土壤質(zhì)地層狀性和水質(zhì)對(duì)土壤侵蝕影響的試驗(yàn)研究.pdf

1、由于氣象、地質(zhì)和生物等過程的作用，層狀土壤構(gòu)型在自然界普遍存在，降雨水質(zhì)性質(zhì)隨著地域發(fā)生改變，因此在降雨侵蝕過程中這兩個(gè)因素也起到了關(guān)鍵的作用。并且土壤層狀構(gòu)型的存在，使水分在均質(zhì)土中和層狀土壤構(gòu)型中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有很大的差異，土壤理化性質(zhì)也會(huì)隨降雨水質(zhì)的不同而發(fā)生改變。雖然土壤的層狀構(gòu)型和各類的水質(zhì)對(duì)土壤入滲的影響被廣泛證實(shí)，但是對(duì)土壤侵蝕過程影響的研究較少，而且研究不同灌溉和降雨水質(zhì)在層狀土壤構(gòu)型中的土壤入滲過程還未見有報(bào)道。因此，本

2、論文以黃土高原廣泛分布的塿土、黃綿土和砂土為研究對(duì)象，通過人工室內(nèi)模擬降雨，研究不同的層狀土壤構(gòu)型對(duì)土壤入滲及坡面土壤侵蝕過程中的影響;以及不同降雨水質(zhì)作用下，土壤的降雨入滲過程，產(chǎn)流產(chǎn)沙特性;同時(shí)研究室內(nèi)層狀土壤構(gòu)型，在各種水質(zhì)入滲過程中的土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以期為層狀土壤入滲過程和侵蝕過程模擬提供科學(xué)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明:
　　(1)層狀土壤構(gòu)型“上砂下黏”組合能夠降低降雨侵蝕程度。通過人工模擬降雨試驗(yàn)，研究了3種土壤類型及其不同

3、層狀結(jié)構(gòu)組成條件下的降雨入滲和產(chǎn)流產(chǎn)沙特征:隨降雨強(qiáng)度增大，各層狀土壤的產(chǎn)流時(shí)間均變短，而徑流系數(shù)均增大，土壤侵蝕強(qiáng)度增大;在相同降雨強(qiáng)度下，“上砂下黏”的層狀土壤構(gòu)型穩(wěn)定入滲率較大，抗侵蝕能力較強(qiáng)，而“上黏下砂”的層狀土壤構(gòu)型在降雨侵蝕過程中的產(chǎn)沙量大，土壤侵蝕強(qiáng);土壤入滲率的大小由層狀土壤的總土水勢(shì)和導(dǎo)水率共同決定的，三層土壤組合的入滲率大小為砂土-黃綿土-塿土＞砂土-塿土-黃綿土＞塿土-砂土-黃綿土＞塿土-黃綿土-砂土;兩層組合的

4、大小為砂土-塿土＞塿土-砂土。土壤水分的入滲是有土水勢(shì)起主導(dǎo)作用，因此，在降雨侵蝕過程中，非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)，孔隙是與大氣相連通，層狀土壤構(gòu)型的水頭壓力決定土壤入滲速率，從而使得其含水量高于均質(zhì)土壤。層狀土壤構(gòu)型產(chǎn)流產(chǎn)沙量總體為三層組合＜兩層組合＜單層土壤，表明層狀組合層次越多，其抗侵蝕能力可能越強(qiáng);根據(jù)Smith降水入滲模型和Kostiakov入滲模型，可得出在降雨條件下層狀土壤的入滲模型公式，利用試驗(yàn)進(jìn)行了模擬驗(yàn)證;
　　(2

5、)降雨水質(zhì)的不同，侵蝕過程侵蝕程度不同。通過模擬降雨試驗(yàn)研究了不同水溶液（去離子水、天然降水、天然積水、自來水和微咸水）模擬降雨條件下土壤入滲和產(chǎn)流產(chǎn)沙特征:隨著降水中鈉吸附比和電導(dǎo)率的增加，土壤侵蝕強(qiáng)度先降低后增加;天然積水作用下，侵蝕程度最低，因此其是降水中鈉吸附比和電導(dǎo)率的臨界值，高于或低于此值，侵蝕程度加劇;塿土入滲率和累積入滲量從大到小的排列順序?yàn)?天然積水＞微咸水＞自來水＞天然降水＞去離子水，天然積水的累積入滲量最高，去離子

6、水累積入滲量最低。水質(zhì)對(duì)降雨侵蝕的影響特征還受土壤質(zhì)地和構(gòu)型的影響，粘粒含量較高的塿土降雨侵蝕受水質(zhì)影響比粘粒含量較低的黃綿土更加明顯，同時(shí)層狀構(gòu)型塿土-砂土的降雨侵蝕程度和均質(zhì)塿土侵蝕規(guī)律一致，但是侵蝕程度比均質(zhì)塿土強(qiáng);Philip模型應(yīng)用于降雨水質(zhì)入滲模擬時(shí)，對(duì)于鈉吸附比較低的水質(zhì)計(jì)算結(jié)果較為精確，對(duì)于鈉吸附比較高的水溶液，其計(jì)算結(jié)果有一定偏差。也就是說水質(zhì)鈉吸附比(SAR)是有一定的閾值范圍，本試驗(yàn)的范圍是當(dāng)鈉吸附SAR等于天然積

7、水的SAR時(shí)，降雨侵蝕量最低。
　　(3)不同水質(zhì)的積水入滲過程是受土體構(gòu)型控制。利用去離子水、天然降水、天然積水、自來水4種水質(zhì)的水，作用于三種土壤構(gòu)型（均質(zhì)塿土、塿夾砂、砂夾塿），研究均質(zhì)和層狀土壤積水入滲過程:Philip入滲模型模擬不同水質(zhì)在均質(zhì)塿土的入滲過程，均方根誤差(RMSE)計(jì)算值偏小，擬合精度高;四種水溶液在三種土壤構(gòu)型入滲的時(shí)間:去離子水＞天然降水＞自來水＞天然積水;均質(zhì)塿土＞塿夾砂＞砂夾塿。濕潤鋒在相同時(shí)間內(nèi)

8、推進(jìn)距離:均質(zhì)塿土＜?jí)v夾砂＜砂夾塿;含有不同鈉吸附比和電導(dǎo)率的水溶液對(duì)層狀土壤濕潤鋒推進(jìn)距離的影響程度受由土壤分層組合方式?jīng)Q定。
　　土壤層狀結(jié)構(gòu)的普遍存在，通過室內(nèi)人工模擬降雨和一維土柱入滲試驗(yàn)，對(duì)層狀土壤構(gòu)型的侵蝕規(guī)律進(jìn)行研究，以及塿土夾砂土和砂土夾塿土進(jìn)行積水入滲規(guī)律進(jìn)行探討，獲得層狀土壤構(gòu)型的侵蝕特征和不同夾層層狀土入滲規(guī)律及降雨水質(zhì)的對(duì)土壤侵蝕的影響程度，揭示了層狀土壤入滲機(jī)理，為干旱半干旱地區(qū)提高水資源的利用效率和預(yù)防