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1、第14卷第4期水科学进展Vol114,No142003年7月 ADVANCESINWATERSCIENCEJul1,2003黄土区坡地土壤水分运动与转化机理研究进展1,32,3陈洪松,邵明安(11中国科学院亚热带区域农业研究所,湖南长沙 410125;21中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;中国科学院31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 712100)水利部摘要:土壤水分是作物生长、植被恢复以及生态环境建设的主要限制性因素。从降雨入渗及再分布、土壤水量转化以及土壤水分动态变化等几方
2、面概述了黄土区坡地土壤水分运动与转化研究进展,认为应该把坡面土壤—植物—大气作为一个物理上的连续统一体,以大气水、地表水、植物水和土壤水相互转化过程和机制为基础,研究坡面土壤—植被—大气界面水分运动和转化规律,为植被恢复重建提供理论依据。关 键 词:黄土区;坡地;土壤水分运动;入渗;再分布;水量转化中图分类号:S152;G353111文献标识码:A文章编号:100126791(2003)042513208以半干旱地区为主的黄土高原地区,自然环境十分脆弱,生态环境极端恶化,严重的土壤侵蚀和频繁的干旱并存是其主要的特征。该区90%的
3、耕地实行旱作农业,坡耕地面积占耕地总面积的70%,其土壤侵蚀占总[1]侵蚀量的50%～60%。因此,坡耕地退耕还林还草是减少黄土高原地区水土流失、实现该区生态系统良性循环的有效途径。但是,大范围、大面积的退耕还林还草必须依据土壤水分在坡面的分布,配置相应的林草植被。如果盲目退耕还林还草,不考虑土壤水分生态条件,人工植被建设有可能反而加剧水土流失,导致新的生态环境恶化。显然,土壤水分作为作物生长、植被恢复和生态环境建设的主要制约因素,研究其运动与转化规律具有重要的现实意义。本文试图从降雨入渗及再分布、土壤水量转化以及土壤水分动态变
4、化等几个方面概述坡地土壤水分运动与转化的研究进展,以期实现有限水资源的最优调控和水土保持措施的优化配置,从而促进黄土高原地区生态系统的良性循环,保障西部大开发的顺利实施。1 降雨入渗及再分布土壤水分运动与转化与降雨入渗、产流以及入渗后的再分布过程密切相关。降雨入渗是土壤水分的直接来源,而入渗后的再分布过程则决定着不同时间和不同深度土壤保持的水量,直接影响植物的水分收支。111 入渗过程及再分布入渗是指水分进入土壤的过程,是自然界水循环中的一个重要环节。一般降雨入渗开始时,土壤的入渗率较高,尤其是初始干燥的土壤,但随后逐渐降低,并
5、最终趋于一个稳定值。当降雨强度大于土壤入渗率时,地表开始积水。以地表开始积水时间为界,可将降雨入渗过程划分为供水控制(或通量控制)阶段和土壤入渗能力[2]控制(或剖面控制)阶段。前一阶段为无压入渗或自由入渗,土壤入渗率等于降雨强度;后一阶段为积水入渗收稿日期:2002204201;修订日期:2002207220基金项目:国家杰出青年科学基金资助项目(40025106);国家自然科学基金资助重大研究计划(90102012);中国科学院知识创新工程领域前沿项目(01200220055413)作者简介:陈洪松(1973-),男,湖北通
6、山人,中国科学院亚热带区域农业研究所博士研究生,主要从事土壤物理和水土保持方面的研究。E2mail:hbchs@sohu1com©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.514水科学进展第14卷或有压入渗,土壤入渗率与降雨强度无关。而入渗后的再分布,是指降雨入渗停止后,在无地下水补给的条件下,水分在重力和吸力梯度的作用下继续向土壤深层移动的过程。[3]降雨对入渗的影响可分为直接影响和间接影响。降雨的直接影响表现为雨型、降雨强度变化过程对积水前入渗
7、过程、开始积水的时间、积水持续时间和积水后入渗过程的影响。其中,开始积水的时间和积水后入渗率的确定是关键。在地表开始形成积水前,湿润锋运移速度与降雨强度有关,但积水后,湿润锋运移速度与剖[4]面含水量有关而与降雨强度无关。降雨的间接影响表现在降雨使地表产生结皮,从而影响入渗过程,其中雨滴的大小组成、雨滴的终点速度和降雨强度是影响土壤结皮的关键因素。20世纪50年代以来,山坡水文学的研究日益受到重视,许多学者对坡地降雨入渗问题进行了研究。在坡地非饱和带中,由于土壤透水性随深度增加逐渐减小,入渗雨水可能沿土层界面流动而形成壤中流,尤
8、其在森[5,6]林流域。壤中流是指入渗水分在土壤内的流动,包括水分在土壤内的垂直下渗和水平侧流。壤中流对水分在土壤中的再分配和流域径流产生过程有重要影响,对地表径流和地下径流的形成与变化有重要作用,是区别[7][8]传统Horton入渗模型的核心。壤中流模型主要
