不同土地利用类型土壤贮水性能及入渗特征的对比研究

研究了不同土地类型土壤的贮水性能和入渗特征的变化趋势,研究结果表明:各土地利用类型土壤平均密度(0～100 cm)的变化范围为1.23～1.09 g/cm3,而土壤的总孔隙度逐渐增大,尤其是非毛管孔隙度的增大趋势更为明显,从大到小依次为杨树林地>柠条林地>农闲地>荒地,各种土地利用类型土壤总孔隙度从53.93%上升到59.54%,土壤贮水性能变化趋势与土壤孔隙状况变化趋势一致。1 m土层内饱和贮水量的大小依次为杨树林地(5 953.75 t/hm2)>柠条林地(5 950.53 t/hm2)>农闲地(5 638.72 t/hm2)>荒地(5 392.97 t/hm2),土壤滞留贮水量表现为杨树林地(5 762.91 t/hm2)>柠条林地(5 725.75 t/hm2)>农闲地(5 594.32 t/hm2)>荒地(5 372.99 t/hm2)。各土地类型土壤的入渗特性具有较大差异。植被对土壤的改善效果比较明显,以导致不同土地类型土壤稳定入渗率不同,通过对不同时段累计入渗量的分析,土壤内非毛管孔隙度是土体内维持高的入渗能力的重要原因之一。     

小流域生态修复过程中不同森林植被土壤入渗与贮水特征

在山东省邹城市刘庄小流域水土保持生态修复区内,对9种森林植被类型的土壤入渗和土壤贮水特征进行了研究。结果表明：①各种森林植被都具有明显的改良土壤水文物理性质、提高土壤入渗和贮水能力的作用,混交林的土壤入渗和贮水能力明显大于单纯林,单纯林的土壤饱和贮水量和土壤稳定入渗率分别比荒草坡地高33％和142％,而混交林的分别比荒草坡地高54％和358％。②各种森林植被对土壤(非毛管)滞留贮水功能的改善程度大于对土壤(毛管)吸持贮水功能的改善,混交林的土壤(毛管)最大吸持贮水量比荒草坡地高37％,而平均土壤(非毛管)最大滞留贮水量比荒草坡地高89％。③霍顿(Horton)入渗模型和通用经验入渗模型都能较好地反映研究地区各种森林植被的土壤入渗过程,但菲刑浦(Philip)模型对入渗过程的拟合效果较差。     

川西亚高山不同植被类型土壤贮水与入渗性能试验

为川西亚高山不同植被类型水源涵养效益评价与林分结构合理配置提供科学依据,对亚高山不同植被类型土壤贮水及入渗性能进行研究。结果表明：1）9种植被类型土壤0-30 cm土层滞留贮水量具有极显著差异,变化在363.2-691.1 t/hm^2之间,从大到小排序为原始冷杉林（691.1 t/hm^2）〉云杉林（687.6 t/hm^2）〉落叶松林（659.8 t/hm^2）〉针阔混交林（656.3 t/hm^2）〉灌丛（631.8 t/hm^2）〉针叶混交林（620.8 t/hm^2）〉农田（592.2 t/hm^2）〉刺槐林（393.36t/hm^2）〉荒地（363.2 t/hm^2）。2）根据土壤入渗性能可将9种植被类型分为4类——云杉林、针阔混交林为第1类,入渗性能极强;落叶松林、针叶混交林2个植被类型为第2类,入渗能力强;原始冷杉林、灌丛为第3类,入渗能力较强;刺槐林、荒地、农田3个植被类型为第4类,入渗能力差。3）采用Kostiakov入渗模型反映不同植被类型土壤入渗过程,方程拟合度R2在0.894-0.984（P〈0.01）之间,拟合效果较好,表明该模型可以较好地描述不同植被类型土壤入渗过程。     

不同坡长条件扰动地表下土壤入渗与贮水特征

通过径流小区试验,研究了不同坡长条件下人为扰动地表后不同坡位的土壤贮水与入渗特征。结果表明,同一坡位扰动地表条件下,土壤最大吸持贮水量、饱和贮水量随坡长的增加而增加,不同坡长的最大滞留贮水量在上坡位和中坡位的规律是40m20m60m坡长条件。不同坡长及坡位下土壤最大吸持贮水量、饱和贮水量及最大滞留贮水量差异性显著(P0.05)。同一坡长条件下,20m和40m坡长扰动地表后的初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率均大于自然状态下的坡面,60m坡长扰动地表后的土壤入渗特征小于自然状态下的坡面,可以说明60m坡长扰动地表后土壤的入渗性能下降。在自然状态下的较长坡长下,坡位偏低的土壤入渗性能较好。通用经验公式模型对径流小区土壤入渗拟合精度较高,考斯加柯夫(Kostiakov)模型和霍顿(Horton)模型拟合的效果次之,菲利浦(Philip)模型拟合效果较差。通过相关性分析,土壤容重与土壤入渗性能呈极显著相关,说明土壤容重是影响土壤入渗的主要因子。     

川中丘陵区不同土地利用方式土壤入渗与贮水特征

对四川遂宁船山区桂花镇南垭小流域5种不同土地利用方式(以裸地为对照)的土壤入渗与贮水特征进行研究。结果表明:5种土地利用方式和裸地的饱和贮水量表现为甜橙林(228.10mm)核桃林(198.92mm)水保林(196.71mm)缓坡耕地(193.96mm)梯平地(189.56mm)裸地(184.24mm);土壤渗透性能依次为甜橙林核桃林水保林梯平地缓坡耕地裸地,土壤入渗特征均表现出初渗率平均入渗稳渗率的规律;通用经验方程模型对该流域各土地利用类型土壤水分入渗的拟合效果最佳,菲利浦(Philip)公式次之,考斯加柯夫(Kostiakov)和霍顿(Horton)公式不适合描述该流域水分入渗过程;相关分析表明,土壤渗透与土壤容重、初始含水量、毛管孔隙、总孔隙均呈显著或极显著相关关系,并在此基础上建立了主导因子方程;甜橙林是该流域水土流失综合治理选择的最佳模式,应进一步推广。     

科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征比较研究

[目的] 探究科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征的差异,为干旱—半干旱区包气带水分与物质运移等相关研究提供科学参考。[方法] 利用双环入渗仪野外实测和室内土壤物理性质分析相结合的方法,研究了科尔沁沙地具有代表性的8种土地利用类型(樟子松林地、小叶锦鸡儿林地、白柠条林地、撂荒草地、草甸草地、疏林草地、玉米农田以及裸沙地)土壤入渗特征及其影响因素,同时采用Kastiakov模型、Horton模型、Philip模型和G-P综合模型对其水分入渗过程进行了拟合,比较其拟合优度。[结果] ①不同土地利用类型土壤入渗特征存在显著差异,初始入渗率变化范围为1.595～12.020 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>草甸草地>撂荒草地>疏林草地;15 min入渗率变化范围为0.617～3.690 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>玉米农田>撂荒草地>草甸草地>疏林草地;土壤稳定入渗率变化范围为0.576～3.495 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>小叶锦鸡儿林地>樟子松林地>撂荒草地>草甸草地>疏林草地; ②不同土地利用类型入渗率与土壤容重、细砂含量呈极显著负相关,与中砂含量呈极显著正相关;稳定入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关; ③各模型对科尔沁沙地土壤入渗过程的拟合优度依次为：Horton模型>G-P综合模型>Kastiakov模型>Philip模型,其中Horton模型决定系数最高且相对误差最小,能更准确地模拟科尔沁沙地土壤入渗的实际情况。[结论] 科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征存在差异,土壤性质对其入渗特征影响显著;Horton模型在科尔沁沙地拟合度较高,可应用此模型来估算水分入渗过程。     

荒漠草原不同土壤类型水分入渗特征

为了研究荒漠草原不同土壤类型对降水的响应过程,在宁夏盐池县皖记沟村选取分布较广的灰钙土、风沙土和基岩风化残积土为研究对象,采用双环法测定其入渗过程,分析并比较三者的入渗特征,利用模型拟合土壤入渗过程。结果表明:研究区内3种类型土壤入渗过程大致可分为3个阶段,0~5min入渗速率急剧下降阶段,5~10min入渗速率逐渐变缓并趋于稳定及30min后入渗速率达到相对稳定的状态。通过对不同土壤初始入渗速率、稳定入渗速率及60min累积入渗量对比分析,发现不同土壤类型的入渗特征存在差异,风沙土的入渗性能最好,基岩风化残积土次之,灰钙土入渗性能最差,原因是由于不同土壤结构的差异所导致。各土壤类型物理性质的差异性分析表明,土壤的机械组成和非毛管孔隙度是影响研究区土壤入渗的主要因素。利用4种土壤入渗模型拟合不同类型土壤的入渗过程,通用经验模型更适宜于描述研究区内土壤入渗速率随时间变化的情况。     

尖山河小流域不同土地利用类型土壤养分特征及水土保持效益

采用标准径流小区法,对云南省尖山河小流域内4种典型的土地利用类型(次生林地、坡耕地、人工林地和灌草丛地)0—20 cm表层土壤养分特征及水土保持效益进行了研究,结果表明:①4种土地利用类型表层土壤的全氮含量坡耕地>灌草丛地>人工林地>次生林地,全磷和速效磷含量灌草丛地>坡耕地>人工林地>次生林地,碱解氮含量坡耕地>次生林地>灌草丛地>人工林地,有机质含量次生林地>灌草丛地>人工林地>坡耕地;土壤各化学因子之间的关系不是单一的,而是相互影响,有一定的关联性。②次生林地和灌草丛地都有较好的调节径流和减少土壤流失的作用,在相同的降水量下,坡耕地总产流量分别是人工林地、次生林地、灌草丛地的1.97、3.88和2.92倍,总产沙量分别是人工林地、次生林地和灌草丛地的3.67、10.22和7.09倍。因此,在水热条件较好的南方地区,采取封山育林和种植复层结构的人工林更有利于提高土壤养分,达到水土保持的最佳效果。     

伏牛山东麓不同植被恢复类型土壤入渗性能及产流预测

为了研究不同植被恢复类型对土壤入渗与产流的影响,采用双环入渗法测定了伏牛山东麓六种植被恢复类型土壤水分入渗过程,通过对比稳渗率与不同重现期的暴雨强度,判断不同植被类型地表径流产生的可能性。结果表明:(1)不同植被类型土壤初渗率、稳渗率和前60min入渗量均表现出栓皮栎次生林>栓皮栎人工林>刺槐人工林>侧柏人工林>灌丛>裸地的规律;(2)土壤入渗特征参数与土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、有机质含量、细根生物量和团聚体含量显著相关(p<0.05),其中土壤容重、总孔隙度是影响土壤入渗的主导因子;(3)栓皮栎次生林能抵御10a一遇的暴雨,栓皮栎人工林能抵御1a一遇的暴雨,而其它植被类型均不能低御1a一遇的暴雨,易产生暴雨径流。说明封育天然次生林和运用乡土树种造林进行植被恢复,有利于提高土壤的入渗性能。     

黄土丘陵区不同植被类型土壤贮水动态变化

水分是黄土高原半干旱地区植物生长与植被建设的主要限制因子,植被是影响土壤水分最活跃的因素之一。通过1982-1991年延安上砭沟流域实际观测的不同植被类型土壤水分资料,分析黄土丘陵区不同植被类型土壤水分的垂直变化规律、季节变化规律和年际变化规律,以及年降水量对土壤水分的影响。得出黄土丘陵区植被类型土壤水分垂直变化规律,在0-100 cm土壤含水率变化从大到小依次为:0-30 cm土层,农田>林地>撂荒地>牧草地>灌木林地;30-50 cm土层,农田>牧草地>灌木林地>林地>撂荒地;50-100 cm,土层牧草地>灌木林地>农田>林地>荒地。     

老秃顶子保护区水源林主要乔木树种种间关系

在群落调查的基础上,应用χ2检验、Ochiai关联度指数、Pearson相关分析和Spearman秩相关分析,研究了老秃顶子自然保护区水源涵养林群落内16种主要乔木树种的种间联结性和相关性。结果表明,所有种对中,多数种对间关联程度为不显著水平,呈极显著相关和显著相关的种对数相对较少,表明群落内多数乔木树种间关系较松散,未形成明显的总体关联性,群落处于相对稳定状态;种间关系分析中,χ2检验、Ochiai关联度和Pearson相关分析的结果比Spearman秩相关分析结果的灵敏度要低;根据分析结果,结合乔木种群的生物学和生态学特征,可将老秃顶子保护区水源林群落中16种主要乔木树种划分为3个生态种组,同一生态种组内物种的生态要求和资源利用方式相近,联结紧密,而不同种组间联结较为松散。     

金沙江流域典型森林土壤水分入渗特征试验研究

对金沙江流域典型森林生态系统的土壤水文特征进行了研究。结果表明,研究区不同森林类型的土壤容重随着土层深度的增加而逐渐增大,土壤总孔隙度和毛管孔隙度随土层深度的增加而逐渐减小;土壤水分入渗受土壤容重的影响,随容重增加,稳渗率降低;不同森林类型土壤前120min平均入渗速率介于0.78~2.42mm/min之间,稳渗率介于0.10~0.53mm/min之间;无论是平均入渗率还是稳渗率均表现为:华山松林地滇杨林地圣诞树林地水冬瓜林地荒坡地;土壤入渗的渗润阶段发生在0~5min;渗漏阶段约发生在5~80min;渗透阶段发生在80min以后。采用Kostiakov模型拟合双环入渗法测得的入渗过程效果最佳,其次为Philip模型,而用Horton模型的拟合效果最差。     

黑土坡耕地不同水土保持措施的土壤水蚀特征研究

针对北方干旱地区坡耕地严重的水土流失问题,采取垄向区田、深松、横坡种植、免耕播种等水土保持耕作措施,于2010年,以黑龙江省齐齐哈尔市东兴村5°坡耕地径流场为研究对象,研究了不同耕作措施对地表径流、土壤侵蚀和降雨入渗的影响。结果表明,这几种水土保持耕作措施均有不同程度的减流减沙作用,其中横坡种植效果最为明显,地表径流量和土壤流失量较常规耕作分别减少了92%和90%,稳定入渗率较常规耕作提高了41.2%。不同耕作措施的径流系数过程线的变化、径流含沙率变化以及产流量、产沙量的变化均符合横坡免耕>横坡种植>深松+区田>垄向区田>少耕深松>免耕>常规耕作>裸地这一变化规律。     

红壤坡地不同树种林下水土流失特征研究

利用浙江省兰溪水土保持综合试验站不同树种的7个径流小区连续9 a(1985-1997年)的监测资料,分析了不同树种林下水土流失的动态过程.结果表明:(1)在树木栽培的前2 a内水土流失较为严重,前2 a内水土流失除茶园地和松树林地外,占9 a水土流失总量的90％以上.随着树龄的增长,林木水土保持功能增加,小区水土流失趋于减缓,部分树种林下的侵蚀产沙接近于零.(2)前2 a内各林地小区水土流失强度排序为:杉树林＞密柑林＞稀柑林＞毛竹林＞混交林.林灌混交林地小区的水土保持功能最为明显.(3)茶园地在生产管理中,由于施肥和采茶等人为的干扰,水土流失没有表现出随树龄的增加而减缓的趋势,其水土流失年际间波动明显.研究表明,在培育水土保持林时,最初2 a内是加强林下水土保持的重要时段,茶园地加强施肥采茶等生产过程的人为干扰更是减少水土流失的关键.     

黑河上游天老池流域不同植被下土壤理化性质和入渗特征

选择天老池流域的5种典型植被类型下的土壤,用环刀进行多点采样,用于土壤理化性质和入渗的观测,比较分析不同植被土壤的理化性质。结果显示:不同的植被类型下土壤理化性质有差异。土壤容重表现为草地(干草原1.12g/cm~3,亚高山草地1.00g/cm~3)灌木林地(亚高山灌丛0.76g/cm~3)乔木林地(祁连圆柏0.75g/cm~3,青海云杉0.50g/cm~3);总孔隙度表现为乔木林地(青海云杉81.29%,祁连圆柏76.61%)灌木林地(72.63%)草地(亚高山草地62.28%,干草原57.65%);有机质含量表现为青海云杉(136.87g/kg)亚高山灌丛(119.96g/kg)亚高山草地(94.67g/kg)祁连圆柏(70.69g/kg)干草原(43.94g/kg),总体表现为阴坡大于阳坡。土壤容重、有机质含量、总孔隙度均与土壤入渗特征呈显著性相关,土壤理化性质对土壤入渗的综合影响作用决定了土壤入渗速率的大小。用环刀法观测表层土壤的入渗过程,通过比较发现,初始和稳定入渗速率均表现为青海云杉(7.17mm/min,5.12mm/min)祁连圆柏(2.33mm/min,1.30mm/min)亚高山灌丛(1.91mm/min,1.01mm/min)亚高山草地(1.89mm/min,0.77mm/min)干草原(1.41mm/min,0.44mm/min),整体表现为乔木林地灌木林地草地。用变异系数衡量土壤理化性质和入渗率的空间变异性,结果表明,5种植被土壤的理化性质表现出不同程度的变异,土壤的入渗率均表现出较大的空间变异性。青海云杉林地的土壤入渗率明显大于其他4种植被类型,在本研究区的水源涵养上起到至关重要的作用。     

不同配置模式毛竹林水土流失特征

选取安吉县毛竹纯林、毛竹—杨桐混交林、毛竹—杨桐—萱草混交林作为研究对象,对大气降雨和3种林分中的地表径流量、土壤流失量、养分流失量(总氮和总磷)进行了研究。结果表明:(1)安吉县6—10月份降雨量呈明显波动趋势,降雨量为6.0~106.0mm。根据降雨强度划分等级安吉县25场降雨划分为小雨、中雨、大雨和暴雨。(2)安吉县暴雨对应的径流系数相对较高,其次为大雨。3种林分中毛竹纯林径流系数最大,毛竹—杨桐—萱草混交林最小。(3)3种林分径流系数、土壤流失量和养分流失量变化趋势基本一致,均呈明显波动趋势。6月和8月径流系数、土壤流失量和养分流失量相对较大。(4)降雨量与地表径流回归方程和地表径流与土壤流失量回归方程均为线性回归方程,说明降雨量与地表径流、地表径流与土壤流失量均呈线性关系。     

Characteristics of Water Infiltration in Layered Water-Repellent Soils

Water-repellent(WR) soil greatly influences infiltration behavior. This research determined the impacts of WR levels of silt loam soil layer during infiltration. Three column scenarios were utilized, including homogeneous wettable silt loam or sand, silt loam over sand(silt loam/sand), and sand over silt loam(sand/silt loam). A 5-cm thick silt loam soil layer was placed either at the soil surface or 5 cm below the soil surface. The silt loam soil used had been treated to produce different WR levels, wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR. As the WR level increased from wettable to severely WR, the cumulative infiltration decreased. Traditional wetting front-related equations did not adequately describe the infiltration rate and time relationships for layered WR soils. The Kostiakov equation provided a good fit for the first infiltration stage. Average infiltration rates for wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR during the 2 nd infiltration stage were 0.126, 0.021, 0.002, and 0.001 mm min~(-1) for the silt loam/sand scenario,respectively, and 0.112, 0.003, 0.002, and 0.000 5 mm min~(-1) for the sand/silt loam scenario, respectively. Pseudo-saturation phenomena occurred when visually examining the wetting fronts and from the apparent changes in water content(?θ_(AP)) at the slightly WR,strongly WR, and severely WR levels for the silt loam/sand scenario. Much larger ?θAPvalues indicated the possible existence of finger flow. Delayed water penetration into the surface soil for the strongly WR level in the silt loam/sand scenario suggested negative water heads with infiltration times longer than 10 min. The silt loam/sand soil layers produced sharp transition zones of water content. The WR level of the silt loam soil layer had greater effects on infiltration than the layer position in the column.     

极端暴雨条件下黄土丘陵沟壑区土壤蓄水能力和入渗规律

黄土高原退耕还林还草工程实施后,下垫面环境条件的变化可能对流域水文过程、水文通量、水量平衡以及生态系统产生十分重要的影响。研究极端暴雨条件下剖面土壤蓄水能力和入渗规律,对于阐明流域产汇流过程和影响机制具有重要的科学价值。采用土壤墒情仪对陕北"7·26"特大暴雨事件下黄土丘陵沟壑区草地剖面土壤水分进行了实时动态监测,分析了极端暴雨条件下剖面土壤水分的动态变化和蓄水过程,利用Horton入渗模型模拟了剖面土壤水分湿润锋的运动过程,揭示了极端暴雨条件下剖面土壤水分的入渗规律。结果表明:(1)极端暴雨条件下,黄土丘陵沟壑区坡面草地不同深度层次土壤水分与降雨过程的响应不同,具有层次性和明显的滞后效应,其中,0～140 cm是影响该地区土壤水文过程的关键层次;(2)土壤水分再分配结束时,湿润锋最深深度达140 cm,土壤蓄水量达225.99 mm,较降雨前95.37 mm增加了1.37倍;(3)极端暴雨过程中湿润锋的运动随时间呈对数递减关系,其稳渗速率随容重增加而减小,呈指数函数递减;(4)极端降雨过程中该地区坡面草地的产流机制仍以超渗产流为主,对于揭示流域的产汇流机制和完善水文预报模型具有重要的...     

楠杆自然保护区不同植被类型土壤物理特性及涵养水源功能分析

为了研究楠杆自然保护区不同植被类型的土壤物理性质与涵养水源功能,选择了保护区6种典型的植被类型（落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、灌木林、竹林和草坡）下的土壤物理性质、土壤蓄水能力和土壤渗透能力等进行了研究,运用综合评价法对不同植被类型进行了综合评价。结果表明:6种不同植被类型的土壤密度为0.97 1.55 g/cm³,土壤总孔隙度为35.73%～69.25%,最大持水量为357.32~692.45 g/kg。不同植被类型的土壤物理性质、土壤蓄水能力和渗透能力有明显差异。综合评价分析表明:在不同植被类型中,落叶阔叶林（∑P_i²=0.468）土壤水源涵养功能最好,其次是竹林（∑P_i²=0.784）、针阔混交林（∑P_i²=0.914）、针叶林（∑P_i²=0.984）、灌木林（∑P_i²=1.005）,没有植被覆盖的草坡（∑P_i²=1.431）上的土壤水源涵养功能综合能力相对较差。