤剖面染色面积比及染色深度增大;(3)土壤优先流变异系数表现为放牧管理天然柠条林地＞放牧管理人工柠条林地＞围栏封育天然柠条林地＞放牧管理草地＞围栏封育人工柠条林地＞围栏封育草地,放牧管理导致土壤优先流程度增加,而围栏封育降低灌木林地及草地的优先流程度。因此,在荒漠草原等干旱半干旱地区,围栏封育可作为提升土壤水分均匀入渗深度、降低优先流发生程度、提高土壤水分利用效率的重要管理方式。     

黄土剖面土壤颗粒组成对土壤含水量的影响

土壤水资源是影响黄土高原土地利用和生态建设的重要因子,而土壤颗粒组成又是影响黄土高原土壤含水量的重要因素之一.为了分析黄土丘陵半干旱区深层剖面土壤颗粒组成对土壤含水量的影响.选择陕北绥德县境内的人工柠条林地和农地为研究对象,测定0-18 m土壤含水量及颗粒组成,分析深层土壤含水量与颗粒组成的关系.结果表明,人工柠条林耗水深度以下、农地3 m以下的土壤含水量主要受黏粒含量的影响,且土壤含水量与黏粒含量之间呈极显著的对数关系.人工柠条林在其耗水深度内,颗粒组成对含水量的影响不显著.     

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...     

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。