基于人工模拟降雨和原状土冲刷试验的喀斯特区土壤抗冲性研究

土壤抗冲性对喀斯特地区的水土保持和生态环境建设具有重要意义。以阔叶林、针叶林和灌草地的土壤为研究对象,采用人工模拟降雨和原状土冲刷试验法,研究不同植被覆盖条件下的土壤抗冲性动态变化特征及其影响因素。结果表明:①在降雨冲刷的2 min内,各植被类型土壤的产沙量最大,随后逐渐减少,在9 min后趋于稳定状态,产沙量随时间的变化总体表现为灌草地针叶林阔叶林,并且随坡度的升高而逐渐增多;②在坡度为15°时,灌草地的土壤抗冲性最低,且与阔叶林和针叶林相差较大,但在坡度为45°和4～12 min的降雨冲刷情况时,土壤抗冲性表现为阔叶林灌草地针叶林,不同植被条件下的土壤抗冲性存在差异,总体表现为:阔叶林的土壤抗冲性能最强,利于保持水土,针叶林次之,灌草地最弱;③不同植被条件下的土壤抗冲性随降水冲刷时间的增加而逐渐增强,坡度和根系尤其是径级1 mm植被根系对土壤抗冲性具有重要的影响作用。     

长江中上游地区土壤抗冲性特征研究

 为弄清长江中上游地区土壤抗冲性宏观分布特征,采用原状土冲刷水槽法,对长江中上游地区9省50个测试点的土壤抗冲性进行了野外测试。分析结果表明土壤抗冲性随土壤类型变化由大到小依次为：红壤、黄壤、棕壤、石灰土、紫色土、褐土。抗冲性沿土壤剖面垂直变化规律分为3种类型：土壤质地主导型、农业耕作主导型、腐殖质层影响型,前一种抗冲性随土壤深度单调增加,后2种为抛物线型变化趋势。对抗冲性的地域分异规律进行了分析和描述,将长江中上游地区按抗冲系数的大小划分为4个典型的区域。     

植物根系对河道滩坡抗冲性影响的试验

为研究植物根系对边滩坡面固土抗冲性的影响,选择麦冬草、芦苇和蒿草3种天然植物进行抗冲性物理试验,测量植物种植密度、根系面积比率和冲刷量。试验结果表明,根系发达、根系面积比率大的植物对滩坡的固土护岸作用大且范围广,防护效果好,并给出了根系纵深分布一般公式以及稳定坡面的地形函数。     

黄河源区高寒草甸型二元结构河岸抗冲特性

针对高寒草甸型二元结构河岸抗冲特性，采用自主设计的原位冲刷装置在黄河源区弯曲河流典型二元结构河岸，开展0.4 m/s、1.0 m/s和1.6 m/s三种流速条件的上部根土层和下部砂土层的原位冲刷试验，分析冲刷后的剖面轮廓三维曲面特征。试验结果显示，当冲刷流速由0.4 m/s增加至1.6 m/s时，根土层、级配不良砂和级配良好砂河岸的淘刷深度增加幅度分别为19.9%、17.6%和27.2%。二元结构河岸的土体抗冲系数随冲刷时间增大呈指数函数增长，河岸抗冲能力依次为根土层>级配不良砂>级配良好砂。河岸上部的根土层，由于根系的缠绕和网结作用显著增强了土体抗冲能力，其平均抗冲系数分别是级配不良砂和级配良好砂的2.5倍和4.1倍。     

不同土地利用类型土壤大团聚体与抗冲性关系

为了解滇中红壤的抗冲性特征及土壤大团聚体与土壤抗冲性间的关系,以云南玉溪澄江尖山河小流域内次生林、坡耕地、人工林、灌草地4种不同土地利用类型的土壤为研究对象,采用原状土抗冲刷槽法研究了其土壤抗冲性特征,并用SPSS软件分析了土壤大团聚体与抗冲性间的关系。研究表明,坡耕地的土壤抗冲性较弱,4~1 mm大团聚体越多土壤的抗冲性越好,因此减少人为破坏、增加植被覆盖,并有效改善土壤的团粒结构才是提高土壤抗冲性的关键。研究结果可为珠江流域水土保持工作的开展提供一定参考。     

榜沙河流域土壤抗冲抗蚀性试验研究

为了揭示榜沙河流域不同土壤的侵蚀特性,取样检测土壤机械组成、有机质含量,并采用实地放水冲刷法检测土壤抗冲性、采用浸水法检测土壤团聚体的水稳性指数(K)。结果表明:榜沙河流域抗冲性褐土最强,黑垆土次之,黄绵土最弱;抗蚀性黑垆土最强,褐土次之,黄绵土最弱;粒径为0.002~0.020 mm的土壤抗冲性最强,粒径为0.020~0.200 mm的土壤抗蚀性最强;土壤有机质含量与土壤抗冲性、抗蚀性成正相关关系,土壤抗冲性与土壤抗蚀性成正相关关系;土壤稳定性与土壤结构、有机质含量紧密相关,有机质含量越高,土壤结构越稳定、越不容易发生侵蚀。     

基于水量平衡方程推求盐分胁迫条件下春玉米根系吸水模型参数

为了探究作物根系吸水与根区土壤盐分运动的关系,在甘肃省石羊河流域开展春玉米田间试验,试验在测坑中进行,引入Feddes提出的根系吸水模型,在春玉米生育期内选择7个时间段作为研究春玉米根系吸水时间段,设置淡水灌溉、3 g/L水与6 g/L水灌溉处理,利用水量平衡方程分别计算各处理在各时段的根系吸水量.在此基础上,利用最小二乘法优化得到盐分胁迫修正系数的参数p为1.397,并且对3 g/L水与6 g/L水处理的根系吸水量模拟值和实测值进行了比较,相关系数在0.99以上,模拟值和实测值的误差在允许误差15%范围之内.建立了盐分胁迫条件下春玉米根系吸水模型,为该地区研究春玉米种植条件下土壤水盐运动规律奠定基础.     

KLD草毯抗侵蚀特性研究

试验研究了一种生态护坡材料——KLD草毯的抗冲特性和抗雨淋侵蚀特性。试验表明,由于KLD草毯具有较大的孔隙率,在水流的冲刷作用下,草毯内的土壤不断被水流侵蚀。植物根系的固土作用能提高草毯的抗冲能力,但是草毯袋内的土壤损失率仍然偏大,KLD草毯不宜用于水下的边坡防护。雨淋侵蚀试验表明,KLD草毯具有很好的渗透性,可有效降低地表径流,其表面的塑料丝网和植被可显著减小降雨的击溅力,生长的植物根系也起到了固土和保土作用;在大暴雨条件下,草毯袋内土壤损失率不超过3%,大暴雨持续1 h后,袋内的土壤损失率几乎不变。     

高羊茅根系增强土壤粘聚力的试验研究

为研究植物根系与土壤颗粒粘聚情况与抗剪强度的关系,选择高羊茅植物(Festuca arundinacea Schreb)(无植物对照)盆栽于3种不同土壤基质(高岭土、重钙土、河沙)进行控制性盆栽试验。分别测定生长形成根土复合体后根土复合体抗剪强度、及其对应下的根系表面积、体积以及长度、根系作用区的土壤pH值、电导率等指标。研究试验结果表明,在同一含水率、同一垂直荷载作用下活性的植物根系提高了土体抗剪强度(与素土对照相比)、粘聚力有明显提高,而内摩擦角提高程度较小。与无根系作用的土体相比,高羊茅—高岭土、高羊茅—重钙土根土复合体粘聚力c值增幅度在100%左右;3种土壤基质中由于河沙本底粘聚力低,高羊茅—河沙根土复合体粘聚力的增长倍数最大;而内摩擦角提高程度较小。通过根系分析,土体粘聚力随根系体积的增大有所增加,根土复合体区域的土壤电导率、pH值也有所提高。此外,对植物根系提高土壤粘聚力的这种"根土关系"和根土复合体提高土壤颗粒粘聚力的机制问题进行了探讨,根土作用通过粘聚力的提高与增强直接关系到土壤结构体形成与稳定,这对研究斜坡土壤的植物稳定与土壤破坏下的抗冲性、抗侵蚀能力大小与破坏分离过程等都有一定的指导意义。     

毛管埋深和土壤层状质地对地下滴灌番茄根区水氨动态和根系分布的影响

通过2年日光温室滴灌施肥灌溉试验,探讨毛管埋深和土壤层状质地对根区土壤水分、NO3(-)-N和番茄根系分布的影响,为地下滴灌的设计和运行提供依据.毛管埋深取0、15和30cm三个水平,设置0、150和225kgN/hm(2)三个施氮量水平,3种土壤包括均质壤土(L)、上砂下壤土壤(SL)和壤土中有砂土夹层土壤(LSL).研究结果表明,番茄生育期内根区平均土壤含水率和根长密度在0～20cm土层中随毛管埋深的增加而降低,在20～70em土层中随毛管埋深的增加而增大.地下滴灌土壤NO3(-)-N含量在0～20cm土层中较地表滴灌有所增加.毛管埋深对番茄总根长密度影响不显著,而最大根长密度随毛管埋深增加而降低,且出现的土层变深.层状土壤质地对土壤水分、NO3(-)-N和番茄根系在土壤剖面上的分布影响较大,与均质壤土处理相比,LSL处理0～20cm土层土壤含水率降低18%,NO3(-)-N含量降低23%.根长密度增加44%,土壤剖面上总根长密度与均质壤土处理相当;SL处理0～20cm土层土壤含水率降低28%,NO3(-)-N含量降低55%,根长密度降低35%,土壤剖面上总根长密度较均质壤土处理降低37%,因此在上粗下细层状土壤中应慎用地下滴灌.     

不同耕作措施及玉米生育期对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响

为探讨耕作措施和玉米季对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响,以横坡垄作坡面为研究对象,顺坡垄作坡面为对照,研究野外自然降雨条件下玉米季黄壤坡耕地土壤团聚体组成及其稳定性的变化特征,以期为山地黄壤区土壤抗蚀性研究提供理论依据。结果表明:①不同耕作措施对玉米种植土壤团聚体组成和稳定性影响显著,横坡垄作坡面较顺坡垄作含有更多大粒级团聚体;以(10,0.25]mm水稳性团聚体(WSA_>0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、结构体破坏率(PAD)、水稳性团聚体分形维数(D)、团聚体稳定性系数(ASI)为指标进行分析,得出横坡垄作坡面土壤团聚体稳定性较顺坡垄作坡面好。②随玉米生育期的推进,土壤大粒级团聚体含量及团聚体稳定性均呈现出显著升高的趋势,且在成熟期达极大值,表明玉米生育期也显著影响土壤团聚体组成及稳定性。③相关性分析得出,团聚体稳定性与根系密度、根表面积、根体积呈极显著正相关关系,根系的发育对增强研究区土壤团聚体稳定性具有重要的贡献。适宜的耕作措施和合理的种植模式均有助于研究区水土流失的有效防控。     

黄河下游黏性泥沙的冲刷速率研究

由于黄河下游河床中黏性泥沙与非黏性泥沙的抗冲性明显不同,导致黄河下游河势畸形、河岸坍塌等现象频发。选取黄河下游花园口附近河床中3种不同颗粒级配黏性泥沙进行抗冲刷试验,建立不同淤积固结状态下黏性泥沙冲刷速率与相对剩余切应力的关系,分析黏性泥沙干密度、中值粒径对冲刷速率、冲刷系数、能量指数的影响。结果表明:对于不同颗粒级配的黏性泥沙来说,其冲刷系数随着干密度的增大而减小;能量指数随着干密度的增大而增大;能量指数与相对剩余切应力近似成2次方关系;泥沙中值粒径在6.1～804.0μm范围内时,冲刷系数随中值粒径的增大呈现出先增大后减小的趋势;能量指数随中值粒径的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

紫花苜蓿根系拉拔试验研究

为了研究紫花苜蓿根系的拉拔力学性质和评价其根系固土力学机制的增强效应,采用室外原位拉拔试验分析了影响苜蓿根系拉拔力的因素。试验结果表明：① 紫花苜蓿根系拉拔力随着直径、根长、根系表面积的增大而增大,抗拉力与直径增长趋势呈指数关系,根长L2（20~30 cm）比根长L1（10~20 cm）平均拉拔力增大了69.62%,根长L3（30~40 cm）比根长L2平均拉拔力增大了61.7%,根长L3平均拉拔力比根长L1增大156.16%。② 拉拔力随根系表面积的增大而增大;根长L2、L3的平均根系表面积分别是根长L1的2.28倍和5.17倍;根长L2、L3平均拉拔力分别是根长L1的1.70倍和2.66倍。③ 紫花苜蓿根系拉拔力与植物根径呈负相关,满足幂指函数关系。拉拔强度T的大小为T3 (30~40 cm)>T2 (20~30 cm)>T1 (10~20 cm),根长L2、L3的平均拉拔强度比根长L1的减小了14.70%,53.71%。     

毛管埋深和土壤层状质地对地下滴灌番茄根区水氮动态和根系分布的影响

通过2年日光温室滴灌施肥灌溉试验,探讨毛管埋深和土壤层状质地对根区土壤水分、NO-3N和番茄根系分布的影响,为地下滴灌的设计和运行提供依据。毛管埋深取0、15和30cm三个水平,设置0、150和 225kgN／hm\+2三个施氮量水平,3种土壤包括均质壤土(L)、上砂下壤土壤(SL)和壤土中有砂土夹层土壤 (LSL)。研究结果表明,番茄生育期内根区平均土壤含水率和根长密度在0～20cm土层中随毛管埋深的增加而降低,在20～70cm土层中随毛管埋深的增加而增大。地下滴灌土壤NO-3N含量在0～20cm土层中较地表滴灌有所增加。毛管埋深番茄总根长密度影响不显著,而最大根长密度随毛管埋深增加而降低,且出现的土层变深。层状土壤质地对土壤水分、NO-3N和番茄根系在土壤剖面上的分布影响较大,与均质壤土处理相比,LSL处理 0～20cm土层土壤含水率降低18％,NO-3N含量降低23％,根长密度增加44％,土壤剖面上总根长密度与均质壤土处理相当;SL处理0～20cm土层土壤含水率降低28％,NO-3N含量降低55％,根长密度降低35％,土壤剖面上总根长密度较均质壤土处理降低37％,因此在上粗下细层状土壤中应慎用地下滴灌。     

不同水分处理对玉米根系分布及产量的影响研究

为了从机理上揭示土壤水分对玉米生长及产量的影响,文中采用了室内盆栽的形式,在玉米三叶期后开始控制灌溉的含水量下限,对其进行不同水分处理。试验对玉米的根长密度、总根长、根系干重、产量构成因子、产量及灌溉水利用系数进行了系统的分析。结果表明:不同水分处理不改变玉米根系随土层增加所呈现的对数递减的分布形式,却改变了其在不同土层的分配比例;水分处理W1玉米总根长及根系干重均大于W2,但差别不显著;W3玉米总根长及根系干重较W1、W2均显著减小;相对于其他处理,W1水分充足,其玉米产量最高,穗粒数最多,且玉米籽粒最饱满;W2较W1玉米产量、穗粒数及百粒重均有所降低,但降低的程度不显著;W3和W4玉米均严重减产,且籽粒干瘪不饱满。各水分处理灌溉水分利用效率排序为W2>W1>W3>W4。综合考虑玉米生长指标及灌溉水利用效率,确定在玉米生育期内以田间持水量的70%作为灌溉下限较为合理。     

植物根系固土护堤功能研究

今年汛期，嫩江流域发生有史以来的特大洪水，几经奋战，最终取得抗洪抢险斗争的最后胜利。在抵抗洪水过程中，除了水工建筑物及人为的努力，在大堤护坡上种植的护堤植物对固土护坡也起到了显著的作用。该文通过对嫩江大堤护坡植物根系及土壤抗冲、抗蚀及抗剪强度的测定分析，发现同一地段土壤的抗冲、抗蚀（水稳性）指数及抗剪强度均是表土层大于底土层。植物根系有较强的固持土壤功能，土壤稳定性与植物根量关系密切，根量大，其抗剪强度就大。在现有的植物中，牛毛草的抗蚀能力最大，其固土护堤功能最强，应大力推广。     

喷灌与地面灌溉冬小麦根系生长和分布的比较研究

以中优9507为材料,采用大田试验的方法,在分析喷灌和地面灌溉条件下冬小麦农田土壤水分分布特征的基础上,研究了不同灌溉下方式下冬小麦根系生长与分布状况。在根系发育达峰值的开花期,在0～30cm土壤表层,喷灌条件下冬小麦根长密度和根重密度大于地面灌溉,在土壤中下层(30～100cm),喷灌条件下冬小麦根长密度和根重密度小于地面灌溉。在根系逐渐衰老的灌浆期,在土壤表层,喷灌条件下冬小麦根长密度和根重密度仍大于地面灌溉。结果表明:在根系生长发育过程中,喷灌有利于根系在土壤表层发育,地面灌溉则促使根系在土壤中下层发育较多。在根系衰老过程中,与地面灌溉相比,喷灌延缓了根系的衰老。     

各生育期不同灌水下限对茄子生长、产量及水分利用效率的影响

为指导节水灌溉和增产,在茄子苗期、开花结果期和成熟采摘期进行不同灌水下限处理来研究各生育期不同灌水下限对茄子生长、产量及水分利用效率的影响。试验结果表明：株高、茎粗、叶面积、地上部干重、总根长、总根鲜重和干重均随着灌水下限的降低而降低。与正常灌溉相比,苗期和开花结果期适当降低灌水下限对茄子的生长、产量和水分利用效率的影响不明显。而成熟采摘期时对水分最为敏感,此时降低灌水下限对茄子的生长、产量和水分利用率的影响较为显著。综合灌水量、茄子生长、产量、水分利用效率几个方面考虑,苗期灌水下限60豫,开花结果期灌水下限65豫,成熟采摘期灌水下限70豫是最合适的灌水下限。     

交替隔沟灌溉对玉米耗水规律及其产量的影响

针对黑龙江西部风沙土区多风少雨,春旱严重,粮食产量及作物水分利用效率低等实际问题,于2009年在黑龙江省杜蒙县进行了交替隔沟灌溉条件下的玉米耗水规律及其产量的试验研究,为当地节水农业的发展提供必要的理论与技术支撑。试验表明,玉米整个生育期内拔节—抽雄期耗水量最大,日耗水量在抽雄—灌浆期最大。交替隔沟灌溉在适宜的灌水量水平下,产量增加显著。本试验中产量最高时,生育期灌水定额分别为苗期325 m3/hm2、拔节期300 m3/hm2、灌浆期400 m3/hm2。各生育期耗水量分别为播种—苗期38.92 mm、苗期—拔节91.14 mm、拔节—抽穗100.00 mm、抽穗—灌浆65.49 mm、灌浆—乳熟53.28 mm、乳熟—收获33.35 mm。     

灌溉定额与灌溉水矿化度对春玉米生长影响研究

在甘肃省石羊河流域开展春玉米咸水灌溉田间试验,研究了灌溉定额和灌溉水矿化度对春玉米生长的影响。研究结果表明相同灌溉水矿化度不同灌溉定额下,株高随着灌溉定额的减少而降低;相同灌溉定额不同灌溉水矿化度处理下,春玉米株高具有较大的差异;春玉米叶面积指数具有与株高类似的变化规律,重度缺水灌溉处理下,生育末期淡水灌溉处理的叶面积指数分别比3 g/L水处理、6 g/L水处理高出8%、20%。春玉米根长密度随着灌溉水矿化度的增大而减小,随着灌溉定额的减少而增大。随着灌溉定额的减少和灌溉水矿化度的增加,春玉米的产量逐渐降低。水盐联合胁迫作用下,3 g/L的轻度缺水灌溉处理、6 g/L的轻度缺水灌溉处理、3 g/L的重度缺水灌溉处理和6 g/L的重度缺水灌溉处理分别比淡水充分灌溉处理减产了29.8%、34.8%、37.9%和46.2%。