森林土壤大孔隙特征及其生态水文学意义
石辉;刘世荣
【期刊名称】《山地学报》
【年(卷),期】2005(23)5
【摘要】由于研究方法和目的的不同,土壤大孔隙的标准并不统一,一般认为土壤大孔隙的孔径在0.03～3mm;＞3 mm的孔隙相对于土壤结构而言非常巨大,水流在这些孔隙中的运动完全不同于土壤中的运动方式,因此一般土壤大孔隙研究中不包含这种成因的巨大孔隙.对于森林土壤而言,动物活动和根系作用是大孔隙形成的主要原因.研究土壤大孔隙经常采用的方法有染色法、CT扫描技术和入渗方法;由于土壤大孔隙的高度不规则性,常采用分形理论研究大孔隙的特征.水分在大孔隙中的快速运动是大孔隙流的主要特征,因此模拟大孔隙流时经常采用可将土壤分为快速运动区域和运动较慢区域两个部分的两区模型.壤中流是森林涵养水源和调节径流的主要方式,土壤大孔隙对壤中流的产生具有重要的影响.研究森林土壤大孔隙,可深化森林涵养水源机理的认识,不仅在理论上可加深理解森林调节水文的过程;在实践上用于预测土地利用变化对水资源和水环境的影响,为退耕还林、天然林保护工程的植被恢复重建提供理论与决策依据.
【总页数】7页(P533-539)
【作者】石辉;刘世荣
【作者单位】西安建筑科技大学环境与市政工程学院、教育部西北水资源与环境生态重点实验室,陕西西安710055;中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091
【正文语种】中文
【中图分类】P349;S714
【相关文献】
1.三峡库区森林土壤大孔隙特征及对饱和导水率的影响 [J], 刘目兴;吴丹;吴四平;廖丽娟
2.六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响 [J], 时忠杰;王彦辉;徐丽宏;熊伟;于澎涛;郭浩;徐大平
3.岷江上游森林土壤大孔隙特征及其对水分出流速率的影响 [J], 石辉;陈凤琴;刘世荣
4.辽西半干旱区森林土壤大孔隙特征研究 [J], 吕刚;王洪禄;黄龙
5.长白山北坡两种类型森林土壤的大孔隙特征 [J], 李伟莉;金昌杰;王安志;裴铁璠;关德新
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森林土壤大孔隙特征及其生态水文学意义 石辉;刘世荣 【期刊名称】《山地学报》 【年(卷),期】2005(23)5 【摘要】由于研究方法和目的的不同,土壤大孔隙的标准并不统一,一般认为土壤大孔隙的孔径在0.03～3mm;＞3 mm的孔隙相对于土壤结构而言非常巨大,水流在这些孔隙中的运动完全不同于土壤中的运动方式,因此一般土壤大孔隙研究中不包含这种成因的巨大孔隙.对于森林土壤而言,动物活动和根系作用是大孔隙形成的主要原因.研究土壤大孔隙经常采用的方法有染色法、CT扫描技术和入渗方法;由于土壤大孔隙的高度不规则性,常采用分形理论研究大孔隙的特征.水分在大孔隙中的快速运动是大孔隙流的主要特征,因此模拟大孔隙流时经常采用可将土壤分为快速运动区域和运动较慢区域两个部分的两区模型.壤中流是森林涵养水源和调节径流的主要方式,土壤大孔隙对壤中流的产生具有重要的影响.研究森林土壤大孔隙,可深化森林涵养水源机理的认识,不仅在理论上可加深理解森林调节水文的过程;在实践上用于预测土地利用变化对水资源和水环境的影响,为退耕还林、天然林保护工程的植被恢复重建提供理论与决策依据. 【总页数】7页(P533-539) 【作者】石辉;刘世荣 【作者单位】西安建筑科技大学环境与市政工程学院、教育部西北水资源与环境生态重点实验室,陕西西安710055;中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091
【正文语种】中文 【中图分类】P349;S714 【相关文献】 1.三峡库区森林土壤大孔隙特征及对饱和导水率的影响 [J], 刘目兴;吴丹;吴四平;廖丽娟 2.六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响 [J], 时忠杰;王彦辉;徐丽宏;熊伟;于澎涛;郭浩;徐大平 3.岷江上游森林土壤大孔隙特征及其对水分出流速率的影响 [J], 石辉;陈凤琴;刘世荣 4.辽西半干旱区森林土壤大孔隙特征研究 [J], 吕刚;王洪禄;黄龙 5.长白山北坡两种类型森林土壤的大孔隙特征 [J], 李伟莉;金昌杰;王安志;裴铁璠;关德新 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
《森林土壤学》复习题 一、名词解释题 1．土壤肥力：土壤肥力是土壤能供应与协调植物正常生长发育所需要的养分和水、空气、热的能力。土壤肥力具有狭义和广义之分。 2．土壤：土壤是陆地表面由矿物质、有机质、水、空气和生物组成，具有肥力，能生长植物的未固结层。 3．土壤肥力的相对生态性：土壤肥力的相对生态性是指生态上不同的植物，要求的土壤生态条件也是不同的，某种肥沃的土壤或不肥沃的土壤只是针对某种植物而言的，而不是针对任何植物。 4．次生矿物：次生矿物是原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物，如方解石、高岭石等。 5．岩浆岩：是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。分布很广的有花岗岩和玄武岩。 6．沉积岩沉积岩是由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。 7．风化作用风化作用是地球表面或近地球表面的岩石在大气圈各种营力作用下所产生的物理化学变化。 8．成土母质成土母质指岩石风化后形成的疏松碎屑物，通过成土过程可发育为土壤。可分为残积母质和运积母质。 9．残积母质残积母质是指岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物。10．运积母质：是指在水、风、冰川和地心引力等作用下迁移到其他地区的母质，如坡积物、洪积物、冲积物、湖积物、浅海沉积物、风积物、黄土及冰川沉积物等。 11．土壤微生物：土壤微生物是土壤中最原始的活有机体。它们的作用是：分解有机质，合成腐殖质，转化土壤中难溶性的矿质养分及固氮。 12．根际效应：由于植物根系的细胞组织脱落物和根系分泌物为根际微生物提供了丰富的营养和能量，因此，在植物根际的微生物数量和活性常高于根外土壤，这种现象称为根际效应。 13．土壤有机质：土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。土壤中的有机质大致可分新鲜有机质、有机残余物和简单有机化合物和土壤腐殖质为两大类。 14．有机质的矿质化过程：是指有机质在微生物酶的氧化作用下，彻底分解为二氧化碳和水，并放出能量和植物可以利用的矿质养分的过程。 15．有机质的腐殖质化过程：有机质的腐殖质化过程是指土壤中的各种有机化合物在微生物的作用下，重新合成为成分和结构都更为复杂的稳定有机化合物的过程。 16．腐殖化系数：指单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。 17．土壤腐殖质：腐殖质指有机质经过微生物分解后并再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质；含有多种功能团，是两性胶体，通常以带负电荷为主，能吸附大量的水分和 森林土壤学复习题1 / 12
太行山干旱山区不同人工林土壤水分特征摘要为了了解不同林分土壤水资源的变化规律，为太行山干旱山区植被恢复提供科学依据。结果表明：1）各种林分类型的土壤容重、孔隙度和渗透速率等表征土壤水文物理性质的指标，明显好于无林地，其中混交林好于纯林. 2）在旱季和雨季，随着土壤深度的增加，大部分要分土壤含水量呈现递减趋势，其变动幅度小于无林地。3）随着土壤深度的增加，各森林类型土壤饱和持水量逐渐减小；混交林表层土壤蓄水功能最好，其他林分各层次差异较小；在涵养水源和水分有效性方面，混交林优于纯林。 关键词太行山；干旱山区；人工林；土壤水分：土壤入渗；土壤孔隙度 土壤是森林生态系统的重要组成部分，对森林的生态环境效应具有积极意义。土壤水分是流域水量平衡乃至地区水文循环中的重要因子，是生态系统中最活跃、最有影响的因素之一。随着SPAC概念的产生，有关土壤水分研究的基本概念和内容都有很大的突破和深入。在土壤水分研究中，中国对西北地区水分问题的研究已经比较深入，形成了较完整的体系，在北方石质山区，也有较多关于森林涵养水源功能和土壤水分的研究；但涉及太行山干旱山区不同林分土壤水分特征的研究报道不多，因面相对缺乏林分合理经营管理的依据。太行山地区是华北平原及京津的重要生态屏障，但由于该地区干旱土薄、林分破坏严重，植被覆盖率下降；同时，近年来的各种开发建设活动日趋频繁，将具备一定水土保持功能的自然地理环境加以人为强制性改变，降低了水源涵养能力，进一步恶化生态环境，太行山干旱山区土壤水资源日趋缺乏；因此尽快重建山区森林植被并充分发挥其水源涵养功能，成为改善太行山区生态环境的重要途径之一。为此，我站对现有人工林的土壤透性能、土壤水分时空变化及贮蓄水分能力进行对比研究，以了解不同林分土壤水资源的变化规律，在干旱的气候、土壤环境中为林木的生长创造出相对比较适宜的土壤水环境，使降水较少的干旱、半干旱地区也能建立起相对稳定、生长快速的人工林生态系统，提高经济林的产量和品质。为太行山干旱山区植被空间分布格局，及造林、营林技术理论指导和科学依据。 a)材料与方法 1.1研究区概况
水文学原理 1、地球上的水主要受太阳辐射和地心引力两种作用而不停地运 动，其表现形式可概括为四大类型，即降水、蒸发，渗流和径 流，统称为水文现象。 2、水文学研究地球上各种水体数量的形成、运动、分布规律及相 互之间的联系和转化，同时也研究各种水体的物理和化学性 质。 3、水文学原理主要是研究河流、湖泊、冰川、地下水、河口等水 体（其中主要是河流）的水文现象和水文规律，以水文循环为 核心、河流水文规律为重点，阐明水文循环各要素和水文现象 的物理机制和相互转化关系及其时空变化规律。 4、水文现象的基本特性：水文现象时程变化的周期性与随机性的 对立统一；水文现象地区分布的相似性与特殊性的对立统一。 5、水文现象的研究方法：由水文现象的基本特征可知，对水文现 象的分析研究，都要以实际观测资料为依据。按不同目的要求，可把水文学常用的研究方法归结为成因分析法、数理统计法和 地理综合法三类。 6、水文循环：自然界中水分不断蒸发、输送和凝结，形成降水、 径流的循环往复过程。 7、水文循环的分类：根据水分循环过程的整体性和局部性，可把 水分循环分为大循环和小循环。大循环：由海洋蒸发的水汽降 到大陆后又流归海洋的循环；小循环：海洋蒸发的水汽凝结后
成为降水又直接降落在海洋上或者陆地上的降水在没有流归海洋之前，又蒸发到空气中去的这些局部循环。 8、一条河沿水流方向，自高到底可分为河源、上游、中游、下游 和河口5段。 9、汇集地面径流和地下径流的区域称为流域，也就是分水线包围 的区域。当地面分水线与地下分水线相重合时，称为闭合流域，否则称为非闭合流域。 10、流域面积F：流域分水线包围区域的平面投影面积，记为F， 以km2计。 11、流域长度L B 流域长度就是流域轴长。以流域出口为中心向 河源方向做一组不同半径的同心圆，每个圆与流域分水线相交形成割线，各割线中点的连线长度即为流域长度，以km计。 12、流域的平均宽度B：流域面积与流域长度之比，以km计。表 达式为：B=F／L B 13、流域的形状系数χ：流域的平均宽度与长度之比。其表达 式为χ=B／L B 扇形流域的形状系数比较大，狭长流域则比较小，所以流域形状系数在一定程度上以定量的形式反映了流域的形状。 14、水系的基本特征：⑴水系形状：①扇形水系，支流的排列和 分布呈扇形分布，干支流汇合点较为集中。②羽形水系，干流比较长，支流从左右两岸相间汇入干流，呈羽状。③平行状水系，由几个近乎平行的支流至入海口附近汇入干流。④混合状
土壤大孔隙流机理及产汇流模型 技术简介 该项技术通过开展一系列土柱CT扫描实验，得到土柱各横断面的CT扫描图像。利用地理信息系统软件对CT扫描图像进行处理，得到土壤大孔隙二维分布信息，采用大孔隙空间结构识别技术和大孔隙空间结构特征参数分析技术，得到大孔隙空间分布参数及其分布特征。开展含有大孔隙的室内土柱水流试验和土槽人工降雨试验，合理确定大孔隙土壤水力参数和溶质运移参数，研究不同尺度下大孔隙水流及溶质运移机理，分析评价大孔隙流的存在对产汇流的影响。分别构建考虑大孔隙分布的土柱尺度和坡面尺度入渗模型（两域模型），进而构建坡面尺度和流域尺度的产汇流模型，针对不同尺度的产汇流以及大孔隙流的高度非线性和非稳定性问题，采用格子波尔兹曼方法进行求解，根据室内土柱水流试验和土槽人工降雨试验资料，验证了该方法的有效性。通过该项目的研究，形成一套从土壤微观孔隙和水流分析到宏观土壤水流分析和产汇流分析的研究体系。 该项技术主要特点包括： （1）在土壤大孔隙空间结构研究方面：构建主要包括大孔隙的水力半径、长度、埋深、弯曲度、倾斜度和大孔隙网络的分支、密度、配位数、连通性和亏格等在内的描述土壤大孔隙空间结构的指标体系，提出大孔隙土壤CT扫描图像处理技术、大孔隙空间结构识别技术和大孔隙空间结构特征参数分析技术，基于上述技术通过土柱CT扫描实验分析土壤大孔隙空间结构分布特征，建立一套土壤大孔隙空间结构特征分析方法。 （2）在确定大孔隙土壤水力参数和溶质运移参数研究方面：采用室内外实验和数学模型相结合的研究方法，确定了土壤大孔隙的饱和导水率和非饱和导水率、含有大孔隙的原状土土壤水分特征曲线和水动力弥散系数，分析了大孔隙对这些参数的影响，提出了大孔隙土壤水力参数和溶质运移参数的确定方法。 （3）在大孔隙土柱水流实验和土槽人工降雨实验研究方面：通过开展一系列含有不同大孔隙土柱的水流实验，深入分析了大孔隙的数量、形状、大小等对土壤水分运移的影响，并分析了土壤质地对含有大孔隙土柱中水分运移的影响。通过开展一系列土槽系统的人工降雨实验，全面分析了包括植被、坡度和大孔隙分布等下垫面和降雨强度对坡面产汇流及溶质运移的影响。 （4）在考虑大孔隙分布的土壤入渗模型研究方面：将土壤分为大孔隙域和基质域，分别构建土柱尺度和坡面尺度的两域入渗模型，采用LBM方法求解模拟大孔隙流的两域模型，根据土柱水流试验和土槽人工降雨试验资料，验证了LBM 方法的有效性。 （5）在含有大孔隙的坡面汇流模型研究方面：在考虑大孔隙的坡面下渗模型的基础上，采用运动波方程来描述坡面汇流，建立坡面尺度的汇流模型，并根据土槽人工降雨实验资料，验证了LBM方法的有效性。 （6）在含有大孔隙的溶质流失模型研究方面：以降雨强度、降雨历时、坡度、大孔隙特征尺度和离子吸附系数等因子为网络输入，以坡面累积溶质流失量为网络模型输出，建立了基于模糊人工神经网络的坡面溶质流失模型，根据土槽人工降雨实验资料，验证了模型的有效性。 （7）在基于大孔隙的流域产汇流模型研究方面：在考虑大孔隙的坡面入渗模型的基础上，采用基于网格的运动波方程建立坡面汇流模型，采用LBM方法进行
第一章思考题 1. 什么是生态学?生态学的研究对象与分支学科有哪些? 生态学。生态学是研究生物之间及生物与周围环境之间相互关系的科学。 生态学研究对象。分子，个体，种群，群落，生态系统，景观直到全球。 生态学分支学科。个体生态学，种群生态学，群落生态学，生态系统生态学。 2.生态学的主要研究方法有哪些? 野外观察，实验方法，数量分析方法。 3.现代生态学发展的特点与趋势是什么? 一，生态学的研究有越来越像宏观发展的趋势。 二，系统生态学的产生和发展。 三，一些新兴的生态学分支出现。 四，分子生态学的兴起。 五，应用生态学的迅速发展。 4.什么是森林生态学?其研究内容包括哪几个方面? 森林生态学。是研究森林中乔木树种之间，乔木与其他生物之间，以及其所处环境之间相互关系的学科。 森林生态学研究的内容。 一，个体生态，研究构成森林的各种树木与环境的生态关系。 二，种群生态，研究森林生物种群的形成与变化规律。 三，群落生态，研究群落的形成和变化与环境条件的关系。 四，森林生态系统，研究系统中物质与能量的循环与转化。 5.森林可持续经营与可持续林业的区别与联系。 森林可持续经营。是可持续发展思想在森林资源经营管理中的具体体现。 可持续林业。是对森林生态系统在确保其生产力和可更新能力以及森林生态系统的物种和生态多样性不受损害前提下的林业实践活动。 两者的关系。可持续林业是社会可持续发展的重要组成部分，也是可持续发展思想和理论在林业部门的具体体现，而森林的可持续经营则是林业可持续发展的物质基础和基本前提。6.森林在实现可持续发展中的主要作用有哪些? 一，森林是生态平衡的调节器，是实现自然生态系统和社会经济系统协调发展的重要纽带。二，森林能够有效控制污染和酸沉降。改善人类和其他生物的生存条件。 三，森林能够有效保护生物多样性。 四，森林能够有效地防治土壤流失和退化。 五，森林可以涵养水源。 六，森林可以有效防治土地荒漠化。 七，森林能够有效缓解温室效应，维护全球碳循环。 八，森林能够防震减灾，保护农牧业稳产高产。 第二章思考题 1.如何理解生物和森林的环境、地球环境是由哪几部分构成的? 森林环境。也就是森林生态系统，它是由其组成成分生物（包括乔木、灌木、草本植物、地被植物及多种多样动物和微生物）与它周围环境（包括土壤、大气、水分等各种非生物物理环境条件）相互作用形成的统一体。
碳循环知识：森林土壤中的碳循环——机理 和影响 在地球生态系统中，森林扮演了重要的角色，它们不仅可以提供生态系统服务，如气候调节和水土保持，还是生物多样性和生产力的关键因素。此外，森林中的植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，这一过程中，会释放氧气。而在土壤中，动植物残体，根系和小生物的易碳质分解，会将碳元素逐渐转换为有机碳质，并不断循环利用。这一过程即为森林土壤中的碳循环。 森林土壤中的碳循环机理 森林土壤中的碳循环机理是一个复杂的过程。首先，植物通过光合作用吸收二氧化碳，同时释放氧气。植物继续通过光合作用将二氧化碳转换为有机物。而这些有机物的释放又会被微生物和其他生物分解，从而形成土壤中的有机质。这些有机质不断累积，形成土壤有机碳的库存。
同时，森林土壤中的碳循环还受到一系列生态因素的影响。例如，水、气候、土壤性质、植被类型等。水和气候影响着植物生长和分解 程度，土壤质地决定有机物的分解速度，而植被类型则决定着土壤种 类和组成。因此，这些因素对于土壤碳储存和转移过程的影响是至关 重要的。 影响森林土壤碳循环的因素 研究表明，气候变化以及人类活动都会对森林土壤中的碳循环产 生影响。其中，气候变化是主导因素之一。随着全球气温的上升，森 林土壤中储存的有机质将受到更快的分解，释放更多的碳至大气层中。同时，老龄森林向年轻森林转变，会大大降低森林土壤碳库的能力。 在砍伐和森林转型的情况下，由于土地利用的变化和人为干扰，森林 土壤中的有机碳会大大减少。 此外，森林土壤中的小生物也对碳循环产生了很大的影响。小生 物具有独特的分解酶类以及多种功能特征，例如根的促进作用和营养 循环。它们可以有效地将有机物转换为碳源和养分，从而影响土壤的 碳循环。 总结
土壤大孔隙特征及其研究方法 土壤大孔隙是指土壤中直径大于50微米的孔隙，它通常由土壤颗粒之间的空隙或根系的通道组成。土壤大孔隙在土壤保肥保育、水分调节、空气通透和植物生长等方面具有重 要意义。研究土壤大孔隙的特征及其研究方法对于探索土壤功能和改良土壤的途径具有重 要意义。 土壤大孔隙的特征主要包括孔隙形态、孔隙大小和孔隙连通性。孔隙形态是指孔隙的 形状，可以分为球形、柱状、裂隙状等。孔隙大小是指孔隙的直径大小，通常可分为直径 在50-200微米的大孔隙和直径小于50微米的小孔隙。孔隙连通性是指孔隙之间是否相互 连通，连通性强意味着土壤更具通透性。 研究土壤大孔隙的方法主要包括直接观测和间接测算两种。直接观测方法主要包括野 外取样观测和室内实验观测。野外取样观测通常通过采集土壤样品进行实地观测，可以通 过用显微镜观察土壤样品的孔隙结构、用扫描电子显微镜观察孔隙形态、用密度法或曲线 法测量土壤孔隙度等方法来研究土壤大孔隙的特征。室内实验观测通常利用土柱实验或土 壤盒实验，通过在实验条件下模拟土壤的水分和温度变化，采集土壤样品并进行观测，以 研究土壤大孔隙的形成和演化过程。 间接测算方法主要包括数学模型和物理模型两种。数学模型通常利用土壤力学、水力 学和气体力学等原理，建立模型来研究土壤大孔隙的特征。物理模型则是通过利用压力室、压力室和ImageJ软件等工具对土壤样品进行实验，并根据实验结果进行分析和计算，以间接测算土壤大孔隙的特征。 研究土壤大孔隙的特征及其研究方法对于深入了解土壤的物理性质、调控土壤生态系 统功能以及改良土壤具有重要意义。随着科学技术的发展和研究方法的不断创新，相信在 未来的研究中会有更多新的方法和工具用于研究土壤大孔隙。
浅析土壤的水文特征及生态修复措施 摘要：在水文循环中土壤起着重要的水量分配和调节的作用，土壤质地直接影 响着土壤的透水性和持水性，以及地表径流量，如土壤的透水性和持水性较差， 会导致地表径流量增大，加剧水土流失，增加自然灾害的发生几率。随着近年来 各类开发行为增加，造成严重的土壤污染和流失，使土壤物理性质和化学性质发 生变化和变异，严重影响土壤的生态服务功能，因此加强土壤水文特征的研究， 以及加大土壤生产修复力度势在必行。本文对土壤物理特征、水文特征进行分析，并对土壤生态修复措施进行进一步的探讨。 关键词：土壤；水文特征；生态修复措施 一、土壤物理特性分析 土壤基本物理特征包括土壤的质地和结构，其与土壤水分、空气和温度状况等都密切相关。土壤的颗粒大小，硬度、容量，孔隙度及排列结构等对土壤 中的水分渗透性产生直接影响，土壤的通水性和透水性受土壤孔隙度、容量直接 影响，并对土壤的水源涵养功能造成决定性影响的重要指标，在土壤的生态循环 功能中，渗透量过多或过少都会对土壤涵养功能造成影响，使土壤特性受到影响，使土壤养分能力降低。 土壤孔隙和团聚体数量大小、固体颗粒排列方式以及其稳定度等构成土壤结构。土壤中的矿质土粒通过腐殖质进行粘结，形成具有水稳性特点的小团块 属于团力结构，由团力结构组成的土壤具有透水性、结构良好的特点，能有效协 调土壤中的空所、水分以及养分之间的关系[1]。 二、土壤水文特征分析 （一）透水性 土壤水份的调蓄功能直接受到土壤渗透能力的直接影响。在土壤容量、降雨量、土壤孔隙度以及土壤通气度适宜的情况下，水分能够直接渗透进入土壤中，不仅能够为植物根系及微生物的生命活动提供养分需求，同时使土壤的养分 循环得到保证，使土壤养分能力得到有效维系。 一旦出现降雨量过大，而土壤质地和结构不合理，孔隙度过低、容量过高、通气性较差时，则水分无法顺利渗入土壤，会直接导致以下严重后果：地表 径流量增大，水分无法渗入土壤难以保存，同时也无法通过土壤流入地下，地表 径流量的加大也直接加剧了水土流失的现象，使洪峰等自然灾害形成，环境生态 治理以及补救措施等资金投入力度加大，负担加重；另外由于水分无法进入地下，造成地下水位的持续下降，地下水的自然补给减少，地下水位的下降会导致地下 漏斗的形成，甚至造成地表塌陷等严重灾害。 （二）保水性 土壤中含有适量水份能够促进植物根系对土壤养分的吸收，同时土壤水分对于各种营养物质的溶解和迁移起着重要的作用，同时对于有机态磷的矿化和 磷酸盐的水解等都起到有效促进作用，有利于植物营养状况的改善，同时还有利 于土壤温度的调节[2]。但土壤水分过少或是过多，会对植物生长造成不利影响， 如水分过多，会造成土壤中营养物质随水分流失，空气流动不畅，土壤肥力降低，导致土壤中有机质分解不彻底，对植物有害的还原物质产生；水分过少，植物会 因缺乏水分吸收而导致缺氧或枯死。 另外植物吸取土壤中的水分，供自身生理活动所需的有效水分，能够直接反映土壤吸持储存水功能的毛管持水量水平，土壤水源涵养功能的强弱主要反
土壤大孔隙特征及其研究方法 随着城市化进程的不断推进，人们对土地资源的利用与保护越来越重视。而土壤是地 球表面的一种天然资源，其重要性不言而喻。因此，对土壤的研究也变得越来越重要，其 中土壤大孔隙特征的研究尤为关键。本文将介绍土壤大孔隙的概念、成因、分类以及研究 方法等相关知识。 一、土壤大孔隙的概念 土壤大孔隙是指在土壤中直径大于30微米的孔隙。和微孔隙相比，土壤大孔隙具有 明显的物理学与生态学特征。它们起到了许多重要的作用，如影响土壤的水分运移，影响 根系生长，影响土壤呼吸等。因此，对土壤大孔隙特征的研究是非常必要的。 土壤大孔隙的生成与土壤的形成和演化过程密切相关。一般而言，土壤大孔隙可以归 纳为两大类：天然孔隙和人为孔隙。 1. 天然孔隙 天然孔隙主要是由岩石的物理风化和化学风化过程所产生的，以及生物作用所致的。 这些孔隙又进一步划分为以下几种： （1）原生孔隙：原生孔隙是由岩石成分中未矿化或部分矿化的火山岩石和沉积岩石 中所形成的孔隙。其直径一般为0.01-30微米。 （2）滴溶孔隙：滴溶孔隙是在溶岩块、石灰岩和黏土矿物中形成的，在孔隙壁上通 常能够发现滴状物质，其形状大小不一，多数为锥形，直径一般为30-400微米。 （3）断裂孔隙：断裂孔隙分为一个大型孔隙和一些连通的小孔隙。其直径一般为50微米以上。 2. 人为孔隙 人为孔隙指的是土壤中人类活动所导致的孔隙障碍，如耕作和填埋等。这些因素使土 壤流动性增强，同时破坏了土壤骨架结构。所以，这些孔隙往往较为不稳定。 根据孔隙大小的不同，我们可以将土壤孔隙划分为以下四种类型： 1. 极细微孔隙（0.1微米以下）：这种孔隙是由于黏土矿物的层状结构所形成的，相邻的两个黏土层之间夹有水分分子形成的。 2. 细微孔隙（1-30微米）：这种孔隙由于颗粒的形成及黏土与砂粒之间的接触而形成。 3. 中孔隙（30微米-0.1毫米）：这些孔隙由于蚯蚓、蚂蚁、历经时间等因素所形成。
简述孔隙度及其生态意义 孔隙度是指岩石或土壤中孔隙的比例或容积。在地球上的各种岩石和土壤中都存在着不同大小的孔隙，这些孔隙可以是微观的微孔、介于微孔和宏孔之间的介孔，以及宏观的宏孔。孔隙度是描述岩石和土壤中孔隙分布和孔隙结构的重要参数，对于地质、土壤和生态学研究具有重要意义。 孔隙度是岩石和土壤的重要物理性质之一，它反映了岩石和土壤中的空隙程度。孔隙度的大小直接影响着岩石和土壤的透水性、透气性、保水性以及养分的储存和供应能力。孔隙度越大，岩石和土壤的透水性和透气性就越好，保水性也会更强。相反，孔隙度越小，透水性和透气性就越差，保水性也会较差。因此，孔隙度是决定岩石和土壤水分和养分利用效率的重要因素之一。 在生态学中，孔隙度对生物的生存和活动具有重要影响。对于土壤生物来说，孔隙度决定了土壤中氧气的供应量，影响着土壤中微生物的呼吸和代谢过程。孔隙度还影响着土壤中水分的分布和运动，对土壤中的植物生长和根系的发育也有着重要影响。适当的孔隙度能够提供足够的氧气和水分，为植物提供生长所需的条件，对于维持土壤的生态功能具有重要意义。 孔隙度还影响着土壤中的生物多样性。不同大小和类型的孔隙可以提供不同的生境和环境条件，各种微生物、真菌和小型动物可以利
用这些孔隙进行栖息和繁殖。孔隙度的变化可以导致土壤微生物群落的结构和功能的改变，进而影响土壤生态系统的稳定性和功能。在地质学中，孔隙度是评价岩石油气储集性能的重要参数之一。岩石中的孔隙度决定了岩石中储存和流动的油气的容量和渗透性。通过对不同岩石中孔隙度和孔隙结构的研究，可以评估岩石中储存的油气资源量和可采性，对于油气勘探和开发具有重要意义。 孔隙度是岩石和土壤的重要物理性质，对于水分、养分和气体的运动和储存具有重要影响。在生态学中，适当的孔隙度能够提供适宜的生境条件，维持土壤的生态功能和生物多样性。在地质学中，孔隙度是评价岩石储集性能的重要参数，对于油气资源的勘探和开发具有重要意义。因此，研究孔隙度及其生态意义对于地质、土壤和生态学的发展具有重要意义。
生态水文学研究进展 摘要详细介绍了生态水文学的基础、研究的生态类型等生态水文学主要研究内容;同时对生态水文学的尺度问题进行了分析研究,并初步分析了生态水文模型的建立;最后从生态水文学机理研究、不同时空尺度信息的转化研究、生态水文模型的建立和基于生态水文过程的生态需水研究等4个方面初步探讨了今后生态水文学的研究方向。 关键词生态水文学;研究内容;问题;研究方向 生态水文学(Ecohydrology)是20世纪90年代兴起的一门边缘学科,在全球水资源短缺的背景下,1992年在都柏林国际水与环境大会上作为一门独立的学科被提出来。随着水文循环的生物圈部分和国际教科文组织主持的国际水文计划等国际项目的实施,生态水文过程研究得到迅速的发展和广泛的重视,成为当前研究的热点[1,2]。 生态水文学是一门以生态过程和生态格局的水文机制为核心,以植物与水分关系为理论基础,研究对象涉及旱地、湿地、森林、草地、山地、湖泊、河流等生态系统的新学科。它提出在保持生物多样性、保证水资源的数量和质量的前提下,寻求对环境有利、经济可行和社会可接受的水资源持续管理的有效方式,为水资源可持续利用提供理论基础。对生态水文学的深入研究,可以使退化的生态系统得到恢复,甚至更新,实现水资源的可持续利用[3,4]。 1 生态水文学的研究内容 1.1生态水文学的基础 植被是水循环中最活跃的调节者,它通过根系吸收水分、叶片蒸腾水分而参与水循环。植物的蒸腾和吸水既受本身的生物学特性控制,又受其所处的环境条件的影响。水分在植物体内的运动是纯粹的被动过程,大多数植物体内的水分运动是受水势差驱动的。根据液流上升的表面张力和内聚力理论,水流是叶蒸发面表面张力作用的结果,表面张力降低蒸发面的水势,从而引起植物根系中水分的流动。水分在植物体内运输及其调控机理都属植物水分关系的范畴,因此植物水分关系是生态水文学的基础。 1.2生态水文学研究的生态类型 生态水文学以陆地和水生生态系统中植物与水的关系研究为基础,探讨一系列环境条件下的生态水文过程。根据陆地主要环境或生态系统类型分为干旱地区、湿地、森林、河流和湖泊等5种类型。
生态水文过程对水环境影响研究述评 生态水文过程对水环境影响研究述评 一、引言 生态水文过程是指水文与生态系统之间相互作用的过程，它对水环境具有重要的影响。本文将对生态水文过程对水环境的影响进行全面详细的研究述评。 二、生态水文过程概述 1. 水文循环与生态系统 水文循环是指地球上水分在大气、地表和地下之间不断转移和循环的过程。生态系统是由生物群落和其非生物环境相互作用形成的一个动态平衡系统。两者之间通过降雨、蒸发、蒸腾等过程相互联系，构成了生态水文过程。 2. 生态系统对水源涵养的影响 生态系统通过植被覆盖和土壤保持作用，能够增加土壤含水量，减少径流量，从而起到涵养水源的作用。植被根系能够增加土壤孔隙度，提高土壤透水性；植被叶片能够拦截雨滴，降低雨滴冲击力；植被枝干能够减缓水流速度，增加水流的延时。这些生态系统的特征对水源涵养起到了重要作用。 3. 生态系统对水质净化的影响 生态系统通过植物吸收和土壤过滤等作用，能够净化水质。植物根系能够吸收水中的营养盐和有机物，减少污染物的浓度；土壤中的微生
物群落能够分解有机污染物，降低其毒性；湿地等生态系统能够去除 废水中的重金属离子和悬浮颗粒。这些生态系统的功能对水质净化具 有重要意义。 三、生态水文过程研究方法 1. 水文模型 通过建立数学模型来模拟和预测生态水文过程。常用的模型包括SWAT（Soil and Water Assessment Tool）、HEC-HMS （Hydrologic Engineering Center's Hydrologic Modeling System）等。这些模型基于数学方程和统计方法，可以模拟降雨-径流过程、土壤含水量变化等关键指标。 2. 实地观测 通过在实地设置观测站点，采集气象数据、土壤含水量数据、径流数 据等，对生态水文过程进行实时监测和观测。这些数据可以用于验证 和校正水文模型，提高模拟结果的准确性。 3. 实验室研究 通过在实验室中进行模拟试验，研究生态水文过程的机理和影响因素。常用的实验方法包括盆栽试验、土柱试验等。这些实验可以控制环境 条件，深入研究生态系统对水环境的影响机制。 四、生态水文过程对水环境影响案例分析 1. 水源涵养案例：云南滇池流域 云南滇池流域是中国重要的淡水资源区之一。通过研究发现，滇池流 域植被覆盖率较高，植被根系发达，土壤孔隙度大，因此具有较强的 涵养能力。该地区植被覆盖率与径流量呈负相关关系，说明生态系统
基于CT扫描研究青海湖流域高寒草甸不同坡位土壤大孔隙结 构特征 胡霞;李宗超;刘勇;孙贞婷;吕艳丽 【摘要】以青海湖流域的高寒草甸土壤为研究对象,对该高寒草甸的坡上、坡中和坡下土壤分别取原状土柱进行CT扫描,利用Fiji软件分析土壤大孔隙结构特征的差异.结果表明:坡位对土壤的大孔隙结构有较大影响,坡上土壤的大孔隙数量、大孔隙度和大孔隙等效直径均大于坡中土壤,坡中土壤的大孔隙参数大于坡下土壤,坡上土壤的平均大孔隙度是坡中和坡下土壤的15.5和46.5倍.坡上土壤的大孔隙主要分布在150~400 mm土层深度,而坡中土壤的大孔隙主要分布在0~150 mm深度,坡下土壤的大孔隙主要在0~200 mm深度分布.坡上和坡中土壤的大孔隙形成主要是在土壤团聚体的作用下形成,植物根系在坡下土壤的大孔隙形成中占主导作用.%The objective of this study is to quantify macropore structures of Alpine Kobresia meadow soils in different slope positions in the Qinghai Lake Watershed. A total of nine soil cores (0–50 cm deep) were taken respectively at the upper-slope, mid-slope and lower-slope sites with 3 replicates in each site, and the cores were scanned with a GE HISPEED FX/I medical scanner. Numbers of macropores, macroporosities and macropore equivalent diameters were interpreted by using X-ray computed tomography. The results indicated that slope position could significantly influence soil macropores. Soils on upper-slope had greater macroporosity, deeper and longer macropores than other two sites. Macroporosity was 15.5–46.5 times greater in soils on upper-slope than other two sites, and macropores were distributed mainly in the 150–400 mm layer, but mainly
森林生态知识：森林水文学的研究与应用 随着人口的增长和城市化的加剧，全球森林覆盖面积持续缩小， 森林面积减少、质量降低、生态系统退化、环境污染等问题愈加突出。在这些问题中，水资源问题是一个极其关键的问题。实践证明，森林 的水文学知识是破解森林水资源利用问题的关键。 1.森林水文学的研究 森林水文学，顾名思义就是研究森林水文的学问。森林水文学包 括森林的水循环、水量、水质、土壤水分、以及水对森林生态环境的 影响等多个方面。森林水文学对于认识森林生态系统的特点、森林自 然环境的变化趋势以及人类活动对自然环境的影响具有重要意义。 （1）水循环 森林是地球上主要的蓄水库之一，它具有调节水循环、保持水源、提高地下水位、防止径流污染等诸多作用。森林水文学主要研究森林 内的水汽、水分、降雨、蒸发、蒸腾、径流等要素，分析森林水循环 过程中的各种影响因素和机制，以此为基础，进一步研究森林对全球 水文循环的影响。
（2）水量 水量是森林水文学中一个关键的指标。森林水量的分配和运移，影响着自然生态系统和人类经济社会发展。尤其是在缺水地区，森林表现出极其重要的水源保护、调节、储备和供给的功能。森林水量的研究包括森林水收支和森林水库的形成等方面的研究。 （3）水质 森林是地球上最为纯净的自然区域之一，传统的森林水质研究主要关注森林生态系统内水体自身的动态性质、环境拓扑学和营养元素的循环利用等内容。但是，近年来，随着经济社会的发展，面临的森林水质问题越来越突出，如森林土壤受人类肆意破坏、化工厂的排放污染、乱砍滥伐等。因此，研究森林水质的保护方法和治理技术，对于保护森林水环境、促进森林生态平衡具有重要意义。 （4）土壤水分 土壤水分是森林生态系统的重要组成部分，它对土地利用、植被生长、土壤保护、灌溉水源和水库蓄水等方面都具有重要的作用。森
森林植被变化对水文过程和径流的影响效应.doc
森林植被变化对水文过程和径流的影响效应 摘要：森林植被变化对水分分配和河川径流具有调节作用。对我国森林植被变化水文效应文献的综合分析表明：森林砍伐或火灾引起森林覆盖度下降会导致林冠截留率、凋落物对降水截留能力和蓄水能力、土壤的渗透和蓄水能力降低。不同地区森林植被变化对径流的影响幅度相差较大，但比较一致的结论是：除长江中上游外，森林砍伐会降低植被层的蒸发散，增加河川径流；反之，会减少河川径流量。森林火灾会导致林木蒸发散减少，河川径流增加。关键词：森林砍伐；森林火灾；水文过程；河川径流中图分类号：S715.3文献标识码：A文章编号：1000-3037(2001)05-0481-071 前言森林植被对陆地生态系统水分循环有着重要的调节作用，森林的水文效应是生态系统中森林和水相互作用及其功能的综合体现。在不同的地区，由于气候、地质条件、土壤和地形等因素的综合影响，森林的存在和变化将呈现出不同的水文功能。森林植被变化对森林水文过程的影响将会改变水量平衡的各个环节，影响森林的水分状况和河川径流。这将为不同地区森林变化对区域水分循环的调节作用提供重要信息，为森林生态工程的建设和森林保护提供科学参考，特别对当前西部开发“植树种草”生态保护工程具有重要的指导意义。森林与水关系的研究始于20 世纪初，早期的森林水文研究重点关注森林的变化，主要观测森林砍伐对森林流域产水量的影响，采用的研究方法是对比流域试验法和流域自身对比法。国际上对森林植被的变化，特别是森林砍伐、火灾对森林水量的影响及以增加流域水量为目的的森林经营等方面已有大量的研究，在20 世纪60～80 年代达到高潮，以国际上举行了一系列的国际会议为标志。目前国际上研究的初步结论是：森林覆盖度减少可以不同程度地增加流域的产水量，造林则导致流域水量降低，而森林植被变化对流域产水量的影响却大相径庭。在我国，也进行了大量的森林砍伐对森林径流的影响和对比流域不同森林覆盖度对森林水文影响的研究，但文献较为散乱。本文在广泛收集和研究文献的基础之上，分析了不同地区森林植被变化对水文过程的影响，试图提供森林变化对森林水分循环过程中林冠截留、林内雨的再分配、蒸发散和径流影响一般规律的认识，分析森林植被变化对水的调节和分配作用以及由此产生的空间格局和过程。2 森林植被变化对水文过
华北土石山区森林土壤中石砾分布特征对土壤大孔隙及导 水性质的影响 骆紫藤，牛健植*，孟晨，张英虎，杜晓晴，蔺星娜，贾京伟（北京林业大学水土保持学院，水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京100083） 摘要：为了探究土壤中石砾对大孔隙形成的作用及对土壤饱和导水率的影响，本文研究了京郊 密云水库水源涵养林内土壤石砾分布特征、大孔隙分布特征以及与饱和导水率之间的关系。结 果表明：（1）林区0-30 cm土壤层内石砾体积含量范围为7.10%~22.05%，质量含量范围为 10.76%~38.20%，且石砾多集中分布于5~10 mm粒径范围内；石砾含量随坡向呈现阳坡>阴坡> 半阴半阳坡的规律；（2）石砾含量与当量孔径>1.5 mm的孔隙密度呈现极显著相关关系（P<0.01），粒径>5 mm的石砾体积含量与大孔隙密度有显著相关性（P<0.05），说明砾石主要影响较大孔隙， 特别是>5 mm的石砾对大孔隙的形成影响较大；（3）当量孔径>1.5 mm的孔隙数量仅占总孔隙 数量的1.41%，但对导水速率的贡献率为54.44%；饱和导水率与其呈线性关系。 关键词：华北土石山区；石砾；大孔隙；饱和导水率 中图分类号：S157；S151.9 文献标识码：A 文章编号： DOI： 森林土壤结构复杂，在自然条件下进行土壤水分及溶质运移研究十分困难[1]。壤中流分为均匀流与常见的非均匀流两类，关于优先流的研究一直是土壤水文学的热点和难点[2]。优先流的影响因素主要包括植物根系，土壤容重，石砾含量等[3]。石砾的存在会改变土壤的容重[4]、孔隙度[5]、有机质含量[6]等理化性质，并对水文入渗过程产生一定影响，因此在石质山区，只针对细土部分展开研究而不考虑石砾的作用是不全面的。Shi等[7]发现当石砾含量大于15%时，饱和导水率随着石砾含量的增加呈现显著增加趋势。Descroix等[8]认为在原状土壤中镶嵌的石砾可以促进侵蚀作用，但是在土壤表面散落的砾石无论大小都会在一定程度上起到削减径流能量的作用，从而降低土壤侵蚀程度。土壤饱和导水率（K s）是描述土壤水分运移的重要参数值。目前多数研究针对回填石砾对土壤入渗特征值以及土壤表层石砾对坡面土壤水文过程的影响展开[9, 10]，而对于原状土壤中石砾特征值对大孔隙以及饱和导水率影响的研究较少。 北京隶属石质山区，土壤层较薄且石砾含量较多[11]。密云水库是首都重要的水源涵养区，其地下水的水质情况与北京地区用水安全息息相关。本文以京郊密云水库水源涵养林为研究点，探究石砾含量及分布特征对土壤大孔隙以及导水性质的影响，为研究该区域土壤水分-溶质迁移规律、水土流失治理与土壤污染提供理论参考。 1研究区概况 研究地点位于北京市郊区密云水库周边水源涵养林内，地理坐标为东经116°30′~117°31′，北纬40°13′~40°41′。该区集水流域源自河北承德的潮河与张家口地区的白河，是首都地区重要的水源地。该区隶属华北暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，年平均气温11.9℃，最高气温40.8 ℃，最低气温-19.2℃，年平均降水量661.3 mm，且降雨分布 收稿日期：2016年1月20日 基金项目：国家自然科学基金项目“林木根系对溶质优先运移影响机制研究”（41271044） 作者简介：骆紫藤（1991- ），女（汉族），新疆乌鲁木齐人，硕士研究生，主要研究方向为林业生态工程。E-mail：zitengluo@https://www.doczj.com/doc/3f19225883.html, 通信作者：牛健植（1974- ），女（汉族），吉林四平人，博士，教授，主要从事林业生态工程研究。 E-mail:niujianzhi@https://www.doczj.com/doc/3f19225883.html,
土壤大孔隙的研究进展 （一）优先流与土壤大孔隙的定义是什么？ 优先流:又称优势流、非均匀流，是土壤中常见的和重要的水流运动和溶质运移形式。国内外对优先流有多种定义,但直到现在也没有完全统一的标准，国内外众多的研究成果表明,优先流在土壤中是广泛存在的而非特例。但它的存在有可能引地下水污染。它受很多因素的控制，比如：土壤中的大孔隙、土壤质地、土壤结构、土壤含水量等等。优先流涉及的领域很多，研究优先流对地下水污染、对地质灾害防治、对农田灌溉等都有重要的意义。 土壤大孔隙：土壤大孔隙是一个相对概念, 它的定义一直是一个有争议问题, 因此, 至今仍未达成共识.大孔隙的定义主要有以下几种观点： （1）根据功能定义大孔隙 Skopp根据孔隙传导水及溶质的功能, 将土壤孔隙分为两大类:一类是基质孔隙, 另一类是大孔隙. （2）根据水流动力定义大孔隙 Beven从水流动力学的角度来定义大孔隙. 由于管道流的动力学性质比测量孔隙大小、分级范围更为重要.因此, 定义大孔隙时, 不应考虑其大小如何.他们给大孔隙下的定义为:能传导非平衡管道水流的孔隙. （3）根据毛管势定义大孔隙 Luxmoore认为, 大孔隙是可以传导表面滞水穿过土壤剖面管道
流的孔隙. （二）为什么要研究土壤大孔隙? 一方面大孔隙普遍存在于土壤中, 无论是自然土壤还是耕作土壤, 都在某种程度上存在着大孔隙.土壤大孔隙的存在可以导致土壤优先水流和溶质优先迁移的发生，它能造成了地下水的污染、养分流失和灌溉水的浪费，给农田灌溉带来诸多不便。 另一方面研究土壤大孔隙流对开展节水农业、降低农业成本、以及对环境污染控制等方面具有指导意义和实践价值。 （三）土壤大孔隙研究几种常用的分析方法 1.染色示踪法 染色示踪法应用最为广泛，主要用于大孔隙分布的研究。染色水流经过的区域，土壤被染色剂染成明显不同于土壤基底的颜色，从而将水流经过的区域和没有经过的区域划分开来。染色方法的缺点是对土样的挖取具破坏性，试验结果不能在同一地点重复获得;有的染色剂可以被土壤基质吸附，研究水分运移具有一定的迟滞性，可用来研究相同吸附性能污染物的运移状况。 2.CT扫描法 CT 技术是一种无损的3D成像技术，土样经过CT扫描仪扫描后，扫描物体不同密度区就可以在图像中以不同亮度表示，土壤大孔隙就可以清晰地显示出来。CT扫描测定快速方便，不会破坏土壤的原有结构，而且精确地揭示大孔隙的数目、大小、形状以及连通性指标，具有优越的发展前景。然而，CT扫描费用较高。