赣南崩岗侵蚀区不同部位土壤抗剪强度及影响因素研究

为明确南方崩岗侵蚀区不同部位土壤抗剪强度的分布规律,探索在崩岗发育过程中土壤基本性质对抗剪强度指标的影响,以不同发育阶段崩岗各部位表层土(0～20cm)为研究对象,对土壤基本性质和抗剪强度的差异进行对比研究。结果表明:(1)随着崩岗的发育,表层土壤基本性质逐渐恶化,容重逐渐减小,颗粒组成粗骨质化现象明显,土壤有机质的含量与根系密度的变化,均随崩岗的发育呈现出典型的退化特征;(2)崩岗各部位黏聚力和内摩擦角的变化规律相似,集水区部位达到峰值,沟道部位达到最小值,随崩岗的发育呈明显下降趋势;(3)根系密度与黏聚力有良好的线性相关关系,砾石含量、粉粒含量和黏粒含量对崩岗土体内摩擦角有显著影响,可以用幂函数表示它们之间的关系;(4)试验以根系密度、砾石含量、粉粒含量和黏粒含量来表征土壤饱和状态下的抗剪强度,建立了在崩岗发育过程中饱和抗剪强度的预测方程(R2=0.891,P<0.01),结果显示方程可信程度较高,预测效果较好。研究结果揭示了南方花岗岩崩岗区不同发育阶段抗剪强度的控制因素,为进一步防治水土流失提供理论依据。     

崩岗崩积体土壤渗透特性分析

利用环刀法测定2处不同时间崩塌的崩积体不同部位的渗透性能.结果表明:(1)崩壁上的土壤崩塌形成崩积体后,土壤疏松,水分达到稳渗的时间比崩壁上红土层、砂土层的短.(2)崩积体的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量的均值均比崩壁上的红土层、砂土层和碎屑层的高;经过压实的BJ1的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量均比BJ2的低;崩积体表层形成结皮,土壤入渗能力降低;崩积体物质组成的不同及堆积、胶结、压实等作用,崩积体不同部位的渗透性能有较大的差异,BJ1的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量的变异系数(CV)分别为0.70,0.65,0.60和0.63,BJ2的为0.54,0.51,0.56和0.56,均属于中等变异.(3)最小二乘法拟合结果显示,Kostiakov模型能更好地模拟崩积体土壤的入渗过程.     

崩岗侵蚀区土壤物理性质分层差异及其对崩岗发育的影响

崩岗是我国南方红壤区最严重的土壤侵蚀类型之一。采集赣州市典型的花岗岩和红砂岩崩岗地区土壤样品,测试分析其红土层和母质层的黏聚力、内摩擦角和液塑性指标,结果表明:花岗岩崩岗地区母质层的抗剪强度显著低于红土层,而两者的液塑性指标值没有显著差异,说明母质层抗剪强度低是导致花岗岩地区崩岗发育的诱因;红砂岩地区红土层抗剪强度稍高于母质层,但两者间没有显著性差异,而红土层土壤液塑性指标值要显著高于母质层,说明母质层的低液塑性有利于红砂岩地区崩岗侵蚀的发育。花岗岩和红砂岩崩岗地区红土层的破坏容易诱发崩岗,因此保护红土层是预防崩岗侵蚀的关键。     

闽西南崩岗土壤理化性质及可蚀性分异特征

崩岗是南方红壤区侵蚀沟在水力和重力交互作用下沟头遭受坍塌、陷蚀作用而形成的围椅状地貌,是该区域土壤侵蚀及生态系统退化的最高表现形式之一.为揭示崩岗侵蚀对土壤理化特性及可蚀性的影响,以福建省长汀县濯田镇黄泥坑崩岗群内植被盖度分别为2％,20％,95％的3个典型崩岗为研究对象,分别对崩岗系统内的集水坡面、崩壁、崩积体和沟口进行采样和理化特性的测定,并运用EPIC模型测算土壤可蚀性(K).结果表明:1)从集水坡面到崩壁、崩积体至沟口,3个崩岗的土壤砂粒质量分数、pH值和土壤密度呈升高趋势,粉粒、砂粒的质量分数和含水量呈下降趋势.2)1号和2号崩岗,集水坡面的土壤有机质质量分数最高,在崩壁最低;3号崩岗土壤有机质质量分数在崩壁处急剧下降,在崩积体中又明显上升.3)各崩岗中集水坡面、崩壁和崩积体的土壤颗粒组成、土壤密度和含水量差异较小,各土壤理化特性指标在沟口与集水坡面、崩壁和崩积体之间存在显著差异.4)崩岗系统内的集水坡面、崩壁、崩积体和沟口4个子系统的K值差异显著,1、2号崩岗呈现崩壁＞崩积体＞沟口＞集水坡面的变化规律,而3号崩岗则表现为沟口＞崩积体＞崩壁＞集水坡面的趋势.5)崩岗系统内的黏粒质量分数、pH值和有机质质量分数与土壤可蚀性关系密切,可以作为表征崩岗土壤可蚀性的有效指标.崩岗侵蚀造成土壤理化特性不断恶化,砂化严重,研究崩岗系统的土壤理化特性与可蚀性空间变化规律,对指导崩岗的恢复与重建具有重要意义.     

坡面水流分离崩岗崩积体土壤的动力学特征

利用变坡式水槽,在坡度(20°,25°,30°,35°,40°)和流量(1.1,2.2,3.3,4.4,5.5L/min)下进行崩岗崩积体土壤的分离试验。结果表明:流量对土壤分离速率的作用大于坡度,土壤分离速率与坡度及流量呈线性相关;水深对土壤分离速率的影响大于坡度,土壤分离速率与坡度及水深呈线性相关;土壤分离速率与水流流速呈指数函数关系;水流剪切力、水流功率及单位水流功率与土壤分离速率之间的关系均为线性关系,其中,水流功率和水流剪切力可以很好地描述崩积体的土壤分离速率。     

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。     

砾石含量及粒径对崩岗崩积体渗透特性的影响

为探讨砾石对崩积体渗透性的影响,采用环刀法对不同砾石含量及粒径条件下崩积体入渗特性的变化进行研究。结果表明:(1)0%,10%,20%,30%砾石含量崩积体进入稳渗时间在9~10min之间,40%,50%砾石含量崩积体进入稳定时间在19~20min之间。(2)相同粒径砾石条件下,崩积体的初渗率、稳渗率、平均入渗率及入渗量随砾石含量的增加而增大;含2~3,3~5,5~10mm砾石崩积体的入渗参数在10%,20%,30%砾石含量时变化不大;当砾石含量为40%时,入渗参数随着砾石粒径的增大而减小;当砾石含量为50%时,含3~5mm砾石的崩积体的入渗参数最小。(3)Kostiakov公式拟合更适合模拟崩积体的入渗模型。     

新型W-OH材料对崩积体土壤分离速率的影响

崩岗崩积体土壤颗粒容易脱离母体而发生侵蚀,而新型亲水性聚氨酯材料(W-OH)能有效增加土壤颗粒之间的粘结力,从而抑制侵蚀的发生。为此,通过变坡式水槽实验,研究不同浓度的W-OH材料(2.0%、3.0%、4.0%、5.0%)对崩岗崩积体土壤分离速率的影响。结果表明:W-OH材料能够显著降低崩积体土壤的分离速率,土壤分离速率的大小随W-OH浓度的升高而降低;由于固结表层的存在,W-OH材料显著改变了表层土壤的侵蚀过程,使得土壤分离速率与坡度、水流剪切力、水流功率等参数之间的函数关系相对于对照发生了改变,并且表层土壤发生分离的临界水流剪切力也得到了提升。     

赣南崩岗区不同植被类型粉砂质土壤抗剪强度及其影响因素

为探究南方崩岗侵蚀区不同植被类型下土壤抗剪强度的分布规律,明确崩岗治理后土壤基本性质对抗剪强度的影响。以3种不同植被类型下崩岗各部位表层土壤为研究对象,对土壤基本性质的变化规律、抗剪强度参数变化特征及其影响因素,利用路径分析和主成分分析进行研究。结果表明,土壤抗剪强度由大到小依次为林地>柑橘地>灌木地>草地>侵蚀区,且柑橘地较灌木地土壤抗剪强度提高了29.74%。随地势降低,毛管孔隙度总体呈升高趋势,黏粒、粉粒等细颗粒物质占比也不断上升,汇聚于坡下。随着恢复时间增加,土壤养分含量逐渐上升。土壤黏聚力在同种植被类型下,随着恢复年限增加,表现为递增趋势,内摩擦角则表现为缓慢递减趋势,均表现为上坡最大。其中有机质、饱和导水率与黏聚力存在极显著相关关系,含水率、容重与内摩擦角也存在极显著相关关系。试验以总孔隙、毛管孔隙、黏粒含量和土壤饱和导水率来表征土壤饱和状态下的抗剪强度,建立了预测方程(R²=0.80,RMSE=5.95),结果表明该方程的可信度和预测精度均较高。研究结果揭示了不同植被类型抗剪强度的控制因素,可为南方崩岗侵蚀区恢复过程提供一定的...     

赣南崩岗治理实践与思考

赣南是崩岗侵蚀危害的重灾区,在长期的崩岗治理实践中,赣南人民探索出了农业开发型、生态开发型、农粮生产型、工业开发型4种治理模式,介绍了4种治理模式的优劣势及适用范围,并对崩岗治理的技术路线和应遵循的原则进行了探讨。     

Determination of unsaturated soil hydraulic properties at different applied tensions and water qualities

Irrigation with low-quality water may change soil hydraulic properties due to excessive electrical conductivity (EC_w) and sodium adsorption ratio (SAR_w). Field experiments were conducted to determine the effects of water quality (EC_w of 0.5–20 dS m^?1 and SAR_w of 0.5–40 mol^0.5 l^?0.5) on the hydraulic properties of a sandy clay loam soil (containing ～421 g gravel kg^?1 soil) at applied tensions of 0–0.2 m. The mean unsaturated hydraulic conductivity [K(ψ)], sorptive number (α) and sorptivity coefficient (S) varied with change in EC_w and SAR_w as quadratic or power equations, whereas macroscopic capillary length, λ, varied as quadratic or logarithmic equations. The maximum value of K(ψ) was obtained with a EC_w/SAR_w of 10 dS m^?1/20 mol^0.5 l^?0.5 at tensions of 0.2 and 0.15 m, and with 10 dS m^?1/10 mol^0.5 l^?0.5 at other tensions. Changes in K(ψ) due to the application of EC_w and SAR_w decreased as applied tension increased. Analysis indicated that 13.7 and 86.3% of water flow corresponded to soil pore diameters <1.5 and >1.5 μm, respectively, confirming that macropores are dominant in the studied soil. The findings indicated that use of saline waters with an EC of <10 dS m^?1 can improve soil hydraulic properties in such soils. Irrigation waters with SAR_w < 20 mol^0.5 l^?0.5 may not adversely affect hydraulic attributes at early time; although higher SAR_w may negatively affect them.     

基于分形理论模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线

崩岗是我国南方花岗岩地区特殊的土壤侵蚀现象,给山区经济造成了严重的影响.为了探索南方花岗岩地区崩岗侵蚀剖面的水分特性,明确水分与崩岗发育的关系,本研究采用野外调查采样与室内分析的方法,运用土壤粒径分形理论,并结合Brooks and Corey模型,模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线.选择通城县花岗岩崩岗剖面5个层次(表土层、红土层、过渡层、砂土层和碎屑层)采集土样,通过对土壤粒径分布和土壤含水量的测定,分析分形维数与土壤粒径之间的关系.同时,应用土壤粒径分形理论,模拟土壤水分特征曲线,基于估算结果与实测结果的比较,探讨分形方法估算土壤水分特征曲线的可行性.结果表明:崩岗剖面土壤黏粒质量分数越大,土壤粒径分维值越大;土壤粒径分维值越大,土壤水分特征曲线的分维值则越大,两者之间线性关系较好;运用分形理论,模拟土壤水分特征曲线的预测值与实测值具有良好的一致性,模拟结果的精度随土层的深度增加而增加,模拟效果以土壤黏粒和粉粒质量分数较少、砂粒质量分数较多的土壤效果较好.研究结果为花岗岩崩岗机理的探索奠定了基础,对崩岗水分的研究具有指导意义.     

扩散率与吸水率关系的解析方法

A simple method was developed to relate soil sorptivity to hydraulic diffusivity and water absorption experiments were conducted utilizing one-dimensional horizontal soil columns to validate the relationship. In addition, an estimation method for hydraulic diffusivity with disc infiltrometer was developed. The results indicated a favorable fit of the theoretical relation to the experimental data. Also, the experiment with disc infiltrometer for estimating the diffusivity showed that the new method was feasible.     

赣县崩岗洪积扇土壤肥力的空间分异规律

崩岗侵蚀是南方花岗岩地区最严重的侵蚀方式,已成为我国一种严重的环境地质灾害,尤其是崩岗侵蚀产生的大量洪积物沉积在农田中,造成洪积扇农田沙化。以赣县田村镇崩岗洪积扇为研究对象,采集扇顶到扇缘不同区域的土样,研究该地区崩岗洪积扇土壤颗粒组成及土壤肥力的分异规律。结果表明:崩岗洪积扇土壤理化性质在空间分布上具有明显的分异规律。由扇顶到扇缘,土壤砾石和砂粒质量分数均逐渐减少,粉粒和黏粒质量分数则逐渐增加,土壤肥力也随之呈显著增加趋势。利用Pearson相关系数分析显示,土壤肥力与土壤砾石和砂粒质量分数呈显著负相关,而土壤肥力与粉粒和黏粒质量分数呈显著正相关。采用修正的内梅罗综合指数法对洪积扇土壤进行肥力评价发现,土壤肥力沿扇顶到扇缘逐渐增加,相比于扇顶土壤,扇中、扇缘土壤肥力等级系数分别增加了119.31%和157.93%。研究崩岗洪积扇土壤肥力分异规律有利于农业用地规划,对崩岗洪积扇土壤改良和提高农业经济效益有重要意义。     

花岗岩剖面土壤崩解特性与初始含水率的关系

土壤的崩解特性是南方红土区土壤侵蚀的重要指标,也是开展水土保持工作的重要依据.作者选择花岗岩发育的2个土壤剖面,分别采集淋溶层、淀积层、过渡层和母质层原状土壤样品.利用崩解仪进行崩解实验,测定剖面不同层次土壤崩解特性与初始含水率的关系.结果表明:在不同的初始含水率条件下,土壤崩解特性均表现为淋溶层和淀积层土壤崩解缓慢,过渡层和母质层崩解迅速;初始含水率的递变,对淋溶层和淀积层土壤达到崩解完全所需用时影响较大,对过渡层和母质层土壤影响较小;随着初始含水率的减小,淋溶层和淀积层的最大崩解量逐渐增加,风干状态时可趋于完全崩解;过渡层和母质层均可全部达到完全崩解,初始含水率对其影响较小.研究结果可为治理南方崩岗水土流失提供依据,也为探索崩岗的发生机制提供参考.     

盘式吸渗仪测定土壤导水率的两种新方法

应用盘式吸渗仪测定田间土壤导水率具有快速简单的优点，但是测定结果的计算处理比较繁琐，寻求简单的计算方法是广泛应用盘式吸渗仪的关键问题。该文改变盘式吸渗仪测定土壤导水率的三维入渗过程为一维入渗过程，简化了测定结果的计算处理。结果显示：两种不同的一维入渗过程达到的稳定入渗率和导水率之间有很好的线性关系，但是三维过程计算的导水率大于一维过程。双套盘吸渗仪一维过程计算导水率与稳定入渗率一致性较好，但是和三维稳态、瞬态方法计算结果之间差异明显，因此在应用这些方法时需要适当调整参数，建议使用双套盘吸渗仪快速测定田间土壤导水率。     

基于遗传算法的土壤水分运动参数识别

土壤水分运动参数的识别是研究土壤水分运动的基础。该文以反映土壤含水率实测值和计算值吻合程度的均方差最小为优化目标,以土壤导水率和扩散率经验参数上下限为约束条件,建立了土壤水分运动参数识别的优化计算模型。采用遗传算法和田间均质土壤一维非饱和运动数值计算相结合的方法,获得土壤导水率和扩散率经验参数最优值。经验证计算,土壤含水率实测值和计算值吻合程度较高,表明这一方法是可行的。     

Effect of biochar application rate on soil physical and hydraulic properties of a sandy loam

Biochar is used as a soil amendment for improving soil quality and enhancing carbon sequestration. In this study, a loamy sand soil was amended at different rates (0%, 25%, 50%, 75%, and 100% v/v) of biochar, and its physical and hydraulic properties were analyzed, including particle density, bulk density, porosity, infiltration, saturated hydraulic conductivity, and volumetric water content. The wilting rate of tomato (Solanum lycopersicum) grown in soil amended with various levels of biochar was evaluated on a scale of 0–10. Statistical analyses were conducted using linear regression. The results showed that bulk density decreased linearly (R² = 0.997) from 1.325 to 0.363 g cm^?3 while the particle density decreased (R² = 0.915) from 2.65 to 1.60 g cm^?3 with increased biochar amendment, with porosity increasing (R² = 0.994) from 0.500 to 0.773 cm³ cm^?3. The mean volumetric water content ranged from 3.90 to 14.00 cm³ cm^?3, while the wilting rate of tomato ranged from 4.67 to 9.50, respectively, for the non-amended soil and 100% biochar-amended soil. These results strongly suggest positive improvement of soil physical and hydraulic properties following addition of biochar amendment.     

滨海盐渍土原土滴灌水盐调控对土壤水力性质的影响

为研究滨海盐渍土滴灌原土水盐调控不同处理对土壤导水率(K)、土壤孔隙大小分布常数(Gardnerα)、土壤孔隙对水流贡献率等水力性质的影响,在滨海盐渍土上进行滤层及基质势(-5、-10、-15、-20、-25kPa)处理的原土水盐调控试验。用圆盘入渗仪在-15、-6、-3、0cm4个连续增大的负压下进行入渗测定,并计算不同负压下导水率、土壤孔隙大小分布常数、孔隙级别对水流的贡献率。结果表明:经原土水盐调控后,各处理的饱和导水率、土壤孔隙大小分布常数较对照增大,在-6和-15cm水头下的导水率较对照减少,在-3cm水头下的导水率无明显变化规律。滤层处理下土壤的饱和导水率、-6cm水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数较无滤层处理有显著提高;各处理土壤大孔隙对水流的贡献率大于对照处理,中等孔隙2及小孔隙对水流的贡献率小于对照处理。滤层处理是不同级别土壤孔隙对水流贡献率大小的主要影响因素,其中滤层的土壤大孔隙、中等孔隙1对水流的贡献率显著高于无滤层。可见,经原土水盐调控后,土壤饱和导水率、-6cm水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数明显增加,土壤大孔隙增加,小孔隙减少,土壤结构得到改善。     

利用自由点源入渗法测定土壤导水参数的室内试验

土壤水分运动过程模拟计算的准确性取决于土壤水分运动参数的精度,因此正确确定土壤水力参数成为一项重要任务。自由点源入渗方法是依据稳定点源入渗公式发展而来,其准确性缺乏验证。该文通过试验资料,对该方法进行了评估,结果显示该方法可以用于土壤水力参数的确定。