川中丘陵区林地与坡耕地土壤水力学性质研究

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以川中丘陵区盐亭紫色土农业生态试验站为研究区,选取林地、坡耕地为研究对象。采用田间原位法(张力入渗仪、Guelph压力入渗仪)和室内变水头法测定林地和坡耕地的土壤导水率,对比分析各方法结果的差异,揭示土壤导水率的剖面变化规律;采用沙箱法和压力膜仪法测定土壤水分特征曲线,分析低吸力段数据对土壤水分特征曲线的影响;采用张力入渗实验数据计算林地、坡耕地不同土层深度的大、小孔隙分布。本论文得出的主要结论如下:(1)田间原位张力入渗仪法、Guelph压力入渗仪法测得的土壤饱和导水率均大于室内变水头法测得的土壤饱和导水率。这与室内环刀法在采样中对土壤大孔隙通道的切断与破坏、测定土壤样品的体积较小有关。(2)低吸力段下(h>-3cm)林地各层土壤(010,1020和2030cm)非饱和导水率均小于坡耕地对应土层深度的导水率;高吸力段下(h <-3cm)林地与坡耕地各土层导水率曲线差异较小。林地各土层深度的饱和导水率明显小于坡耕地对应土层的饱和导水率,基本相差一个数量级。(3)同一土层深度同一负压水头下,林地、坡耕地的平均孔隙半径差异较小,且随着负压水头的增加,平均孔隙半径逐渐增大。林地各土层深度的三类大孔隙r>0.5mm,0.25<r <0.5mm和0.125<r <0.25mm所对应的有效孔隙度均不超过0.015cm3.cm-3,明显小于坡耕地对应孔隙半径的相应值。坡耕地所有坡位的有效孔隙度均随着土层深度的增加逐渐减少。耕作层各类孔径的有效孔隙度最大,最大值可达0.23cm3.cm-3;犁底层的有效孔隙度最小,均小于0.10cm3.cm-3。(4)由沙箱和压力膜仪数据拟合得到的全吸力范围曲线(log10h呈现出‘S’形,而使用压力膜仪测得的高吸力段(10015000cm)数据所获得的曲线并不表现出明显的‘S’形特征。综合沙箱法和压力膜仪法两者的数据拟合得到的滞留含水量(r)大于仅使用压力膜仪数据拟合所得值。因此,联合采用沙箱法和压力膜仪法测定全压力范围的持水特性是必需的,特别对于反映质地相对较粗(如壤质紫色土)土壤中占相当比例的较大孔隙在低吸力条件下的持水能力非常重要。(5)由土壤孔径分布的计算结果可知:林地、坡耕地各坡位表层土壤(010cm)的结构性孔隙峰值差异小,约为41.28m;林地、坡耕地上、中、下各坡位1020cm土层中呈现峰值含量的结构性孔隙的半径差异较大,分别为4.53m,52.64m,41.27m和49.56m;林地、坡耕地上、中、下各坡位2030cm土层中呈现峰值含量的结构性孔隙的半径差异不大,约为41.27m。对于同一土层深度,不同土地利用方式或坡位的呈现峰值含量的土壤基质性孔隙半径差异较小,分别为4.51m,4.64m,4.85m和4.77m。
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