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1.
植被发育斜坡土体大孔隙结构多尺度特征 总被引：1，自引：0，他引：1
《山地学报》2019,(5)
植被发育斜坡土体中普遍存在大孔隙,在强降雨过程中大孔隙产生的优先流加快降雨入渗,影响斜坡稳定。大孔隙结构影响优先流过程和优先流的水动力特性。为探明植被发育斜坡土体大孔隙结构的多尺度特征,本文在分析土体大孔隙研究进展的基础上,提出适用于研究植被发育斜坡土体大孔隙的试验方法。以云南省段家营、头寨、象冲、东月各、白泥山和贵州八渡滑坡的植被发育斜坡土体为研究对象,采用挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、SEM法定性和定量分析植被发育斜坡土体大孔隙的多尺度几何形态和分布特征。研究表明:挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、内窥镜检查和SEM法适用于分析植被发育斜坡土体的大孔隙结构;植被发育斜坡土体的大孔隙有腐烂根系通道、根-土间隙、动物通道、团聚体间大孔隙、土-石间隙、干缩裂隙和成因不明大孔隙,其中前四种是主要类型;各种大孔隙相互交织组成大孔隙网络系统;受到植物物种、树龄、动物物种、土体生态系统和立地条件的影响,不同类型大孔隙的多尺度几何形态和分布特征不同。将先进技术手段与染色剂溶液降雨模拟示踪试验结合起来,研究大尺度的大孔隙三维几何形态和分布特征是未来的主要工作。 相似文献
2.
不同植被发育斜坡土体优先流特征 总被引：9，自引：0，他引：9
以昆明市呈贡新区马卡山云南松和狗牙根两类典型植被发育斜坡土体为研究对象,采用染色示踪试验研究了水分通过斜坡土体大孔隙网络以优先流形式下渗这一过程。对采集到的剖面染色示踪图像进行处理,得到了土体优先流特征参数的变化规律,结果表明:不同植被发育斜坡土体对降雨的响应是不同的;平均染色面积比和染色路径数量在同一深度不同剖面间以及不同深度处同一剖面间均表现出明显的异质性;除了表层2 cm深度范围外,其余深度处云南松发育斜坡土体中平均染色面积和平均染色路径数量比狗牙根的大,说明前者优先流发生和发展较后者活跃。最后,通过对土体中分层根系生物量的测定,发现其与总染色面积比以及染色路径数量随深度增加呈较好的正相关关系,说明斜坡土体中优先流特征与植被根系分布有着密切的关系。 相似文献
3.
《山地学报》2015,(3)
水分或溶液在土体中的迁移具有空间和时间上的异质性。以植被发育斜坡云南昭通头寨沟和昆明呈贡段家营为研究试验区,分别运用亚甲基蓝和罗丹明B溶液进行了多次染色示踪渗透试验,发现根-土间隙的导流现象十分明显,其导流作用很可能已经超过了传统的三类土体大孔隙。然而,国内外研究者对根-土间隙方面的研究还比较欠缺。为此,对根-土间隙宽度为0.5~3.0 mm,步长为0.5 mm流道内单相流体摩擦阻力系数和入渗速度进行了理论计算,并讨论了在同一流道和不同间隙流道内影响水分下渗速度的因素,结果表明:根-土间隙的大小对根-土间隙通道内流体的流动特性有着重要影响,随着间隙的减小摩擦阻力系数也相应减小;间隙对流动阻力系数的影响还依赖于Re的大小,其影响随Re的减小而减小。在昭通头寨植被发育斜坡土体中,根-土间隙宽度主要集中在0.5~1.0 mm,间隙内水分下渗的速度分布在区间0.014~0.203 mm/s;相同面积上,头寨试验区渗透速率是呈贡段家营试验区的26.28倍。由于根-土间隙的存在,大大地促进了土体水分的快速下渗,对滑坡孕育的贡献是显著的。 相似文献
4.
腾格里沙漠人工固沙植被区浅层土壤水分对降水和生物结皮的响应 总被引：2，自引：1，他引：1
选择腾格里沙漠东南缘人工植被区3种典型的地表覆被类型（藓类结皮、藻类结皮和流沙）土壤为对象,选取发生在7月和9月的两次降水事件,研究浅层土壤（3、5、10 cm）水分入渗与再分布过程。结果表明：浅表层3 cm深度土壤水分在降雨初期均表现为跳跃式增加,而在降雨中后期由于土壤剖面不同深度水势梯度减小,降水入渗速率降低,土壤水分仅呈现小幅波动。在两次降水事件中,藓类结皮和藻类结皮对降水入渗的阻碍作用比较显著,入渗速率表现为沙土 > 藻类结皮 > 藓类结皮;从水分再分布看,生物土壤结皮的存在致使水分再分配过程表现出明显的浅层化;降水过程结束后,结皮促进水分的蒸发损失,从而减少植被可利用水分含量。人工固沙植被区广泛发育的生物土壤结皮对降水入渗与再分布过程以及土壤水量平衡具有重要影响。 相似文献
5.
植被发育斜坡非饱和带土体中共同存在基质孔隙和大孔隙。为研究强降雨条件下植被发育斜坡非饱和带土体中水流路径分布模式及水流运动过程。在云南螳螂川流域的马卡山开展碘-淀粉显色示踪试验,基于顺坡方向的垂直染色剖面,采用经典K均值聚类算法和一般统计法研究水流路径分布特征。结果表明:1.水流路径分布是非均匀的,顺坡方向的异质性比垂直方向显著,湿润前锋面不是平面,降雨入渗不是活塞式,Darcy定律和Richards方程等均匀多孔介质水流理论不能完整地描述强降雨条件下植被发育斜坡非饱和带土体的水流运动过程;2.随着非饱和带土体深度增加,水流从基质流渐变到优先流与基质流的过渡流,深部土体以优先流为主;3.应该从三维流场方面对植被发育斜坡非饱和带土体中的水流运动过程进行精细描述。 相似文献
6.
荒漠灌丛树干茎流及其入渗、再分配特征 总被引：8，自引：2，他引：6
运用铝箔收集法测定了荒漠灌木柠条（Caragana korshinskii Kom.）树干茎流;利用时域反射仪连续测量土壤剖面水分含量,分析树干茎流影响下柠条根际区水分入渗与再分配过程。结果表明,柠条灌丛产生树干茎流需要2.2 mm的前期降雨量,树干茎流占降雨量的7.9%,平均汇流率是89.8。土壤表层含水率对降雨过程响应明显; 当降雨量达到6 mm时,树干茎流有利于增加根际区土壤水分增量,补充深层土壤水分,对荒漠植被在干旱条件下存活起着重要作用。 相似文献
7.
在植被发育程度较高的云南昭通头寨试验区和呈贡段家营试验区,使用亚甲基蓝和罗丹明B溶液多次进行染色示踪渗透试验,发现根-土间隙的导流现象十分明显,其导流作用很可能已经超过了传统的三类土体大孔隙。对不同尺寸根-土间隙流道内水分入渗速度模型进行推导与理论计算,并将其与实测实值进行比较分析,最后讨论了头寨试验区和呈贡段家营试验区斜坡土体中根-土间隙在降雨入渗过程中导流量所占比例。结果表明:昭通头寨和呈贡段家营试验区斜坡土体中根-土间隙的尺寸主要集中在0.5~1.0 mm,多数间隙尺寸为0.5 mm左右,根-土间隙流道内水分下渗速度主要分布在区间0.027~0.203 mm/s和0.014~0.102 mm/s,两试验区土体中根-土间隙的导流量分别占总入渗量的72%~82%和54%~70%,相同面积上,头寨试验区土体中根-土间隙的导流量是呈贡段家营试验1.67倍,根-土间隙对降雨入渗的贡献是显著的。 相似文献
8.
为了得到斜坡非饱和带土体失水过程中干缩裂缝的发育规律,实验室条件下,将不同粒度组成的四组植被发育斜坡非饱和带土样饱和以后恒温失水,获取裂缝形成和发展过程中形态特征,并计算分析其裂隙率和裂缝盒维数的变化规律;基于Image J软件计算裂缝发育稳定时被裂缝切割形成的块区个数和各块区面积。研究结果表明:在裂缝发育过程中,土样的裂隙率和盒维数呈上升的趋势,且两者呈显著正相关关系,裂隙率总体上符合三阶段变化规律;颗粒组分越粗,裂缝发育越缓慢,其盒维数越小,裂缝形态相对规则;裂缝发展稳定时裂缝块区面积分布范围越广,块区面积越不均匀,裂缝切割土样形成块区个数越少。本文仅主要考虑了土样颗粒组成对裂缝发育的影响,其他影响因素有待进一步试验分析。 相似文献
9.
植被发育斜坡土体大孔隙分布特征的染色示踪法研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《山地学报》2015,(1)
植被发育斜坡土体中广泛存在由各种大孔隙组成的大孔隙网络系统,其分布特征影响斜坡水文行为和孔隙水压力场,对斜坡稳定性有重要影响。运用亚甲基蓝溶液分别在木本植被群落斜坡和草本植被群落斜坡土体进行染色示踪渗透试验。通过对垂直剖面大孔隙分布模式的分析和对整个试验区大孔隙的深度分布的统计分析,研究大孔隙分布的非均匀特征。研究结果表明:1.大孔隙在垂直方向和横坡方向上的分布都表现出非均匀性,顺坡方向表现出明显的变异性;2.大孔隙分布表现出显著的各向异性特征,横坡方向的非均匀性比顺坡方向的非均匀性显著;3.草本植被群落斜坡土体大孔隙分布的非均匀性和变异性比木本植被群落斜坡显著;4.在100 cm×100cm的尺度下研究大孔隙分布特征是合理的。 相似文献
10.
为了全面得到植被发育斜坡非饱和带土体中优先域结构类型,以2个试验区5个玄武岩斜坡为研究对象,采用染色示踪试验揭示优先域的存在形式及其影响因素,并采用双环入渗试验对不同深度非饱和带土体渗透特征进行测定,揭示优先域对水分入渗的贡献。研究表明：植被发育斜坡非饱和带土体中优先域结构类型除了传统的植物根系腐烂后残留的通道、动物通道、土体干缩裂隙以外,还存在有根系-土体以及砾石-土体接触带空隙以及气候冻融交替产生的裂隙,其中植被根系对大孔隙的影响占主导地位;试验区斜坡非饱和带土体的饱和渗透速度随深度增加有降低的趋势,土体饱和渗透速度最大值高达513.6 mm/h（表层）;最小值13.33 mm/h,受广泛分布的优先域影响下形成的斜坡饱和带高渗透盖层对降水入渗的贡献是巨大的。 相似文献
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沙坡头植被固沙区生物结皮对土壤水文过程的调控作用 总被引：37，自引：18，他引：19
生物结皮的土壤水文过程一直是学术界比较关注的争议性问题。通过对生物结皮的生态调查和水文物理实验分析、野外人工模拟降雨条件下的土壤水动力学试验、以及天然降雨后土壤水分的动态监测,分析了生物结皮对降雨渗透、土壤水分再分配和土面蒸发等土壤水文过程的调控作用,认为:(1)生物结皮层不仅降低了水分渗透速度和深度,还引起了土壤水分渗透的不稳定性,即指状流的出现;(2)生物结皮的逐年发育使土壤水分的分配格局和分配过程发生了很大变化,土壤水分再分配过程有明显的浅层化趋势,即生物结皮的降雨拦截作用;(3)生物结皮通过降低反射率和提高毛管作用,大大提高了土面蒸发。生物结皮对土壤水文过程的调控作用正在深刻地改变着固沙区的土壤水环境。 相似文献
12.
沙地降雨入渗水分动态 总被引：21，自引：3，他引：21
应用土壤水动力学基本原理，结合先进仪器的使用，从动力学角度，以能态观点定量研究沙地水分入渗动态。通过野外现场观测，分析不同深度含水率和吸力随时间变化过程，研究沙地降雨入渗水分传递过程，探讨入渗条件下沙地水分运动的动力学机制和特征。 相似文献
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森林小流域的降雨出流机制的探讨 总被引：2，自引：2，他引：0
本文简述了森林小流域中降雨—截流—下渗—地中水—地表水各个环节的作用。作者认为,在降雨出流过程中,下渗和土壤中的快速流是非常重要的部分,而地表出流所占的比例是比较小的。一般来说,森林土壤的下渗率比较大,森林流域的贮水能力也是很可观的。这些就决定了森林流域的产流不是霍顿产流,也不同于现在流行的许多产流理论和模式。在湿润地区形成产流区时的特点并非是表层土壤首先饱和,而是地下水位或被地下水支持的饱和毛细管带上升到表面附近使该区发生饱和,因而产生以及维持这种饱和状态所需的垂直下渗和地中水的侧向补给是流域是否发生产流的先决条件之一,而地表流可认为是回归流。此外,流域地中水产流对降雨响应过程可认为是由作用在毛细管带中的水的压力平衡受破坏而引起的,这个压力通过毛细管带传递到饱和带。作用在毛细管带中的水的压力平衡受破坏的原因可以是封存在土壤中的被瞬间压缩的空气压力作用,也可以是降雨直接接触到已发展至地表的非饱和毛细管带的上缘。 相似文献
14.
The spatial and temporal patterns of pedogenesis on stabilized dunes at Shapotou, northwestern China, were studied on the time sequences of 0, 18, 35 and 43 years. The spatial pattern of soil formation was estimated by measuring the thickness of accumulated sand fractions on the stabilized dune surface and by analyzing the characteristics and properties of soil. The results showed that the environment of soil formation and circulation of soil material were influenced in the processes of shifting-sand fixation, and the mean soil particle size changed from >0.2 to <0.08 mm in 0–20 cm soil depth with the succession from cultivated plants to natural vegetation. The capacity of available soil water increased fivefold. Deep infiltration of water in soil no longer occurred due to the increase in soil water capacity and the change of redistribution of soil water in profiles. Soil microorganisms evolved from simple to complex. Interaction of these processes obviously brought about accumulation of soil fertility, evolution of soil profiles and development of the profiles towards aripsamments. The difference of micro-topography is closely related to redistribution of material and energy in soil formation. 相似文献
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The practice of building and operating of railroad beds shows that the greatest at enuation of soils occurs in the spring, during their transition from the frozen to thawed state. The greatest influenc... 相似文献
16.
森林土壤大孔隙特征及其生态水文学意义 总被引：8，自引：0，他引：8
由于研究方法和目的的不同,土壤大孔隙的标准并不统一,一般认为土壤大孔隙的孔径在0．03～3mm;〉3mm的孔隙相对于土壤结构而言非常巨大,水流在这些孔隙中的运动完全不同于土壤中的运动方式,因此一般土壤大孔隙研究中不包含这种成因的巨大孔隙。对于森林土壤而言,动物活动和根系作用是大孔隙形成的主要原因。研究土壤大孔隙经常采用的方法有染色法、CT扫描技术和入渗方法;由于土壤大孔隙的高度不规则性,常采用分形理论研究大孔隙的特征。水分在大孔隙中的快速运动是大孔隙流的主要特征,因此模拟大孔隙流时经常采用可将土壤分为快速运动区域和运动较慢区域两个部分的两区模型。壤中流是森林涵养水源和调节径流的主要方式,土壤大孔隙对壤中流的产生具有重要的影响。研究森林土壤大孔隙,可深化森林涵养水源机理的认识,不仅在理论上可加深理解森林调节水文的过程;在实践上用于预测土地利用变化对水资源和水环境的影响,为退耕还林、天然林保护工程的植被恢复重建提供理论与决策依据。 相似文献
17.
Hydraulic redistribution is the process of passive water movement from deeper moist soil to shallower dry soil layers using plant roots as conduits. Results from this study indicate that this phenomenon exists among two shrub species (Guiera senegalensis and Piliostigma reticulatum) that co-exist with annual food crops in Sahelian agro-ecosystems. Real-time measurements were conducted for soil water content, soil water potential and microclimate variables notably; air temperature, relative humidity, wind speed, precipitation and solar irradiance. Additionally, sap flow measurements were conducted in shrub roots using the thermal dissipation technique on intact and coppiced shrubs. Monthly predawn leaf water potential was measured using a portable pressure chamber. Soil water potential (Ψs) at the 20 cm depth declined significantly during the dry season with diel changes in Ψs of −0.6 to −1.1 MPa. These variations were attributed to passive water release from shrub roots resulting in overnight rewetting of drier upper soil layers. Sap flow measurements on tap and lateral shrub roots indicated daily reversals in the direction of flow. During the peak of the dry season, both positive (toward shrub) and negative (toward soil) flows were observed in lateral shrub roots with sap flow in the lateral roots frequently negative at night and rapidly becoming positive soon after sunrise. The negative sap flow at night in superficial lateral roots and the periodic positive flow in the descending tap roots were indicative of hydraulic redistribution. Hydraulic redistribution may be an important mechanism for drought stress avoidance while maintaining plant physiological functions in both shrubs and neighboring annuals in water-limited environments. 相似文献
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绿洲是由农田、林地、沙荒地、湖泊和湿地等多种景观组成的镶嵌体,农田、林地、沙荒地是该镶嵌体的主要组成部分。探究不同土地利用土壤入渗特征对深入了解绿洲内部水循环和水转化具有重要意义。本文研究了农田、防护林地和沙荒地3种土地利用方式0—40 cm土层土壤物理性质及入渗特征,探讨不同土地利用对土壤入渗特征的影响及其驱动机制。结果表明：（1）不同土地利用土壤质地差异显著,较沙荒地,防护林地和农田0—40 cm土层土壤黏粉粒含量分别增加了100.25%和285.23%,土地利用对干密度和总孔隙度影响较小,仅防护林地表层（0—10 cm）干密度减小（1.37±0.12 g·cm-3）、总孔隙度增大（48.22%±4.56%）;（2）不同土地利用方式土壤入渗性能存在显著差异,与沙荒地相比,农田和防护林地土壤初始入渗率分别减小了75.49%和37.05%,饱和导水率分别减小了80.04%和42.02%;（3）不同土地利用方式显著影响土壤水流模式,防护林地和农田土壤水流入渗非均匀性显著高于沙荒地,其优先流比分别是沙荒地土壤的3.84倍和5.46倍;（4）土壤初始入渗率和饱和导水率与黏粉粒含量显著负相关,优先流比和长度指数与黏粉粒含量和总孔隙度显著正相关,土壤入渗性能和水流模式均受土壤质地的影响,表明土壤质地是土地利用对土壤入渗影响的关键因子。 相似文献
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春季积雪融水是古尔班通古特沙漠土壤水分的重要补给源之一,为早春植物的萌发和生长创造了有利的条件。为掌握该地区春季沙丘的土壤水分分布状况,采用探地雷达测量技术,于2010年4月进行了多次野外测量,并通过对地面直达波信号的提取和分析,初步获得了一致的测量结果。结果表明：（1）探地雷达地面直达波测量的土壤平均含水量与20 cm深同步TDR的测量结果非常接近,两者总体相差在0.02 cm3/cm3以内,充分反映了GPR地面直达波测量结果的有效性和精确性;（2）春季积雪完全融化后,沙丘/沙垄顶部土壤水分明显低于垄间低地,这与前人的研究一致,反映了积雪和冻土层在消融过程中,沙丘表面融水在坡面重力作用下,沿难以透水的冻土层上界自坡上向坡下迁移,形成了垄间最高、坡部次之和垄顶最少的分布格局;（3）垄间低地的土壤水分明显受到低矮灌草丛的影响进行再分布,这是由于积雪最初沿植丛基部开始消融,并以植丛为中心形成漏斗状融洞,从而形成以植丛为中心汇集较多融雪水的格局,而垄间低地中较为高大的梭梭乔木对融雪水的再分布影响明显不如低矮的灌草丛,这与其地表茎基过少有关。此外,探地雷达测量实验提供了详实可靠的表层土壤含水量分布信息,可为荒漠生态系统的空间尺度研究提供真实可靠的数据基础。 相似文献