【摘 要】
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雨滴击溅导致土壤团聚体破碎分散和迁移,在雨滴打击和径流压实作用下形成致密的土壤结皮,减小土壤导水透气性,影响土壤入渗能力。但雨滴击溅作用下土壤入渗能力变化的深层机理仍未明晰,且尚未从土壤微观结构的角度解释土壤入渗变化的原因。因此,研究以黄土高原塿土和黄绵土为对象,采用模拟降雨试验、同步辐射显微CT扫描(SR-μCT)和图像处理试验、土壤结皮试验和土壤入渗试验,对不同雨滴击溅后的表层土壤微观结构特征
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:《黄土高原土壤侵蚀过程中团聚体循环破坏机制和微观结构》(编号:41571262);
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雨滴击溅导致土壤团聚体破碎分散和迁移,在雨滴打击和径流压实作用下形成致密的土壤结皮,减小土壤导水透气性,影响土壤入渗能力。但雨滴击溅作用下土壤入渗能力变化的深层机理仍未明晰,且尚未从土壤微观结构的角度解释土壤入渗变化的原因。因此,研究以黄土高原塿土和黄绵土为对象,采用模拟降雨试验、同步辐射显微CT扫描(SR-μCT)和图像处理试验、土壤结皮试验和土壤入渗试验,对不同雨滴击溅后的表层土壤微观结构特征、土壤结皮特征和入渗特征进行分析研究,并探讨各因素之间的相互关系。主要研究结论如下:(1)雨滴击溅使表层土壤团聚体分散、重组。雨滴击溅后,塿土和黄绵土的团聚体数量和三维分形维数显著增加,团聚体几何平均直径和破碎比减小。4.05mm雨滴击溅后,塿土结构破碎程度更大。随雨滴直径的增加,土壤大团聚体逐渐破碎分散,土壤结构更加松散,不稳定,并进一步形成致密的土壤结皮。(2)雨滴击溅使表层土壤孔隙堵塞,连通性降低。雨滴击溅后塿土和黄绵土的孔隙体积和孔隙率显著减小,孔隙比表面积和堵塞率显著增加。随雨滴直径的增加,孤立孔隙的数量逐渐增加,土壤孔隙堵塞程度逐渐增大。(3)雨滴击溅改变表层土壤水稳性团聚体粒径分布特征。雨滴击溅后塿土粒径>2 mm的团聚体质量分数显著减少,微团聚体(<0.25 mm)质量分数显著增加;雨滴击溅后黄绵土粒径在0.25-0.053 mm的团聚体质量分数显著小于未击溅土,粒径≤0.053 mm的团聚体质量分数显著增加。雨滴击溅后形成的土壤结皮强度显著大于未击溅土壤强度(P<0.05)。结皮强度整体上随雨滴直径和降雨历时的增加逐渐增加,多场次降雨模式下形成的土壤结皮强度更大。(4)降雨模式、降雨历时和雨滴直径与土壤稳渗速率、饱和导水率和累积入渗量等入渗参数间存在极显著相关关系。各土壤入渗参数呈现相同的变化趋势,击溅土壤入渗参数显著小于未击溅土,且随降雨历时和雨滴直径的增加而减小。各入渗参数的减渗效应均随降雨历时和雨滴直径的增加而增加。(5)土壤稳渗速率、饱和导水率和累积入渗量等入渗参数与土壤结构参数、结皮强度和水稳性团聚体含量间存在显著相关关系。土壤结皮强度和>0.25 mm粒径团聚体质量分数与各入渗参数间呈极显著相关关系。孔隙比表面积对土壤稳渗速率的直接影响作用最大。
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