干湿交替对红河干旱河谷区土壤优先流形成特征的影响

为明确干旱河谷气候区干湿交替作用对土壤优先流形成的影响,本研究以红河干旱河谷区的荒草地为对象,通过模拟干湿交替的方法,基于染色示踪和水分穿透曲线试验并利用图像处理技术,对比分析模拟前后土壤优先流特征的差异性规律。结果表明: 模拟干湿交替条件下基质流发生区在0~10 cm土层,染色深度高达35 cm,其优先路径的水平宽度仅为3～10 cm,且染色面积曲线波动小。模拟干湿交替条件导致土壤稳定出流速率、大孔隙数量和大孔隙率明显增加,在0~20 cm土层,实施干湿交替后的土壤稳定出流速率较非干湿交替条件高约0.27 cm³·s^-1,染色区的大孔隙数量增加约1.4倍,大孔隙率则高13.4%。大孔隙数量与稳定出流速率呈极显著正相关,模拟干湿交替后大孔隙数量从大到小依次为: 0.6～0.8 mm＞0.8～1.0 mm＞1.0～1.5 mm＞1.5～2.0 mm＞2.0～3.7 mm,非干湿交替条件下为: 0.8～1.0 mm＞0.6～0.8 mm＞1.0～1.5 mm＞2.0～3.7 mm＞1.5～2.0 mm。各孔径范围的大孔隙数量与染色面积比呈极显著相关关系,经过模拟干湿交替处理后,其相关性增大,且影响优先流发生的主导因素由孔径1.5～2.0 mm的大孔隙数量变为孔径0.8～1.0 mm的大孔隙数量。干湿交替作用会通过影响大孔隙特征进而导致土壤更易发生优先流且程度增强。     

三峡库区森林土壤大孔隙特征及对饱和导水率的影响

土壤大孔隙是土体内孔径较大能优先传导水分的根孔、洞穴或裂隙,大孔隙内优先流的产生是土壤水分运动研究由均衡走向非均衡的标志。利用原状土柱的水分穿透试验,对三峡库区山地不同林型覆盖下土壤的大孔隙结构进行了研究,分析了温性阔叶林棕壤、针阔混交林黄棕壤、暖性针叶林黄壤及弃耕草地剖面内大孔隙的剖面分布特征及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:研究区内森林土壤的大孔隙当量孔径在0.3—3 mm之间,占土壤总体积的0.15%—4.72%。大孔隙中孔径0.3—0.6 mm的大孔隙密度最大,占大孔隙总数量的72.2%—90.4%;而孔径1 mm的孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%。土壤大孔隙密度和大孔隙面积比的顺序为:温性阔叶林棕壤针阔混交林黄棕壤针叶林黄壤弃耕坡地。各孔径段的大孔隙密度在不同样点均呈现A层-B层-C层逐渐减小的趋势,大孔隙密度与有机质含量呈显著正相关关系。土壤饱和导水率与不同孔径大孔隙的密度、面积比均成显著正相关关系,孔径1mm的大孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%,但决定了饱和导水率84.7%的变异。此外,森林土壤饱和导水率与各土壤层的有机质含量成显著正相关关系,有机质的增多有利于改善土壤的入渗性能。     

植被发育玄武岩斜坡土体大孔隙尺寸及其主要影响因素

极端异常气候诱发植被发育斜坡发生滑坡灾害的数量逐年攀升,土体大孔隙产生的优先流对其有重要影响.本文结合水分穿透曲线和Poiseulle方程对马卡山植被发育玄武岩斜坡土体大孔隙的半径范围、数量、平均体积进行估算,分析了该区土体大孔隙分布情况及其主要影响因素.结果表明：研究区域主要植被下土体大孔隙半径在0.3~1.8 mm,主要集中在0.5~1.2 mm,1.4~1.8 mm的大半径孔隙相对较少, 而＜1.4 mm的小半径孔隙较多.随着剖面发育,大孔隙表现为上部土层多、下部土层少的特点.大孔隙平均体积决定了稳定出流速率84.7%的变异.在影响大孔隙平均体积大小的诸多因素中,植被根系质量密度与其呈线性关系,相关系数为0.70,土壤有机质含量与其呈线性关系,相关系数为0.64.     

典型黑土耕地土壤优先流环绕特征

以典型黑土耕地土壤为研究对象,采用双环入渗仪和染色示踪技术相结合的方法,通过对图片的判读,测定与分析了染色宽度、横纵剖面染色百分比和田间最大染色深度,以研究典型黑土耕地土壤的水分运移形式及其分布特征.结果表明:在0～15cm土层范围内,水分的运移以基质流为主;15～20cm范围内,有侧向入渗发生,平均染色宽度和染色百分比均在此层达到最大值,分别为23cm和20.73%;20～67cm范围内,水分的运移则以大孔隙流为主,优先路径主要是裂缝和大孔隙,其中,20～35cm范围内的大量裂缝使优先流表现出明显的环绕特征;而在40～67cm范围内,优先路径的形成则以连通性良好的大孔隙为主.由于裂缝和大孔隙2种优先路径的存在,使水分在土壤中的运移速度增加了4.5倍,这不仅可能造成水分损失,而且可能加速农药迁移造成地下水污染.建议在黑土区土壤的耕作和经营过程中,应当减少和消除这些优先路径.     

岷江上游森林土壤大孔隙特征及其对水分出流速率的影响

大孔隙是森林土壤中常见的现象 ,对土壤壤中流的产生有重要的影响。但由于大孔隙研究方法的不成熟 ,各种方法得到的大孔隙半径范围并不一致。一般认为田间持水量和饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙 ,利用水分穿透曲线和 Poiseuille方程研究了岷江上游不同植被下土壤的大孔隙状况 ,这种方法一方面与传统的研究方法相衔接 ,另一方面所得到的大孔隙与土壤水分运动有关 ,反映了土壤大孔隙的研究目的 ,因而是一种相对合理的研究方法。岷江上游几种主要植被下土壤大孔隙半径主要集中于 0 .3～ 2 .4 mm之间 ,平均在 0 .4 8～ 1.17mm之间 ,均值为 0 .84 mm,均方差为 0 .2 2 6 ;且随着剖面的发育表现出上部土层多 ,下部土层少的特点。同时 ,半径在 2 .4～ 1.4 m m之间的特大孔隙较少 ,<1.0 m m的小孔隙较多。大孔隙的平均半径对于水分出流速率有重要的影响 ,特别是半径 >1.4 mm的孔隙数量影响最大 ,虽然其数量仅占大孔隙数量的 5 %以下 ,但决定了稳定出流速率 70 %的变异。大孔隙所占过水断面的最高比例为 2 1.2 2 % ,最低为 2 .6 % ;在大孔隙所占过水断面的比例小于 2 0 %的条件下 ,稳定出流速率随大孔隙的增多而增大     

长白山北坡两种类型森林土壤的大孔隙特征

运用亮蓝溶液染色示踪法和图像分析技术,对长白山北坡棕色针叶林土和暗棕色森林土大孔隙特征及分布进行研究,探讨影响2种类型土壤大孔隙形成的因素．结果表明：由水平剖面染色面积随土层深度的变化情况,可间接得出大孔隙在垂直土壤剖面上的变化规律;随着土层深度的增加,2种土壤的染色面积均呈减少趋势;在24h内,棕色针叶林土较暗棕色森林土大孔隙流的运移深度多10～20cm,且其大孔隙流路径多,相同面积上,前者达6条,后者只有1条;大孔隙流的存在可以使水分在土壤中的运移速度增加2～3倍;生物因素是2种土壤大孔隙形成的主要因素,由土壤动物运动形成的大孔隙数量较多,直径多为2～4mm．     

连栽桉树人工林土壤大孔隙特征及其对饱和导水率的影响

速生人工林多代连栽容易导致土地水源涵养能力下降。土壤大孔隙以优先流的形式补充地下水,是定量研究土壤水分运动的重要指标。以连栽1-4代桉树人工纯林为研究对象（记录为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）,采用水分穿透曲线法,绘制水分穿透曲线,结合Poiseulle方程计算出大孔隙数量、半径及饱和导水率等指标,对土壤大孔隙特征及其对饱和导水率的影响进行研究。结果表明：（1）桉树人工林土壤的出流速率总体表现先匀速增加后趋于稳定,稳定出流速率总体表现为I > II > III > IV。（2）大孔隙半径范围在0.3-1.5 mm,主要集中于0.4-0.6 mm,随土层深度增加显著减小（P<0.05）。大孔隙数量范围在3.56×10⁴-4.81×10⁵个/m²。随着连栽代次的增加,大孔隙孔径范围变小,同一孔径范围的大孔隙数量减少。土壤容重与大孔隙特征呈极显著负相关关系;有机质含量与大孔隙特征呈极显著正相关关系。（3）各样地土壤饱和导水率范围在0.41-4.50 mm/min,并随着连栽代次增加而降低。将大孔隙的总数量、平均体积与土壤饱和导水率进行线性拟合,拟合方程为：y=ax+b=,（R²>0.66）。综上,随着桉树人工林连栽代次的增加,土壤大孔隙孔径范围缩小、同等半径的大孔隙数量减少,饱和导水率降低,土壤入渗及导水性能减弱,容易造成水土流失。     

宁夏荒漠草原不同林龄人工柠条林地土壤优先流研究

土壤优先流作为土壤中常见的水分流动方式,会造成土壤水分流失、地下水污染及坡面土体稳定性降低等问题。以位于宁夏盐池县的典型荒漠草原为研究区域,通过土壤水分入渗染色法、CT扫描法、图像处理技术相结合的分析方式,选取人工营造9、14、24、35年的柠条灌丛林地,以空白草地作为对照,探究不同恢复年限人工柠条林土壤优先流特征及其与土壤大孔隙与根系的关系。结果表明：(1)不同林龄柠条林地土壤优先流特征及大孔隙度具有显著差异,表现为随着种植年份的增加,土壤大孔隙度逐渐升高,土壤入渗染色深度随之加深,同时染色面积比随着柠条林林龄的增加而增大。(2)土壤基质流深度表现为随着种植年份的增加而增大,人工柠条林地的土壤优先流程度显著高于草地。(3)随着人工柠条林龄的增加,土壤根系数量增加,而灌丛生长发育过程中的根系活动使得灌丛林地土壤具有更多迂曲度低、连通性强的大孔隙,这些大孔隙是导致土壤水分优先迁移的主要因素。因此,植物根系和土壤大孔隙变化是影响荒漠草原人工柠条恢复过程中土壤水分分布的关键因素,合理配置人工林以改善根系及土壤结构特征,或可有效提高荒漠草原地区的土壤水分利用效率。     

金沙江干热河谷典型林草地植物根系对土壤优先流的影响

为了明确土壤优先流形态特征以及植物根系对其形成的影响,以金沙江干热河谷元谋县苴那小流域典型植被类型银合欢人工林地和扭黄茅荒草地为研究对象,基于染色示踪法并结合Photoshop CS5和Image-Pro Plus 6.0图像处理技术,分析了2种植被下的土壤优先流形态特征和分布特征,并探究了植物根系对其的影响。结果表明: 林地和荒草地的土壤优先流染色面积具有明显差异,林地染色面积比总体随土壤深度的增加而减小,但部分地方表现出增大现象;荒草地染色面积比随土壤深度增加呈单调递减,林地优先流发生程度高于荒草地。根系对优先流的形成具有重要影响,根径0≤d≤5 mm和d>10 mm范围内,林地根长密度随着土层深度的增加呈单调递减趋势,5 mm<d≤10 mm根系根长密度在30～40 cm土层出现较大波动;荒草地各级根系根长密度均与土壤深度呈负相关关系。林地染色面积比与3 mm<d≤5 mm根径范围内的根长密度呈极显著相关,荒草地染色面积比与d≤3 mm范围的根长密度呈极显著相关;2种地类染色面积比均与1 mm<d≤3 mm范围的根重密度及d≤1 mm的根表面积呈极显著相关,与d>5 mm根径的根长密度、根重密度、根表面积的相关性不显著。研究区2种地类的土壤优先流染色面积总体变化趋势为随土壤深度的增加而减小,植物根系与土壤优先流的形成关系密切,其中,细根能显著促进土壤优先流的形成,粗根对优先流的形成具有局限性。     

六盘山典型植被下土壤大孔隙特征

利用水分穿透曲线法和Poiseuille方程研究了六盘山8种典型植被类型下土壤大孔隙的半径与密度特征.结果表明:研究区典型植被下土壤大孔隙半径在0.4~2.3 mm,加权平均半径为0.57~1.21 mm,平均值为0.89 mm;大孔隙密度变化范围为57~1117个.dm-2,平均408个.dm-2;半径>1.4 mm的大孔隙密度较小,其数量仅占大孔隙总数量的6.86%;大孔隙面积与土柱水分出流面积的百分比(简称土壤大孔隙面积比)介于0.76%~31.26%,平均为10.82%.研究区土壤大孔隙密度为阔叶林大于针叶林,亚高山草甸与阔叶林相当,灌丛与针叶林相当;土壤大孔隙面积比为阔叶林高于针叶林,灌丛与阔叶林相当,亚高山草甸与针叶林相当.     

黄土塬区苹果园降雨入渗机制

选取长武黄土塬区20年树龄苹果园,使用4 g·L^-1亮蓝溶液(Brilliant Blue FCF)进行染色示踪试验,分别采用喷洒、倾倒和树干径流模拟3种方式模拟雨量为50 mm的正常降雨入渗、雨量为50 mm的极端性暴雨入渗和树干径流方式的雨水入渗(18 L树干径流量).结果表明: 喷洒方式下染色平均深度为0.28 m,深度较浅,均匀入渗比平均值超过0.65,中位数超过0.7,说明水分入渗过程中均匀部分所占比重较大,活塞流是黄土塬区苹果园降雨入渗的主要机制;倾倒方式下染色平均深度为0.53 m,最大深度为0.59 m,深度较浅,表明在极端暴雨、激活大孔隙等优先路径的条件下,雨水很难短时间补给深层土壤水;树干径流模拟方式下染色最大深度为0.46 m,深度也较浅,表明雨水较难通过树干径流的方式沿着根系补给深层土壤水.活根系与腐烂根系染色比较分析发现,活根系(≥2 mm)不具有良好的导水能力,而腐烂根系(≥2 mm)形成的入渗通道则具有更好的导水能力.在土壤表层果树根系以水平根系为主,当表层根系腐烂时可能发生横向优先流,从而阻碍雨水对深层土壤水的补给.在黄土塬区苹果园,活塞流是深层土壤水降雨补给的主要机制,大孔隙和腐烂垂直根系等通道可能作为雨水补给深层土壤水的途径.     

秦岭火地塘林区土壤大孔隙分布特征及对导水性能的影响

大孔隙广泛分布于森林土壤中,是定量研究与土壤水分运动有关的重要因素,其研究可深化森林涵养水源机理的认识。基于田间持水量到饱和含水量之间的土壤孔隙作为大孔隙的标准,利用土壤水分穿透曲线和Poiseulle方程研究了秦岭火地塘林区森林土壤大孔隙分布特征及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明,林区土壤大孔隙当量孔径主要分布在0.3—3.8 mm之间;当量孔径1.5 mm的大孔隙密度较小,其数量仅占大孔隙总数量的5.37%;各当量孔径的大孔隙密度随土层分布基本呈现为上层大、下层小的特点,且垂直分布差异显著,其与有机质含量分布有极显著的相关性。0—60 cm土层大孔隙平均面积比顺序为:针阔混交林油松林落叶阔叶林华山松林。不同当量孔径的大孔隙密度与饱和导水率呈显著正相关关系,当量孔径大于1.5 mm的大孔隙密度决定了饱和导水率84%的变异;大孔隙率平均在1.6%—13.3%之间,当其小于5%时,饱和导水率随着大孔隙率增大而增大。     

长白山主要类型森林土壤大孔隙数量与垂直分布规律

利用张力入渗仪测量和计算了长白山自然保护区中4种主要类型土壤(暗棕色森林土、棕色针叶林土、山地生草森林土和山地苔原土)中半径范围分别在≥0.5mm、0.25～0.5mm和0.1～0.25mm的大孔隙数量与分布,并探讨了大孔隙的存在对土壤饱和渗水量的影响.结果表明:暗棕色森林土中大孔隙数量随土壤深度的增加而减少,自地表向下至40cm以内土层的变化较快,在40cm以下土层内的变化较慢;棕色针叶林土和山地苔原土中大孔隙数量随土壤深度的增加而增加;山地生草森林土中大孔隙数量随土壤深度的变化不大.大孔隙占土壤体积的比例虽然很小,却对土壤饱和渗水量的传导起到了重要作用.     

广西岩溶区稻田土壤优先路径的空间分布

田间土壤优先路径空间分布影响优先流的发生和运动。通过野外土壤染色示踪试验,利用形态学图像解析技术,并结合群落生态学分析方法,对广西岩溶区秸秆覆盖(CM)和非覆盖(CK)下的水稻田进行土壤优先路径空间分布研究。结果表明: 在相同的外部供水状况下,随土壤深度的增加,秸秆覆盖水稻田的土壤水平染色由整体分布向团块状聚集分布转变;非秸秆覆盖水稻田以枝状染色为主,其平均染色斑块形状系数为21.69,染色形态规则,是秸秆覆盖水稻田的1.04倍。秸秆覆盖与非覆盖水稻田的土壤优先路径均呈聚集分布,秸秆覆盖水稻田内优先路径的Morisita指数为1.28,且田间优先路径以影响半径＜1.0 mm为主(重要值0.31),非秸秆覆盖水稻田内影响半径＜1.0 mm的优先路径重要值为0.28。秸秆覆盖影响稻田土壤优先路径,有助于改善田间作物的水肥利用状况。