1、第3 7卷第4期2 0 2 3年8月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 2-0 5 资助项目:国家自然科学基金项目(4 1 9 7 7 0 6 5);国家重点实验室开放基金项目(k 3 0 5 0 2 1 9 1 7 1)第一作者:付世琳(2 0 0 0),女,在读硕士研究生,主要从事土壤侵蚀研究。E-m a i l:7 5 0 4 0 3 6 9 5q q.c o m 通信作者:吴发启(1 9 5 7),男
2、,教授,博士生导师,主要从事水土保持研究。E-m a i l:w u f a q i 2 6 3.n e t不同坡度和不同生育期的谷子坡耕地入渗特征付世琳1,2,姚 冲1,2,余 倩1,2,吴发启1,3(1.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;2.西北农林科技大学水土保持研究所,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0;3.西北农林科技大学资源环境学院,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0)摘要:坡度和作物生育期是影响坡耕地土壤入渗性能的关键因素,作物生长导致土壤特性及根系变化进而影响坡面入渗过程。通过人工模拟降雨试验,设计4个坡耕地坡度(3,5,1 0,1 5)及
3、2个降雨强度(4 0,8 0mm/h),在谷子4个生育期(拔节初期、拔节中期、抽穗初期、灌浆初期)开展试验,探究坡度和生育期对谷子坡耕地土壤入渗特征的影响机制,并结合入渗模型(H o r t o n、K o s t i a k o v、P h i l i p模型)对谷子坡耕地土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性。结果表明:(1)随坡度增加土壤入渗能力下降,与3 相比,1 5 坡耕地土壤稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别减小3 0.7 6%5 2.3 8%,2 1.2 8%3 7.5 0%和2 2.5 1%4 3.5 5%。(2)随着谷子生育期的延长,土壤入渗能力显著增加,与拔节初期相
4、比,灌浆初期时土壤稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别增加2 3.8 1%8 0.0 0%,2 0.8 3%4 0.0 0%,1 7.8 4%5 4.1 0%,表现为拔节初期拔节中期抽穗初期灌浆初期。(3)通过对入渗速率实测值进行拟合,H o r t o n模型对坡耕地土壤入渗过程拟合最好,且模型拟合参数具有物理意义。研究结果可为增加坡耕地降雨入渗、提高水分利用效率、减少坡耕地水土流失提供理论依据。关键词:土壤侵蚀;坡耕地;入渗速率;坡度;生育期中图分类号:S 1 5 7.1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 2 4 2(2 0 2 3)0 4-0 0 2 3-0 8D O
5、I:1 0.1 3 8 7 0/j.c n k i.s t b c x b.2 0 2 3.0 4.0 0 4I n f i l t r a t i o nC h a r a c t e r i s t i c so fM i l l e t S l o p eF a r m l a n dw i t hD i f f e r e n tS l o p eG r a d i e n t a n dD i f f e r e n tG r o w t hP e r i o dF US h i l i n1,2,YAOC h o n g1,2,YU Q i a n1,2,WUF a q i1,3(
6、1.S t a t eK e yL a 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,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0;2.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
7、 2 1 0 0;3.C o l l e g eo fR 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)A b s t r a c t:S l o p ea n dc r o pg r o w t hp e r i o da r et h ek e yf a c t o r sa f f e c t i n gt h es o i li n f i l t r a t i o np e r f o
8、 r m a n c eo fs l o p i n gf a r m l a n d,a n dc r o pg r o w t hc a n r e s u l t i ns o i l c h a r a c t e r i s t i c s a n d r o o t c h a n g e s,w h i c h f u r t h e r a f f e c t t h es l o p e i n f i l t r a t i o np r o c e s s.T h r o u g ha r t i f i c i a l s i m u l a t e dr a i n
9、f a l l e x p e r i m e n t s,t h es l o p e s(3,5,1 0 a n d1 5)a n d2r a i n f a l l i n t e n s i t i e s(4 0a n d8 0mm/h)o f f o u r s l o p e c u l t i v a t e d l a n dw e r ed e s i g n e d,a n d t h ee x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t i nf o u rg r o w t hs t a g e so fm i l l e t
10、(e a r l y j o i n t i n gp e r i o d,m i d d l e j o i n t i n gp e r i o d,e a r l yh e a d i n gp e r i o d,e a r l yp u s t u l a t i o np e r i o d)t oe x p l o r et h ei n f l u e n c e m e c h a n i s m o fs l o p ea n dg r o w t hp e r i o do ns o i li n f i l t r a t i o nc h a r a c t e r
11、i s t i c so fm i l l e ts l o p ef a r m l a n d,a n dc o m b i n e d w i t ht h ei n f i l t r a t i o n m o d e l(H o r t o n,K o s t i a k o va n dP h i l i pm o d e l s)t oe v a l u a t et h ea p p l i c a b i l i t yo fs o i lm o i s t u r ei n f i l t r a t i o np r o c e s s i nc u l t i v a
12、 t e dl a n do fm i l l e t s l o p e.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t:(1)T h e s o i l i n f i l t r a t i o nc a p a c i t yd e c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s eo fs l o p e,a n dc o m p a r e dw i t ht h e s l o p eo f 3,t h e s t a b l e i n f i l t r a t i o nr a t e,a v e r a g
13、 e i n f i l t r a t i o nr a t e a n dc u m u l a t i v ei n f i l t r a t i o nr a t eo f t h es o i l i nf a r m l a n do f1 5 s l o p ed e c r e a s e db y3 0.7 6%5 2.3 8%,2 1.2 8%3 7.5 0%a n d2 2.5 1%4 3.5 5%,r e s p e c t i v e l y.(2)W i t ht h ee x t e n s i o no fm i l l e tg r o w t hp e r
14、 i o d,s o i l i n f i l t r a t i o nc a p a c i t yi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y,a n dc o m p a r e dw i t ht h e e a r l y j o i n t i n gs t a g e,t h es t a b l e i n f i l t r a t i o nr a t e,a v e r a g e i n f i l t r a t i o nr a t ea n dc u m u l a t i v ei n f i l t r a t i
15、o na m o u n to fs o i li nt h ee a r l yf i l l i n gs t a g ei n c r e a s e db y2 3.8 1%8 0.0 0%,2 0.8 3%4 0.0 0%a n d1 7.8 4%5 4.1 0%,r e s p e c t i v e l y,s h o w i n gt h a t t h ee a r l yj o i n t i n gp e r i o dt h em i d d l ej o i n t i n gp e r i o dt h ee a r l yh e a d i n gp e r i
16、o d8 0%,降雨强度的调控范围为3 01 4 0mm/h,采用调节水压力控制阀和更换喷头垫片的方式调节雨强。降雨前需要先率定雨强,满足试验要求后进行降雨试验。1.3 指标测定与计算降雨试验开始计时后,观察并记录各小区的产流时间,产流开始时用塑料小桶收集径流和泥沙样品,时间间隔为2 m i n,直至试验结束。降雨试验结束后,称取每份样品重,待样品静置2 4h后倒掉上清液,将沉淀的泥沙样品冲入铝盒,放入1 0 5 的烘箱中烘干至恒重,称重,记录时段径流量与产沙量,然后通过计算得出土壤入渗速率和累积入渗量等指标。坡耕地坡度的不同可影响径流小区有效降雨面积,在计算降水量时需校正。土壤入渗速率采用降雨-入渗法计算(水量的闭合计算不包括壤中流),计算方法为:h=6 0 0 0W/A(1)V=P-h(2)式中:h为径流深(mm/m i n);W为径流量(m3/s);A为径流 小 区 面 积(m2);V为 土 壤 入 渗 速 率(mm/m i n);P为降雨强度(mm/m i n)。1.4 入渗模型为更加深入分析不同坡度谷子坡耕地土壤入渗特征及变化规律,分别选取P h i l i p、K o s
