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。     

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.     

黄土高原六道沟流域不同土地利用方式下土壤水力特性及其对土壤水分的影响

采用地统计学中交互相关系数方法,对黄土高原六道沟流域农田、荒草地、林地、苜蓿地4种土地类型土壤剖面水力特性及其对水分分布的影响进行了分析.结果表明：研究区农田与荒草地的土壤特性相似,苜蓿地与林地相似;相同吸力条件下,土壤水分以农田最大、林地最小,而饱和导水率则相反;除土壤水分消耗期的林地和苜蓿地土壤水分随土层深度增加呈上升趋势外,其他时期各土地利用方式下土壤水分均随土层深度的增加而降低.土壤剖面饱和导水率与土壤含水量之间的影响程度依土壤水分条件而异：水分补偿期,剖面土壤饱和导水率对滞后其空间距离0～40 cm土层内的土壤含水量具有显著影响,而土壤水分含量对饱和导水率的影响范围为0～50 cm;水分稳定期,饱和导水率与土壤含水量的相互影响范围均在0～60 cm;水分补偿期和稳定期,二者之间为正相关;土壤水分消耗期,农田和荒草地饱和导水率与水分含量呈正相关,饱和导水率对土壤水分含量的影响范围在滞后其空间范围0～80 cm土层内,而土壤水分含量对饱和导水率的影响范围在0～60 cm内,林地和苜蓿地则呈负相关,相互影响范围均在0～60 cm土层内.     

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。     

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。     

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。     

子午岭植被恢复对土壤饱和导水率的影响

通过对子午岭林区不同植被的土壤性质进行实验室测定和野外调查,对饱和土壤水分运动的重要参数之一土壤饱和导水率(Ks)及其相关因子进行了多元分析和通径分析,揭示了植被恢复提高土壤水分传输性能的机理,主要结论如下:土壤有机质是子午岭林区九种植被下土壤饱和导水率提高的主要驱动因子.不同植被下的土壤饱和导水率均随深度的增加而迅速降低,尽管草地和先锋草地在5～10cm深度有一强透水层.土壤饱和导水率在剖面上的平均值,从辽东栎、早期森林、灌丛、先锋草地、弃耕地到草地依次降低.灌丛与草地、弃耕地的差异达到显著水平,辽东栎顶级群落的饱和导水率最高,植被的恢复明显提高了土壤饱和导水率.土壤容重、毛管孔隙度、>0.25mm团聚体含量及粘粒含量直接影响土壤饱和导水率.土壤有机质含量的提高能够改善容重、毛管孔隙度、团聚体含量等物理性质.     

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     

喀斯特坡面表层土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征

表层土壤水分物理性质对深层土壤水分的动态变化具有重要的作用,研究其空间变化特征有助于深入理解坡地降雨入渗及产流规律,实现土壤水资源的合理利用.基于网格(10m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛坡地90 m×120 m(投影长)表层(0~10 cm)土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征.结果表明:研究区土壤含水量、容重和饱和导水率均具有明显的空间依赖性和空间结构.土壤水分含量半变异函数用高斯模型模拟较好,土壤容重与饱和导水率用指数模型拟合较好.土壤含水量表现为强烈的空间自相关性,土壤容重和导水率表现为中等的空间自相关性.土壤含水量与饱和导水率空间连续性的尺度范围较小,而土壤容重空间连续性的尺度范围较大.总体上土壤含水量沿坡向下呈递增趋势,土壤容重呈递减趋势,而土壤饱和导水率沿坡面没有明显变化规律,斑块小而多,表现为高异质性.土壤含水量与土壤容重、饱和导水率均呈极显著负相关,而土壤容重与饱和导水率之间没有明显的相关性.     

黄土塬区土地利用方式对土壤大孔隙特征的影响

土壤导水率及大孔隙数量是决定降雨-入渗的重要参数,对模拟土壤水分及溶质运移、建立流域水文模型具有重要意义.为确定黄土区土地利用方式对土壤大孔隙特征的影响,本文通过Hood入渗仪及土壤水分特征曲线,比较了该区刺槐林地、草地、小麦地、苹果林地土壤导水率、大孔隙度和大孔隙连通性的差异.结果表明: 研究区刺槐林地、草地、小麦地、苹果林地的平均饱和导水率分别为58.60×10^-6、54.90×10^-6、35.30×10^-6、23.40×10^-6 m·s^-1,存在显著性差异.不同土地利用方式下的单位面积有效大孔隙数目、大孔隙度及大孔隙连通性均依次为:刺槐林地≈草地>小麦地>苹果林地.植被恢复通过植物根系穿插、土壤动物活动等形成大孔隙,可显著提高土壤入渗性能.黄土区应坚持林草植被恢复措施.     

The relation between runoff generation and temporal stability of soil macropores in a fine sandy loam

During rainfall events, macropores are generally considered to play a dominant role in infiltration after matrix ponding has occurred. Once ponding has been initiated on the soil matrix, surface runoff may be generated at rainfall intensities less than the saturated hydraulic conductivity of the soil. The amount of runoff will depend on detention storage and how efficiently the surface flow is captured by soil macropores. The efficiency of surface water removal by macropores is diminished if surface vents become clogged sealed by washed-in sediment during the runoff event. Post-event opening of surface vents by the animals that created them can remove evidence of the sealing process and so it is particularly important to examine the temporal stability of the soil surface during rainfall events. In this paper evidence of macropore clogging and post-event clearing of the surface vents is presented. A fine sandy loam passed through a 2 mm diameter sieve was packed into two boxes, each with a surface area of 0.5 m². The boxes were irrigated at 28 mm h⁻¹ using a low energy rainfall sprinkler. This application rate exceeded the saturated hydraulic conductivity of the soil matrix. After measuring runoff and infiltration from the boxes, one box was held as a control and the second was inoculated with earthworms. After four weeks the inoculated box had a burrow density at the soil surface of 380 m⁻², with an average diameter of 5 mm. Macropore sealing occurred immediately after ponding and runoff from the macroporous soil was only 10.7% less than a control with no macropores. Within 24 h after cessation of simulated rainfall the earthworms had cleared washed in material from over 95% of burrow vents. Time to matrix ponding was well predicted using hydraulic parameters characteristic of the soil matrix, indicating that matrix sealing was not significant under the experimental conditions.     

土壤大孔隙及其研究方法

阐述了土壤大孔隙的定义、孔径划分类型及其成因,比较了各种研究方法的适用性和局限性,土壤大孔隙是可以提供优先水流路径的孔隙,其孔径大小为＞0.03mm。大孔隙形状具有多样性,既有形状不规则的袭隙和裂疑,也有近似圆柱状的管道。土壤动物对土壤的挖掘作用,植物根系在土壤中的穿插作用,冻融和干湿交替过程及化学过程是产生大孔隙的主要原因,大也民隙的研究方法分为直接观测法和间接描述法,并各有其适用性和局限性,土壤大孔隙研究的最终目的是调控它,为减少地下水污染、控制养分和水分的流失提供一条新途径。     

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．     

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.