黄土沟壑区不同下垫面土壤水分入渗特性的试验研究

摘要

黄土高原沟壑区地处我国西部地区的黄土高原腹地,作物生长所需水分主要靠降水的补给,而入渗是增加土壤含水量的基本途径,研究黄土沟壑区不同下垫面降雨入渗特性,对于黄土沟壑区水资源的合理利用,优先安排种植顺序及结构调整、保护当地生态环境都有重要的理论及现实意义。本文针对黄土高原典型地貌类型(塬面、坡地、沟道)及不同土地利用类型(耕地、林地、荒草地、麦茬地等),以甘肃省庆阳市南小河沟流域为研究对象,采用双环法进行水分入渗试验,分析不同下垫面条件土壤水分初始入渗率、平均入渗速率、稳渗率等下渗特征,得出:塬面麦茬地入渗10min末的入渗率可达8.89mm/min,稳渗率为4.25mm/min,其他土地利用类型其前10min末入渗速率与稳渗率均表现为塬面麦茬地>塬面苹果园地>塬面玉米地>塬面大豆地;不同坡向的入渗特性有较大的差异,阳坡的初渗率略大于阴坡,但随入渗时间的延长,阳坡的入渗速率下降较快,在入渗开始的前10min,阳坡的入渗速率一直大于阴坡。用Kostiakov模型、Horton模型、通用经验公式三种经验公式对各地类下渗特征进行模拟。结果表明:南小河沟流域各种地貌类型及土地利用方式土壤水分入渗特征均可用考斯加可夫公式来很好描述。分析土地利用类型对入渗的影响,发现:南小河沟流域同一塬面上4种不同土地利用类型下土壤入渗速率与时间的关系曲线,大豆地的初始入渗速率较其他3种土地利用类型土壤小得多,稳定入渗速率也小得多,从而累积入渗量也较三者小得多,其原因可能是大豆地的土壤容重较大和初始含水率较大所致;玉米地的初渗率、稳渗率和累积入渗量较塬面大豆地大,主要是由于玉米地土壤结构好,土壤容重较小,且恰逢玉米生长期,蒸腾消耗水量大,初始含水率较低,因此初渗率、稳渗率和累积入渗量均较大;塬面苹果园地由于蒸腾蒸发作用,其耗水量较大,初始含水率较小,所以其初渗率和稳渗率较大。麦茬地由于其容重较小,土壤孔隙率大,土壤通透性好,所以初渗率、稳渗率均较大。阳坡4种不同土地利用类型下土壤入渗速率与时间的关系为杏树林的初渗率、稳渗率和累积入渗量较其他3种土地类型小得多,这是由于杏树林土壤容重较大,土壤结构和其他3种土地利用类型不同;刺槐林和苹果园的稳渗率都较大,这是因为苹果树、刺槐的蒸腾消耗量大,含水率小;荒草地表层的容重较小,所以,初渗率和稳渗率较大。分析地貌类型对入渗的影响,发现:南小河沟流域不同坡向的入渗特性有较大的差异,阳坡的初渗率略大于阴坡,但随入渗时间的延长,阳坡的入渗速率下降较快,在入渗开始的前10min,阳坡的入渗速率一直大于阴坡。这是因为地表20cm土层的容重阳坡大于阴坡,且阳坡的土壤含水率明显小于阴坡,分析地表土壤的结构状况可知,阴坡的植被盖度较阳坡大,落叶后形成的腐殖层更有利于降水的入渗;而阳坡的植被盖度小,雨滴打击地表,形成了地表"结皮"层对降水的入渗有一定的阻碍作用,所以,阴坡的入渗性能较阳坡好。