鄂东南崩岗剖面土壤水分特征曲线及模拟

崩岗是我国南方花岗岩地区破坏性极强的水土流失类型。以鄂东南地区两个典型的崩岗剖面为对象,探讨崩岗剖面包括表土层、红土层、斑纹层和碎屑层的土壤水分特征及方程拟合过程,明确崩岗发生的水分运动机理。结果表明:崩岗土壤释水量伴随吸力呈规律性变化,其中斑纹层和砂土层低吸力时脱水能力大于表土层和红土层,高吸力时各个层次土壤水分特征曲线趋于平缓。利用当量孔隙的计算发现不同土层的孔隙变化也存在变化规律,均体现为由表土层至碎屑层土壤大孔隙比例增加而毛管孔隙减少。选取van Genuchten方程和Gardner方程对崩岗剖面土壤实测数据进行了曲线拟合,同时进行了两个方程的拟合评价,R2基本在0.9以上,同时残差平方和的数量级在10-3和10-5之间。研究表明,van Genuchten方程参数能够较好地拟合崩岗表土层和红土层土壤水分特征曲线的实测数据,误差相对较小,而Gardner方程适用于斑纹层和碎屑层土壤。     

基于龛深及其上覆土层稳定性的崩壁崩坍形成条件研究

[目的]研究龛的形态与崩岗发育及崩岗侵蚀之间的关系,为崩岗治理规划、崩岗防治工程技术的改进提供一定的数据参考。[方法]以湖北省通城县典型崩岗区崩壁土体为对象,构建崩壁连同龛二维数值模型,结合物理试验标定模拟所用的崩壁各土层基本特性参数。引入符合龛演化过程的"单元生死法",对引起天然状态下的崩壁明显崩塌(坍)所需的龛深最小(临界)值进行定量分析,并借助正交有限单元试验(ABAQUS)对诱发崩壁崩坍的因素进行主次评价,之后选取若干未降雨条件下不导致崩壁崩坍的龛深值,联合高阶插值与强度折减法导出了这些龛深与触发龛上覆红黏土体崩坍所需的极限饱和度之间的定量方程式。[结果]龛深与崩壁的稳定性系数呈显著线性负相关;龛上覆土层的含水量是促使崩壁发生崩坍的最重要因子,坡度对崩壁稳定性影响较大,而龛相对高度及崩壁高度均对崩壁的稳定性影响极小。[结论]崩壁崩坍的可能性在很大程度上受控于龛的凹陷深度和龛上覆红黏土体的含水状态,在崩岗侵蚀综合治理时需加以考虑。     

花岗岩崩岗区不同土层的侵蚀水动力学特征

土壤剥蚀率是单位时间单位面积水流剥蚀土壤的质量,定量研究崩岗不同土层土壤剥蚀率对预测土壤剥蚀过程及建立崩岗侵蚀物理模型具有重要的理论和实践意义。针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,采用不同坡度(8.8%、17.6%、26.8%、36.4%、46.6%)和不同流量(0.2 Ls~(-1)、0.4 Ls~(-1)、0.6 Ls~(-1)、0.8 Ls~(-1)、1.0 Ls~(-1))相结合的室内放水冲刷试验,分析表土层、红土层、砂土层、碎屑层土体土壤剥蚀率与水动力学参数之间的关系,初步探讨花岗岩崩岗侵蚀的水动力学机制。结果表明:在一定坡度条件下,土壤剥蚀率随径流流量的增大而增大,且各土层土壤剥蚀率存在很大差异,碎屑层土壤剥蚀率最大,砂土层次之,表土层最小;在相同流量条件下,各土层土壤剥蚀率均随冲刷时间的延长逐渐降低并趋于稳定;径流剪切力、水流功率对崩岗各土层土壤剥蚀率的影响均可采用线性方程很好地描述(R~20.926),相比用单位水流功率拟合的多项式方程的相关性(R0.830)要高,径流剪切力和水流功率均可作为描述崩岗各土层土壤侵蚀的水动力学参数。表土层、红土层、砂土层、碎屑层的临界径流剪切力依次减小,分别为0.28Pa、0.13Pa、0.10Pa、0.07Pa,各土层土壤细沟可蚀性参数差异明显,碎屑层的最大,砂土层次之,表土层最小。因此,在崩岗垂直结构上,随着土层深度的增加,土体抵抗径流剥蚀的能力逐渐减弱。     

南方崩岗侵蚀区崩壁龛穴发育特征与稳定性初探

南方花岗岩崩岗侵蚀区崩壁常见形似内凹洞的特殊地貌(龛穴),该地貌的发育可引起崩壁失稳并扩大崩岗侵蚀范围。通过刻画龛穴形态演变过程,研究龛穴发生的物质条件与驱动因素,并结合力矩分析方法构建力学模型评价崩壁及龛穴稳定性。研究表明:龛穴形态演变经历雏形—发育—形成3个过程,剖面土层异质性是龛穴发育的基础条件,水力与重力作为外部因素共同作用驱动龛穴发育。龛穴稳定性随其高度增加、角度减小而降低。龛穴的发育可能是崩岗溯源侵蚀启动的标志,遏制龛穴形成有利于提高崩壁稳定性,研究结果为崩岗侵蚀治理提供理论依据。     

鄂东南花岗岩崩岗剖面土壤液塑限特征及影响因子分析

崩岗是鄂东南花岗岩地区普遍存在的土壤侵蚀现象,给农业生态与经济发展带来了严重影响.研究崩岗剖面土壤液塑限特征不仅有利于崩岗侵蚀机理的研究,也为崩岗水土流失的防治改良提供理论依据.以通城县五里镇典型的花岗岩崩岗剖面为对象,通过室外采样结合室内液塑限联合测定实验,以及土壤理化性质测定,分析花岗岩崩岗剖面土壤液塑限规律及其影响因子,并探讨其与崩岗发育的关系.结果表明:花岗岩崩岗不同层次间的土壤液塑限差异显著,淋溶层和淀积层的液限值均大于50％,塑限值为30％左右,显著高于母质层;土壤液塑限值受黏粒质量分数、有机质质量分数、容重、游离氧化铁质量分数等影响,并随各因子的增大而增大,均呈正相关关系;其中,黏粒质量分数、游离氧化铁质量分数对土壤液塑限的影响更加显著(R2=0.860“,R2=0.908”).花岗岩崩岗土壤液塑限过渡层、母质层相对较低,在遇到降雨冲刷时,土体状态极易发生改变,易发生水土流失.利用土壤基本理化性质,可以对土壤液塑限进行预测,并为加强崩岗侵蚀机理研究及其治理提供依据.     

不同改良措施下砂质土壤肥力的微形态评价——以内蒙古科尔沁沙地为例

本文以内蒙古通辽市科尔沁左翼后旗巴胡塔镇乌旦塔拉村为试验区,选取13个土壤微形态指标,利用Photoshop、土壤切片图像处理分析系统、Image-pro plus 6.0软件对土壤微形态图像进行处理,采用定性、定量相结合的方法对不同改良处理后的砂质土壤肥力进行评价,在此基础上建立了砂质土壤肥力评价的微形态指标最小数据集(MDS)。得出以下结论:与对照组单元1相比,其他各个单元的土壤结构体、粗骨颗粒等微形态特征变化不显著。单元10(黏土、有机肥、腐殖酸施加量分别为3.00×10~5、3.00×10~4、7.50×10~3 kg/hm~2)中土壤黏粒最多、基质比最大、有机物质频率最高;土壤孔隙状况以及毛管孔隙发育最好的单元分别是单元8和单元13(黏土、有机肥、腐殖酸施加量分别是单元8:1.50×105、3.00×10~4、1.125×10~4 kg/hm~2,单元13:7.50×10~4、3.00×10~4、3.75×103 kg/hm~2)。准则层指标土壤基质、土壤孔隙、有机物质、土壤结构体、粗骨颗粒的权重分别为0.336、0.253、0.203、0.124、0.084。砂质土壤肥力评价的最小数据集包括基质比、基质类型、基质颜色、毛管孔隙占比、孔隙类型、有机物质类型、粗骨颗粒平均粒径7个指标,MDS评价结果与原始评价结果呈显著的线性相关关系,因此实际评价砂质土壤肥力时,可以MDS的7个微形态指标代替原始的13个指标。     

崩岗不同土层土壤水力学特性差异性分析

为研究崩岗不同土层土壤水力学特性的差异性,采用离心法测定不同土层土壤水分特征曲线,筛选出适合的土壤水分特征曲线拟合模型,结合统计模型,推求土壤的当量孔径分布、比水容量、非饱和导水率和扩散率,分析崩岗不同土层土壤水力学参数的变化规律。结果表明,崩岗土层从红土层到砂土层的变化过程中,土壤质地由黏土向砂土变化;Fredlund&Xing模型对崩岗土壤土水特征曲线拟合效果最好;参数θs、α、n随着质地变黏重逐渐减小;随着土层深度的增加,土壤的持水性能降低;土壤比水容量、非饱和导水率和扩散率受土壤质地和基质吸力的共同影响。在低吸力阶段,3个指标随基质吸力变化比较平缓,砂土层土壤比水容量和非饱和导水率最大,扩散率最小;而在高吸力阶段,砂土层土壤的这些指标降低较快,且低于其他土层,各层土壤间导水率和扩散率差异随着基质吸力的增加而增大。     

广西不同形态崩岗空间分布特征与治理措施研究

广西是我国崩岗分布的典型区域,全区共有崩岗27 767个,总面积6 597.88 hm² ,崩岗侵蚀给经济发展造成了严重影响。根据相关理论和方法,结合资料收集与实地调查,针对广西不同形态崩岗的空间分布情况、活动状态及发育规模进行了研究,结果表明广西的崩岗以条形崩岗和弧形崩岗为主,不同形态崩岗均以活动型崩岗为主,小型崩岗数量比例最大,大型崩岗面积最大。基于广西崩岗侵蚀现状,提出了瓢形崩岗、条形崩岗、爪形崩岗、弧形崩岗和混合型崩岗的治理措施,研究结果可为广西预防和治理崩岗、改善生态环境提供数据支持。     

崩岗红土层土壤液塑限特性及影响因素研究

土壤液塑限可以反映土壤的入渗、抗冲、抗蚀和抗剪等情况,对崩岗的水土流失研究有重要的意义。通过对崩岗红土层土壤的液塑限研究以及颗粒分析和有机质测定,分析土壤有机质含量和土壤颗粒分布对土壤液塑限的影响。结果表明:崩岗红土层土壤为高液限黏土,土壤状态为坚硬;土壤液塑限值与粗砂粒、细砂粒和粉粒含量相关性不明显,与极细砂粒和黏粒含量呈二项式关系,其中极细砂粒含量与土壤液塑限呈负相关;黏粒含量与土壤液塑限均呈显著正相关关系,且模拟的方程可以较准确地描述土壤液塑限和各因素的相关关系。研究结果有利于丰富崩岗侵蚀机理的研究。     

温度对崩壁红土层土壤干缩裂隙形态影响的定量研究

  目的  探究干燥温度对土壤水分的蒸发速率及其崩壁土壤干缩裂隙的发育过程的影响,为准确认识崩壁土壤裂隙的形态及其对揭示崩岗的发展过程提供理论依据。  方法  研究选取典型崩岗区崩壁的红土层土壤,模拟干缩裂隙发育过程,通过图像处理技术,定量分析裂隙表面参数,探讨温度对崩壁红土层土壤裂隙发育的影响。  结果  温度降低,土壤水分蒸发速率下降,裂隙面积和裂隙总长度增大,裂隙率提高,同时块区面积降低,块区个数以及裂隙条数、节点数显著增加,整个土体呈现出越发破碎的状态。由于裂隙条数的显著增加,低温状态下（40 ℃）裂隙的平均长度小于高温条件（80 ℃）的试样,即低温条件较高温条件土壤裂隙发育数量更多,平均长度更小;土壤裂隙的平均宽度随温度升高呈现增大的趋势;分形维数随着温度的降低呈现增大的趋势。黏粒含量显著影响土壤干缩裂隙发育的温度效应。  结论  在较低温度条件下,崩壁红土层表层土壤水分蒸发时间长,裂隙发育过程更缓慢,但发育程度高,裂隙结构更复杂。     

北京地区不同土纲典型剖面的土壤微形态特征

以北京地区不同土纲典型剖面为例,通过观察土壤薄片,利用ENVI图像统计分析功能,从土壤微结构、粗骨颗粒、土壤形成物与孔隙几个方面研究其微形态特征。结果表明:北京地区不同土纲典型剖面土壤之间微形态差异明显。淋溶土典型剖面土壤发育完全,Bt层常见到黏粒淀积胶膜;雏形土与新成土土壤微结构发育程度较低,没有淀积黏粒存在,但雏形土形成了B层,存在孔洞状结构,钙积现象明显,土壤发育较新成土成熟。人为土明显表现出大量人类活动的痕迹,侵入物、动植物遗迹多见,土壤发育最为成熟。     

聚丙烯酰胺在侵蚀崩壁不同层次土壤的吸附特征

采用静置吸附法分析聚丙烯酰胺(PAM)在侵蚀崩壁3个层次土壤的静态吸附行为,研究不同的液固比例、吸附时间对吸附量的影响,得出吸附等温线。结果表明:PAM在红土层和砂土层土壤中吸附的最佳液固比例是20∶1;在碎屑层土壤中的最佳液固比例是25∶1。PAM在红土层土壤中静态吸附量趋于零,主要受土壤质地、有机质含量等因素的影响;在砂土层和碎屑层土壤中,PAM浓度为100mg/L和200mg/L时,平衡吸附时间为28~32h;PAM浓度为300~500mg/L时,平衡吸附时间为20~24h;对砂土层和碎屑层土壤的吸附等温线进行回归拟合均符合Langmuir吸附模型。     

鄂西犟河流域表层土壤有机碳时空变化及其影响因素

[目的] 研究土壤有机碳（SOC）在小型丘陵山地集水区的分异规律及其影响因素,为土壤资源的可持续利用以及保护南水北调水源地提供科学依据。[方法] 基于数字高程、Landsat 8 OLI影像和2016—2018年实测土壤有机碳等数据,运用相关分析、主成分分析法等研究湖北省十堰市犟河流域表层土壤有机碳含量的时空变化,厘清其影响因子和主导因素。[结果] 犟河流域SOC含量整体呈条带状分布的格局,由东北向西南逐渐增加,呈中等强度变异。夏秋两季SOC处于流失状态,而冬季SOC含量明显增加。不同质地SOC的平均含量：石灰性冲积土 > 简育高活性淋溶土 > 不饱和雏形土。不同覆盖下SOC平均含量：农田 > 园地 > 混交林 > 针叶林 > 灌木。土壤SOC含量呈现随地表曲率绝对值增大而增大,随比值植被指数（RVI）和归一化植被指数（NDVI）增加而增加的趋势。[结论] 地形因子（地表曲率）是影响犟河流域土壤有机碳的主导因子,植被因子（NDVI和RVI）是次要因子。改变局部小地貌、增加林种、改善水肥管理等措施均可以提高流域土壤有机碳含量。     

阿尔泰山不同海拔梯度天然冷杉林土壤特征及肥力综合评价

以新疆阿尔泰山天然冷杉(Abies sibirica)林地土壤为研究对象,分析和比较了不同海拔梯度下土壤理化性质,利用相关分析和主成分分析法对4个海拔梯度下土壤肥力的整体水平进行了综合评价。结果表明:(1)各海拔土壤颗粒百分含量大小顺序均表现为粉粒砂粒黏粒;(2)随海拔的升高,土壤各化学指标和土壤有机碳矿化组分都表现出不同程度的变化,pH值表现为低海拔高于高海拔,土壤有机质、全氮、活性有机碳和缓效碳含量呈现先降低后增加的趋势,而有机碳矿化率则逐渐下降,并在1 700m之后出现明显降低;(3)土壤有机活性碳、矿化碳含量与土壤有机质、全氮、速效钾含量等土壤因子密切相关,但pH值和有机碳矿化率的影响不明显;(4)土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、活性碳和缓效碳含量是综合评价土壤肥力的重要指标。最后通过主成分分析法计算综合得分得出,阿尔泰山不同海拔梯度冷杉林土壤肥力由高到低为:1 500~1 700m1 300~1 500m1 900~2 100m1 700~1 900m。     

川南地区不同退耕还竹林土壤水分特征及其影响因子研究

对四川省南部的长宁县不同退耕年限硬头黄竹和撑绿杂交竹的土壤渗透性能及其影响因子进行了研究。结果表明,退耕年限和土层深度不同,土壤的渗透性能差异较大。通过主分量分析,得到不同林地土壤渗透性能综合评价结果。将7种样地类型划分为3类:第1类为退耕5a和非退耕硬头黄竹林,土壤渗透能力强第2类为农耕地和退耕10a硬头黄竹,土壤渗透能力较强第3类为3种撑绿竹林,土壤渗透能力一般或较差,这主要是由于伐竹踩踏等原因产生的土壤紧实,土壤结构差及通透性不佳等造成。土壤渗透拟合结果表明,Kostiakov模型在研究区的拟合效果优于Horton模型。     

鄂东南花岗岩红壤不同土层侵蚀过程

为了探讨不同降雨动能条件下花岗岩红壤各层次(淋溶层、淀积层、母质层)在坡面侵蚀过程中的产流产沙特征,研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对其水动力学参数变化特征及其与土壤侵蚀速率之间的定量关系进行了研究。结果表明:(1)降雨动能对各层次土壤坡面的产沙产流特征影响显著。随着降雨动能增加,各层次土壤初始产流时间不断递减,且径流含沙量和总产沙量均不断增大;(2)各层次土壤之间的侵蚀规律差异显著。初始产流时间、径流含沙量及总产沙量均表现出显著差异; 通过回归分析,发现土壤侵蚀速率与降雨动能之间有良好的线性关系;(3)水流功率和单位水流功率与土壤侵蚀速率均呈显著的相关性,且能够用幂函数准确地描述它们之间的关系,引入土壤黏粒含量可使得模型更加可靠,在实际应用中有更广的应用范围和现实价值。综上,降雨动能和土壤质地对花岗岩红壤坡面侵蚀的形成和发展过程具有显著影响。     

盱眙火山岩丘陵区不同林地土壤抗蚀性评价

以盱眙火山岩丘陵区5种不同的人工林（杨树林、杨梅林、朴树林、墨西哥柏林、桃树林）为研究对象,通过对土壤水稳性团聚体特征、有机质含量等指标的测定与分析,研究了人工林对土壤可蚀性的影响。对林地土壤的抗蚀性指标进行主成分分析和相关性分析将10个抗蚀指标降到了4个:> 0.5 mm水稳性团聚体含量、 > 0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体稳定性指数、有机质含量。并运用回归分析建立了不同林分下土壤抗蚀性综合评价模型Y=0.073X₄+1.066X₅+9.261X₉+0.554X₁₀-64.939。结果表明杨树林地土壤的抗蚀性在5种林分中是最好的。     

Indexing Soil Quality under Long-Term Maize-Wheat Cropping System in an Acidic Alfisol

A study was undertaken to identify suitable indicators of soil quality from a long-term fertilizer experiment conducted since 1972, which was laid out in a randomized block design with eleven treatments replicated three times. Surface (0–0.15 m) soil samples were collected after harvest of wheat crop during 2010–11 and were analyzed for physical, chemical, and biological properties. Sustainable yield index (SYI) was calculated based on long-term yield data. Highest and lowest overall SYI values were found in balanced fertilization along with manures and urea-only treatments, respectively. Saturated hydraulic conductivity, pH, labile carbon, available phosphorus (P) and potassium (K), pentetate zinc trisodium (DTPA Zn), and nitrogen mineralization were most important minimum dataset (MDS) indicators. The greatest soil quality index (SQI) value was found in balanced fertilization along with manures followed by balanced fertilization along with lime; and the urea-only treatment was the lowest. Balanced fertilization along with manures showed positive change in soil quality and maintained sustainability of productivity.     

博尔塔拉河下游河岸带土壤盐分特征分析

为了给艾比湖地区防风治沙及生态恢复工作提供科学依据,以艾比湖主要供给河流——博尔塔拉河下游河岸带土壤为研究对象,对不同植被类型覆盖条件下土壤总盐含量、可溶性离子等指标进行定量测定,并进行相关性分析以及主成分分析。结果显示:研究区土壤盐含量表聚性较强;土壤中的总盐含量与HCO3-,K++Na+存在极显著的正相关关系;HCO3-,Cl-,K++Na+是研究区盐渍化状况的特征因子。研究区土壤次生盐渍化严重,经盐渍化分级为盐土。