北川河流域退耕还林还草工程土壤渗吸性能研究

 土壤渗吸性能是土壤重要的物理特征,是生态效益的重要组成部分。探讨退耕还林还草工程影响土壤渗吸性能的机制,可以为工程的顺利实施提供有关科学依据。应用双环渗透仪法,对国家退耕还林还草工程科技试验县———青海省大通县北川河流域退耕地土壤渗吸性能进行了系统研究。结果表明:退耕地表土层渗吸过程基本上为INVERSE或S模型,突出表现为初期渗吸速度极大、中期降低、后期小,直至趋于某一常数亦即稳渗速度的过程。退耕地与天然林地的表土层,稳渗速度相同,平均达42mm/min,比农耕地高95倍。随着退耕地林分的正常生长,林分枝叶重量的增加,枯落物的不断积累,表土层厚度的增加及改良,退耕地稳渗速度会逐步得到有效提高。     

三峡库区不同退耕还林模式林地水文效应

在三峡库区兰陵溪小流域内选定3种典型退耕还林模式,基于2007—2009年连续3a的观测,对退耕还林林地水文效应进行了定量研究。结果表明:(1)与坡耕地比较,退耕还林地土壤总孔隙度增加4.2%～11.5%,非毛管孔隙度增加了69.1%～162.6%,平均可增加饱和蓄水量42.5%,非毛管蓄水量221.4%;(2)各退耕还林模式A层土壤的初渗速率和稳渗速率分别在2.73～4.74mm/min和1.30～2.96mm/min,与对照相比A层土壤渗透性能差异不大,B层土壤初渗及稳渗速率分别较对照提高0.85～5.21倍和3.33～6.83倍,在0.14～0.87mm/min和0.06～0.47mm/min间变动;(3)各退耕还林模式年均径流深为13.21～22.38mm,较农耕地减少74.7%～57.3%,各退耕模式土壤侵蚀模数在137.1～331.1t/(km2.a),较对照减少92.4%～81.6%。     

闽西北不同经营时间毛竹林土壤渗透性研究

以福建省永安市不同经营时间的劈草、施肥、灌水毛竹林为研究对象,对不同经营时间土壤渗透性能进行了研究。结果表明,不同劈草、施肥和灌溉时间的毛竹林土壤渗透性变化规律不同。劈草和灌水毛竹林,随着经营时间的延长,土壤渗透性能呈明显的下降趋势。其中,劈草30年的毛竹林土壤初渗率、稳渗率、平均渗透速率和渗透总量与未劈草毛竹林相比,下降了71.43%,69.55%,70.43%和89.80%;灌水10年毛竹林土壤初渗率、稳渗率、平均渗透速率和渗透总量与未灌水毛竹林相比下降了53.36%,53.99%,53.92%和60.03%。在施肥毛竹林地中随着施肥时间的延长,毛竹林土壤渗透性能有升高的趋势,施肥13年毛竹林土壤初渗率、稳渗率、平均渗透速率和渗透总量比未施肥毛竹林上升了29.75%,5.45%,20.99%和10.50%。相关性分析表明,土壤渗透性的改变主要与土壤非毛管孔隙度、有机质、水解氮和速效磷的变化密切相关。通过逐步回归分析,得到初渗率、稳渗率、平均渗透速率和渗透总量的多元回归模型,经检验模型达到显著水平,土壤渗透性指标的变化幅度可以通过非毛管空隙度、土壤有机质、水解氮、速效磷的变化来反映。在回归分析过程中,均为非毛管空隙度首先进入,反映了土壤渗透能的改变主要是由非毛管空隙度的变化决定的。     

不同类型毛竹林土壤渗透性研究

以福建省永安市天宝岩自然保护区典型的毛竹纯林(Ⅰ)、竹阔混交林(Ⅱ)和竹针混交林(Ⅲ)为研究对象,对其土壤渗透性能及影响因子进行了研究。结果表明,在0-40 cm土层中,初渗率、稳渗率、平均渗透速率、渗透总量的排列顺序为:Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ;在40-60 cm土层中,初渗率、稳渗率、平均渗透速率、渗透总量的排列顺序为:Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ,即不同层次毛竹纯林的土壤渗透性能最好,初渗率、稳渗率、平均渗透率和渗透总量平均分别为10.73,7.68,8.94 mm/min和354.23 ml/cm2。土壤物理、化学、土壤酶活性对土壤渗透性有重要影响,土壤渗透性指标与土壤容重、最大持水量、毛管持水量、田间持水量、非毛管孔隙度、总孔隙度、排水能力、全氮、水解氮、蔗糖酶、过氧化氢酶极显著相关,与毛管孔隙度、全磷、速效钾显著相关。对影响土壤渗透性的指标进行因子分析表明,三个主分量的方差累积贡献率为86.952%,基本解释了总方差,信息损失量较少。     

侵蚀与非侵蚀黑土入渗性能差异性研究

通过对侵蚀与非侵蚀黑土的渗透性能研究,结果表明,非侵蚀土壤的渗透速率大于侵蚀土壤,且达到稳渗的时间长于侵蚀土壤;侵蚀土壤与非侵蚀土壤的渗透速率呈现随土层深度的增加而减少的趋势;侵蚀土壤达到稳定的时间随土层深度的增加而延长,而非侵蚀土壤则随土层深度的增加而缩短。侵蚀与非侵蚀土壤的渗透速率均随着初始含水量的增加而下降;同一含水量下,非侵蚀土壤的渗透速率大于侵蚀土壤,且达到稳渗的时间长于侵蚀土壤;非侵蚀地与侵蚀地降雨前土壤的初渗速率和稳渗速率均大于降雨后土壤的初渗速率和稳渗速率,且降雨前后非侵蚀地渗透速率都大于侵蚀地的渗透速率;通过典型相关分析可知,土壤容重、总孔隙度和非毛管孔隙度是影响土壤渗透能力的主要指标。     

兰陵溪小流域主要退耕还林植被土壤渗透特征

利用GIS在兰陵溪小流域内生成80 m网格进行规则布点采样,对退耕还林后的主要5种植被类型土壤的渗透指标进行测定和比较,分析其特征及影响因子。结果表明:(1)土壤渗透速率与土壤非毛管孔隙度成极显著的正相关关系,与土壤毛管孔隙度和总孔隙度成显著正相关关系。(2)不同退耕还林模式土壤的初渗速率和稳渗速率在0-5 cm层差异较大,而在5-10 cm层则没有显著性差异。(3)随着坡度的增加土壤的初渗速率先增加后降低,土壤稳渗速率则没有明显的变化规律。(4)土壤的初渗速率和稳渗速率都随着坡位的降低而减慢,其中0-5 cm层比5-10 cm层下降得更快,初渗速率比稳渗速率下降得更快。(5)Kostiakov模型对该文研究的土壤渗透速率的回归效果极显著,可以在类似条件的地区推广。研究结果可为三峡库区退耕还林的生态效益评价提供数据支持。     

黄土丘陵区刺槐林土壤团聚体稳定性和土壤可蚀性动态变化

退耕还林工程是黄土高原控制水土流失的主要措施之一,探讨退耕还林对土壤团聚体稳定性与土壤可蚀性的影响,可为黄土高原地区生态恢复和水土保持效益评价提供科学依据。以农田为对照,选取不同退耕年限(5,10,15,20,25,30年)刺槐林为研究对象,研究退耕还林后0—30 cm土层土壤团聚体稳定性和土壤可蚀性动态变化,并探讨土壤可蚀性与土壤团聚体稳定性之间的关系。结果表明:(1)＞0.25 mm水稳性团聚体含量、平均重量直径、几何平均直径随着退耕年限增加呈递增趋势,三者相比退耕前(农田)分别增加32%~79%,32%~98%,2%~60%。(2)土壤团聚体分形维数随着退耕年限增加呈递减趋势,较退耕前减少0.6%~6.0%;土壤有机质随着退耕年限增加呈递增趋势,较退耕前增加8.4%~38.9%。(3)土壤可蚀性因子(K)随着土层增加而增加,但随退耕年限增加呈递减趋势,随退耕年限递增(K)分别减少1.0%,2.7%,3.6%,3.9%,5.0%,7.9%。(4)退耕还林后,＞0.25 mm水稳性团聚体含量和土壤团聚体分形维数是土壤可蚀性变化的主要驱动因子; 地上生物量通过影响＞0.25 mm水稳性团聚体含量和土壤团聚体分形维数间接影响土壤可蚀性因子(K),且总效应最大。退耕还林后地上生物量增加对土壤团聚体的形成与稳定,以及土壤可蚀性降低起着重要作用,且退耕还林可显著提高团聚体稳定性,降低土壤可蚀性。     

川南地区不同退耕还竹林土壤水分特征及其影响因子研究

对四川省南部的长宁县不同退耕年限硬头黄竹和撑绿杂交竹的土壤渗透性能及其影响因子进行了研究。结果表明,退耕年限和土层深度不同,土壤的渗透性能差异较大。通过主分量分析,得到不同林地土壤渗透性能综合评价结果。将7种样地类型划分为3类:第1类为退耕5a和非退耕硬头黄竹林,土壤渗透能力强第2类为农耕地和退耕10a硬头黄竹,土壤渗透能力较强第3类为3种撑绿竹林,土壤渗透能力一般或较差,这主要是由于伐竹踩踏等原因产生的土壤紧实,土壤结构差及通透性不佳等造成。土壤渗透拟合结果表明,Kostiakov模型在研究区的拟合效果优于Horton模型。     

大兴安岭不同恢复年限落叶松人工林土壤水分涵养特性研究

以大兴安岭火烧迹地不同恢复年限的落叶松人工林为研究对象,以天然更新林地为对照,对不同恢复年限下林地土壤的贮水能力和土壤入渗性能进行了研究。研究结果表明:1989年落叶松人工林的土壤容重最小,有机质含量、非毛管孔隙度、初渗速率和稳渗速率均最大。土壤的吸持贮水量和饱和贮水量从高到低依次为1989年、1992年落叶松人工林、天然更新林地、1997年、1995年落叶松人工林,这与土壤孔隙度的变化趋势相一致。随着恢复年限的增长,土壤有机质含量总体趋势逐渐增大。土壤初渗速率的变化范围为3.59~11.50 mm min-1,稳渗速率的变化范围为2.30~7.01 mm min-1。1989年、1992年落叶松人工林林地土壤容重、毛管孔隙度、吸持贮水量、稳渗时间分别与1995年、1997年落叶松人工林差异显著,火烧后一定时间范围内,植被恢复年限的增长有利于土壤环境的改良,人工植被恢复效果好于天然植被恢复。通过土壤入渗速率实测值与4种模型的拟合值的对比分析,霍顿模型更适合描述本研究区域土壤的入渗特征。     

苏南丘陵区主要林分类型土壤水文效应

以苏南丘陵区杉木、马尾松、栎林、毛竹等4种林分土壤为研究对象,研究了该区域内不同林分类型土壤层的水文效应。结果表明:不同林分类型土壤的蓄水能力、渗透性能均存在着一定的差异,其中毛竹林地土壤蓄水能力最好,为2 096 t/hm2,渗透性能也以毛竹林最好,为17.56mm/m in;通过测定4种林地土壤的入渗速率与入渗过程,对其入渗曲线进行拟合,得出土壤渗透速率与渗透时间呈乘幂函数关系,复相关系数为0.93~0.97,说明方程拟合效果较好,可以较好地描述各林地的土壤入渗过程;土壤理化因子与土壤渗透性能的相关分析显示研究区土壤渗透性能受多个因素影响,其中土壤非毛管孔隙度、有机质含量与土壤初渗、稳渗速率相关性最高,为首要影响因素;基于主成分分析,各样地土壤综合水文效应优劣依次为:毛竹栎树杉木马尾松。     

陕南秦巴山区退耕还林与可持续发展研究——以汉中市为例

汉中市位于陕南秦巴山区,是南水北调中线工程的重要水源地,长期以来水土流失严重。根据汉中市水土流失情况,以生态优先、综合治理原则,确定了四个重点退耕区。实施退耕还林工程,汉中市植被覆盖增加,水土流失得到治理,生态环境改善。通过分析退耕还林使耕地面积减少,粮食总产量下降,但汉中并不存在粮食安全问题。退耕还林促使土地利用结构发生改变,农业产业结构调整,农业总产值增长。通过退耕还林,汉中市实现生态、经济和社会的可持续发展。     

陕南秦巴山区退耕还林与可持续发展研究——改汉中市为例

汉中市位于陕南秦巴山区，是南水北调中线工程的重要水源地，长期以来水土流失严重。根据汉中市水土流失情况，以生态优先、综合治理原则，确定了四个重点退耕区。实施退耕还林工程。汉中市植被覆盖增加，水土流失得到治理，生态环境改善。通过分析退耕还林使耕地面积减少，粮食总产量下降，但汉中并不存在粮食安全问题。退耕还林促使土地利用结构发生改变。农业产业结构调整，农业总产值增长。通过退耕还林，汉中市实现生态、经济和社会的可持续发展。     

黄土丘陵区退耕地土壤水分入渗特征及影响因素

为评价退耕还林（草）工程的成效及认识下垫面改变对土壤水文过程的影响,采用圆盘入渗仪以4．6、8年退耕地为对象,长芒草草地为对照在黄土丘陵区分层（表层、20cm、40cm）研究退耕地土壤水分入渗特征,并探讨其影响因素。结果表明：1）较短年限退耕地表层土壤入渗能力较天然草地差,而下层入渗能力较天然草地强;2）退耕地下层的初始入渗速率是表层的1．2—1．4倍,稳定入渗率是表层的1．9—2．8倍,饱和导水率是表层的1．9—3．0倍;3）随着退耕年限增加,表层土壤入渗能力下降,而下层入渗能力增强;4）土壤结皮阻碍退耕地表层土壤的入渗。     

北川河流域退耕还林不同配置模式的水文效应

对青海大通北川河流域山地退耕还林不同配置模式的水文效应进行了研究，结果表明，不同配置模式植冠层截留量、枯枝落叶层的容水量、土壤总持水量随着林分植冠层生物量和枯枝落叶层现存量的增加呈上升趋势，同时，在林分总蓄水量中，土壤持水量所占比值较大（〉97％），而土壤稳渗速率随着土壤总孔隙度的增大而增大。其中：（1）在浅山区，植冠层截留量和枯枝落叶层的容水量以模式D（中国沙棘）最大，分别为1．43mm，1．87mm；土壤持水量和林分总蓄水量以模式C（青杨＋枸杞）最大，分别为327．88mm，329．07mm，稳渗速率则以模式A（川赤芍）最大，为4．8mm／min。（2）在脑山区．植冠层截留量、枯枝落叶层容水量、土壤总持水量、林分总蓄水量和稳渗速率均以模式F（青海云杉）最大，依次为2．37mm，6．24mm，323．3mm，331．91mm，6．8mm／min。     

土地利用方式及土壤特性对土壤调节雨水效率的影响研究

One of the most important functions of soils is to regulate rainwater and mitigate flooding and associated damages; this function can be estimated by the rainwater regulation ratio （η）, i.e., percent of regulated rainwater. Fifteen experimental plots were set up on the hills in Yingtan of Jiangxi Province, southern China. These plots were under three land use patterns, cultivated cropland, noncultivated land, and orchard interplanted with cash crops. With aid of an artificial rainfall simulator and Guelph method, rainfall, runoff, soil infiltration, and so on were measured in situ. Results showed that the orchard interplanted with cash crops was more effective in regulating rainwater than the other two land use patterns. When the maximum infiltration intensity was three times higher than the observed mean,η was higher than 70% for all plots. 77 was related to land use, slope gradient, and soil properties such as soil infiltration, organic carbon, bulk density, and texture. There is still more room to improve capacity of rainwater drainage （underground percolation） than that of rainwater storage in soils. Therefore, enhancing soil permeability is vital to improve the rainwater regulation efficiency in soils.     

喀斯特峰丛坡地灌木林地与梯田旱地土壤水分入渗特征

为明确喀斯特峰丛坡地土壤的入渗特性,该文测定了灌木林地和梯田旱地不同土层的入渗过程,同时分析了影响入渗的因素,并用不同入渗模型对其过程进行拟合。结果表明:(1)梯田旱地的入渗性能低于灌木林地,其平均入渗系数约是灌木林地的78.6%,尤其在土层30~60 cm的平均初渗率、稳渗率仅为灌木林地的4.3%和4.4%,存在明显的入渗隔层,其原因是梯田旱地本身的土壤黏粒含量充足,加上人为翻耕促使较细颗粒向下移动后堆积。(2)灌木林地土壤中的砂粒含量和有机质含量较高,孔隙度较大,不同土层间的性质差异较小,而梯田旱地0~30 cm与30~60 cm土层的土壤性质差异明显,表现为下层土壤容重大、土壤孔隙度小。两者入渗性能均与土壤容重、孔隙度的相关性极显著(P0.01)。(3)Horton模型对灌木林地和梯田旱地的拟合效果较好(R20.9),且对梯田旱地表层和深层的拟合度比对灌木林地的拟合度更好。Kostiakov模型和Philip模型的拟合效果较差。该文为喀斯特土壤水分管理及土壤入渗模拟提供了理论依据。     

Non-equilibrium water flow characterized by means of upward infiltration experiments

Upward infiltration experiments under tension were used to demonstrate the presence of non‐equilibrium flow in soils, the phenomenon that has important implications for the accelerated movement of fertilizers, pesticides, non‐aqueous liquids, and other pollutants. Data obtained from these experiments were analysed using the single‐porosity Richards equation, as well as a variably saturated, dual‐porosity model and a dual‐permeability model for characterizing non‐equilibrium water flow. The laboratory experiments were carried out on 0.10‐m‐long soil cores having an internal diameter of 0.10 m. Constant pressure heads of ?0.10 and ?0.01 m were used as the lower boundary condition. Each infiltration was followed by a single‐rate evaporation experiment to re‐establish initial conditions, and to obtain the drying soil hydraulic properties. Pressure heads inside the cores were measured using five tensiometers, while evaporative water loss from the top was determined by weighing the soil samples. The data were analysed to estimate parameters using a technique that combined a numerical solution of the governing flow equation (as implemented in a modified version of the Hydrus‐1D software) with a Marquardt–Levenberg optimization. The objective function for the parameter estimation was defined in terms of pressure head readings, the cumulative infiltration rate, and the final total water volume in the core during upward infiltration. The final total water volume was used, as well as the pressure head readings during the evaporation part. Analysis of flow responses obtained during the infiltration experiment demonstrated significant non‐equilibrium flow. This behaviour could be well characterized using a model of physical non‐equilibrium that divides the medium into inter‐ and intra‐aggregate pores with first‐order transfer of water between the two systems. The analysis also demonstrated the importance of hysteresis.     

安徽大别山区退耕还林工程可持续发展模式

 对安徽大别山区生态环境特点、退耕还林的规模以及可持续经营模式等进行了分析。结果表明:安徽大别山区是个极其重要的水源涵养、水土保持功能区,适度退耕还林有利于保障7大水库和淠史杭灌区发挥长期效益、促进社会经济可持续发展;库区可适当扩大退耕还林规模,而在非库区,因人口稠密不应追求退耕还林规模;退耕还林工程的实施应注重模式选择和农民增收,实现大别山区社会经济可持续发展。     

几种保水材料对砂质潮土水分参数的影响

针对砂质潮土水分容量低、持水性差、渗透性强的问题,通过土柱试验比较几种保水材料与沙土培养前后对水分运动参数的改善效果。试验保水材料为:2%生物炭、2%秸秆和0.1%保水剂,施入方式包括2种:与沙土混匀和25 cm处铺层。结果表明:2%生物炭和2%秸秆与沙土混匀总入渗时间分别为各自铺层处理的1.88倍和1.66倍,入渗完成时入渗率降低;而0.1%保水剂在土柱中铺层比混匀延长1.82倍。不同土柱总入渗时间依次为保水剂铺层 > 保水剂混匀 > 秸秆混匀 > 生物炭混匀 > 不添加保水材料的对照（CK）＝秸秆铺层 > 生物炭铺层。混匀处理土柱培养30 d后,各土柱总入渗完成时间均大于培养前,其中生物炭与秸秆总入渗时间分别提高了2.88倍与1.50倍,极大改善沙土漏水。与CK相比,生物炭、秸秆和保水剂的饱和导水率分别降低了6.1%,22.3%,82.4%;培养30 d后分别降低了77.2%,10.5%,79.1%。综上,保水剂铺层施用效果好于混匀,而其余材料与沙土混匀效果较好;随施用时间延长,生物炭和秸秆对沙土水分参数的改善效果较为明显,本结果可以为砂质潮土渗透、持水能力的改良提供方法及数据参考。