密云水库集水区森林土壤大孔隙与石砾特征及其对土壤水分的影响
发布时间：2021-11-23 19:41
土壤大孔隙对土壤水分、养分、化学物质及污染物的运移起到关键作用。石砾分布对土壤水分运移产生一定影响。探究不同林地条件土壤大孔隙与石砾特征及其对土壤水分的影响,为区域林木合理配置及水资源评价与管理提供参考,为林区土壤水运动机理、农业灌溉与节水、土壤及地下水污染评估、地质灾害防治等相关研究奠定理论基础,为指导区域生态环境建设与恢复提供科学支撑。本研究以北京市密云县密云水库周边的6种当地典型林地土壤为研究对象,利用CT扫描及图像处理技术获取土壤中大孔隙及石砾的三维可视图像及空间特征参数;利用定水头法及烘干法分别测定土壤饱和导水率及含水率,并对原状土柱进行水分入渗试验,得到此地区不同典型林木群落土壤基本理化性质、根长密度、大孔隙及石砾空间特征以及土壤水文特征,分析了不同林地土壤大孔隙及石砾特征分布规律及差异,探究了土壤大孔隙及石砾的共存关系及其影响因素,量化分析了土壤大孔隙与石砾对土壤水分的影响。结果表明:（1）利用工业CT扫描及图像处理技术,可以构建原状土柱中大孔隙及石砾的三维结构图像,基于三维图像进行进一步的计算可以得到大孔隙及石砾的诸多三维结构参数,包括大孔隙数量、大孔隙直径、大孔隙体积...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图３－２水分入渗实验装置示意图??Ｆｉｇ．３－２?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄｅｖｉｃｅ?ｆｏｒ?ｗａｔｅｒ?ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ??２４??
为了便于比较不同温度条件测定的土壤饱和导水率，将测定的饱和导水率统一换??算成１０°ｃ饱和导水率（Ｋ１Ｇ），换算公式如下：??Ｋｗ＝?＾??式?３－２??１０?０．７?＋?０．０３Ｋｓ°??式中，Ｋ１Ｇ为换算得到的ＨＴＣ条件土壤饱和导水率（ｍｍ／ｍｉｎ）?，?Ｋｓ为当前温度??测定的饱和导水率（ｍｍ／ｍｉｎ），Ｋｓ°为当前测定饱和导水率时的水的温度（°Ｃ）。??在后文中分析所指的饱和导水率，均指ｌ〇°Ｃ条件土壤饱和导水率。??３．２．５数据分析??３．２．５．丨土壤大孔隙及石球ＣＴ图像处理??ＣＴ扫描后每个土柱可得到丨３９４张丨０２４ｘ１０２４?ｐｉｘｅｌｓ纵切截面图像，利用如图３－３??所示的专业的商业ＣＴ图像处理软件ＶＧ?Ｓｔｕｄｉｏ?ＭＡＸ?２．２?（Ｖｏｌｕｍｅ?Ｇｒａｐｈｉｃｓ?ＧｍｂＨ，??Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）处理ＣＴ丨｜描所得图像，对每个土柱的１３９４张切面图进行整??合处理，得到体素为?〇＿１３７ｍｍ／ｐｉｘｅｌ?（Ｘ?方向）ｘ〇．ｉ３７ｍｍ／ｐｉｘｅｌ?（Ｙ?方向）ｘ〇．２ｍｍ／ｐｉｘｅｌ??（Ｚ方向）的三维立体图像。??？?■＿?ｔ?？？?ｉ?ｔＡ?磨丨?＊■?？?－二Ａ?ｒ?？＝?＊?？ｒ？??
密云水库集水区森林土壤大孔隙与石砾特征及其对土壤水分的影响??３．２．５．２?土壤大孔隙及石砾特征参数分析??在取得土柱时，由于土管边缘会反向给予土壤压力，从而使得土壤结构变化，因??此需要去除这种边缘效应带来的误差，经过观察及分析，决定去除圆周５ｍｍ、上下??两端３５ｍｍ的数据（由于扫描技术原因，上下边缘部分误差较大，因此去除较多数据??以保证数据的可靠性），利用ＶＧ?Ｓｔｕｄｉｏ?ＭＡＸ?２．２图形软件的ＲＯＩ工具将边缘５ｍｍ??及上下两端３５ｍｍ的图像去除。最终得到Ｘ、Ｙ轴－４５ｍｍ￣４５ｍｍ，Ｚ轴－３５ｍｍ￣－２６５ｍｍ??的土柱三维立体图像，并进行下一步的计算。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]入渗水量对重庆四面山草地优先流影响的定量评价[J]. 姚晶晶,程金花,张洪江,李明峰,阚晓晴. 水土保持学报. 2018(02)
[2]Characteristics of rock fragments in different forest stony soil and its relationship with macropore characteristics in mountain area, northern China[J]. MENG Chen,NIU Jian-zhi,YIN Zheng-cong,LUO Zi-teng,LIN Xing-na,JIA Jing-wei. Journal of Mountain Science. 2018(03)
[3]海州露天煤矿复垦排土场不同土地利用土壤优先流特征研究[J]. 吕刚,傅昕阳,李叶鑫,李军,王婷. 自然资源学报. 2018(01)
[4]武功山芒根系垂直分布及其与土壤养分的关系[J]. 侯晓娟,李志,崔诚,李凯,余飞,袁颖丹,郭晓敏,牛德奎. 草业科学. 2017(12)
[5]不同复垦方式排土场砾石对饱和导水率和贮水能力的影响[J]. 吕刚,王磊,卢喜平,李叶鑫,刘雅卓. 土壤学报. 2017(06)
[6]Quantification of 3D macropore networks in forest soils in Touzhai valley（Yunnan, China） using X-ray computed tomography and image analysis[J]. ZHANG Jia-ming,XU Ze-min,LI Feng,HOU Ru-ji,REN Zhe. Journal of Mountain Science. 2017(03)
[7]三峡库区高砾石含量紫色土优先流形态特征[J]. 戴翠婷,刘窑军,王天巍,李朝霞,谭学艺. 水土保持学报. 2017(01)
[8]我国人工林土壤有机质的量和质下降是制约林木生长的关键因子[J]. 杨承栋. 林业科学. 2016(12)
[9]退耕典型草地土壤饱和导水率及其影响因素研究[J]. 王子龙,赵勇钢,赵世伟,黄菁华,杜璨,尚应妮. 草地学报. 2016(06)
[10]Dye tracer infiltration technique to investigate macropore flow paths in Maka Mountain, Yunnan Province, China[J]. 张家明,徐则民. Journal of Central South University. 2016(08)
博士论文
[1]重庆四面山四种土地利用类型土壤优先流特征研究[D]. 陈晓冰.北京林业大学 2016
[2]三峡库区三种土地利用方式优先流特征及其对硝态氮运移的影响[D]. 吕文星.北京林业大学 2013
[3]北京山区森林植被对非点源污染的生态调控机理研究[D]. 肖洋.北京林业大学 2008
硕士论文
[1]北京鹫峰地区林木根系和石砾对土壤优先流的影响[D]. 张英虎.北京林业大学 2014
[2]北京密云库区水源涵养林不同林分对降雨分配过程研究[D]. 李佳.北京林业大学 2012
[3]密云县农业技术推广模式优化研究[D]. 魏冉.中国海洋大学 2012
[4]土门西沟流域基于SCS模型的径流模拟研究[D]. 柳行.北京林业大学 2011
[5]缙云山不同植物群落类型土壤入渗性能研究[D]. 马晓刚.西南大学 2008
[6]北京市密云水库库区非点源污染分析研究[D]. 付仕伦.北京林业大学 2008
[7]密云水库上游小流域非点源污染预测研究[D]. 赵永秀.北京交通大学 2008
[8]密云水库集水区可持续发展评价及其调控对策研究[D]. 李成茂.北京林业大学 2003
本文编号：3514527
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图３－２水分入渗实验装置示意图??Ｆｉｇ．３－２?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄｅｖｉｃｅ?ｆｏｒ?ｗａｔｅｒ?ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ??２４??
为了便于比较不同温度条件测定的土壤饱和导水率，将测定的饱和导水率统一换??算成１０°ｃ饱和导水率（Ｋ１Ｇ），换算公式如下：??Ｋｗ＝?＾??式?３－２??１０?０．７?＋?０．０３Ｋｓ°??式中，Ｋ１Ｇ为换算得到的ＨＴＣ条件土壤饱和导水率（ｍｍ／ｍｉｎ）?，?Ｋｓ为当前温度??测定的饱和导水率（ｍｍ／ｍｉｎ），Ｋｓ°为当前测定饱和导水率时的水的温度（°Ｃ）。??在后文中分析所指的饱和导水率，均指ｌ〇°Ｃ条件土壤饱和导水率。??３．２．５数据分析??３．２．５．丨土壤大孔隙及石球ＣＴ图像处理??ＣＴ扫描后每个土柱可得到丨３９４张丨０２４ｘ１０２４?ｐｉｘｅｌｓ纵切截面图像，利用如图３－３??所示的专业的商业ＣＴ图像处理软件ＶＧ?Ｓｔｕｄｉｏ?ＭＡＸ?２．２?（Ｖｏｌｕｍｅ?Ｇｒａｐｈｉｃｓ?ＧｍｂＨ，??Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）处理ＣＴ丨｜描所得图像，对每个土柱的１３９４张切面图进行整??合处理，得到体素为?〇＿１３７ｍｍ／ｐｉｘｅｌ?（Ｘ?方向）ｘ〇．ｉ３７ｍｍ／ｐｉｘｅｌ?（Ｙ?方向）ｘ〇．２ｍｍ／ｐｉｘｅｌ??（Ｚ方向）的三维立体图像。??？?■＿?ｔ?？？?ｉ?ｔＡ?磨丨?＊■?？?－二Ａ?ｒ?？＝?＊?？ｒ？??
密云水库集水区森林土壤大孔隙与石砾特征及其对土壤水分的影响??３．２．５．２?土壤大孔隙及石砾特征参数分析??在取得土柱时，由于土管边缘会反向给予土壤压力，从而使得土壤结构变化，因??此需要去除这种边缘效应带来的误差，经过观察及分析，决定去除圆周５ｍｍ、上下??两端３５ｍｍ的数据（由于扫描技术原因，上下边缘部分误差较大，因此去除较多数据??以保证数据的可靠性），利用ＶＧ?Ｓｔｕｄｉｏ?ＭＡＸ?２．２图形软件的ＲＯＩ工具将边缘５ｍｍ??及上下两端３５ｍｍ的图像去除。最终得到Ｘ、Ｙ轴－４５ｍｍ￣４５ｍｍ，Ｚ轴－３５ｍｍ￣－２６５ｍｍ??的土柱三维立体图像，并进行下一步的计算。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]入渗水量对重庆四面山草地优先流影响的定量评价[J]. 姚晶晶,程金花,张洪江,李明峰,阚晓晴. 水土保持学报. 2018(02)
[2]Characteristics of rock fragments in different forest stony soil and its relationship with macropore characteristics in mountain area, northern China[J]. MENG Chen,NIU Jian-zhi,YIN Zheng-cong,LUO Zi-teng,LIN Xing-na,JIA Jing-wei. Journal of Mountain Science. 2018(03)
[3]海州露天煤矿复垦排土场不同土地利用土壤优先流特征研究[J]. 吕刚,傅昕阳,李叶鑫,李军,王婷. 自然资源学报. 2018(01)
[4]武功山芒根系垂直分布及其与土壤养分的关系[J]. 侯晓娟,李志,崔诚,李凯,余飞,袁颖丹,郭晓敏,牛德奎. 草业科学. 2017(12)
[5]不同复垦方式排土场砾石对饱和导水率和贮水能力的影响[J]. 吕刚,王磊,卢喜平,李叶鑫,刘雅卓. 土壤学报. 2017(06)
[6]Quantification of 3D macropore networks in forest soils in Touzhai valley（Yunnan, China） using X-ray computed tomography and image analysis[J]. ZHANG Jia-ming,XU Ze-min,LI Feng,HOU Ru-ji,REN Zhe. Journal of Mountain Science. 2017(03)
[7]三峡库区高砾石含量紫色土优先流形态特征[J]. 戴翠婷,刘窑军,王天巍,李朝霞,谭学艺. 水土保持学报. 2017(01)
[8]我国人工林土壤有机质的量和质下降是制约林木生长的关键因子[J]. 杨承栋. 林业科学. 2016(12)
[9]退耕典型草地土壤饱和导水率及其影响因素研究[J]. 王子龙,赵勇钢,赵世伟,黄菁华,杜璨,尚应妮. 草地学报. 2016(06)
[10]Dye tracer infiltration technique to investigate macropore flow paths in Maka Mountain, Yunnan Province, China[J]. 张家明,徐则民. Journal of Central South University. 2016(08)
博士论文
[1]重庆四面山四种土地利用类型土壤优先流特征研究[D]. 陈晓冰.北京林业大学 2016
[2]三峡库区三种土地利用方式优先流特征及其对硝态氮运移的影响[D]. 吕文星.北京林业大学 2013
[3]北京山区森林植被对非点源污染的生态调控机理研究[D]. 肖洋.北京林业大学 2008
硕士论文
[1]北京鹫峰地区林木根系和石砾对土壤优先流的影响[D]. 张英虎.北京林业大学 2014
[2]北京密云库区水源涵养林不同林分对降雨分配过程研究[D]. 李佳.北京林业大学 2012
[3]密云县农业技术推广模式优化研究[D]. 魏冉.中国海洋大学 2012
[4]土门西沟流域基于SCS模型的径流模拟研究[D]. 柳行.北京林业大学 2011
[5]缙云山不同植物群落类型土壤入渗性能研究[D]. 马晓刚.西南大学 2008
[6]北京市密云水库库区非点源污染分析研究[D]. 付仕伦.北京林业大学 2008
[7]密云水库上游小流域非点源污染预测研究[D]. 赵永秀.北京交通大学 2008
[8]密云水库集水区可持续发展评价及其调控对策研究[D]. 李成茂.北京林业大学 2003
本文编号：3514527
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