典型黑土水分入渗特征的研究

论文摘要

为了系统掌握典型黑土区土壤的贮水性能、水分渗透特征及动态变化规律,采用双环法和环刀法,分别测定了位于典型黑土区内不同开垦年限耕地、主要的人工林植被类型下及不同林龄落叶松林下土壤的贮水能力及水分入渗特征。将测定结果与未经干扰的山杨次生林和草原化草甸(俗称“五花草塘”)进行对比研究,通过相关性分析,寻求影响典型黑土区土壤水分入渗性能的主导因素。仅从土壤水分入渗性能和土壤贮水能力的角度,探求各种恢复模式对土壤的改良效果,为该区不同植被恢复模式的水土保持效益提供基础资料,为该区选择最优的退耕还林还草模式提供理论依据。研究结果如下:与撂荒地、休闲地相比,未干扰黑土表现出更强的入渗及贮水能力。在1m深土层内,五花草塘饱和贮水量高于次生林,但滞留贮水量二者相差不大;在整个入渗过程中,次生林的土壤水分入渗能力要强于五花草塘。随着开垦年限的延长,耕地的黑土层厚度逐渐变薄,土壤有机质含量也逐年下降,总孔隙度逐渐减小,而平均容重逐渐增大,尤其是非毛管孔隙度的减小趋势更为明显。耕地的表层土壤渗透能力较强,随着深度的增加,在20～40cm渗透速率急剧减小,而在40cm以下渗透速率又逐渐增大,与未经干扰黑土呈现出不同的渗透变化规律。在整个入渗过程中,土壤水分入渗性能随着开垦年限的延长呈下降趋势。通过相关性分析和多元逐步回归分析可知,土壤的非毛管孔隙度直接决定了土壤的入渗性能。5种人工林植被恢复类型下1m土层范围内土壤饱和贮水量在5347.01～5762.91t/hm~2之间,水曲柳和落叶松林地最大,其它3种林地间则差异较小;滞留贮水量在543.43～916.13 t/hm~2之间,从大到小的顺序依次为落叶松林＞水落混交林＞美青杨林＞水曲柳林＞樟子松林;30min累计入渗量水落混交林和美青杨林地要远高于其它林地,水曲柳和落叶松林地次之,樟子松林地最小。4种入渗模型都能较好地反映各种林分土壤的入渗过程,而考斯加可夫模型和Philip模型的拟合值更接近于实测值,更适用于描述本区植被下土壤的入渗特征。进行植被恢复后林地内土壤(0～100cm)平均容重随着恢复时间的延长呈逐渐减小趋势,而土壤的总孔隙度逐渐增大,尤其是非毛管孔隙度的增大趋势更为明显。恢复至30年左右时土壤的平均容重和孔隙状况基本趋于稳定,土壤平均容重和总孔隙度分别稳定在1.10g/cm~3和59.51%左右。人工落叶松林演替系列土壤贮水性能变化趋势与土壤孔隙状况变化趋势完全一致。60min累积入渗量最大的是恢复40年下的土壤,其值为6531.20cm~3,而最小的是恢复8年下土壤,其值为3778.05cm~3。若以恢复8年的前60min累积入渗量作为100%来计,则恢复20年下为37.2%,30年下为56.9%,40年下为72.80%

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 土壤水分入渗的研究现状
• 1.2.1 土壤水分入渗测定方法的研究
• 1.2.2 土壤水分入渗性能的影响因子的研究
• 1.2.3 土壤水分入渗过程的研究
• 1.2.4 土壤水分入渗研究的展望
• 1.2.5 研究的目的和意义
• 2 研究地区自然概况
• 2.1 地理位置
• 2.2 气候特点
• 2.3 地形地貌
• 2.4 土壤状况
• 2.5 植被特征
• 2.6 水文状况
• 2.7 土地利用现状
• 2.8 水土流失现状
• 3 研究方法
• 3.1 土壤理化性质的测定
• 3.1.1 土壤调查与取样
• 3.1.2 土壤水分物理性质的测定
• 3.1.3 土壤贮水特征的计算
• 3.1.4 土壤有机质的测定
• 3.2 土壤水分入渗能力的测定
• 3.2.1 双环法
• 3.2.2 环刀法
• 3.3 数据处理
• 4 典型黑土水分入渗特征的本底值研究
• 4.1 样地的选择和设置
• 4.2 研究结果与分析
• 4.2.1 土壤的物理性质及贮水特征
• 4.2.2 土壤水分入渗的空间变化特征
• 4.3 小结
• 5 开垦干扰对黑土水分入渗特征的影响机制
• 5.1 试验地的设置与基本特征
• 5.2 研究结果与分析
• 5.2.1 土壤理化性质的变化
• 5.2.2 土壤水分入渗特征的变化
• 5.2.3 土壤入渗特征与土壤理化性质的相关性分析
• 5.3 小结
• 6 不同恢复模式下黑土水分入渗性能的对比研究
• 6.1 样地的选择和设置
• 6.2 研究结果与分析
• 6.2.1 不同林地内的土壤孔隙状况与贮水特征
• 6.2.2 不同林分土壤入渗特征
• 6.2.3 不同林分土壤水分入渗特征的数学模拟
• 6.3 小结
• 7 植被恢复过程中黑土贮水性能及水分入渗特征的变化
• 7.1 样地的选择和设置
• 7.2 研究结果与分析
• 7.2.1 不同恢复年限林地土壤的孔隙状况与贮水特征
• 7.2.2 不同恢复年限林地土壤入渗特征的变化
• 7.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢