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     

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.     

六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响

石砾广泛分布于山地林区的土壤中,它对土壤的大孔隙及水分运动特征具有重要影响,是还较少研究的与森林水文过程有关的重要因素。基于对田间持水量与饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙的定义,在宁夏六盘山南侧香水河小流域调查分析了典型植被样地土壤的石砾体积含量和大孔隙特征（半径、密度、面积比）及其之间的关系,并评价了它们对水分出流速率的影响。结果表明,土壤大孔隙的平均半径和密度都对水分出流速率影响显著,特别是半径〉1．4mm的大孔隙密度的影响格外显著,虽然其密度仅占大孔隙总密度的6．86％,但可解释稳定出流速率变异的67．4％;作为综合反映大孔隙半径与密度的参数,土壤断面的大孔隙面积比能更好地解释稳定出流率变化,稳定出流速率随大孔隙面积比增大而线性增加,线性回归关系式的确定系数高达0．8361。石砾含量与稳定出流速率的关系比较复杂,在0～60cm土层内,石砾含量〈15％时,稳定出流速率随石砾含量增大而增加,之后转而减少;但在60～80cm土层,则呈相反的变化趋势。石砾含量增加能导致土壤大孔隙半径增大,特别是半径大于1．4mm的较大大孔隙的密度增大,但对较小半径的大孔隙密度影响较弱,说明石砾在一定程度上通过影响土壤大孔隙的半径和密度特征来影响土壤水分出流速率。土壤稳定出流速率随土层深度而变化,在作为主根系层的0～60cm土层随土壤加深而降低,在〉60cm土层则随土壤加深而提高,这是因为土壤大孔隙和稳定出流速率在主根系层更多地受植物改良土壤作用影响,在深层土壤则更多地受石砾含量增加的影响。     

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.     

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。     

四面山阔叶林土壤大孔隙特征与优先流的关系

为研究土壤大孔隙数量、分布特征与优先流发生之间的关系,在使用亮蓝染色法划分林地优先流发生区域基础上,利用穿透曲线理论方法,对重庆四面山典型亚热带阔叶林土壤剖面染色和未染色区域内的土壤大孔隙进行了量化分析.结果表明：研究林地土壤剖面内大孔隙半径多在0.3～3.0 mm,大孔隙率为6.3%～10.5%,随着土壤深度的增加,大孔隙呈现出聚集态的分布特征.各孔径范围内,染色区域的土壤大孔隙数量较未染色区域高出约1个数量级.半径＞0.3 mm,尤其是半径＞1.5 mm的大孔隙数量,是影响林地优先流发生的主要通道.森林土壤0.3～3.0 mm孔径范围内,大孔隙数量与其对应的土壤水分稳定出流速率呈显著的正相关关系,其中在0.7～1.5 mm和1.5～3.0 mm孔径范围内大孔隙数量与稳定出流速率相关程度最大,相关系数分别为0.842和0.879.发生优先流的染色区内大孔隙联通状况优于未染色区,两区中1.5～3.0 mm孔径范围内的联通大孔隙数量差异最大,相差78.3%.染色区内大孔隙数量随土壤深度的增加逐渐减少,“漏斗”状的孔隙分布特征可以形成有效的水压梯度,有利于水分优先运移.     

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。     

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．     

黄土塬沟壑区典型植被沟头土壤渗透性和抗剪强度特征

沟头是沟蚀的主要活跃部位,严重影响沟头溯源侵蚀发生。为明确典型植被沟头根系分布及土壤物理和力学特征,本研究以自然植被恢复沟头和人工植被恢复沟头为对象,分析0～1 m不同土层土壤入渗、根系分布以及根-土复合体物理和力学性质特征。结果表明：不同植被沟头土壤容重和总孔隙变异较小,容重在1.10～1.37 g·cm^-3,土壤总孔隙在48.3%～58.4%;各入渗指标总体随土层增加呈减小趋势,自然植被恢复沟头不同土层入渗速率在20～30 min趋于稳定,人工植被恢复沟头在40 min趋于稳定,人工植被恢复沟头的稳定入渗速率、平均入渗速率总体大于自然植被恢复沟头;根长密度、根表面积密度、平均直径均随土层的增加呈降低趋势,除20～40 cm土层,自然植被恢复沟头的根长密度、根表面积密度、平均直径皆小于人工植被恢复沟头,两种植被沟头根系主要由0～0.5 mm根系构成,占总根长的84.2%～93.6%;在垂直深度上,随着含水率的增加,黏聚力随土层由上至下迅速线性衰减,变化范围为0.42～22.67 kPa,在相同含水率条件下,人工植被恢复沟头平均黏聚力总体大于自然植被恢复沟头。本研...     

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。     

黄河三角洲典型植被与地下水埋深和土壤盐分的关系

土壤盐分和地下水埋深是影响黄河三角洲植被发育和分布的重要因素.本文通过野外调查与统计分析,研究了黄河三角洲区域典型植被(翅碱蓬 柽柳、刺槐、芦苇和棉花)、地下水埋深、土壤盐分之间的关系.结果表明: 研究区地下水埋深显著影响土壤盐分,平均影响系数为0.327,地下水埋深在0.5～1.5 m的土壤盐渍化最严重;整个研究区内植被发育较差,其中,研究区78%面积的归一化植被指数(NDVI)<0.4,地下水埋深、土壤盐分对天然植被分布有显著影响;土壤盐分对研究区翅碱蓬-柽柳、刺槐、芦苇及棉花NDVI的影响显著,地下水埋深对翅碱蓬-柽柳NDVI的影响显著,对芦苇、棉花、刺槐NDVI的影响不显著.     

极端干旱区增雨加速泡泡刺群落土壤碳排放

以极端干旱区(敦煌)泡泡刺群落为研究对象,采用动态气室法(Li-8100,USA)于2010年5月至9月测定分析了生长季内增雨对泡泡刺群落土壤碳排放量的影响。结果表明:裸地和灌丛在09:00—11:00的碳排放量与全天碳排放量具有线性正相关关系(裸地R2=0.31—0.76,P<0.001;灌丛R2=0.85—0.96,P<0.001)。增雨50%(4 mm)—300%(24 mm)能够加速裸地和灌丛土壤的碳排放,每增雨1 mm,裸地和灌丛土壤的碳排放分别增加0.27和1.12 g/m2。当泡泡刺群落盖度一定时,与对照相比,每增加1 mm降雨,泡泡刺群落土壤碳排放量增加0.69 g/m2。在未来中国西北干旱地区降雨增加背景下,这一研究数据将为进一步估算该区域群落或生态系统碳收支提供可靠的参考数据。     

子午岭林区浅层滑坡侵蚀与植被的关系——以富县“7·21”特大暴雨为例

以2013年陕北富县"7·21"特大暴雨滑坡侵蚀灾害为对象,通过调查暴雨侵蚀区典型小流域植被条件及滑坡特征,测定滑坡壁不同土层的根系重量、土壤孔隙度、土壤容重等指标,研究子午岭林区暴雨滑坡侵蚀与植被根系的关系。根据不同类型植被根系深度和滑坡侵蚀特征(侵蚀深度、滑动面宽度及长度,滑坡体体积、滑动距离等),可将林区暴雨滑坡侵蚀划分为三类:以草本植被为主的A类滑坡,以灌丛植被为主的B类滑坡,以乔本植被为主的C类滑坡。结果表明,三类滑坡侵蚀的侵蚀深度与其对应植被类型的根系深度相近,且植被及其根系会加剧滑坡侵蚀的发生。在此次暴雨滑坡侵蚀中,滑坡侵蚀强度受植物根系重量、土壤孔隙度、土壤容重等因素的共同影响,但根系重量对滑坡侵蚀强度的影响占主导作用,通过建立二者之间的关系式发现,根系对滑坡侵蚀的贡献率超过80%。不同植被类型的滑坡侵蚀深度不同,且滑坡侵蚀强度也存在差异,表明植被根系不仅具有塑造滑坡侵蚀特征的作用,而且会影响滑坡侵蚀的强弱程度。在强降水基础上,特别是当降水量达到诱发滑坡灾害发生的临界值时,植被及其根系会加剧滑坡侵蚀的发生。在今后工作中,要因地制宜合理配置各类植被,同时结合其它措施,以便提高植被防治水土流失的作用,更好地发挥植被的水土保持效益。