黄土区深层土壤干燥化与土壤水分循环特征
黄土高原土壤干层成因分析
黄土高原土壤干层成因分析1气候干旱,降水减少黄土和黄土状堆积物的广泛分布,是黄土高原最明显的地理特征。
对黄土孢粉的研究证明,黄土形成于半干旱的草原或半湿润的森林草原,干冷利于黄土的发育。
对黄土高原14C 年代学的研究证明,距今5000年左右,黄土高原以堆积新近黄土为主,总的来说指示了黄土高原的古环境存在着气候干凉的趋势。
黄土中的水分状况深受这种气候特征的影响。
黄土高原各地降水偏少,存在明显的地区差异,多数地区年均降水量为300～650m。
而蒸发量却相对很高,达623.8mm(青海门源)～1254.0mm(宁夏同心),最低值接近于年均降水量的最高值。
这种“低降水高蒸发”的环境对土壤的干化具有明显的促进作用,表现为黄土高原内部从东南到西北土壤干化的严重程度与黄土高原气候干旱程度的方向性变化一致。
黄土高原从东南到西北,气候渐趋干燥,降水逐渐减少,而土壤干化程度和干层厚度也渐趋严重和加深。
2土壤水分物理性能的影响黄土高原土壤水分物理特性包括持水性能、蒸发性能、稳定湿度和深层储水状况[9],因受土壤质地的制约和影响均呈现出有规律的方向性变化,即从东南向西北,持水性能渐次降低,蒸发性能渐趋增加,稳定湿度逐渐降低,深层储水渐次减弱。
在这些水分物理特性的制约下,黄土高原的植被由东南向西北在空间分布上呈现出地带性分布规律,愈向西北,植被草原化程度愈趋强烈,原因是植被生长所需的水分受土壤物理性能的影响渐趋减少,土壤干化程度渐趋增强。
3严重的水土流失黄土高原地区生态环境十分脆弱,长期以来,水土流失和风沙危害严重。
目前,全区水土流失面积43万km2。
其中土壤侵蚀模数大于5000t/(km2·a)的严重水土流失区约14.5万km2,是世界上水土流失最严重的地区之一。
黄土高原降水集中、强度大、多暴雨的特征决定了其水土资源极易流失。
据统计,每年从黄土高原输入黄河的泥沙平均多达16亿t,这些泥沙都是富含营养物质的表土层流失的结果;输送泥沙的洪水径流达34亿m3,即意味着每年有如此多的水资源从黄土高原流失,这无疑使黄土高原的水资源短缺加剧,干旱趋于严重。
黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律与产流计算
黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律与产流计算黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律与产流计算:
一、什么是黄土地区土壤含水量的消退系数？
黄土地区土壤含水量的消退系数是指在黄土地区，由于土壤层的降水截留、地表面积不足以被完全覆盖而产生的消退系数。
消退系数可以从实测资料中获得，在黄土地区一般取值为0.5-1.0。
这个消退系数可以反应一定时期黄土地区土壤含水量的变化趋势。
二、黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律
1、影响因素：土壤含水量消退系数受多种因素的影响，如土壤类型、土壤浸湿状态、土壤水分的分配方式等，这些因素共同决定着黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律。
2、变化规律：
(1) 由于植物养分和土壤水分的消耗，黄土地区土壤含水量从头部向下越来越少，消退系数也在不断增大；
(2) 气温上升，尤其是夏季，可以使黄土地区的土壤含水量更快速的减少，消退系数增大；
(3)降雨量增大，有利于黄土地区的土壤含水量的减少，消退系数也增大；
(4)黄土地区的风的风化作用也可以影响到土壤含水量消退系数的变化。
三、黄土地区土壤含水量消退系数与产流计算
黄土地区土壤含水量消退系数是综合反映水土流失过程的参数，是决定土壤侵蚀和水土流失强度的重要考虑因素。
将此参数纳入产流计算中，可以较准确的反映土壤的局部消退及水土流失过程，从而对控制水土流失和保护黄土地区水土资源具有重要意义。
黄土地质勘察分析
黄土地质勘察分析
黄土地质勘察分析是对黄土地区的地质特征、土壤组成和地下水状况等进行系统研究和分析。
黄土是中国特有的一种特殊地质背景下形成的土壤类型，具有较高的科研和工程应用价值。
黄土地质勘察分析主要包括以下几个方面：
1. 地质特征：黄土地区地质构造较简单，多为广泛分布的平原或丘陵地形。
黄土地层一般较厚，地质年代较古老，具有很高的稳定性和固结性，适宜进行工程建设。
黄土地区的地质特征对于工程规划和设计具有重要影响。
2. 土壤组成：黄土是由黏土、粉砂、细砂、细砾石等粒度大小的物质混合而成的黄色土壤，主要成分是粘粒和非活性粘土矿物。
黄土质地松脆，有较高的承载力和透水性，但抗剪强度较弱，具有较大的膨胀和收缩性。
土壤组成对于工程基础的选择和土方工程施工具有重要影响。
3. 地下水状况：黄土地区地下水位一般较浅，但由于土壤的紧密结构，地下水的运移较慢。
在大部分黄土地区，地下水自然位于饱和状态，但由于水文条件不同，地下水水位的变化较大。
地下水状况的分析对于工程建设、水文调查和环境保护具有重要意义。
黄土地质勘察分析的方法主要包括实地调查和室内实验。
- 实地调查：通过对黄土地区进行勘察和观测，获取地质地貌、土壤剖面、地下水位等信息。
实地调查是黄土地质勘察分析的基础，能够了解黄土地区的地形地貌、土壤分布和地下水状况等基本情况。
- 室内实验：通过对采集的黄土样品进行室内试验分析，包括黏性指标、物理指标、化学指标等。
室内实验可以进一步了解黄土的力学性质、渗透性和化学特性等，为工程设计和施工提供科学依据。
考虑结构性及干湿循环作用的压实黄土力学特性研究
考虑结构性及干湿循环作用的压实黄土力学特性研究考虑结构性及干湿循环作用的压实黄土力学特性研究摘要：黄土是我国西北干旱地区最常见的土壤类型之一，具有压实性强、干湿循环变化大等特点。
为了深入理解黄土的力学特性及其变化规律，本文开展了一项关于黄土的力学特性研究。
研究结果表明，黄土的结构性及干湿循环作用对其力学性质具有显著影响，这对于工程建设中的黄土地区具有重要的指导意义。
一、引言黄土是我国西北地区最常见的土壤类型，其主要成因为风化作用。
黄土在干燥季节会出现干缩现象，而在潮湿季节则会出现胀起现象。
这种干湿循环的变化对黄土的力学特性产生了重要影响。
因此，研究黄土的力学特性及其变化规律对于工程建设中黄土地区的设计和施工具有重要意义。
二、实验方法与样品特性本研究采用室内干湿循环试验的方法，通过模拟黄土干湿循环的变化，对其力学特性进行了研究。
样品选取了来自西北地区的代表性黄土，经过标准化处理后进行实验。
三、黄土的干湿循环特性研究通过实验，我们发现黄土的干湿循环会导致其结构性的变化。
在干燥季节，黄土会因缺水而干缩，土缩现象导致了土体的密实度增加，也就是常说的黄土的压实性。
而在潮湿季节，黄土吸水膨胀，导致土体的松弛，从而降低了其密实度。
此外，干湿循环还会对黄土的力学性质产生影响。
在干燥季节，由于黄土的干缩现象，土体的抗剪强度较高，达到了较好的排水状态。
而在潮湿季节，黄土的吸水膨胀会导致土体的抗剪强度降低，同时也会使得土体的排水性能较差。
四、黄土的结构性特征分析为了进一步研究黄土的结构性特征对其力学性质的影响，本文采用了扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）技术，对黄土的微观结构进行了分析。
研究结果显示，在干燥季节，黄土中颗粒之间的接触面积较大，土体呈现出较为密实的结构；而在潮湿季节，黄土中颗粒之间的接触面积较小，土体呈现出较为松散的结构。
五、结论黄土的结构性及干湿循环作用对其力学特性具有显著影响。
在干燥季节，黄土呈现出较好的压实性和较高的抗剪强度；而在潮湿季节，黄土的松弛性增加，抗剪强度下降。
黄土高原半干旱区主要作物生育期土壤水分变化
黄土高原半干旱区主要作物生育期土壤水分变化史晓霞【摘要】Based on the observed soil moisture dada in the farmland of springwheat,winter wheat,benne,oat,potato and bean from 1971 to 2006 in the semi-arid region of Gansu Province,the variation character of soil moisture in the farming land was analyzed by using EOF and wavelet analysis method.Results show that the soil there kept long-term drought,and the soil moisture had 2 and 4 years variation period.The vertical change of soil moisture presented decreasing trend with soil depth increase,and soil moisture dropped down during the period of crop growth,it was smaller in summer than that in other seasons.The vertical variation of soil moisture was correlated with the sort of the crop,different crops consuming soil moisture had the obvious spatio-temporal difference.%利用黄土高原半干旱地区农业气象观测站点春小麦、冬小麦、胡麻、燕麦、马铃薯、扁豆等主要作物农田土壤含水量实测资料,采用EOF、小波等方法分析研究该区域农田土壤水分变化特征。
多孔黄土成因分析报告
多孔黄土成因分析报告
黄土是一种常见的地质材料，具有多孔结构。
多孔黄土的形成过程受多种因素的影响，例如气候条件、地壳运动以及植被覆盖等。
本文将对多孔黄土的成因进行分析。
首先，气候条件是多孔黄土形成的重要因素之一。
多孔黄土主要分布在干旱或半干旱地区，这些地区的气候特点通常为雨水稀少、蒸发强烈。
在缺乏植被覆盖的情况下，雨水很难渗透到地下，而会迅速蒸发，这导致了地表土壤的干旱化。
干旱环境下，黄土中的黏土颗粒被胶结成坚硬的结构，形成了多孔黄土的基础。
其次，地壳运动也对多孔黄土的形成起到了重要作用。
地壳运动包括地壳隆起、沉降和断裂等过程，这些过程会改变地形地貌，进而影响土壤的形成。
比如，地壳隆起引起的高原地区，由于地势较高，水流会较快地冲刷黄土表层，增加了土壤的孔隙度。
而地壳沉降则会形成湖泊和盆地，湖泊中的泥沙通常富含黏土颗粒，经过长期沉积和固化，形成了多孔黄土。
此外，植被覆盖对多孔黄土的形成也具有重要影响。
植被能够减缓降水对地表土壤的冲刷作用，增加土壤的含水量。
植被根系的生长和腐解也有助于形成多孔黄土。
植物根系的穿透和生长会撑开土壤颗粒之间的空隙，增加土壤的孔隙度。
而植物的凋落物在土壤中逐渐分解，形成有机物，有助于黄土的发育。
综上所述，多孔黄土的形成与气候条件、地壳运动以及植被覆盖等因素密切相关。
气候条件的干旱化导致了黄土的胶结，地
壳运动造成的地形变化和沉积作用促进了多孔黄土的形成，而植被覆盖在土壤形成过程中起到了保护土壤和增加土壤孔隙度的作用。
对于多孔黄土的成因研究的深入，有助于更好地理解和利用这一重要的地质资源。
黄土地区的土壤侵蚀与水资源管理
黄土地区的土壤侵蚀与水资源管理黄土地区是我国的重要农业区域，但也是世界上严重的土壤侵蚀区之一。
土壤侵蚀对于农田产量和水资源管理都带来了巨大的挑战。
本文将从土壤侵蚀的原因、影响以及水资源管理方面探讨黄土地区的土壤侵蚀问题，并提出相应的解决方案。
一、土壤侵蚀的原因黄土地区的土壤侵蚀主要源于自然因素和人为因素。
自然因素包括降水量、地形地貌和土壤类型等；人为因素则包括过度开垦、不合理的农业生产方式以及不合理的土地利用等。
降水量不均衡是导致土壤侵蚀的主要自然因素之一。
黄土高原地区旱湿季节交替明显，夏季多集中降水，且雨量集中度高，容易引发洪涝灾害。
而长期以来农田的不合理排水与治理不完善，导致水流难以顺利排出，进而加剧了土壤侵蚀。
地形地貌的特殊性也加剧了土壤侵蚀的程度。
黄土地区山多地少，坡度陡峭，形成了丰富的沟壑和河谷，增加了土壤侵蚀的风险。
另外，黄土地区的土壤结构松散，易于受水流冲刷，进而加速土壤侵蚀的速度。
而人为因素在黄土地区的土壤侵蚀问题中起到了至关重要的作用。
过度开垦和不合理的农业生产方式导致了农田的水土流失。
大面积的授权开垦使得原始植被破坏，加剧了土壤侵蚀的风险。
此外，不合理的农业生产方式也使得农田土壤的肥力逐渐流失，进一步加剧了土壤侵蚀的程度。
二、土壤侵蚀的影响土壤侵蚀对黄土地区的农业产量和水资源管理都带来了巨大的影响。
首先，土壤侵蚀减少了可耕作土地的面积，使得农田土壤肥力逐渐流失，农作物产量下降严重。
此外，土壤侵蚀还导致了土地荒漠化和退化，破坏了生态环境和生物多样性。
其次，土壤侵蚀也对水资源管理产生了不可忽视的影响。
土壤侵蚀加剧了黄土地区的水土流失，导致水资源的衰减和水环境的恶化。
水土流失还会增加水库的淤积速度，降低水库的供水能力，给供水系统带来巨大压力。
三、水资源管理的挑战与解决方案在黄土地区，水资源管理面临着巨大的挑战。
首先，需要加强水资源的监测与评估，建立科学合理的水资源管理系统。
通过对水资源的实时监测，可以及时调整水资源分配，确保农田的灌溉需求得到满足，同时避免浪费和不合理的用水。
土壤水分蒸发三个阶段和特点
土壤水分蒸发的三个阶段和特点
土壤蒸发是水分自地表散失，土壤由湿变干的过程。
根据土壤蒸发率的变化，可分为三个阶段：
第一阶段定常蒸发率阶段：降水或灌溉刚刚停止，地表含水量尚处于饱和时期。
该时期的特征是：
（1）土壤较湿，导水率较大，下层土壤水分能及时补充蒸发耗损掉的水分，蒸发率不变，蒸发量数值与自由水面蒸发值很接近；（2）受大气蒸发力控制影响较大；
（3）饱和含水量只能持续很短的一个时段，水量散失速度最快。
第二阶段蒸发率下降阶段：当蒸发速率小于大气蒸发率时，进入该阶段。
该阶段的特征是：
（1）蒸发随着土壤含水率的减少而下降；
（2）蒸发量小于自由水面蒸发量，而且随着导水率的降低而减少；（3）蒸发速率受土壤剖面水分传导的控制；
（4）持续时间较短，水分散失速度较快。
第三阶段蒸发率微弱阶段：当土壤表层出现干土层时便进入这个阶段。
进入该阶段特征是：
（1）剖面导水率继续减少，表土变干，干土层的导水率接近零；（2）干土层下面湿土水分首先汽化，而后通过干土层进入大气；
（3）蒸发量受干土层水汽扩散率和土粒表面对水汽吸附力的影响；（4）持续时间长，水分散失速度最低。
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第25卷第10期2005年10月生 态 学 报A CTA ECOLO G I CA S I N I CA V o l .25,N o.10O ct .,2005黄土区深层土壤干燥化与土壤水分循环特征陈洪松1,3,邵明安2,3,王克林1(11中国科学院亚热带农业生态研究所,湖南长沙 410125;21中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;31中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌 712100)基金项目:国家自然科学基金重大研究计划资助项目(90102012);中国科学院知识创新工程领域前沿资助项目(01200220055413)收稿日期:2004207209;修订日期:2005204204作者简介:陈洪松(1973～),男,湖北通山人,博士,副研究员,主要从事土壤物理与水土保持研究.E 2m ail :hbch s @isa .ac .cnFoundation ite m :N ati onal N atural Science Foundati on of Ch ina (N o .90102012)and the CA S Know ledge Innovati on P rogram (N o .01200220055413)Rece ived date :2004207209;Accepted date :2005204204Biography :CH EN Hong 2Song ,Ph .D .,A ssociate p rofesso r ,m ainly engaged in so il physics and so il and w ater conservati on .E 2m ail :hbch s @isa .ac .cn摘要:深层土壤干燥化是黄土高原地区植被建设过程中出现的重大生态环境问题。
采用人工和天然降雨试验,研究了黄土高原沟壑区荒草地和裸地的土壤水分循环特征,并分析和探讨了深层土壤干燥化的成因。
2002年天然降雨量为45919mm (多年平均降雨量为58411mm ),属干旱年,土壤水分观测期间(2002年6月13日至11月24日)天然和人工降雨试验小区的天然降雨量分别为30512mm 和23618mm 。
人工降雨试验主要在2002年6～8月进行,土壤水分观测期间荒草地和裸地的人工降雨量分别为36017mm 和41815mm 。
试验结果表明:干旱年,荒草地和裸地土壤储水量处于负补偿,入渗雨量全为蒸发蒸腾作用所消耗。
在强烈的蒸发蒸腾作用下,剖面内(0～200c m )土壤水分的整体移动性能较强,最大蒸发蒸腾作用层深度很快形成。
荒草地土壤水分循环强度大于裸地,表现为荒草地最大蒸发蒸腾作用层深度较大,两者分别为200c m 和180c m 。
雨季量少且分散的降雨极易为强烈的蒸发蒸腾作用所消耗,深层土壤由于缺乏降雨入渗的补给而逐渐干燥化。
丰水年,荒草地和裸地土壤储水量处于正补偿,但入渗雨量的大部分(80%以上)为强烈的蒸发蒸腾作用所消耗。
在相同的降雨量条件下,荒草地土壤水分循环强度高于裸地,表现为荒草地降雨入渗补给深度较小。
连续降雨有利于土壤水分向深层的运移,从而部分缓减深层土壤的干燥化进程。
近50a 来黄土高原地区气候变暖和降雨减少可能是土壤干层形成的直接原因,而植被类型选择失当、群落密度过大和生产力过高则会加剧深层土壤的干燥化进程。
关键词:黄土高原;坡地;土壤干层;土壤水;循环文章编号:100020933(2005)1022491208 中图分类号:S 15217,S 154.1,S 15711 文献标识码:AD esicca tion of deep so il layer and so il wa ter cycle character istics on the L oess Pla teauCH EN Hong 2Song 1,3,SHAO M ing 2A n 2,3,W AN G Ke 2L in 1 (11Institu te of S ubtrop ical A g ricu ltu re ,Ch inese A cad e my of S ciences ,Chang sha ,H u ’nan 410125,Ch ina ;21Institu te of Geog rap h ical S cience and N atu ral R esou rces R esearch ,Ch inese A cad e my of S ciences ,B eij ing 100101,Ch ina ;31S tate K ey L aboratory of S oil E rosion and D ry land F ar m ing on the L oess P lateau ,Institu te of S oil and W ater Conservation ,Ch inese A cad e my of S ciences and M inistry of W ater R esou rces ,Y ang ling ,S haanx i 712100,Ch ina ).A cta Ecolog ica S in ica ,2005,25(10):2491～2498.Abstract :A s the resu lt of the excessive dep leti on of deep so il w ater by p lan ts ,the desiccati on of the so il layer below the dep th of rainfall infiltrati on (abou t 2m )occu rs w idely in the L oess P lateau ,particu larly under artificial grassland and fo restland ,andthu s influences the su rvival of the p lan ts.How ever ,the in teracti on s betw een the developm en t of the desiccati on and w ater cycle in the so il layer have little understood .In the regi on ,field investigati on s w ere carried ou t under grassland at a selected w atershed in a gu lly regi on betw een June and N ovem ber in 2002.T he field site w as divided in to tw o areas ,w h ich receivedeither natu ral rainfall o r artificial rainfall.Each of them w as subdivided in to 2p lo ts (3m ×20m ),one rem ained under native grass ,and in the o ther grass w as cleaned up .T he slope gradien t w as abou t 70%fo r the p lo ts receiving natu ral rainfall and2942 生 态 学 报25卷5717%fo r tho se receiving artificial rainfall.T he to tal amoun t of natu ral rainfall in2002w as460mm,less than the annual average rainfall of584mm by21%.D u ring the investigati on peri od(June13to N ovem ber24in2002),natu ral rainfall w as 281mm(equ ivalen t to230mm as slope su rface)in the fo rm er p lo ts and237mm(equ ivalen t to205mm as slope su rface)in the latter.T he areas received ex tra419mm(equ ivalen t to363mm as slope su rface)w ater fo r p lo t w here grass w as cleaned ou t and ex tra361mm w ater(equ ivalen t to313mm as slope su rface)fo r the p lo t w ith grass,as artificially si m u lated rainfall. W ater con ten t in so il layer of0～3m o r0～4m w as determ ined u sing a neu tron p robe every1o r2w eek s du ring the investigati on peri od.R esu lts ob tained demon strated that the to tal amoun t of w ater in the so il p rofile of0～3m in the p lo t under native grass and natu ral rainfall decreased from460mm at the beginn ing to411mm by the end of the investigati on peri od(June14to N ovem ber24in2002).T he co rresponding decrease in so il w ater in the p lo t under natu ral rainfall bu t w ithou t grass coverage w as m easu red as from480mm to435mm.D u ring the sam e peri od,the evapo tran sp irati on calcu lated from w ater balance bo th accoun ted fo r abou t120%of the amoun t of rainw ater from natu ral rainfall.T h is indicated that infiltrated rainw ater in to so il p rofiles cou ld be comp letely con sum ed by evapo tran sp irati on in drough t year.D u ring the p rocess of w ater con sump ti on,so il w ater decreased from the w ho le so il p rofile influenced by evapo tran sp irati on,and the greatest dep th that resu lted from evapo tran sp irati on fo rm ed rap idly from June14to Ju ly22in2002,and it w as180c m in the p lo t w ithou t grass coverage and 200c m in the p lo t w ith native grass,w h ich suggested that vegetati on w ou ld increase the in ten sity of w ater cycle.M o reover, Sm all in ten sity and amoun t of rainfall w ou ld be con sum ed easily by in ten sive evapo tran sp irati on du ring rainy season,and thu s the deep so il layer w ou ld be dry gradually w ithou t the supp ly of infiltrated rainw ater.T he to tal amoun t of w ater in the so il p rofile of0～4m in the p lo t under native grass and artificial rainfall increased from 737mm at the beginn ing to808mm by the end of the investigati on peri od(June13to N ovem ber24in2002).T he co rresponding increase in so il w ater in the p lo t under artificial rainfall bu t w ithou t grass coverage w as m easu red as from714 mm to804mm.D u ring the sam e peri od,the evapo tran sp irati on calcu lated from w ater balance bo th accoun ted fo r abou t80%of the amoun t of rainw ater from natu ral rainfall.T h is indicated that mo st infiltrated rainw ater in to so il p rofiles w ou ld be con sum ed by evapo tran sp irati on in rainy year.T he dep th of rainfall infiltrati on increased w ith the increase of rainfall from110 c m at the beginn ing to380c m by the end of the investigati on peri od(June13to N ovem ber24in2002)in the p lo t w ithou t grass coverage.T he co rresponding increase in the dep th of rainfall infiltrati on in the p lo t w ith grass w as m easu red as from120c m to 300c m.T herefo re,con tinual rainfall cou ld help so il w ater move to the deeper so il layer,w h ich partly slow ed dow n the developm en t of the desiccati on at deep so il layer.T h is suggested that the desiccati on of the deep so il layer w ou ld be fo rm ed mo re easily in drough t and average years than in rainy year.T he above resu lts com b ined w ith the m eteo ro logic data du ring the last50years suppo rt the assump ti on that the decrease in rainfall and the increase in temperatu re w ou ld be the direct reason fo r the desiccati on of the deep so il layer,and i m p roper vegetati on type and exo rb itan t p roductivity and den sity w ou ld accelerate its developm en t.Key words:the L oess P lateau;slop ing land;desiccati on of the deep so il layer;so il w ater;cycle 土壤干层是位于降雨入渗补给深度以下,因林草植被过度消耗深层储水导致土壤水分负平衡而形成的长期存在的干燥化土层,是黄土高原地区半干旱和半湿润环境条件下出现的一种特殊的水文现象[1～3]。