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土地利用类型对土壤水分入渗特征影响研究【字数:6664】

2024-02-25 14:55编辑: www.jxszl.com景先生毕设
土地利用类型对水文过程影响显著。然而,对土壤水分入渗特征的土地利用依赖变化知之甚少。在华北典型农业区选取四种土地利用类型(林地、灌丛、耕作农田和免耕农田),利用圆盘入渗仪对4个96m的断面进行132次原位入渗测量。采用经典统计方法,研究四种渗透特征,即:30min累积入渗量(I30)、土壤吸渗率(S)、非饱和导水率(K0,h0 = -2 cm)和饱和导水率(KS)。此外,为了探究入渗特征与所选环境因子存在特异性相关,分别测量了土壤容重(BD)、土壤有机质(SOM)、初始土壤含水量(IWC)和水温(T)。结果表明,土地利用类型对入渗特征值有显著影响。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1材料与方法 2
1.1研究地点 2
1.2研究方法 3
1.2.1原位入渗过程测定 3
1.2.2相关指标测定 3
1.2.3入渗特征值获得 3
2 结果与分析 4
2.1实验结果描述性统计 4
2.2土地利用类型与入渗特征分析 4
2.3入渗特征与环境因子相关性分析 5
3 讨论和结论 6
3.1讨论 6
3.2全文结论 7
致谢 7
参考文献 8 土地利用类型对土壤水分入渗特征影响研究
引言
引言
中国水资源是南方多而北方少。南方区(长江流域及其以南)的降水量大多在1000 mm以上,而北方区的降水量则多小于750 mm,其中绝大多数北方区小于400 mm。南方区拥有的水资源量占全国的81%,而北方区则仅占 19%。耕地资源则相反,南方区占35.2%,而北方区占64.8%,水土资源分布不匹配[1]。
土壤水分入渗是水分通过全部或部分地表向下流动进入土壤、在土壤中运动和存储,形成土壤水的过程,是降水、地面水、土壤水和地下水转化的中心环节,它控制地表水、地下水和土壤水库之间的水循环 [2],与地表产流、土壤侵蚀、降雨后土壤水分再分配等问题密切相关[3],它是最重要的地球表面过程之一。
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在给定的初始土壤含水量和供水条件下,入渗过程取决于土壤水力特性,如土壤吸渗率(S)、饱和或非饱和导水率(Ks或 Kθ)。在自然条件下,土壤水力特性受到土壤特性和环境因素的影响,这些因素与土壤结构、孔隙空间和几何形状有关,如土壤质地、有机物质、微生物活性、植物根系发育、干燥和冻融交替以及土壤耕作和管理[4]。在农业管理中,渗透行为的准确信息是必要的,例如,对于具有最优灌溉调度的精耕细作,可以节约用水和提高用水效率[5]。
土壤入渗特征,通常由土壤导水率,土壤吸渗率,渗透速率和累积入渗量等参数表 示,可直接测量或基于渗透观测的渗透模型间接得出。使用从现场采集的未受干扰的土壤样本,在实验室中进行渗透测量比在边界条件可能难以控制的原位测量更容易。然而,由于取样过程中不可避免的扰动、土壤样品体积小以及用于取样的气缸或柱体的墙体效应,实验室结果不能完全反映现场条件下的真实结果。相反,现场渗透测量可能更难以控制,但其结果对以后的应用更具代表性和价值[6]。还应当指出的是,在实地许多地点进行耗时的渗透测量时,一些环境因素,如温度、湿度和初始土壤含水量,可能会发生变化,它们会影响渗透过程。
土地使用变化是地球陆地表面最直接的人类行为,这很大程度上取决于农业扩张和集约化、城市化、毁林和采矿等各种目的所驱动的人类决策。随着土地利用方式的改变,由于土壤干扰和土地管理的不同,一系列环境因素也相应发生了变化。因此,水文过程的行为会随着土地利用的变化而发生显著变化。近年来,许多研究人员重点研究了土地使用变化对不同生态系统和土壤类型的渗透过程的影响。他们得出了一个一致的结论,即土地利用变化可能会极大地改变渗透过程。本研究旨在以北方某经典集中管理农业区域进行现场测量,探讨探讨土地利用类型对渗透特性的影响。
1 材料与方法
研究地点

图1 在不同土地用途类别下抽样横断面的位置
研究区位于中国北方河南省封丘县(114°14—114°45E,34°53—35°14N),是黄淮腹地的典型农业区。该地区以典型的半湿润季风气候为主。年降水量为615 mm,其中大约60—90%在5月至10月之间。年平均气温为13.9°C,月平均气温从1月1.0°C到7月27.2°C。年潜在蒸发量约为1587 mm。该地区地形平坦,海拔为65 m至73 m。地下水位于地表以下约315 m处。田间试验在冲积平原进行,土壤剖面在整个景观中非常均匀。土壤类型主要为潮土,土壤剖面一般为三层, 030 cm为砂质壤土层(砂72.9%,粉土17.5%,粘土9.6%),3060 cm为粉质粘土层(砂47.0%,粉土34.5%,粘土28.1%),60170 cm为砂质壤土层(砂62.0%,粉土28.1%,粘土9.9%)[7]。大部分地区是为农业生产而耕种的,而主要的种植系统是小麦—玉米轮作。传统的土地管理以使用耕作机 耕作为主,少耕和免耕制度日益普及。种植杨树(杨树)的防风林带通常位于相邻农田之间。此外,金银花是该地区常见的经济作物。因此,本研究选择了四种具有代表性的土地利用类型,即杨树种植林地(林地)、连续种植金银花10年以上的灌木丛(灌从)、常规耕作的耕地(耕作农田)和免耕管理5年以上的农田(免耕农田)。灌木丛和农田均用井水灌溉。 这4个实验点均靠近中国科学院封丘农业生态实验站(114°24E,35°01N),距离小于2 km(图1)。
1.2 研究方法
1.2.1原位入渗过程测定 选择四种具有代表性的土地利用类型,即杨树种植林地 (林地)、灌木连续种植金银花10年以上 (灌木)、常规耕作 (耕地) 下的耕地和免耕地。在每个用地的中部,设计了一个南北方向96 m长的采样样带。沿着采样样带,确定33个位置(每隔3 m)作为原位测量位点位置。在圆盘渗透仪放置之前,小心地从土壤表面去除小树枝、垃圾和粗矿物颗粒,并在土壤表面涂抹一层薄细砂,以实现圆盘基底和土壤表面之间的完全接触。对于所有原位测量位点位置用直径为22 cm的圆盘式入渗仪测量原位渗透,渗透都是在2 cm的压头下进行的。由于在现场进行渗透测量的几周内,不同位置的水温发生了变化,因此要使用温度计对渗透测量的每次运行时过滤器中的水温(T)进行记录。在渗透过程中,每隔1min手动记录鼓泡塔中的水量,直到2 h。在某个位置完成渗透测量后,将在渗透仪的正下方收集扰动土壤样本,以测量最终土壤含水量(FWC)。

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