红河干旱河谷地区植物根系与砾石对土壤优先路径形成的影响

为探究红河干旱河谷林草地植物根系与砾石特征对土壤优先路径形成的影响,基于染色示踪法在确定研究区样地土壤优先路径的位置及数量的基础上,结合染色区的植物根系与砾石体积含量特征,定量分析二者与优先路径特征的关系。结果表明:(1)林地优先路径发育水平明显优于荒草地; 不同染色影响半径范围下的优先路径连通性也有所不同,其中荒草地中优先路径连通性从大到小为1～2.5 mm,≤1 mm,2.5～5 mm,5～10 mm,>10 mm; 林地为1～2.5 mm,2.5～5 mm,≤1 mm,5～10 mm,>10 mm; 优先路径数量与土层深度和同一土层内染色半径均呈负相关关系,此外,在同一土层内,优先路径的数量与染色半径也呈负相关关系。(2)林地中染色区的砾石总体积含量与土层深度呈负相关,而荒草地中在20—30 cm土层中增多,其余径级下的则随土层深度增加而减少;(3)两种样地中的根长密度与根重密度都随土层的深度增加和根径增大而单调递减,林地中不同径级下的根长密度都明显高于荒草地;(4)林地中优先路径数量的主要影响因子是根径范围在≤1 mm的根重密度和径级为5～10 mm的砾石体积含量; 而荒草地样地中的主要影响因子为根径在≤1 mm和1～3 mm范围下的根重密度、径级在2～5 mm间的砾石体积含量、根径在1～3 mm范围下的根长密度。因此,样地中砾石分布存在明显的空间异质性,细根更易促进优先路径的形成,二者共同影响着优先路径的形成。     

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。     

植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究

介绍了近10年来植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究进展。植物根系稳定表土层结构、提高土壤入渗性能和抗剪强度、增强土壤抗冲性的有效性机理是植被抵抗径流侵蚀动态过程及土壤侵蚀预报研究亟待加强的关键科学问题。     

永定河(北京段)滨河带藤本和次生乔木林土壤优先流特征

以永定河(北京段)滨河带的藤本植被和次生乔木林为研究对象,采用野外染色示踪法和根系分析法,利用形态学和统计分析学的解译手段,对得到的剖面染色图片进行优先流特征研究.结果表明:藤本植被覆盖的样地基质流深度比次生乔木林小5.48 cm,优先路径的通道数量比次生乔木林多67％.藤本植被的优先流现象更明显,平均染色面积比(34...     

柑橘地土壤大孔隙与优先流的关系研究

以重庆市江津区10和20a林龄的柑橘地为研究对象,应用优先流染色法和室内图像提取技术,土壤水分穿透曲线及Poiseulle方程综合分析土壤大孔隙与优先流的关系。结果表明,大孔隙使染色区的水分渗透速率较非染色区提高了1.48倍以上。柑橘地大孔隙孔径范围在0.3～1.7mm,半径大于0.7mm的土壤大孔隙是形成优先流路径的主要孔径范围。     

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。     

紫色土水分和壤中流对降雨强度的响应

为研究降雨强度对紫色土坡耕地不同深度土壤水分含量和壤中流的影响,初步揭示紫色土水分和壤中流之间的相互耦合关系,通过原位人工模拟降雨试验,在60,90,120 mm/h 3种降雨强度条件下,采用Minitrase TDR可埋式探头对紫色土坡耕地土壤剖面浅层(0—20cm)、中层(20—40cm)、深层(40—60cm)的土壤水分含量进行了实时连续测定,并在降雨过程中分层收集测量壤中流,开展了降雨—产流过程的观测试验。结果表明:(1)当雨强较小时,浅层土壤含水率变化曲线呈现上升期和稳定期,随着雨强和深度的增加则呈上升期、稳定期或始终处于稳定期;(2)随深度和降雨强度的增加,土壤含水率稳定时间增加,含水率变化越小,响应越不明显;(3)在不同降雨强度条件下,各土层均有壤中流产生,低雨强条件下壤中流都是单峰产流过程,中雨强和高雨强下为双峰产流过程;(4)壤中流产流时间随雨强增大而显著减小,随深度增加而显著增加;(5)降雨强度与土壤水分含量和壤中流参数三者间相互有显著相关性。     

植物根系对土壤侵蚀控制机理的研究

介绍了近年来植物根系对土壤侵蚀控制机理的研究进展。在水文效应和机械效应两个方面,植物根系通过增强土壤的抗冲性、渗透能力、抗剪强度以及根系网的固土功能提高土壤的抗侵蚀能力。     

元江干热河谷典型林草地优先流区和基质流区土壤团聚体特征

[目的]明晰干热河谷区土壤优先流对红壤团聚体特征及其稳定性的影响,为该区植被恢复和水土流失防治提供理论依据。[方法]以元江干热河谷典型地段龙潭箐流域内的银合欢林地、扭黄茅荒草地为研究对象,基于染色示踪试验区分样地土壤优先流区和基质流区,利用干湿筛法结合分形理论分析两区内0—50 cm土层团聚体特征差异,并借助通径分析法表征各土壤理化因子对团聚体稳定性的影响。[结果]干湿筛后R_0.25团聚体含量从大到小顺序为林地优先流区>林地基质流区>荒草地优先流区>荒草地基质流区,平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)与R_0.25排序相同且呈现出随土层深度增加而减小的趋势,分形维数(D)与团聚体破坏率(PAD)则为相反规律并随土层加深D和PAD的值逐渐增大。对两区土壤团聚体稳定性影响较大的理化因子是土壤容重和黏粒含量,其决策系数分别为0.474和-0.644。[结论]荒草地土壤团聚体破坏率更高,土壤优先流区团聚体稳定性优于基质流区;土壤团聚体稳定性主要受黏粒含量、容重、有机质等因子影响。     

砒砂岩区沙棘液流及细根变化对土壤水分变化的响应

[目的] 研究砒砂岩区土壤含水量对沙棘液流速率及细根变化的响应,为沙棘在砒砂岩等干旱缺水地区的合理栽培和经营提供参考。[方法] 利用Granier茎干液流测定系统,对砒砂岩地区鄂尔多斯市准格尔旗暖水乡沙棘（Hippophae rhamnoides）人工林的茎干液流进行长期监测,并同时对植物的细根及细根周围的土壤水分进行测定,运用相关性分析法分析沙棘人工林在生长季（6—10月）的茎干液流日变化规律及植物细根对土壤水分变化的响应。[结果] ①土壤含水量与沙棘液流速率呈现出在前期（6—7月）较低,中后期（7—9月）不断升高,后期（9—10月）有迅速下降的变化趋势。而沙棘细根的生长速率也呈现出中后期较高,前期和后期较低的变化趋势。②比较生长季各月份土壤含水量和沙棘液流速率的变化趋势趋于一致,从大到小排列依次为：8月>7月>9月>6月>10月。③土壤含水量变化与沙棘液流速率变化呈极显著正相关关系（p<0.01）,随着土壤含水量增大,沙棘液流速率逐渐升高;沙棘细根生长速率与沙棘液流速率呈显著正相关关系（p<0.05）,沙棘细根生长速度越快,沙棘液流速率越大;反之,沙棘细根生长速度越慢,沙棘液流速率越低。土壤含水量变化与细根生长速率呈极显著正相关关系（p<0.01）,随着土壤含水量升高,沙棘细根生长速率逐渐增大。[结论] 砒砂岩地区沙棘液流变化是影响土壤水分变化的主要因素,而沙棘细根变化同样影响土壤水分的变化,相对而言,沙棘液流变化比沙棘细根变化影响土壤水分变化大。说明植物蒸腾是砒砂岩区影响土壤水分变化的主要因素。     

三峡地区阔叶林地植物根系分布特征与优先路径关系分析

优先路径研究是研究地下水分运动的重要环节。本文通过亮蓝染色示踪试验法直接观测并区分林地土壤基质和土壤优先路径,分别对染色区和未染色区观测到的土壤优先路径、植物根系根长密度和根重密度进行分析,研究发生土壤优先流过程中植物根系的作用及由植物根系形成的优先路径的联通情况。研究发现,降雨强度越大,优先路径染色区的表层呈现越加明显的宽区域聚集分布。雨强为25 mm/d时,样地土壤染色区域表层大区域优先路径聚集分布厚度平均为50 cm。根径 > 5 mm的根系根长密度的大小对土壤孔隙的大小影响显著,根径 < 5 mm的根系根长密度的大小对于土壤孔隙的联通有明显作用。此外,土壤中植物根重密度的大小与优先路径数量和联通程度正相关,根重密度越大越有利于构成优先路径,有利于形成优先流。不同样地两区域植物根重密度在土壤10—20 cm和30—40 cm深度范围内具有极显著差异（P < 0.05）,而优先路径在30 cm深骤然减少。此方法在一定程度上可为优先路径的研究提供新的借鉴和参考。     

黑龙江省水源地优先流区与基质流区土壤特性分析

以黑龙江省东部山地天然次生林为研究对象,采用野外染色示踪和统计分析相结合的方法,应用Photoshop Cs5,Image pro Plus6.0图像处理软件,分析天然次生林下优先流区和基质流区土壤特性差异。结果表明:黑龙江省东部山地天然次生林土壤优先流现象极为明显,主要以大孔隙流、指流以及管流为主。表层土壤孔隙间的连通性好,水分运动过程变得相对均匀,不易于发生优先流。10—45cm土层范围内,染色路径不再整体均匀扩散,表现出明显的优先运移特征,产生优先流,并表现出了一定的环绕特性。从土壤表层到底层,染色区非毛管孔隙度比未染色区高0.3%~2.0%。非毛管性孔隙可视为大孔隙,是产生优先流的主要原因。0—40cm土层范围内,染色区土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量均高于未染色区,染色区土壤容重均低于未染色区。20—40cm是该地区天然次生林土壤产生优先路径最明显的土层。在此范围内优先流区土壤入渗速率明显大于基质流区,证明该区土壤特性差异是黑龙江省东部山地天然次生林优先流产生的主要原因。     

紫色土细沟剥蚀率对近地表水流作用的响应

近地表水流的存在会加剧土壤侵蚀过程,剥蚀率是土壤侵蚀预报模型的重要物理参数,其对近地表水流的响应值得进一步研究.采用限定性细沟模拟冲刷试验,探讨不同工况条件(3个近地表水流饱和深度5,10,15 cm;3个坡度5°,10°,15°;3个流量2,4,8 L/min)下紫色土细沟剥蚀特征.结果表明:不同近地表水流饱和深度下...     

紫色土崩解特性对容重和含水率的响应特征

以紫色土为研究对象,通过室内重塑土试验,采用多元回归方程和曲面响应等分析方法,研究容重和含水率对紫色土崩解特性的影响。结果表明:(1)在相同容重下,崩解量随着含水率的增加而减小,不同含水率的土样崩解时间有所不同;土样完全崩解时间总体上随着含水率的增加而延长,且崩解量主要集中在崩解阶段前3 min。(2)在相同含水率下,崩解量随着容重的增加而减小,土样完全崩解时间总体上随容重的增大而延长,且崩解量主要集中在前4 min。(3)在相同容重和含水率下,土样崩解速率均随着容重和含水率的增大而减小;较之容重,含水率对崩解速率的影响较大。容重和含水率的交互作用对崩解速率影响显著,即随着容重和含水率的增加,土样崩解速率减小。研究成果为紫色土的侵蚀防治提供了参考。     

金沙江干热河谷冲沟区优先流影响下的土壤力学特性

为探究金沙江干热河谷冲沟区优先流与土壤力学的相关机理,揭示优先流影响下土壤抗剪强度特征规律,丰富干热河谷冲沟发育区沟侵蚀机理,为该地区进一步开展沟蚀治理提供理论依据。在典型冲沟发育区选择完整冲沟为研究对象,基于染色示踪、土壤理化、原状土直剪试验,利用RDA等统计方法分析优先流与土壤力学指标间的相关性,明晰优先流和抗剪强度的关系。结果表明：(1)由于冲沟发育使冲沟内由集水区到沟底优先流发育程度逐渐降低。土壤含水率、容重、总孔隙度、有机质含量均呈优先流区大于基质流区,机械组成分形维数整体上基质流区(2.680～2.874)大于优先流区(2.746～2.893)。(2)冲沟区优先流通过影响土壤黏聚力和内摩擦角进而对抗剪强度产生影响,一定程度上会降低土体抗剪强度。集水区、沟头抗剪强度大于沟床和沟底。优先流区黏聚力(1.24～2.65 kPa)小于基质流区黏聚力(1.91～4.27 kPa),优先流区内摩擦角(19.52°～22.47°)略大于基质流区内摩擦角(17.68°～22.35°),优先流区抗剪强度(36.66～43.68 kPa)整体小于基质流区抗剪强度(38.74～47.32 kPa...     

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...     

黄土丘陵区典型植被群落坡面土壤优先流特征及其影响因素

以黄土丘陵区3种典型植被群落(白羊草、铁杆蒿和杠柳)为研究对象,并以退耕1年的撂荒地作为对照(CK),采用原位染色示踪和实验室分析相结合,对比分析不同植被群落斑块格局下的土壤优先流特征,探究植物根系、土壤理化性质对优先流的影响.结果表明:相较CK,植被恢复提高了优先流发育程度;对于各植被斑块,铁杆蒿植被斑块具有最高的染...     

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。     

利用染色示踪法研究四面山两种林地优先路径分布特征

[目的]研究不同林种土壤的优先路径分布特征,为土壤水的高效利用以及植物生长环境改善等方面的研究提供理论参考。[方法]以重庆四面山张家山的针阔混交林和楠竹林为研究对象,在林地土壤存在优先路径的情况下,运用染色示踪法研究了水分及溶质的运移,并对采集的垂直剖面染色图像进行处理分析。[结果]两种林地对水分入渗的响应不同,染色路径宽度和染色路径数量在同一剖面不同深度处及不同剖面同一深度处均呈现明显的异质性:(1)针阔混交林染色路径宽度曲线呈"倒阶梯型";(2)楠竹林染色路径宽度曲线呈S形。两种林地的土壤优先流宽度和数量在一定范围内均随着深度增加而逐渐下降。[结论]两种林地均存在优先流现象,随着深度增加优先流路径不均匀递减,在0—20cm深度内,植物根系对土壤优先流影响较大。     

温室番茄开花结果期根系与土壤水分变化关系

对番茄开花结果期初、中、后期三个阶段根系变化进行数量统计及长度测定,研究了番茄开花结果期不同生长阶段根系生长分布规律。同时对番茄根系层空间不同位置土壤含水率进行测定,分析了根系生长发育与对应区域土壤含水率变化规律和关系,从而为温室番茄种植提供指导。结果表明:开花结果初期到后期,随着时间推移,总根数及最长根长度均有明显增加。番茄主要根系长度从0~5cm生长为5~15cm。开花结果期初期根系在水平及垂直方向伸长生长均较明显,开花结果期后期根系以垂直生长为主,水平方向生长相对减弱。土壤含水率的变化与主根系分布表现为较高的一致性,在整个开花结果期,土壤含水率的主要变化区域为径向0—20cm,纵向0—30cm,并表现为距植株水平距离越大,变幅越小。随土层深度增加,根系层含水率变幅递减的规律。由此得出番茄开花结果期的土壤水分敏感区域为径向距植株0—20cm,纵向地表以下5—30cm深度土层,距植株水平距离5cm处10—20cm土层土壤含水率可作为指导开花结果期番茄灌溉的指标。