晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响.pdf
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1、第4 3卷第4期2 0 2 3年8月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 9 修回日期:2 0 2 3-0 4-1 3 资助项目:国家自然科学基金项目“重构土壤结构变化对剖面水溶质耦合迁移过程的影响”(4 2 1 7 7 2 8 7)第一作者:郭拿拿(1 9 9 9),女(汉族),河南省郸城县人,硕士研究生,研究方向为土壤物理。E m a i l:g u o n a n a n w a f u.e
2、d u.c n。通讯作者:黄明斌(1 9 6 8),男(汉族),湖北省荆门市人,博士,研究员,主要从事生态水文和土壤物理方面的研究。E m a i l:h m b dn w a f u.e d u.c n。晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响郭拿拿1,黄明斌2,郭天崎1,张 锐1,朱谧远1,武小飞1(1.西北农林科技大学 资源环境学院,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0;2.西北农林科技大学 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7 1 2 1 0 0)摘 要:目的探究晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响,评价砒砂岩不同添加量对砂黄土的改良效果,为该区沙
3、化土地修复工作提供理论依据。方法将砒砂岩与砂黄土按照不同配比进行重构,研究其饱和导水率、土 壤水 分特 征曲 线、土 壤有 效持 水 量等 指标。结果随 着 砒砂 岩比 例 的增 加(0%1 0 0%),重构土中砂粒(0.0 52 mm)含量下降8.1%3 3.5%,粉粒(0.0 0 20.0 5 mm)和黏粒(0.0 0 2mm)含量分别增加5.2%2 1.0%,2.9%1 2.5%。当砒砂岩与砂黄土比例达到7 52 5时,重构土壤质地由砂壤土转变为壤土;当砒砂岩与砂黄土按照2 57 5比例混合时,该处理在1 0 时的Ks为4.0 71 0-6m/s,与黄土高原地区典型的黄绵土田间自然状态下
4、的Ks值相近;砒砂岩添加量对土壤水分特征曲线的影响主要在高吸力段,当砒砂岩与砂黄土的比例为2 57 5时,土壤水分有效性相对较高;随着砒砂岩含量增加土壤保水性能呈现上升趋势,砒砂岩的添加比例越高,重构土壤饱和含水量(s)和残余含水量(r)越大。结论砒砂岩与砂黄土按2 57 5比例重构(土壤容重1.4 1g/c m3)土壤有效持水量显著高于其他处理,是晋陕蒙地区土壤改良的有效方法。关键词:质地重构;饱和导水率;土壤水分特征曲线;砒砂岩;砂黄土文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 4-0 0 7 7-0 6 中图分类号:S 1 5 2.7文献参数:郭拿拿,黄
5、明斌,郭天崎,等.晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(4):7 7-8 2.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.0 4.0 1 0;G u oN a n a,H u a n gM i n g b i n,G u oT i a n q i,e t a l.E f f e c t so fs o i l t e x t u r er e c o n s t r u c t i o no ns o i lh y d r a u l i cp r o p e r t i e si nS h
6、a n x i-S h a a n x i-M o n g o l i ar e g i o nJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(4):7 7-8 2.E f f e c t so fS o i lT e x t u r eR e c o n s t r u c t i o no nS o i lH y d r a u l i cP r o p e r t i e s i nS h a n x i-S h a a n x i-M o n g o l i aR e g i o
7、 nG u oN a n a1,H u a n gM i n g b i n2,G u oT i a n q i1,Z h a n gR u i1,Z h uM i y u a n1,WuX i a o f e i1(1.C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t,N o r t h w e s tA&FU n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0,C h i n a;2.T h eS t a t eK e yL a
8、b o r a t o r yo fS o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n go nt h eL o e s sP l a t e a u,I n s t i t u t eo fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,N o r t h w e s tA&FU n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ee f f
9、e c t so fs o i l t e x t u r er e c o n s t r u c t i o no ns o i lh y d r a u l i cp r o p e r t i e si nt h eS h a n x i-S h a a n x i-I n n e rM o n g o l i ar e g i o n,a n dt h ei m p r o v e m e n te f f e c to fd i f f e r e n ta m o u n t so fa r s e n i cs a n d s t o n eo ns a n d yl o e
10、s sw e r es t u d i e d,i no r d e r t op r o v i d i n g t h e o r e t i c a l b a s i s f o r t h e r e s t o r a t i o nw o r ko f s a n d y l a n d i nt h er e g i o n.M e t h o d sP i s h as a n d s t o n ea n ds a n d yl o e s sw e r ec o m b i n e di nd i f f e r e n tr a t i o s,a n dt h es
11、a t u r a t e dw a t e rc o n d u c t i v i t y,s o i lw a t e rc h a r a c t e r i s t i cc u r v e,a v a i l a b l es o i lw a t e r-h o l d i n gc a p a c i t y,a n do t h e r i n d e x e sw e r em e a s u r e d.R e s u l t s A st h ep r o p o r t i o no fP i s h as a n d s t o n e i n c r e a s
12、e d(0%1 0 0%),t h ec o n t e n to fs a n dp a r t i c l e s(0.0 52mm)i nt h er e c o n s t r u c t e ds o i ld e c r e a s e db y8.1%3 3.5%,w h i l et h ec o n t e n to fs i l tp a r t i c l e s(0.0 0 20.0 5mm)a n dc l a yp a r t i c l e s(0.0 0 2mm)i n c r e a s e db y5.2%2 1.0%a n d2.9%1 2.5%,r e
13、s p e c t i v e l y.Wh e nt h ec o n t e n to fP i s h as a n d s t o n e i nt h er e c o n s t r u c t e ds o i l r e a c h e d7 5%,t h er e c o n s t r u c t e ds o i l t e x t u r ec h a n g e d f r o ms a n d y l o a mt o l o a m.T h eKsv a l u e o f t h e r e c o n s t r u c t e d s o i l a t 1
14、 0 w a s 4.0 7 1 0-6m/s,w h i c h i ss i m i l a r t o t h eKsv a l u eo f a t y p i c a lH u a n g m i a ns o i l u n d e rn a t u r a l f i e l dc o n d i t i o n s;T h ee f f e c t so fP i s h as a n d s t o n ec o n t e n to n t h e s o i lw a t e r c h a r a c t e r i s t i c c u r v eo c c u r
15、 r e dp r i m a r i l y i n t h e r a n g eo f h i g hs u c t i o n.Wh e nt h e r a t i oo f s a n d y l o e s s t oP i s h as a n d s t o n ew a s 2 57 5,t h e s o i lw a t e r-h o l d i n gc a p a c i t yw a s t h e l a r g e s ta m o n gs e v e nr a t i o t r e a t m e n t s;T h e s o i lw a t e
16、r r e t e n t i o nc a p a c i t yo f r e c o n s t r u c t e ds o i l t e n d e d t o i n c r e a s e a st h ep r o p o r t i o no fP i s h as a n d s t o n ei n c r e a s e d.S a t u r a t e dw a t e rc o n t e n t(s)a n dr e s i d u a lw a t e rc o n t e n t(r)v a l u e sa l s oi n c r e a s e d.
17、C o n c l u s i o nT h ea v a i l a b l es o i lw a t e r-h o l d i n gc a p a c i t yo ft h er e c o n s t i t u t e ds o i lw a sg r e a t e r t h a no b s e r v e df o r t h eo t h e r t r e a t m e n t sw h e nt h er a t i oo f s a n d yl o e s s t oP i s h as a n d s t o n ew a s2 57 5(s o i lb
18、 u l kd e n s i t yw a s1.4 1g/c m3).T h i s r a t i o i s r e c o mm e n d e da sa no p t i m a l s o i l r e c o n s t r u c t i o nm e t h o df o rt h i s r e g i o n.K e y w o r d s:t e x t u r e r e c o n s t r u c t i o n;s a t u r a t e d w a t e r c o n d u c t i v i t y;s o i l w a t e r c
19、h a r a c t e r i s t i c c u r v e;P i s h as a n d s t o n e;s a n d y l o e s s 目前,重构土壤已经成为国家重点关注的土地问题。我国未来新增生态用地和农业用地的主要土地资源就是重构土壤。通俗地讲,即“整地”1据资料统计,2 0 1 6年,全国新增建设用地5.3 91 05h m2,“十三五”时期计划通过土地整治补充耕地1.3 31 06h m22。这些新增土地数量众多,但普遍存在土壤蓄水保肥能力差,土地生产力不高的问题。尤其在生态环境脆弱的陕北地区,降雨量小于潜在蒸发量,使该地区土壤一直处于水分亏损状态,成为限
20、制植物生长的主要因素。土壤质地重构作为提高新增土地生产力的基本方法,主要是将两种土壤按照合适的比例进行混合,形成有一定持水能力的新型土壤,从而改善植物生长的土壤环境3。黄土高原北部晋陕蒙接壤地区土壤类型主要以粗砂土和砂黄土为主。这两种土壤质地疏松,砂粒含量高,蓄水保肥能力差,极易发生水土流失。近年来,煤炭资源过度开采更是加重了该地区的土地沙漠化。此外,晋陕蒙接壤地区的鄂尔多斯高原广泛分布的砒砂岩结构性差,无水时十分坚硬,过度吸水后松软如泥,植物难以生长,是该地区进行生态恢复的主要障碍4。目前,已有大量学者5-7尝试利用砒砂岩和风沙土在成土中的互补性,对风沙土进行改良。摄晓燕8通过研究不同容重梯
21、度下砒砂岩对风沙土的改良效果发现,砒砂岩添加能够有效降低风沙土的饱和导水率,提高土壤持水能力。韩霁昌5研究结果表明,随着复配土壤中砒砂岩添加量的增多,重构土壤毛管孔隙度增加,从而提升了混合土的有效含水量。魏彬萌9-1 1研究发现,砒砂岩与沙复配比例在1112时改善土壤质地和结构的效果最佳9。罗林涛、孙增慧等的研究也证实,砒砂岩:沙=按12重构是适合玉米生长的最佳混合比。土壤质地重构模式不仅受混合比例影响,还受容重等因素影响,很难确定一个最佳混合比。因此,本研究结合黄土高原北部晋陕蒙接壤地区的土壤特性,就地取材将砒砂岩和砂黄土这两种土壤按照不同配比进行混合,控制各处理土壤容重相同,比较不同混合类
22、型重构土壤的水力性质和有效持水量,确定适宜作物生长的最佳重构方案,为黄土高原晋陕蒙接壤区沙化土地修复提供理论依据。1 材料与研究方法1.1 试验用土壤基本性质试验所用砂黄土采自陕西省神木市神木镇,所用砒砂岩采自晋陕蒙接壤区的鄂尔多斯。采样时间为2 0 2 2年1 1月1日。试验时间为2 0 2 2年1 2月中旬。两种土壤颗粒组成如表1所示。砂黄土砂、粉、黏粒含量分别是6 9.3 0%,2 6.3 6%和4.3 4%,质地砂质壤土。砒砂岩是岩石沙粒间的胶结物质经溶解,固结程度降低后所形成,其砂、粉、黏粒含量分别是3 5.7 6%,4 7.4 0%和1 6.8 5%,质地壤土。砒砂岩抗侵蚀能力弱,
23、干旱时坚硬如石;吸水膨胀后松软如泥,透水性差;遇风时极易发生侵蚀风化。1.2 试验设计砒砂岩土样含砾石较多,不利于环刀装填,因此砂黄土和砒砂岩样品风干,经碾压后过2mm筛去除杂质和大颗粒,按照不同风干质量比混合均匀后备用。为研究砒砂岩与砂黄土按照不同比例混合后重构土壤理化性质的差异,依据前人经验,本试验共设置7个 处 理,即 砒 砂 岩 与 砂 黄 土 按 照01 0 0,1 58 5,2 57 5,5 05 0,7 52 5,8 51 5,1 0 00的配比进行混合8,混合均匀后装填环刀,每个处理设置3个重复。结合文献资料,在装环刀时将不同配比的重构土壤容重统一设置为1.4 1g/c m3,
24、此时每个处理土样的紧实程度与自然土壤相近8。1.3 样品测定和分析土壤颗粒组成使用M S2 0 0 0马尔文激光粒度仪87 水土保持通报 第4 3卷进行测定。取不同配比的重构土壤45g置于烧杯中,将有机质和碳酸钙处理干净,上机测试前加入分散剂。饱和导水率采用定水头法进行测定:选用内径5c m,高5c m的环刀,按照设定的容重进行装填。测定时用马氏瓶供水,始终维持5c m的水头,温度控制在2 0。当 环 刀 底 部 有 水 匀 速 流 出 后,每 隔2 0m i n收集并记录出水量,直到水流稳定停止记录。使用达西定律计算出饱和导水率(Kt),并根据公式换算成1 0的饱和导水率(K1 0)1 2。
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