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中国沙漠  2020, Vol. 40 Issue (5): 200-208    DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00098
    
干旱区沙漠-绿洲过渡带固沙植物的土壤水分入渗特征
巩炜(), 胡广录(), 付鹏程, 李浩然, 周川, 邓丽媛
兰州交通大学 环境与市政工程学院,甘肃 兰州 730070
Soil moisture infiltration characteristics of different sand-fixing plants in the desert-oasis transition zone in arid region of China
Wei Gong(), Guanglu Hu(), Pengcheng Fu, Haoran Li, Chuan Zhou, Liyuan Deng
School of Environmental and Municipal Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China
 全文: PDF(3673 KB)   HTML
摘要:

为了探明干旱区不同固沙植物的土壤水分入渗特性,在黑河中游的甘肃省临泽县北部的沙漠-绿洲过渡带内选取3种固沙植物为研究对象,采用双环刀常水头试验法测定土壤水分入渗过程,并进行不同模型的模拟与分析。结果表明:(1)土壤水分入渗率与土壤初始含水率负相关,且在入渗初期相关性显著。(2)3种固沙植物的初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率均表现为梭梭(Haloxylon ammodendron)>沙拐枣(Calligonum mongolicum)>泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa),且差异性显著(P<0.05)。(3)不同固沙植物的土壤水分入渗过程模拟显示,Philip模型最优,Horton模型次之,Kostiakov模型最差,Philip模型更适合研究该区域不同固沙植物的土壤水分入渗过程。研究可为干旱区土壤水分的合理利用及退化生态系统的植被恢复与重建提供科学依据。

关键词: 固沙植物土壤水分入渗过程入渗特征沙漠-绿洲过渡带    
Abstract:

In order to explore the soil moisture infiltration characteristics of different sand-fixing plants in arid areas, three sand-fixing plants were selected in the desert-oasis transition zone in the middle reaches of the Heihe River in the north of Linze County, Gansu Province. The soil moisture infiltration was measured by the double-ring knife constant head test method, and carry out simulation and analysis of different models. The results show that: (1)The soil moisture infiltration rate has a negative correlation with the initial soil moisture content, and the correlation is significant at the initial stage of infiltration. (2)The initial infiltration rate, stable infiltration rate, and average infiltration rate of the three sand-fixing plants showed the order of Haloxylon ammodendron> Calligonum mongolicum>Nitraria sphaerocarpa, with significant differences (P<0.05). (3)The simulation of the soil moisture infiltration process of different sand-fixing plants shows that the Philip model is the best, the Horton model is second, and the Kostiakov model is the worst. The Philip model is more suitable for studying the soil moisture infiltration process of different sand-fixing plants in this area. Research can provide a scientific basis for the rational use of soil moisture in arid areas and the restoration and reconstruction of degraded ecosystems.

Key words: sand-fixing plants    soil moisture    infiltration process    infiltration characteristics    desert-oasis transition zone
收稿日期: 2020-07-23 出版日期: 2020-09-28
:  S152.7  
基金资助: 国家自然科学基金项目(41561102)
通讯作者: 胡广录     E-mail: 542456570@qq.com;hgl0814@163.com
作者简介: 胡广录(E-mail: hgl0814@163.com
巩炜(1995—),男,山东枣庄人,硕士研究生,主要研究方向为干旱区生态修复。E-mail: 542456570@qq.com
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巩炜
胡广录
付鹏程
李浩然
周川
邓丽媛

引用本文:

巩炜, 胡广录, 付鹏程, 李浩然, 周川, 邓丽媛. 干旱区沙漠-绿洲过渡带固沙植物的土壤水分入渗特征[J]. 中国沙漠, 2020, 40(5): 200-208.

Wei Gong, Guanglu Hu, Pengcheng Fu, Haoran Li, Chuan Zhou, Liyuan Deng. Soil moisture infiltration characteristics of different sand-fixing plants in the desert-oasis transition zone in arid region of China. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 200-208.

链接本文:

http://www.desert.ac.cn/CN/10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00098        http://www.desert.ac.cn/CN/Y2020/V40/I5/200

图1  研究样地地理位置
固沙植物月份土壤初始 含水率/%时间/min
151020306090120
梭梭65.25.8044.4534.2034.1953.9123.7223.8123.622
76.15.6034.6034.2033.8523.8123.3523.4123.372
813.54.2033.4522.8523.2022.9823.0263.0223.018
94.36.2543.7524.2033.7723.4823.4223.4423.418
103.86.2545.3034.0523.9523.7423.2423.1723.142
沙拐枣64.44.4533.3523.3023.5723.4423.2223.2823.172
74.24.6033.7523.2022.9422.7822.7422.7122.662
88.93.0522.4522.1012.5322.3512.1712.2812.161
94.64.8033.1522.6522.4922.2412.0912.0612.031
104.14.0523.2523.2013.1723.0222.3812.4112.401
泡泡刺62.64.1532.6022.1012.0912.0511.9311.8111.831
72.94.6032.2512.3812.3012.2711.9511.9511.941
813.21.0010.9250.9010.8510.7100.7200.7100.750
99.62.3511.7511.3511.3611.2511.2811.1911.191
105.83.0522.5512.4622.3512.2111.8511.8411.831
表1  不同初始含水率条件下的40~60 cm土层土壤水分入渗率(mm·min-1)
图2  3种固沙植物入渗率和土壤初始含水率的关系
图3  3种固沙植物的40~60 cm土层土壤水分入渗过程
固沙植物

初始入渗率

/(mm·min-1

平均入渗率

/(mm·min-1

稳定入渗率

/(mm·min-1

梭梭5.624±0.242a3.730±0.147a3.347±0.167a
沙拐枣4.193±0.251b2.806±0.147b2.252±0.161b
泡泡刺3.032±0.351c1.740±0.160c1.525±0.133c
表2  不同固沙植物40~60 cm土层土壤水分入渗特征指标
图4  不同固沙植物40~60 cm土层累积入渗量
固沙植物abR2
梭梭19.5740.9370.99992
沙拐枣13.7820.8850.99980
泡泡刺6.7590.9020.99996
表3  不同固沙植物40~60 cm土层累积入渗量拟合参数
固沙植物深度/cmKostiakov模型R2Horton模型R2Philip模型R2
梭梭0~20i(t)=9.419t-0.0680.825i(t)=7.060+3.197e-0.119t0.955i(t)=1/2*8.275t-0.5+6.6100.934
20~40i(t)=5.894t-0.0590.523i(t)=4.631+4.326e-0.336t0.974i(t)=1/2*6.633t-0.5+4.1260.912
40~60i(t)=5.134t-0.0380.480i(t)=4.395+2.988e-0.375t0.929i(t)=1/2*4.156t-0.5+4.0740.819
60~80i(t)=5.963t-0.1390.922i(t)=3.293+2.642e-0.083t0.946i(t)=1/2*7.667t-0.5+2.9410.926
80~100i(t)=5.146t-0.0980.910i(t)=3.386+1.839e-0.084t0.937i(t)=1/2*5.414t-0.5+3.1290.948
100~120i(t)=4.087t-0.0770.967i(t)=2.829+0.929e-0.033t0.777i(t)=1/2*3.137t-0.5+2.7870.818
沙拐枣0~20i(t)=8.365t-0.0760.942i(t)=5.914+1.853e-0.041t0.971i(t)=1/2*6.605t-0.5+5.7360.938
20~40i(t)=6.771t-0.1370.964i(t)=3.634+2.328e-0.046t0.966i(t)=1/2*8.140t-0.5+3.3770.926
40~60i(t)=5.020t-0.1310.963i(t)=2.771+1.672e-0.046t0.967i(t)=1/2*5.824t-0.5+2.5930.911
60~80i(t)=4.809t-0.1080.929i(t)=2.939+1.401e-0.044t0.968i(t)=1/2*5.089t-0.5+2.7760.982
80~100i(t)=4.198t-0.1210.917i(t)=2.429+1.319e-0.045t0.967i(t)=1/2*4.704t-0.5+2.2810.928
100~120i(t)=3.615t-0.1520.941i(t)=1.819+1.327e-0.047t0.964i(t)=1/2*4.709t-0.5+1.6570.948
泡泡刺0~20i(t)=6.184t-0.0620.677i(t)=4.437+1.351e-0.022t0.689i(t)=1/2*4.768t-0.5+4.4980.912
20~40i(t)=4.043t-0.0750.847i(t)=2.829+0.929e-0.034t0.777i(t)=1/2*3.654t-0.5+2.7380.917
40~60i(t)=3.355t-0.1260.645i(t)=2.125+5.684e-0.859t0.868i(t)=1/2*4.426t-0.5+1.7140.934
60~80i(t)=2.908t-0.0970.786i(t)=1.739+0.880e-0.024t0.773i(t)=1/2*3.189t-0.5+1.7510.924
80~100i(t)=1.686t-0.1990.724i(t)=0.815+2.363e-0.541t0.906i(t)=1/2*2.872t-0.5+0.5610.956
100~120i(t)=1.633t-0.2890.729i(t)=0.605+3.698e-0.815t0.887i(t)=1/2*3.184t-0.5+0.2940.978
表4  入渗模型的模拟结果
固沙植物入渗时间
1 min10 min60 min120 min
梭梭-0.874**-0.484-0.260-0.212
沙拐枣-0.709**-0.682**-0.479-0.462
泡泡刺-0.945**-0.926**-0.912**-0.864**
表5  不同入渗时间40~60 cm土层土壤水分入渗率与土壤初始含水率的相关性
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