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《北京林业大学》 2016年
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重庆四面山四种土地利用类型土壤优先流特征研究

陈晓冰  
【摘要】:优先流是土壤中普遍存在的一种水分运动形式,它会引起土壤养分流失、地下水污染和坡面土体稳定性降低等现象的发生。研究土壤优先流特征对揭示优先流在土壤水入渗过程中的影响作用,从而认识土壤水运动过程对区域水循环的影响具有重要意义,也为区域水资源评估、农业节水灌溉、地下水污染风险评价以及地质灾害防治等提供科学支撑。本研究以三峡库区重庆四面山地区的针阔混交林地(马尾松+木荷+石栎)、竹林地(楠竹)、草地(复叶耳蕨+马蹄金+三脉紫菀)和农耕地(大豆)为研究对象,将野外染色示踪试验与室内土柱入渗模拟试验相结合,采用图像解析、数理统计分析、林分空间结构分析、多元点格局分析和灰色关联分析等方法,对4种土地利用类型的土壤优先流染色形态特征、优先路径空间结构状况、优先流程度以及影响优先流形成的主要因素进行分析,系统研究了重庆四面山4种土地利用类型的土壤优先流特征。研究结果如下:(1)4种土地利用类型的土壤水入渗过程中优先流与基质流伴随发生,优先流染色形态面积是基质流的0.7~10.7倍。在同一供水条件下,针阔混交林地最先发生土壤优先流现象,且土壤剖面中的优先流染色形态以垂直方向延伸为主,分化程度最高,相比之下竹林地和草地的优先流染色形态分化程度有所降低,出现了一定程度的侧移和块状的染色形态分化现象,而农耕地的土壤优先流发生相对滞后,土壤水分运动形式以基质流为主,优先流现象最不显著。土壤垂直方向上,4种土地利用类型土壤染色面积比随土壤深度的增加而降低,其中优先流多发生在10~40 cm土壤深度范围内;土壤水平方向上,土壤染色面积比的分布模式分为多峰型、双峰型、单峰型和均匀型,其中针阔混交林地为多峰型分布模式,竹林地为双峰型,草地则表现为双峰型、单峰型和均匀型共同存在的混合分布状态,而农耕地的水平染色面积比分布模式多表现为均匀型,其优先流染色形态分化程度最不显著。针阔混交林地和竹林地的优先流染色形态变化程度沿土壤深度增加方向上均表现为:活跃→次活跃→活跃→速变,而草地和农耕地则表现为:次活跃→活跃→速变→相对稳定的优先流染色形态变化程度。(2)4种土地利用类型土壤中的优先路径总数量和上下路径连通程度均表现为针阔混交林地竹林地草地农耕地。随土壤深度的增加,不同样地土壤优先路径的空间分布均呈现由随机向聚集分布状态变化,针阔混交林地土壤优先路径的聚集分布程度相比竹林地、草地和农耕地更高,农耕地表现的聚集分布程度最低,且所有样地的土壤表层优先路径组成相比深层复杂,即深层优先路径组成趋于单一。4种土地利用类型优先路径沿土壤深度的增加,其发育程度逐渐降低。针阔混交林地、竹林地和草地土壤优先路径的空间形成和分布均受其他优先路径以及生物活动的影响,而农耕地土壤优先路径的空间形成和分布主要受生物活动的影响。(3)原状土柱相比扰动土柱较早出现水分和溶质穿透出流现象,且原状土柱剖面优先流染色形态分化现象明显。对于土壤结构性高的针阔混交林地其原状土柱最早出流且饱和导水率最大,其次为竹林地,然后为草地,农耕地出流特征最不显著,出现了滞后现象。原状土柱优先流区的染色变异系数反映出土柱中的优先流非均匀程度为针阔混交林地竹林地草地农耕地。利用灰色系统理论进行综合分析,得出在同一供水条件下4种土地利用类型土壤优先流程度由高到低依次为:针阔混交林地(91.62%)、竹林地(90.77%)、草地(87.70%)和农耕地(85.51%),平均土壤优先流程度为88.90%。(4)土壤优先流的形成是由外部因素和内部因素共同作用的结果。通过Spearman相关分析筛选出土壤密度、砂粒含量、粉黏比、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、有机质含量、饱和导水率、土壤含水量、不同径级的根长密度、根孔数量以及根重密度进行主成分分析,得出土壤孔隙结构(贡献率为48.92%)、土壤水分状况(贡献率为23.46%)和土壤类型(贡献率为18.33%)为影响研究区内土壤优先流形成的3个方面的因素,其中土壤孔隙结构为最主要的影响因素。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S152.7

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