黄土地区生态边坡持水能力及抗冲性研究

黄土高原是中国滑坡事故频发的重灾区,降雨是黄土边坡冲刷及失稳的主要影响因素,故了解降雨在不同坡体表面冲刷及坡体内部水分入渗规律和机理显得尤为重要。边坡土体为甘肃黑方台黄土,对不同含水率下的黄土进行室内三轴剪切试验,设计并进行了不同植被防护下的降雨冲刷试验和模型箱边坡持水能力监测试验,采用传感器监测边坡的体积含水率和基质吸力全过程,测量并分析边坡在不同雨强下的位移变化规律并记录不同植被边坡产流产沙情况。结果表明:土体黏聚力与内摩擦角随含水率呈现二次函数变化规律,裸坡产流时间最短,水分入渗最少,坡面相对更容易产生径流现象,从而进入坡面侵蚀阶段;坡度的上升导致坡面径流流速增大,加强坡面水阻作用,坡而冲刷反而随边坡坡度增大而减小;大雨、暴雨作用下土体基质吸力的降幅明显快于小雨、中雨作用下基质吸力的降幅,基质吸力稳定值为小雨最大,暴雨最小。

琼西北3种林分类型枯落物与土壤的持水能力

为探讨琼西北典型水土流失区蚂蝗岭流域不同林分类型枯落物和土壤水文效应,采用浸泡法、环刀法对桉树人工林、橡胶树人工林、马占相思人工林3种不同林分类型枯落物和土壤水文功能进行定量分析,采用熵权法(EWM)综合评价水源涵养能力。结果表明:3种林分类型枯落物储量为3.01~14.66 t·hm^(-2),表现出马占相思人工林>橡胶树人工林>桉树人工林,均以半分解层为主,占比为75.09%~81.86%;最大持水量为8.60~33.95 t·hm^(-2),有效拦蓄量为6.92~26.73 t·hm^(-2),均为马占相思人工林>桉树人工林>橡胶树人工林。枯落物持水量与浸泡时间呈对数函数关系(R^(2)>0.940);枯落物吸水速率与浸泡时间呈幂函数关系(R^(2)>0.880)。3种林分类型土壤容重为1.45~1.52 g·cm^(-3),总孔隙度为32.82%~37.56%,有效持水量为61.80~77.16 t·hm^(-2),土壤持水能力排序为马占相思人工林>桉树人工林>橡胶树人工林。土壤初渗速率为24.74~29.67 mm·min^(-1),其中,马占相思人工林最高;土壤稳渗速率为1.01~1.38 mm·min^(-1),土壤入渗速率与入渗时间呈幂函数关系(R^(2)>0.920)。3种林分类型水源涵养能力综合排序为马占相思人工林(81.0987)>桉树人工林(69.7416)>橡胶树人工林(67.1514),土壤入渗性能和枯落物储量是影响该区域水源涵养能力的主导因素。综合3种林分类型枯落物及土壤持水能力,马占相思人工林的水源涵养能力较强,建议在对桉树人工林及橡胶树人工林更新时可种植马占相思,以提高其保持水土、涵养水源的功能。

喀斯特森林表层土壤持水能力空间分布特征及其影响因素

[目的]探究喀斯特森林表层土壤持水能力空间分布特征及其影响因素,为提升该地区森林土壤水源涵养能力提供科学参考。[方法]以贵州省茂兰喀斯特原始森林表层土壤(0—10 cm)为研究对象,采用环刀法与室内浸泡法对土壤物理结构和持水特性进行测定,并利用方差分析、RDA分析等方法探究不同地形部位土壤持水能力空间分布差异及其影响因素。[结果]①土壤物理特征呈高异质性,土壤容重、土壤含水量、孔隙度、机械组成等在不同坡向、坡位和海拔间均具有显著性差异。②土壤持水率在不同坡向间差异最显著,土壤持水量在不同岩石裸露等级间差异最显著。土壤最大持水率、毛管持水率、饱和持水量与毛管持水量均随着坡位和海拔的增加而增加,且随着岩石裸露等级的下降而增加。土壤综合持水能力在低裸露、低海拔地区较好。③相关分析表明,地形特征、土壤物理特性与土壤持水率的相关性更强,林分特征与持水量的相关性更强,林分密度与持水量显著负相关,平均胸径、平均树高与持水量显著正相关。④PCA分析结果表明,土壤持水量是表征茂兰喀斯特森林表层土壤持水性能的第一主要因子,土壤持水率为第二主要因子,主成分一、二累计贡献率为77.5%。RDA分析结果表明,土壤孔隙度、岩石裸露等级是茂兰喀斯特森林表层土壤持水能力的主要影响因素。[结论]茂兰喀斯特森林土壤持水能力具有高异质性,在不同地形部位间差异显著,非毛细孔隙度(P nc)是影响土壤持水能力的主要因子。

黄土丘陵沟壑区主要草种枯落物的持水能力与养分潜在归还能力

黄土丘陵沟壑区由于土壤侵蚀严重,天然植被恢复缓慢,植被稀疏,枯枝落叶层的生态效应就显得尤为重要。对该区坡沟不同立地条件下草本群落主要物种的枯落物蓄积量、持水与养分潜在归还能力进行了分析,探讨主要物种枯落物对土壤的改善作用。结果表明:1)坡沟不同立地条件下枯落物蓄积量差异显著(P<0.05),在73.74—175.26 g/m2之间变化,表现为阴沟坡>峁顶>阳沟坡>阴梁峁坡>阳梁峁坡;在坡面不同微地形下也差异显著(P<0.05),在阳坡表现为株丛>浅沟>鱼鳞坑>裸地,在阴坡为浅沟>鱼鳞坑>株丛>裸地,在峁顶为株丛>裸地。2)主要物种枯落物最大持水量可达自身干重的1.22—4.34倍;不同物种枯落物间的持水能力差异极显著(P<0.01),表现为白羊草叶>铁杆蒿叶>白羊草茎>达乌里胡枝子叶>长芒草>达乌里胡枝子枝>铁杆蒿枝。3)枯落物C、N含量分别在7.35%—40.33%和0.61%—1.60%之间,不同物种间差异极显著(P<0.01),同一物种枯落物C、N含量在坡沟不同立地条件下差异不显著。4)影响枯落物分解的木质素含量(1.00%—8.20%)、纤维素含量(3.16%—14.06%)、木质素/N值(0.78—12.48)、C/N值(5.61—57.41)在不同物种间差异极显著(P<0.01);同一物种木质素含量、纤维素含量和木质素/N值在坡沟不同立地条件下差异显著(P<0.05),而C/N值不显著。5)铁杆蒿叶的枯落物养分潜在归还能力最大,达乌里胡枝子和白羊草的枯落物次之,长芒草的枯落物养分潜在归还能力最小。

不同类型层状土壤持水能力的研究

为了了解不同类型层状土柱持水能力,利用砂土和砂黄土2种土壤,设置3种不同厚度分层土柱(11.25、22.5、45 cm)和2种匀质对照土柱,测定了土柱自初始饱和条件下的排水过程;同时利用匀质土柱测定结果标定2种土壤水力参数,通过Hydrus-1D模型对不同类型层状土柱排水过程进行模拟分析,获得了不同类型层状土柱的田间持水量。结果表明,层状土柱持水能力随着分层厚度的减小而增加,当分层厚度减小到一定程度时土柱持水能力不再随着分层厚度的减小而增加,该临界厚度取决于下层粗质土壤对上层细质土的吸力与上层细质土壤进气吸力之间的相对大小。本试验所用2种土壤分层临界厚度大约在5 cm左右;土柱失水主要来自下层较粗质地土壤,由饱和时的0.385 cm^3/cm^3减小到0.04 cm^3/cm^3。上层细质土壤含水量随着分层厚度的减小而增加。研究结果可为干旱半干旱地区矿区恢复和污染物填埋提供理论指导。

黄土丘陵区不同林分类型枯落物层及其林下土壤持水能力研究

研究了青海省黄土丘陵区13种林分类型的枯落物层持水能力,并以荒山荒坡作为对照样地研究其表层土壤物理性质与持水能力。结果表明：不同植被类型,枯落物层平均蓄积量为混交林〉针叶林〉阔叶林,而平均最大持水量为混交林〉阔叶林〉针叶林,枯落物层平均厚度和平均有效持水量呈现相同规律,为阔叶林〉混交林〉针叶林;其土壤表层的总孔隙度、非毛管孔隙度均与枯落物层平均蓄积量呈现相同规律,且有林地土壤有效持水量是对照样地荒山荒坡的2.47-4.07倍。

木兰围场3种典型林分枯落物及土壤持水能力

为探讨木兰围场华北落叶松人工林、白桦华北落叶松次生林和白桦次生林枯落物和土壤的持水规律。以这3种典型林分的枯落物和土壤为研究对象,采用室内浸水法和环刀法分别研究3种林分枯落物和土壤的持水特性。结果表明:3种林分枯落物的蓄积量表现为华北落叶松人工林(18.84t/hm2)>白桦华北落叶松次生林(15.28t/hm2)>白桦次生林(9.53t/hm2)。白桦华北落叶松次生林的枯落物最大持水量最大,为31.10t/hm2;而白桦次生林最大持水量最小,为21.40t/hm2,枯落物持水量与浸水时间呈对数关系,关系式为Q=aln(t)+b;吸水速率与浸水时间呈幂函数关系,关系式为V=ktn。枯落物在前0.5h内吸水速率最大,在4h左右时下降速度明显减缓,在24h时的吸水速率基本趋于0。3种林分枯落物有效拦蓄量表现为华北落叶松人工林(23.42t/hm2)>白桦华北落叶松次生林(20.24t/hm2)>白桦次生林(15.51t/hm2)。在0-60cm的土壤层中,华北落叶松人工林土壤容重均值最大,为1.32g/cm3;白桦华北落叶松次生林最小,为1.10g/cm3。白桦华北落叶松次生林的土壤总孔隙度均值最大,为53.65%;华北落叶松人工林最小,为47.45%。土壤的毛管孔隙度均值呈现出白桦华北落叶松次生林(42.61%)>华北落叶松人工林(40.68%)>白桦次生林(36.01%)的趋势。白桦次生林的土壤有效持水量最大,为175.99t/hm2,华北落叶松人工林最小,为67.70t/hm2。综合3种林分枯落物层和土壤层的持水能力,可知白桦华北落叶松次生林储水能力强于华北落叶松人工林和白桦次生林。

牧压梯度下高寒杂草类草甸土壤持水能力及影响因素分析

以祁连山南麓坡地夏季牧场高寒杂草类草甸为研究对象,进行了封育对照（CK,禁牧）、轻度放牧（LG）、中度放牧（MG）和重度放牧（HG）下土壤持水能力及影响因素的分析.结果表明：牧压梯度下0~10 cm层土壤最大持水量和毛管持水量均在LG最大,土壤自然贮水量LG略小于HG;而在10~20 cm和20~40 cm持水量均在HG最大,说明放牧对表层土壤的持水能力影响比深层更明显.0~10 cm层土壤容重随牧压强度增加而增大,较深层次土壤容重基本一致,表明放牧对较深层土壤容重造成的影响远小于表层.牧压梯度下植被地上地下生物量、枯落物、地表半腐殖质随放牧强度增大而减少;0~10 cm土壤有机质含量在MG最大,CK最小,10~20 cm和20~40 cm层土壤的有机质含量CK最大,说明不同土层有机质含量对牧压梯度的响应有所不同.土壤持水量与多种因素有关,主要受到地下生物量、有机质和容重等因素的影响,表明随放牧强度增大,践踏使土壤表面硬度增加,土壤空隙度减少,同时家畜过度采食使地面植被覆盖降低而增加土壤水分的蒸发.这些综合作用下引起放牧地土壤持水能力降低.

秸秆不同还田方式对土壤低吸力段持水能力及蒸发特性的影响

利用张力计测定蒸发过程中低吸力段土壤水分特征曲线,对比研究了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合三种措施处理后对土壤饱和含水量、低吸力段土壤持水及供水能力和早期干旱过程中土壤脱水速度的影响。结果显示:粉碎秸秆施入土壤后提高了土壤饱和含水量、持水及供水能力,而长秸秆对土壤饱和含水量、持水及供水能力的影响较小;粉碎并氨化的秸秆对土壤饱和含水量、持水及供水能力的提高作用更为显著。粉碎秸秆及长秸秆处理均易造成早期干旱过程中脱水速度过快,氨化后或当秸秆与无机土壤改良剂混合施入土壤时,土壤低吸力段脱水速度明显减慢,利于土壤有效水的保存。该结果为提出新的能最大效率发挥秸秆改良土壤作用的秸秆还田方式提供了一定的理论基础。

土壤持水能力研究进展

为了给改良土壤土质等方面的研究提供理论依据,简述了土壤持水能力与土壤结构、容重、土壤粘粒、土壤盐分、土壤总孔隙度、不同吸力条件等土壤因素的相关性。在此基础上,介绍了目前土壤持水能力改善的主要方法(土壤免耕、秸秆覆盖、土壤混合法和使用保水剂)及其主要原理,并通过前人的试验研究,评价了各种方法的效果,并总结了3种土壤持水能力的分析方法(比水容量指标评价法、水分特征曲线法、累计失水百分率法)。

黄河三角洲不同刺槐混交林的土壤持水能力

在黄河三角洲盐碱地,以无林地作为对照,调查刺槐臭椿混交林、刺槐白榆混交林、刺槐白蜡混交林、刺槐纯林4种林分不同土壤层的盐碱度、容重和孔隙度、枯落物层和土壤持水能力等指标。结果表明:(1)除刺槐白蜡混交林土壤表层有一定的返盐现象外,其余林分均具有一定的压盐抑盐效果,且pH值多随土壤深度的增加而升高;(2)不同混交林的枯落物层总蓄积量范围为2.03～12.15t/hm2,半分解层大于未分解层,表现出造林地显著高于无林地,但是刺槐混交林略小于刺槐纯林;(3)不同林分的枯落物最大持水量与其蓄积量的趋势基本一致,在3.79～19.59t/hm2之间,有效持水量在2.74～13.48t/hm2之间,二者的变化趋势并不完全一致;(4)与无林地相比,林地的土壤容重显著减小,而土壤孔隙度增加,其中混交林好于纯林,其土壤饱和蓄水量、毛管蓄水量从大到小依次为刺槐白蜡混交林、刺槐白榆混交林、刺槐臭椿混交林、刺槐纯林、无林地。因此,为发挥刺槐在黄河三角洲盐碱地的改良土壤、涵养水源等方面的作用,建议营造混交林。

华北落叶松人工林林分密度对土壤持水能力的影响

为了评价冀北山地华北落叶松人工林土壤水源涵养功能高低,以木兰林管局华北落叶松人工林为研究对象采用四分法对不同林龄不同密度的华北落叶松土壤持水能力进行研究。结果表明:20、30、40、50 a华北落叶松人工林,对应的林分最佳密度分别为2 500株/hm2、1 800株/hm2、1 000株/hm2、800株/hm2时,土壤最大持水量和有效持水量均达到最大。随着林分密度增加,土壤层最大持水量和有效持水量呈先增加后减小的趋势。并根据土壤持水能力随林分密度的变化规律和林木生长规律的相关关系,编制华北落叶松人工林土壤持水能力的密度控制图,为冀北山地华北落叶松水源涵养林的密度管理提供数据参考和理论依据。

三峡库区森林植被林地枯落物现存量及其持水能力

基于三峡库区森林资源2类清查数据，结合森林植被林地枯落物现存量样地调查及浸泡实验，建立关于浸泡时间的持水量和吸水速率系列预测模型，对库区主要森林植被类型林地枯落物现存量及持水特性进行研究。结果表明：1）三峡库区不同植被类型林地枯落物现存量在一些类型间存在显著差异——杉木林林地枯落物现存量最高，达到11．610t／hm^2；柏木林桔落物现存量最低，仅为3．948t／hm^2。2）不同森林植被类型林地枯落物的含水率竹林最高，达到182．9％，柏木林枯落物含水率最低，仅为32．2％。3）所有森林植被类型林地枯落物持水量均随浸泡时间的延长而增大，2—4h后增加速度急剧下降，48h后基本达到饱和；竹林枯落物的饱和持水量最高，达到自身质量的3．367倍，灌木林最低，为2．089倍。4）不同森林植被类型林地枯落物在前2h内吸水速度最大，类型间差别也较大，之后急剧下降，20h后类型间吸水速度趋向一致，48h后基本不再吸收水分。5）三峡库区不同森林植被林地枯落物现存量干质量总量为2048万5668t，枯落物对单场次降水的潜在持水总量为4695万3451t，现实饱和持水总量为3291万7480t。单位面积林地枯落物潜在持水量和现实饱和持水量的空间分布体现“东高西低。南高北低”的特征。研究结果可为科学评价森林植被水源涵养功能奠定基础，也可为三峡库区林业生态工程规划与建设提供理论依据。

大豆皮低酯-高酯复合果胶凝胶的持水能力及力学、光学特性

研究蔗糖质量分数及大豆皮低酯与高酯果胶复配比例对复合凝胶体系的持水能力及力学、光学特性的影响。结果表明:蔗糖质量分数对复合凝胶的持水性、力学特性及光学特性均有较大影响,蔗糖质量分数越大,其持水性越高,破坏应力越大,凝胶的弹性和透明度均有提高。低酯与高酯果胶的配比同样对上述性质有较大影响,二者合适的配比可以诱导两种果胶分子之间的协同作用,使产品具有更好的持水能力和力学性质。

2种高分子保水材料对土壤持水能力的影响

采用离心机法，研究聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺2种高分子化合物在5种使用浓度（占干土质量0、0．01％、0．08％、0．2％与1％）的条件下对3种土壤（砂土、壤土、黏土）持水能力的影响。结果表明：3种土壤在0．01—1．5MPa水吸力时，持水能力随着2种高分子材料用量的增加而增加，砂土的作用效果较壤土、黏土更显著；2种高分子材料与土壤质量比控制在8／10000～2／1000范围内其作用效果较好，该用量条件下高分子吸持水分平均可释放83．7％供植物吸收利用。2种高分子材料对土壤持水能力的作用效果基本相同。

重庆石灰岩地区3种林分林下枯落物持水能力比较

通过对重庆石灰岩地区慈竹林、柏木林、女贞林3种林分林下枯落物调查及其风干和持水试验,比较了不同林分林下枯落物吸持降水能力的强弱。结果表明:慈竹林下枯落物厚度最大(5.83cm),而后依次为女贞林(1.77 cm)和柏木林(1.60cm);3种林分林下枯落物的储量为慈竹林(13870kg·hm-2)和柏木林(11780kg·hm-2)大于女贞林(5130kg·hm-2);自然含水率为慈竹林(188.3%)和女贞林(194.9%)大于柏木林(150.4%);最大吸水率为女贞林(229.8%)>慈竹林(195.3%)>柏木林(155.6%);风干时间以慈竹林最长;最初4 d的失水速率为女贞林>慈竹林>柏木林;最大吸水速率为慈竹林>女贞林>柏木林。从而推断,各林分单位质量枯落物的吸持降水率为竹林(慈竹林)>阔叶林(女贞)>针叶林(柏木);单位面积枯落物总的吸持降水量为慈竹林>柏木林>女贞林。

秸秆-膨润土-PAM改良材料对不同类型土壤田间持水能力的影响

为了提高土壤的田间持水能力并对农业废弃物秸秆进行资源化利用,设计了以秸秆、膨润土及PAM按照不同的配比开发出新型复合改良材料,通过田间试验研究了改良材料对四川省宜宾市三种主要土壤类型的田间持水能力的影响.结果表明,复合改良材料能有效提高三种土壤持水能力,添加秸秆改良材料后,土壤持水性能都比对照显著增大(p<0.05).但是各配比间的差别较大,根据各配比的改良效应不同,筛选了改良材料配方,研究结果为改良材料改良效果评估提供科学依据.

华北落叶松人工林林分密度对枯落物层持水能力的影响

以木兰林管局华北落叶松人工林为研究对象,采用四分法对不同林龄不同密度的华北落叶松人工林枯落物持水能力进行研究。结果表明:20,30,40,50a华北落叶松人工林,对应的林分最佳密度分别为2 500,1 800,1 000,800株/hm2时,枯落物最大持水量和有效持水量均达到最大。随着林分密度的增加,枯落物层最大持水量和有效持水量呈先增加后减小的趋势。以枯落物的持水能力随林分密度的变化规律和林木生长规律的相似关系,编制华北落叶松人工林枯落物持水能力密度控制图,为冀北山地华北落叶松水源涵养林的密度管理提供数据参考和理论依据。

桉树土壤持水能力研究

桉树因其生长速度快的特点而被作为经济林广泛营造于我国南方湿润地区,其人工林种植对土壤水源涵养和区域水资源的影响已成为关注的焦点问题之一。以1年生尾叶桉为研究对象,以1年生马尾松和空白地为参照,通过盆栽试验对比分析了尾叶桉、马尾松和空白地土壤含水率时空变化情况。结果表明:三种样本土壤含水率随时间均呈现出较好的规律性,最低值均出现在3月份。马尾松和空白地的土壤含水率基本接近且维持在较高的水平,而桉树土壤含水率表现出阶段下降的趋势,土壤出现板结现象,在雨季难以恢复到较高的水平。各样品土壤含水率在纵向分布上呈现出随深度而增加的阶梯状,空白地和马尾松的土壤透水和持水性能较好,但桉树土壤透水性能明显减弱。由此证明:马尾松对林地的水文循环具有较好的调节作用,而桉树对水源的涵养和调节能力较弱。