重粉质壤土坡面细沟侵蚀发育规律实验分析

通过室内放水冲刷实验,研究了重粉质壤土在5种不同坡度下细沟侵蚀发育的水动力学特性、细沟水流含沙量的变化以及细沟断面的发育规律。结果表明,流量为700L/h条件下,细沟断面沟宽、沟深均随坡度的增加而增加,沟深与沟宽发育速度正相关;宽深比随着坡度的增大而减小,各坡度的宽深比均稳定在1.5~2之间;细沟断面形态系数变化于0.418~0.892之间,随着细沟的发育逐渐增大,细沟断面形态由宽浅形向窄深形发育;坡面细沟水流流速伴随细沟的发育而减小,可用幂函数方程描述;细沟水流含沙量随细沟发育逐渐趋于稳定,与细沟断面形态系数正相关。     

科尔沁沙地南缘不同林草措施土壤抗冲性及其与物理性质的关系

【目的】研究水蚀风蚀交错区土壤抗侵蚀特性对不同林草措施的响应。【方法】采用室内抗冲槽原状土冲刷和土壤物理性质分析相结合的方法,研究了科尔沁沙地南缘不同林草措施土壤抗冲特性及其与物理性质的关系。【结果】土壤冲刷过程中,不同林草措施下出现产流后的4 min之内变化较大,随着冲刷试验的进行逐渐降低,并逐渐达到相对稳定状态;不同林草措施土壤冲刷过程平均径流含沙量表现为荒草地>花生地>灌木林地>樟子松林地;不同林草措施土壤抗冲性变化与土壤冲刷过程含沙量呈反比,随冲刷时间延长,总体来说与冲刷时间越长,抗冲性能越强的规律相符合,且这种变化规律不受林草措施变化而改变。径流结束时不同林草措施下的土壤抗冲性表现为花生地<荒草地<灌木林地<樟子松林地。土壤抗冲性与土壤体积质量极显著负相关,与土壤孔隙度显著正相关,土壤抗冲性指数与砂粒极显著负相关、与粉粒和黏粒正相关,但均不显著,与土壤持水性并无显著性关系。【结论】林草措施能够显著提高土壤抗冲性能,以樟子松效果最强。     

玉米季土壤抗冲性变化特征及其影响因素分析

采用野外原状土冲刷与室内分析相结合的方法,对玉米各生育期土壤抗冲性动态变化及其影响因素进行了研究。结果表明:不同坡度条件下,玉米各生育期土壤冲刷过程中含沙量随冲刷时间延长呈先下降后趋于平稳的变化,在15°坡度下含沙量最高。土壤抗冲性和增强效应随生育期推进呈逐渐增加的趋势,于成熟期达最大。随冲刷坡度的增加,玉米根系对土壤抗冲性的增强效应呈逐渐降低的变化趋势。土壤抗冲性与土壤容重、有机质和2 mm以上水稳性团聚体数量呈极显著正相关,与0~0.25 mm水稳性团聚体数量呈极显著负相关。土壤抗冲性与含根量、根系表面积、根系体积和总根长呈极显著正相关。因此,采用增施有机肥促进有机质和水稳性团聚体的提高,以及筛选根径0~0.5 mm根系发达的玉米品种对该区域水土流失防治具有重要现实意义。     

含沙量对坡面流水动力学特性的影响研究

基于系列室内水槽冲刷试验,定量研究了在9°坡度、不同流量条件下含沙量对坡面流水动力学参数的影响。结果表明:随含沙量增加,水流雷诺数Re减小,水流紊动强度减弱。弗劳德数、水流流速及流速修正系数α随含沙量增加先呈减小趋势,当含沙量S>300 kg/m3时,各值均突然增大,并随含沙量的进一步增加趋于稳定,表明此时水流型态发生变化,α均值为0.554。含沙水流和清水水流能量损失比较标准不同,得到的结论也不相同。当S<300 kg/m3时,以相同Re或相同单宽流量作为比较标准,含沙水流阻力系数均大于清水对应值;当S>300 kg/m3时,以相同的Re作为比较标准,则含沙水流阻力系数小于清水对应值,以相同的单宽流量作为比较标准,则含沙水流阻力系数大于清水对应值。     

辽西低山丘陵区不同密度荆条实地放水冲刷试验研究

【目的】揭示辽西低山丘陵区植被密度对土壤抗冲性的影响。【方法】采用野外实地放水冲刷的方法,以荒草地为对照,对不同密度荆条(Vitex negundo var. heterophylla)的土壤抗冲性进行了研究。【结果】1)荆条对土壤的改良作用随密度的增加而增加;2)各样地地表径流量随着冲刷时间的延长呈波浪式增长的趋势,其中低密度荆条样地土壤抗冲系数在23.46～26.07(L·min)/g之间,中等密度荆条样地土壤抗冲系数在26.87～29.84(L·min)/g之间,而高密度荆条样地和荒草地在设计流量为4 L/min时,土壤抗冲系数大于8(L·min)/g和12(L·min)/g;3)各样地土壤抗冲系数随着冲刷量的增大逐渐减小,在上方来水量较小时荒草地的土壤抗冲系数最大,荆条的土壤抗冲系数在26.07～46.55(L·min)/g之间,在上方来水量逐渐增大时荆条的土壤抗冲性强于荒草地,在23.46～36.75(L·min)/g之间,且随荆条株密度的增大呈增大趋势。【结论】植被密度是影响土壤抗冲性的主要关键因子,该研究可以为辽西北地区水土保持林建设提供参考依据。     

基于数字图像估算不同密度表层土壤含水率

为有效和无损地监测土壤表层含水率,以壤土、红壤和黑壤为研究对象,研究了不同密度下土壤含水率(θ)的图像信息,包括亮度(V)和饱和度(S),建立了土壤含水率的估算模型。结果表明,1当壤土密度为1 400 kg/m~3时,估算模型相关性最好(决定系数(R~2)为0.93,均方根误差(RMSE)是0.04 m~3/m~3);2当红壤密度为1 600 kg/m~3时,相关性最好(R~2为0.93,RMSE为0.03 m~3/m~3);3黑壤密度为1 600 kg/m~3时,相关性最好(R~2为0.87,RMSE为0.07 m~3/m~3)。考虑密度变化时,黏壤土的估算精度最好(R~2为0.72和RMSE为0.06 m~3/m~3)、其次是壤土(R~2和RMSE为0.70和0.07 m~3/m~3)和砂质壤土(R~2为0.60和RMSE为0.07 m~3/m~3)。因此,利用数码相机来估测表层不同密度土壤含水率是可行的。     

膜调控润灌在不同土壤类型下的技术参数确定

【目的】探究膜调控润灌在不同土壤类型和滴头流量下的土壤水分运移规律,确定不同土壤类型下的技术参数。【方法】基于室内试验数据建立HYDRUS-2D模型,设置4种土壤类型（砂土、壤土、砂质黏壤土、粉土）和3个滴头流量（0.9、2.1、3.2L/h）,探究膜调控润灌在不同土壤类型和滴头流量下的技术参数。【结果】HDYDRUS-2D模型可以准确模拟膜调控润灌条件下的土壤水分运移及分布,相对误差在5%以内,决定系数（R2）和均方根偏差（RMSE）分别为0.97和0.007;砂土因其饱和导水率大易造成渗漏,在膜调控润灌系统下需要进一步调整滴灌管埋深和流量,膜调控润灌能较好地适应其余3种土壤,灌水结束时膜上水量占总灌水量的比例高于70%,大大减少了灌溉水渗漏量;随着滴头流量的增加,壤土膜上水量的占比逐渐减小。【结论】砂土条件下,需要调整滴灌管埋深以减少水分深层渗漏;推荐在砂质黏壤土和壤土条件下采用2 L/h的滴头流量进行灌溉;随着流量的增加,粉土膜上水量占比不会降低,推荐采用3 L/h的滴头流量进行灌溉。     

分形在土壤空间变异性评价中的应用研究

针对土壤空间变异性问题,研究了分维数和土壤空间变异性的关系。应用Green-Ampt入渗模型模拟出十种土壤的下渗湿峰深度值,它们的大小依次是:壤质砂土、沙壤土、沙质黏壤土、壤土、粉砂壤土、砂质壤土、黏质壤土、粉砂黏壤土、黏土、粉砂黏土,然后计算出十种土壤随机组合构成的100种土壤剖面的湿峰形状分维数,用这些分维数来描述土壤空间变异性。同时用反距离加权法和相邻两参数平方均值法算出土壤区域属性值,并与分维数进行比较,再通过对土壤空间变异性(用土壤饱和水力传导度来表示)的统计分析和分维数关系的分析,得出湿峰的分形维数与KS具有较明显的分带关系,而且这种关系在实际流域中会更明显。总的来说,土壤空间变异性越大,分形维数df越大。因此可以看出,用分形来评价土壤空间变异性是可行的,并取得了不错的效果。     

黄土坡面细沟流土壤侵蚀机理研究

细沟侵蚀是黄土坡面最主要的侵蚀方式之一,土壤剥离过程是细沟侵蚀中的重要环节。采用6种坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°)、5种流量(8、16、24、32、40 L/min)组合冲刷试验,系统研究了黄土坡面细沟流土壤剥蚀率与水动力学和床面形态的耦合关系。结果表明:土壤剥蚀率与流量、坡度均呈幂函数增加关系,且坡度对土壤剥蚀率的影响更大;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲流速之间存在分区现象,表明土壤侵蚀受到除泥沙粒径外其他因素的影响;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲切应力双对数函数呈线性增加关系,且不存在分区;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲单位水流功率存在分区;土壤剥蚀率随跌坑发育系数的增加呈幂函数增加趋势,而土壤剥蚀率随L/H增加呈幂函数减小趋势,说明床面形态越加复杂、跌坑发育越加成熟,土壤侵蚀就越剧烈。研究结果对细沟水流侵蚀机理的探究具有一定的理论价值,对黄土坡面水土流失治理及生态修复均具有一定的指导意义。     

咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳的影响

土壤碳转化是当前应对气候变化的热点问题之一。【目的】探讨咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳的影响,为盐碱土碳库建立和碳贮量的计算提供依据。【方法】选取壤土(A)、黏壤土(B)、粉质黏壤土(C)、砂质壤土(D)4种质地盐渍化土壤作为研究对象,在室内条件下用不同矿化度(0,2,4,6 g/L)的Na Cl和Na2SO4盐溶液浇灌4种质地盐渍化土壤,模拟研究了咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳转化的影响。【结果】用不同矿化度的Na Cl和Na2SO4浇灌盐渍化土壤后,土壤电导率均会增加,不同质地的土壤发生盐渍化的程度不同。【结论】对于土壤有机碳而言,壤土(A)和粉质黏壤土(C)之间差异达极显著性水平(p0.01),黏壤土(B)和砂质壤土(D)之间差异达显著性水平(p0.05)。对于土壤无机碳而言,不同质地土壤之间差异均达极显著性水平(p0.01)。     

岷江干旱河谷区不同土地利用方式下土壤抗冲性试验

采用野外实地放水冲刷的试验方法,对岷江上游干旱河谷区龙坝沟流域不同土地利用方式(灌木林地、荒草地、耕地和裸地)下土壤抗冲性进行测试研究,分析了土壤侵蚀产沙相关因素。结果表明:不同土地利用方式下土壤抗冲系数均随冲刷时间延长呈波状上升变化趋势;土壤的抗冲性从大到小依次为:荒草地、小麦耕地、灌木林地、玉米耕地、裸地;土壤抗冲系数与粉粒体积分数呈显著负相关(相关系数为-0.992,P<0.01),与砂粒体积分数呈显著正相关(相关系数为0.925,P<0.01)。     

黄土堆积体植物篱减沙效益与泥沙颗粒分形特征研究

为探究植物篱措施对工程堆积体边坡的减流减沙效益及其对侵蚀泥沙颗粒分形维数的影响,以堆积体未防护边坡为对照,以不同放水流量对不同坡度堆积体植物篱防护边坡进行了放水冲刷试验。结果表明:与对照相比,植物篱边坡初始产流时间滞后100~500 s,其产流率、产沙率整体均较小,产流率在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱减流效率在4%~60%之间,减沙效率范围在15%~50%之间,减流减沙效率均随坡度和放水流量的增加呈幂函数形式减小;各处理侵蚀泥沙颗粒中粉粒均占主导地位,黏粒次之,砂粒含量最少。与对照小区相比,植物篱防护边坡侵蚀泥沙砂粒体积分数降低,黏粒和粉粒体积分数升高;黏粒富集率增加,砂粒富集率减小,泥沙颗粒分形维数增大。分形维数与黏粒和砂粒体积分数之间均呈极显著线性相关,侵蚀泥沙颗粒分形维数主要由黏粒体积分数决定。     

滴灌条件下山区典型土壤水分运移规律分析

在广西山区选择沙土、壤土和黏土等3种典型土壤,并开展滴灌在这3种土壤条件下的土壤水分运移规律研究。试验结果表明:1在地埋黏土、壤土和沙土以及0.10 MPa工作压力条件下,滴灌管的单米流量为4.17、5.92和6.10 L/h,为地表自由出流的67.58%、95.05%和98.87%;2滴灌在黏土的水分运移形状基本为圆形,在沙土和壤土的湿润形状为上小下大的椭圆形;3同等条件下,水分在沙土的水平和垂直向下运移速率最大,壤土次之,黏土最小;4在土箱相同位置,黏土的土壤含水率最大,壤土次之,沙土最小;5根据滴灌的土壤水分运移规律,提出滴灌管在广西山区沙土、壤土和黏土的适宜埋深分别为10、15和20 cm;6滴灌应用在山区条播作物时,在黏土、壤土、沙土的适宜滴孔间距应为35、30和25 cm。     

Soil-cement tiles for lining irrigation canals

Laboratory flume test was conducted to investigate the effect of flowing water an soil-cement canal tiles. For this purpose, soil-cement tiles were constructed from different soils at various cement contents. A flume, 3 metre long and 100 mm wide, was lined with the tiles and the lined bed was subjected to flow velocities of around 2 m/s for a period of 7 days. The tiles made from coarse-textured soil (sandy loam and silt loam) aggregates of 5 mm and from fine textured soil (clay loam) aggregates of 2 mm size were found to be intact and smooth even when constructed at a cement contents lower than that needed to meet the durability requirements.Attempts were also made to measure seepage losses of soil-cement tile linings. A channel section of approximately 1 metre length with a side slope of 1:1 was constructed in the laboratory with the tiles and seepage losses measured by the ponding method were found to be in the range of 0.00123–0.00343 m³/m²/day.The results clearly suggest that soil-cement tiles (irrespective of type of soil) made with 2 mm or less size of soil aggregates are erosion resistant and due to very little or negligible rates of seepage losses, the soil-cement tile lining of irrigation canals is expected to be very promising especially in the areas where irrigation water is costly.     

Dripper Discharge Rates and the Hydraulic Properties of the Soil

The hydraulic properties of soils areneeded in predicting runoff and erosion,irrigation design and general transportphenomena in the soil. Theoretical toolshave been developed to estimate them frommeasurements of water distribution near apoint source assuming stable homogeneousand isotropic soils. Soil wetting rate andits interaction with soil texture was notconsidered in these analyses even thoughreports indicated that a high wetting ratedisintegrates soil's aggregates and isassociated with deterioration of soilstructure and reduction of the hydraulicconductivity (HC) and infiltration rates(IR) especially in clay soils. Objectiveswere to: (i) show how IR of a soil, wettedfrom a point source, are affected by thedischarge rate of the dripper. (ii)identify the mechanisms responsible forthis reduction and (iii) investigate theeffect of emitter's discharge on theresultant HC of sand,loam and clay. Werelated the reduction of IR under highemitter discharge to the breakdown of soilaggregates by fast wetting anddeterioration of the hydraulic propertiesof soils, (the pedological mechanism,).Results show that relative to the idealstable soil the steady IR decreased withan increase in the discharge rate of thedripper. The resultant saturated HC(K_s) was, erroneously, negative forclay and loamy soils but not for sand.When determining hydraulic properties ofsoils with a point source, low dischargesshould produce better results especiallyin soils with medium to high clay content.     

土壤斥水性与有机质质量分数的变化关系研究

土壤有机质质量分数是影响土壤斥水性的最主要因素之一,为研究二者之间的关系,选用以色列3类不同质地斥水性土壤为对象,分别在田间和实验室测定土壤斥水性和有机质质量分数,并绘制土壤斥水性和有机质质量分数的等值线图和关系图。结果表明,对于粘性土壤和沙质土壤,土壤斥水性随有机质质量分数成幂指数关系,但对于壤土,二者之间没有非常明显的线性关系。研究结果可为分析不同土壤的斥水性影响因素和土壤改良提供理论依据。     

保水剂对土壤持水性影响及在不同土壤中效果比较

为分析保水剂对土壤持水性的影响以及对不同土壤持水效果进行比较,按保水剂质量占土壤质量百分比设计0.10%、0.30%、0.50%、1.00%、以及对照(土壤不加保水剂)5个处理进行室内试验。结果表明:保水剂可提高土壤的持水性,土壤保水率随保水剂用量增加而增大,3种土壤施用比例为0.10%~1.00%的保水剂,经过7h恒温蒸发后土壤平均保水率较对照提高103%~187%。但是,当保水剂达到一定用量后,保水率增幅效果不显著。综合3种土壤平均保水率,保水剂比例为0.10%时,恒温蒸发7h后与对照差异显著,当比例增大至0.30%时,虽然与对照相比存在显著差异,但与比例为0.10%时相比无显著差异,当比例逐渐增大至0.50%和1.00%时,与比例为0.30%时相比,相互间也无显著差异。保水剂对提高不同土壤持水性方面的功效存在差异,且差异的大小与水分蒸发时间及保水剂用量有关。土壤水分蒸发初期(1~2h),不同保水剂用量,3种土壤的保水率无明显差异;土壤水分蒸发后期(2h后),保水剂对提高不同土壤持水效果的差异逐渐显现,总体上在黏粒含量较低的壤沙土中的应用效果要好于黏粒含量较高的沙黏壤土和壤土。3种土壤施用比例为0.10%~1.00%,经过7h恒温蒸发后保水率较对照提高分别为:壤沙土293.08%~591.29%,沙黏壤土181.85%~249.78%,壤土29.53%~73.03%。针对本试验所测试的壤沙土、沙黏壤土和壤土3种土壤,保水剂更适宜在黏粒含量较低的壤沙土中使用,用量以保水剂占土壤质量百分比为0.10%为宜。     

Transpirational response to water availability for winter wheat as affected by soil textures

Soil texture and evaporative demand have been reported to be the main factors which influence the transpirational response to soil water deficits. However, experimental evidences are not enough. The objective of this study was to investigate the transpirational response to soil water availability in soils of different textures under different evaporative demand levels. The three main soils of the Loess Plateau of China (loamy clay, clay loam and sandy loam) were selected and six constant soil water treatments were applied for winter wheat (Triticum aestivum L.) grown in pots. In order to reduce the influence of environmental conditions and plant factors, a normalized daily transpiration rate was used to develop the relationships with volumetric soil water content and soil water suction. Results showed that, under various levels of evaporative demand, a linear-plateau function with a critical value could be used to describe the dynamic change of the normalized transpiration rate with soil drying. Soil texture significantly influenced both the critical and the slope values of the linear-plateau equations, however, evaporative demand significantly affected the critical values of volumetric soil water content and soil suction for the loamy clay and clay loam only. Therefore, for saving water, different strategies are needed for these three soils.     

基于模拟降雨的北京褐土坡地土壤团粒流失特征试验

选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度(35、65、100 mm/h)和3种植被盖度(0%、30%、80%)。结果表明,消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀特征变化明显,坡面含沙量和土壤分离率分别减少25.91%~31.15%和35.10%~41.20%,坡面侵蚀泥沙团粒中值粒径均小于雨滴击溅坡面。通过侵蚀泥沙有效粒径分布和最终粒径分布的比值(E/U)分析泥沙团粒的粒径分选特征,发现产流初始阶段粗砂、细砂、细粉粒和粘粒多以团聚体形式存在,而粗粉砂以初级粒子形式存在;随着降雨历时延长,侵蚀泥沙各粒级的分离程度增加,泥沙颗粒逐步分解为初级粒子。坡面侵蚀泥沙分离规律表明,泥沙团粒结构变化与坡面水动力学特征密切相关,土壤团聚体分形维数(D)与时间(T)呈幂函数关系。坡面产流前雨滴击溅对土壤分离有重要作用,其对土壤分离贡献率为28.09%,而无雨滴打击坡面土壤团聚体分形维数增量是有雨滴打击增量的48.43%。在该区坡地泥沙颗粒输移过程中,稳定性较差的砂粒被分解为细小颗粒,粗粉砂多以初级粒子形式存在,对坡面侵蚀泥沙颗粒分离过程具有重要影响,而粘粒在侵蚀坡面则逐渐富集。