【摘 要】
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土壤斥水性(Soil Water Repellency,SWR)在世界范围内普遍发生。我国黄土高原地区在实行退耕还林还草工程以来,土壤的基本性质和结构特征得到了显著改善。然而黄土土壤利用多样化、黄土高原气候变化会强化SWR,进而会干扰降雨入渗过程,需要对区域SWR发生机制、影响因素等进行研究。试验选择黄土旱塬长武县农田试验场的黑垆土(玉米地和苜蓿地)、鄂尔多斯砂黄土(草地和沙棘地)共4个土地利用样
【基金项目】
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国家自然科学基金项目黄土丘陵区土壤斥水性及其对降水入渗机制的影响研究(41977426);
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土壤斥水性(Soil Water Repellency,SWR)在世界范围内普遍发生。我国黄土高原地区在实行退耕还林还草工程以来,土壤的基本性质和结构特征得到了显著改善。然而黄土土壤利用多样化、黄土高原气候变化会强化SWR,进而会干扰降雨入渗过程,需要对区域SWR发生机制、影响因素等进行研究。试验选择黄土旱塬长武县农田试验场的黑垆土(玉米地和苜蓿地)、鄂尔多斯砂黄土(草地和沙棘地)共4个土地利用样地,采集0-20 cm土层土样,对2种土壤类型的4种土地利用的土样设计4水平土壤含水量、3水平土壤容重和3水平十八烷基伯胺(OCT)添加量进行组合试验,用滴水穿透时间(WDPT,water drip penetration time)法进行斥水时间测试,躺滴法进行斥水角度测试。通过相关性分析及建立回归模型,分析各因素对SWR的影响程度,结合土壤质地、土壤有机质含量、土壤团聚体等差异探究黄土母质发育下的黑垆土、砂黄土在不同土地利用影响下发生斥水的条件。取得的主要结果有:(1)在滴水穿透试验中,黑垆土土壤在一般情况下表现出亲水性,低水和高OCT添加量组合下会出现斥水。黑垆土中OCT添加量、土壤含水量对SWR的影响明显大于土壤容重的影响。而在砂黄土土壤,含水量对斥水性的影响最大。在不同土地利用下的土壤含水量、OCT添加量之间对SWR也存在极显著交互作用,土壤容重仅仅会有微弱交互影响。在黑垆土,苜蓿地较玉米地有机碳含量大,其本身易积累极性而有斥水潜能;在砂黄土土地上,草地和沙棘地因其有较高的砂粒含量,在低水条件下也会有更大的斥水可能发生。(2)土壤含水量和OCT添加量对于4类样地土壤斥水角度的影响:随着土壤含水量(在0-6%含水量范围)增加、OCT添加量的增加,“土-水”接触角均有增大的趋势。同时存在土地利用间的差异:除玉米地在4%土壤含水量时表现出最大“土-水”接触角,苜蓿地、草地和沙棘地最大“土-水”接触角均在6%土壤含水量。玉米地、苜蓿地在2%土壤含水量时表现出最小“土-水”接触角,草地、沙棘地最小“土-水”接触角均在0%土壤含水量;黑垆土的玉米地、苜蓿地较砂黄土的草地、沙棘地的趋势性稍显不足。(3)两个土壤由亲水到轻微斥水转变必要条件:黑垆土的玉米地和苜蓿地出现斥水的条件和具体的WDPT值较为接近。黑垆土在加入0.10%OCT添加量后,在0%-6%的低水条件下可以表现出斥水性,而且斥水程度随着含水量增加有增强趋势。砂黄土的草地和沙棘地出现斥水的条件和具体的WDPT值较为接近。砂黄土无水条件处理后的土壤无斥水性,在加入0.025%OCT添加量后,在2%-6%的低水条件下可以表现出斥水性,而且斥水程度随着含水量增加有先增强后减弱的趋势。(4)除玉米地外,其他3类样地的WDPT值和“土-水”接触角度均表现出显著的正相关关系。滴水穿透时间和“土-水”接触角在表征SWR时有一定的互相参考作用,WDPT值以单水珠入渗的持续时间体现入渗的难以程度,“土-水”接触角从水珠与土壤表层接触的角度大小反映了土壤发生斥水时的强度。研究结果表明,黄土地区由于气候、土壤质地、耕作方式的不同,引起土壤发生SWR的外在和内在因素也复杂多样,导致不同区域的黄土在发生斥水时的影响因素也不相同。影响黑垆土SWR的因素中OCT添加量、土壤含水量的影响明显大于土壤容重的影响。在砂黄土中,由于OCT添加量相对黑垆土降低、土壤含水量对斥水性的影响变得更大。黑垆土的农地有机碳含量高,加上粘粒含量也高,容易结合成团聚体而变得具有更强的斥水性。砂黄土草地和沙棘地的气候更加干燥,尽管土壤有机质含量低、但有较高的砂粒含量,在低水条件下也会有一定的斥水风险。因此在降水入渗的过程中,应注意黄土不同土地利用下的土壤基本性质变化对黄土斥水风险的影响。
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