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.     

永定河流域官厅水库南岸典型林分土壤饱和导水率研究

为研究永定河流域官厅水库南岸生态水源保护林土壤饱和导水率(K_(fs))的特征,科学评价水源保护林功能,选取水源保护林典型林分与当地成林和非林地作对比,采用方差分析、相关分析和因子分析的方法研究土壤理化性质对饱和导水率的影响并根据因子得分排名探究土壤通透性最好的林分。结果表明:(1)土壤饱和导水率随土层深度增加而减小,水源保护林中混交林的饱和导水率大于纯林接近于成林,侧柏×山杏混交林的饱和导水率最高;(2)因子分析结果表明,影响饱和导水率最主要的因素为饱和含水量、容重和有机质含量;次重要因子为土壤砂粒、粉粒和粘粒含量,土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度对本区域饱和导水率影响不大;(3)综合因子得分排名分析,以侧柏×山杏混交林的土壤通透性最好,油松×山杏混交林次之。目前生态水源保护林对土壤通透性的改善优势明显,造林颇具成效。     

花岗岩崩岗不同部位土壤饱和导水率特征及其影响因素

崩岗是我国南方花岗岩丘陵区普遍存在的水力-重力复合土壤侵蚀现象。为探究崩岗的土壤水力学性质与侵蚀机理的内在联系及其与影响因素之间的关系,选择桂东南活动型、半稳定型和稳定型3种花岗岩崩岗为对象,研究不同部位土壤饱和导水率的空间变化及其影响因素。结果表明:1)崩岗土壤饱和导水率在不同部位呈波动分异,其中崩壁中部为最小值,崩积堆上部为最大值,其次为洪积扇顶端。2)选取Cosby、Compbell、Julià、Hypre 4种土壤饱和导水率传递函数对该区土壤饱和导水率进行拟合,结果预测值与实测值均存在偏差。3)相关性分析表明,土壤饱和导水率与毛管孔隙度、黏粒含量呈极显著负相关关系,与非毛管孔隙和砂粒含量呈极显著正相关关系。4)通径分析表明,砂粒含量为崩岗土壤饱和导水率的主要影响因素,其次为非毛管孔隙度和土壤容重,其中砂粒含量与非毛管孔隙度对土壤饱和导水率呈正效应,容重呈负效应。研究结果可为揭示崩岗侵蚀机理和防治提供理论依据。     

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。     

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。     

冻融条件下生物结皮覆盖对土壤饱和导水率的影响

生物结皮(BSC)是广泛分布的地被物,每逢冬春季节,受冻融交替作用影响,结皮土壤的理化性质和水文学特征明显改变且与裸土差异显著,从而影响该地区土壤可蚀性评估和土壤侵蚀防治。采用室内模拟实验,以蓝藻结皮土壤为对象,研究不同冻融交替次数和初始含水量下,土壤三相对温度变化的响应特征并定量分析结皮覆盖土壤在此条件下饱和导水率(Ks)的变化趋势和突变点。结果表明:初始含水量对Ks无显著影响(P>0.05),冻融交替次数对Ks有极显著影响(P<0.01),冻融条件下裸土的平均Ks为1.941 mm/min,结皮覆盖土壤平均Ks为0.325 mm/min,两者具有极显著差异(P<0.01),且随交替次数增加,Ks差异逐渐增大,并在10次时达到最大值为10.13倍。不同冻融含水量下的结皮土壤的Ks在冻融10—20次时趋近,平均值为0.219mm/min。冻融作用显著改变土壤结构,且在冻融7次时土壤结构变化较明显,冻融过程中<0.1 mm的土壤颗粒显著变化。试验条件下,Ks受因子影响程度大小为:冻融交替次数>土壤结构>结皮厚度>结皮容重>下层土壤容重>...     

橡胶-益智复合林土壤饱和导水率空间分布格局及其影响因子

为深入解析热带地区胶农复合林土壤饱和导水率(K_s)的空间分布特征,及应对橡胶林的土地退化和季节性干旱问题,本研究在云南省勐腊县中国科学院西双版纳热带植物园橡胶-益智(Hevea brasiliensis-Alpinia oxyphylla)复合林建立试验小区(25 m×11 m),随机选取40个小样方,测定K_s、土壤容重、非毛管孔隙度和田间持水量,采用普通克里金插值法、地统计学、通径分析方法解译和分析橡胶-益智复合林土壤饱和导水率的空间分布格局、变异特征及其影响因子。结果表明：益智种植带K_s显著大于橡胶种植带(P<0.01),且K_s随距益智种植带的距离增大而降低;受结构性因素影响,K_s与田间持水量都表现出强烈的空间自相关性(块金系数C₀/(C₀+C)≤25%);K_s与土壤容重呈显著负相关(-0.613,P<0.01),与非毛管孔隙度(0.408,P<0.01)、田间持水量(0.352,P<...     

子午岭植被自然恢复过程中植物多样性的变化

黄土高原地区由于强烈的水土流失生态系统处于极度退化的状态,探讨该地区植被自然恢复演替过程中植物多样性的变化规律,对于指导该地区的人工植被建设具有重要的理论价值与实际意义.以时空互代的方法初步研究了黄土高原子午岭弃耕地植被自然恢复演替过程中植物多样性的变化.结果表明,在近150a的植被恢复演替过程中调查样方内共出现高等植物128种,分属于47科113属,累计出现的科、属、种数(y)随着演替时间(t)的延长呈对数函数变化y=aLn(t)+b,而且在植被恢复的前期增加速度较快,有60%的科属种在前30a出现.杠柳(Periploca sepium)与茶条槭(Acer ginnala)是植被恢复演替过程中出现最早而且持续时间最长的木本植物,具有较宽的生态位,建议作为该地区人工造林树种考虑.在植被恢复演替过程中草本层与灌木层物种丰富度指数(Gleason指数与Margalef指数)、多样性指数(Shannon-Wiener指数)以及Pielou均匀度指数的变化均表现为抛物线函数变化规律y=at2+bt+c.在不同的群落层次植物多样性的变化是不同步的,草本层、灌木层与乔木层植物多样性达到最大的时间依次为70～80a、90～100a与100a以上.森林群落植物多样性在空间上的变化顺序为草本层>灌木层>乔木层.     

子午岭次生植被下土壤蓄水性能及有效性研究

通过土壤水分特征曲线的测定,研究了子午岭北部黄土丘陵区不同次生植被群落类型下土壤蓄水性能及水分有效含量的变化。结果表明：撂荒地的土壤蓄水量最小,草地和灌木地的土壤蓄水量有所提高,增幅为17％～65％,而乔木林地土壤蓄水量最大,分别较撂荒地和草地、灌木地增加明显,其增加幅度分别达68％～79％、41％～50％和15％～20％;土壤田间持水量在0～20cm土层从撂荒地、草地、灌木林地到乔木林地,土壤田问持水量逐步提高,而20～50cm土层则变化不大;土壤有效水含量在两个土层中的变化均随着植被的进展演替呈现增加的趋势。讨论了植被与土壤互动关系中应进一步研究的问题。     

植被恢复对土壤碳氮循环的影响研究进展

植被恢复重建是治理水土流失的主要手段之一,能够有效地促进侵蚀土壤发育、提高土壤肥力、增强土壤微生物活性,进一步影响土壤碳氮循环.因此,植被的恢复重建过程对土壤有机碳库、氮库累积以及温室气体的排放具有一定作用.本文综述了植被恢复对土壤碳、氮循环过程的影响以及土壤质量与植被修复之间的协同效应,并提出了今后进一步研究的方向.对评价植被恢复在应对全球气候变化中所起的作用具有借鉴与参考价值,对促进土壤肥力改善和退化生态系统的恢复及可持续发展也有重要的现实意义.     

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。     

Field measurement of soil water repellency and its impact on water flow under different vegetation

Numerous recent laboratory studies have shown that vegetation can influence soil water flow by inducing very low levels of water repellency. In this study we extended on this previous research by developing a field-based test using a miniature infiltrometer to assess low levels of water repellency from physically based measurements of liquid flow in soil. The field-based test was verified through a simple laboratory experiment and then applied to determine the impact of vegetation and antecedent soil water content. The soil hydraulic properties determined were hydraulic conductivity, sorptivity, as well as the persistence and index of water repellency. Tests were conducted following a dry spell and wet spell on (1) forest soil (0 cm depth), (2) glade soil (0 cm depth) and (3) glade soil (50 cm depth). It was found that both the persistence and index of water repellency, R, decreased in the order as follows: forest soil > glade soil (0 cm) > glade soil (50 cm) for both dry and wet spell. The range of values of R was 0.28 (wettable) to 360 (highly water repellent), which affected hydraulic conductivity k _r(−2 cm). R increased and hence k _r(−2 cm) decreased in the order: forest soil < glade soil (0 cm) < glade soil (50 cm) for both the dry and wet spell. There were clear interactions between vegetation and changes to water flow caused by presence of repellency. Presented at the International Conference on Biohydrology, Prague, Czech Republic, 20–22 September 2006.     

The role of soil hydraulic conductivity on the spatial and temporal variation of root water uptake in drip-irrigated corn

A multiplexed TDR system and a heat-pulse system for stem sap flow measurements were used to determine the spatial and temporal pattern of root water uptake in field-grown corn. The TDR probes, 0.15 and 0.30 m in length, were buried vertically in the soil profile to a depth of 0.95 m below the soil surface and heat-pulse sensors were installed on the plant base. Nocturnal readings from TDR probes were used successfully to differentiate the two components of moisture change: root uptake and net drainage. The instantaneous rate of water extraction by the plant measured by the heat-pulse system agreed well with the integrated rate of root water uptake measured frequently (at half-hour or hourly intervals) by the TDR probes. This agreement enabled further exploration into the cause of the evolution of the spatial and temporal patterns of root water uptake during a drying cycle. The results indicated that right after irrigation in the well-watered soil profile, it is the spatial distribution of the roots that mainly determines the typical pattern of root extraction, in addition to the fact that the roots near the plant base are more effective than those farther away. The higher density and effectiveness of the roots near the plant base dry the soil rapidly so that soil hydraulic conductivity soon becomes a limiting factor for water uptake. Further analysis revealed that a decrease in root uptake occurs near the plant base under a given atmospheric demand when the relative bulk soil hydraulic conductivity decreases to 0.002K _r. This suggests that low conductivity (high resistance) in the soil near the plant base is the initial cause for downward and lateral shifting of the root uptake pattern. Note that this critical value of hydraulic conductivity is not universal since it depends on the soil type and atmospheric water demand during the period under observation. Therefore, prior to the application of moisture content or suction head as measures of water availability or to control irrigation scheduling, it is suggested that these parameters be calibrated by the soil K() or K() curves, respectively, for the expected atmospheric water demand for the specific crop and growing period.     

子午岭植被自然演替中植物多样性变化及其与土壤理化性质的关系

在野外样方调查和室内实验分析的基础上,采用相关性分析和多元逐步回归方法,分析了黄土高原子午岭地区不同演替阶段群落物种多样性、土壤理化特性以及二者的相互关系.结果表明:群落物种多样性随演替进展呈增长趋势,但其增长并非完全线性,主要表现为草本群落演替阶段物种多样性指数高于灌木演替阶段.0~20 cm和20~40 cm土层土壤的全氮、有效氮和有机质等土壤养分指标随着植被演替不断增大.在演替过程中,土壤含水量变化虽有波动,但总体上升,土壤容重波动下降,说明演替过程中土壤环境在不断得到改善.40~60 cm土层土壤理化性质变化未表现出一定规律,说明其与植被演替没有必然联系.物种多样性指数与土壤因子的相关性分析表明,群落演替过程中物种多样性变化与土壤因子存在一定相关性,其中0~20 cm土层土壤的全氮和有机质与物种的多样性指数呈显著正相关.随着土层加深,物种多样性对土壤理化性质影响表现出减弱趋势.     

子午岭植被演替过程中土壤剖面有机质与持水性能变化

研究表明,自然植被正向演替对土壤剖面有机质积累有显著促进作用,表现为：由弃耕地、草地、灌木、乔灌群聚到乔木的植被演替过程中,0-25cm土层有机质含量逐步增加,且演替初期的增加速度较快,而后增加速度相对变缓。植被演替过程中土壤有机质含量变化的主要原因在于植物凋落物归还量的变化。在同一时间测定的土壤剖面水分含量以及0-5cm土层田间持水量、容重、总孔度等与土壤持水性能相关的指标都与有机质含量呈极显著或显著相关,表明随剖面有机质的积累,土壤持水性能得到改善。