張曉茹,?？〗?/p>

（太原師范學(xué)院 山西 太原 030619）

入滲是指水分進(jìn)入土壤形成土壤水的過程，它是降水、地面水、土壤水和地下水四水之間相互轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1］。土壤入滲速率調(diào)節(jié)著滲透到土壤中的與儲(chǔ)存在地下的水分或是產(chǎn)生地表徑流的水量[2］狀況。進(jìn)入土壤的水分或通過土壤蒸發(fā)、植物蒸騰返回大氣或向下滲漏 (土體內(nèi)徑流或進(jìn)入地下水)[3-4］對(duì)土壤產(chǎn)生影響，因此，土壤的入滲機(jī)能不僅能直接影響著大氣-植物-土壤連通體中水分循環(huán)、地表徑流的數(shù)量以及伴隨著洪水和土壤侵蝕等災(zāi)害的威脅,同時(shí)也影響著植物根系所在范圍內(nèi)的水分情況[5］。由此可見,改善土壤的入滲性能對(duì)防止土壤流失,提高森林綠色植物的生產(chǎn)力等,均具有重要的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[6］。

中國(guó)是世界上黃土分布較廣的地區(qū)之一，在中國(guó)境內(nèi)，又以黃土高原最為特殊。前人對(duì)黃土表層及深層的土壤滲透性進(jìn)行了一系列研究，并取得了相應(yīng)的研究成果，1998年，劉賢趙，康紹中通過野外土壤入滲試驗(yàn)，利用時(shí)域反射儀進(jìn)行了土壤水分動(dòng)態(tài)變化的觀測(cè)，分析了積水入滲過程中土壤水分的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及土壤水分再分布規(guī)律[7］；2004年吳欽孝，韓冰等人采用“環(huán)刀法”，在流域的橫斷面上設(shè)點(diǎn),對(duì)黃土丘陵區(qū)森林小流域和荒坡草灌小流域土壤水分入滲特征進(jìn)行了研究，對(duì)流域減流減沙效益的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)[8］；2009年趙景波，張?jiān)实热送ㄟ^對(duì)陜西洛川鳳棲鎮(zhèn)剖面黃土與紅色古土壤8個(gè)層位的入滲實(shí)驗(yàn)及孔隙度與CaCo3測(cè)定,研究了黃土與古土壤入滲特征和地下水富集條件[9］。從20世紀(jì)80年代以來,對(duì)黃土高原地區(qū)的地層水理性質(zhì)和黃土地下水來源、運(yùn)移、含水特征、富集條件和賦存狀態(tài)等進(jìn)行了許多研究，如王德潛[10］李云峰[11］等學(xué)者對(duì)陜西洛川黃土潛水特征以及黃土孔隙度的研究以及張景波[9］等研究黃土深層的水分狀況。在國(guó)外，雖然對(duì)土壤滲透性和黃土進(jìn)行許多研究，側(cè)重地表土壤的滲透性[12,13］以及黃土對(duì)氣候變化的記錄方面[14,15］。無論在土壤表層滲透性還是深層的土壤水，均具有廣泛而全面的研究，但針對(duì)某一地區(qū)土壤以及不同質(zhì)地土壤之間橫向比較的研究較少，顧本文通過雙環(huán)刀入滲法[16］對(duì)保德、嵐縣、榆次三個(gè)由西北向東南方向過度地區(qū)的表層土壤進(jìn)行土壤水分入滲研究，并對(duì)比分析同一質(zhì)地[17］下的不同地區(qū)的土壤入滲率，揭示不同地區(qū)、不同質(zhì)地土壤入滲率的差別，為評(píng)價(jià)該地區(qū)土壤水資源和土壤水分的有效利用提供準(zhǔn)確可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域?yàn)槲疑轿魇”５?、嵐縣、榆次。保德位于山西省西北部，地處呂梁山北段西坡、黃土高原東部邊緣地帶，屬典型的溫帶大陸性氣候，該地區(qū)土壤為典型紅壤區(qū)，位于砂壤帶[17］上；嵐縣屬山西省呂梁市轄縣，位于省境中部西側(cè)該區(qū)海拔較高，地勢(shì)平坦在土壤質(zhì)地劃分上屬于輕壤帶[17］；榆次位于山西中部的晉中盆地，屬溫帶大陸性干旱氣候，土壤帶位于中壤Ⅰ帶[17］。實(shí)驗(yàn)區(qū)如圖1（圖件來源參考中國(guó)科學(xué)院西北水土保持研究所期刊）所示，從西北到東南標(biāo)注紅點(diǎn)的分別是保德縣、嵐縣以及榆次。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇

實(shí)驗(yàn)點(diǎn)選在出露好的層位，具體選擇視情況而定。為了降低實(shí)驗(yàn)誤差，在每層選擇2～4個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)[18］。在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果，最終對(duì)平均值進(jìn)行計(jì)算，作為最終結(jié)果。為了保證滲水過程只發(fā)生或主要發(fā)生在該層中,把實(shí)驗(yàn)點(diǎn)選擇在頂部由于坡向不同也可能造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致,試驗(yàn)點(diǎn)的土壤選擇陰涼處，以避免陽光直接照射引起強(qiáng)烈蒸發(fā)[18］。

圖1 實(shí)驗(yàn)與采樣位置

圖2 雙環(huán)刀使用示意圖

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將高20cm、直徑20cm和40cm的兩個(gè)鐵環(huán)放置在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的土層平坦面上，用雙手按住鐵環(huán)水平向左右旋轉(zhuǎn),讓環(huán)下部刀口切入土中，在頂部架上十字形鐵架，用錘子砸架子中部，用力均勻向下，敲擊點(diǎn)和站立位置要不斷的順向移動(dòng)，使鐵環(huán)平穩(wěn)下切，避免破壞原狀土，將圓環(huán)用橡膠錘緩慢均勻地打入土中10㎝，盡量保持土壤結(jié)構(gòu)不受破壞[19］，檢測(cè)環(huán)上沿是否水平,校正后,把環(huán)與土間隙用細(xì)土抹平。然后在內(nèi)外兩環(huán)底部鋪上1cm厚的細(xì)礫石,以減少加水時(shí)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞。雙環(huán)放好后，向兩環(huán)內(nèi)同時(shí)加水至5cm高度，外環(huán)加水的目的是防止內(nèi)外環(huán)互滲，并標(biāo)注記號(hào)，作為以后每次實(shí)驗(yàn)加水的標(biāo)準(zhǔn)刻度[20］。之后記錄每5分鐘、10分鐘、20分鐘入滲的水量。當(dāng)最后連續(xù)3個(gè)20分鐘入滲的水量都相同時(shí)，說明入滲速率已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即可結(jié)實(shí)驗(yàn)。

表1 采樣點(diǎn)的位置信息

2 結(jié)果與分析

2.1 入滲結(jié)果對(duì)比

分別對(duì)保德趙家溝、前白梁村、嵐縣東河村及榆次區(qū)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),每個(gè)層位實(shí)驗(yàn)重復(fù)2～4次，現(xiàn)將我們對(duì)各層重復(fù)性較好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知在入滲開始的前15分鐘內(nèi),入滲量較大,經(jīng)過約40分鐘的入滲后,入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)?，F(xiàn)將各地區(qū)不同時(shí)段的入滲量作圖3如下：

圖a是在保德縣小趙家溝村所選取的樣地1、樣地2的土壤入滲實(shí)驗(yàn)曲線圖，樣地2與樣地1的垂直距離大約為1米左右，呈階梯狀分布，兩地取點(diǎn)時(shí)均為表層土壤，環(huán)刀入土大約5 cm左右，樣地1在樣地2的下方，選取的是斜坡土。通過圖a的顯示，樣地1的表層土壤在穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透量為168.54 mL/min，穩(wěn)定入滲量為28.5 mL/min。在入滲開始的前15分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約40分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。樣地2的表層土壤在穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透量為51.17 mL/min，穩(wěn)定入滲量為21.90 mL/min。在入滲開始的前20分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約40分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。前20分鐘土壤入滲流量較大，40分鐘后趨于穩(wěn)定，兩地等等穩(wěn)定入滲流量基本相同，樣地1略高，在前20分鐘，很明顯的樣地1的入滲流量比樣地2大的多。雖然樣地1比樣地2相對(duì)位置低，但由于樣地2是一個(gè)平地，而樣地1則是一個(gè)斜坡。所以很明顯的斜坡的入滲流量大于平地的入滲流量。

圖b是在嵐縣所選取的樣地4、樣地5的土壤入滲實(shí)驗(yàn)曲線圖，樣地4在樣地5的上方，垂直相距1.2 m，呈階梯狀分布，取點(diǎn)時(shí)均為表層土壤，環(huán)刀入土大約7cm左右，通過圖5的顯示，樣地4為土層表層初露土，在穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透量為96.34 mL/min，穩(wěn)定入滲量為43.5 mL/min。在入滲開始的前20分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約60分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。樣地5的表層土壤在穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透量為57.35 mL/min，穩(wěn)定入滲量為42.30 mL/min。在入滲開始的前20分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約30分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。就兩地而言，前60分鐘土壤入滲流量較大，60分鐘后趨于穩(wěn)定，兩地的穩(wěn)定入滲流量基本相同，在前60分鐘，很明顯的樣地4的入滲流量比樣地5大的多。

圖c是在晉中市榆次區(qū)大學(xué)城所選取的樣地6、樣地7、樣地8的土壤入滲實(shí)驗(yàn)曲線圖，樣地7的位置是在樣地6下方的垂直距離2m的地方，樣地8在樣地7的垂直下方的距離為1.3m，呈階梯狀分布，取點(diǎn)時(shí)均為表層土壤，環(huán)刀入土大約8 cm左右。樣地6的在穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透量為42.27 mL/min，穩(wěn)定入滲量為11.2 mL/min。在入滲開始的前20分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約40分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。樣地7的土壤層在穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透量為67.47 mL/min，穩(wěn)定后入滲量為14.6 mL/min。在入滲開始的前15分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約60分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。樣地8穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透量為57.34 mL/min，穩(wěn)定入滲量為15.6 mL/min。在入滲開始的前15分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約40分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)?？梢钥闯?，3個(gè)地區(qū)的穩(wěn)定入滲流量基本相同，在整個(gè)入滲過程中，樣地7與樣地8的入滲流量均高于樣地6，雖然樣地6的海拔較高，但是，在取樣時(shí)注意到樣地7與樣地8接河道，河道內(nèi)無河流，但均為沙土。

2.2 對(duì)比分析

圖4 取樣地橫向土壤入滲實(shí)驗(yàn)曲線比較圖

通過圖4顯示，4個(gè)采樣點(diǎn)中樣地3、樣地6的穩(wěn)定滲透量較為接近。從圖中得到：嵐縣的東河村土壤質(zhì)地為砂壤，為褐土，黃土母質(zhì)，顏色暗褐，屑粒狀結(jié)構(gòu)或團(tuán)裝結(jié)構(gòu)，有機(jī)質(zhì)含量高，疏松多孔，顧滲透量較大；保德縣前白梁村，位于沙壤帶上，是典型的紅壤區(qū)，保德紅土為紅粘土，顏色棕紅，質(zhì)地粘重，通體以粘壤為主，顆粒組成小于0.02 mm的粘粒和粉粒占60%-80%，結(jié)構(gòu)致密、少孔[21］，所以滲透流量較其他地區(qū)小；中壤帶Ⅰ為黃土，周圍有植被分布，蓄水性好，所以滲透量也較低。通過觀察分析，水分滲透量呈西北到東南遞增，具有顯著相關(guān)性。

2.3 討論分析

本文根據(jù)李玉山先生對(duì)黃土高原土壤質(zhì)地分區(qū)[17］來劃分壤，質(zhì)地一致的地區(qū)進(jìn)行對(duì)比分析

①陜西洛川與山西榆次均屬于中壤帶Ⅰ，再根據(jù)趙景波，王長(zhǎng)燕對(duì)陜西洛川表層土壤入滲規(guī)律的研究得出的結(jié)果與山西榆次進(jìn)行對(duì)比，得出對(duì)比結(jié)果。洛川縣地處陜西省中部,黃土高原南部，洛河中游，位于 109°1－109°45′47 E，35°26″－36°04′之間，由趙景波試驗(yàn)可知洛川第一層黃土初始的入滲速率很高，為7.07 mm/min,穩(wěn)定前的平均入滲速率為2.53 mm/min，穩(wěn)定入滲速率為1.13 mm/min，在入滲過程的前15 min，入滲速率很大，在約110 min之后，入滲速率達(dá)到穩(wěn)定階段[22］山西榆次地區(qū)穩(wěn)定滲透流量前的平均滲透率為1.34 mm/min，穩(wěn)定入滲量為0.36 mm/min。在入滲開始的前20分鐘內(nèi)，入滲量較大，經(jīng)過約40分鐘的入滲后，入滲量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。通過對(duì)比可以看出在穩(wěn)定前的平均入滲率和穩(wěn)定的平均入滲率均是洛川大于榆次，且在時(shí)間上來分析，洛川的入滲時(shí)間較長(zhǎng)。通過對(duì)比得出洛川的入滲量大于榆次且入滲時(shí)間較長(zhǎng)。

②陜西佳縣與陜西保德均屬于砂壤帶，佳縣土壤穩(wěn)定入滲率為1 mm/min[23］，保德穩(wěn)定入滲量為0.3 mm/min。可以得出佳縣的平均入滲率大于保德。

③陜西子長(zhǎng)、安塞、吳旗均與嵐縣一樣處在輕壤帶，其中子長(zhǎng)、安塞地區(qū)土壤穩(wěn)定入滲率為1.15～1.30mm/min[23］，吳旗鐵邊城，恒定滲透速率2.3mm/min[24］，嵐縣穩(wěn)定入滲量為1.3 ml/min?？梢缘贸鲫兾鲄瞧斓钠骄霛B率大于嵐縣，子長(zhǎng)、安塞的平均入滲率與嵐縣基本一致。

3 結(jié)論

①在保德選取的樣地有斜坡和平地之分，通過數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出斜坡的入滲流量大于平地的入滲流量；在嵐縣選取的樣地通過高度的差異得出相對(duì)較高的地區(qū)比低的地區(qū)的土壤的入滲流量略大；在榆次區(qū)因?yàn)橛泻恿鞯挠绊?，是的土壤在密度和結(jié)構(gòu)上存在差異，沙土的入滲量大于普通黃土的入滲量。

②總體來說，根據(jù)李玉山對(duì)黃土高原5個(gè)土壤質(zhì)地帶的劃分[17］，可以看出保德位于砂壤，嵐縣輕壤，榆次位于中壤Ⅰ，從土壤的下滲情況來看，由西北向東南遞增，不同質(zhì)地土壤入滲量不同。

③同一土壤質(zhì)地下洛川的入滲量大于榆次且入滲時(shí)間較長(zhǎng)，佳縣的平均入滲率大于保德，陜西吳旗的平均入滲率大于嵐縣，子長(zhǎng)、安塞的平均入滲率與嵐縣基本一致，同一質(zhì)地下不同地區(qū)的土壤入滲量是不同的。

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