黄土区土质道路浮土侵蚀过程

基于野外原位调查采样、室内人工模拟降雨试验研究道路浮土侵蚀规律.结果表明:浮土产流起始时间和路面侵蚀起始时间随雨强和坡度增大呈递减趋势.路面侵蚀起始时间随浮土厚度增大滞后2～5 min.浮土厚度≤0.5 cm时径流率在产流后2 min趋于稳定,平均径流率随雨强增大而递增,随坡度增大而递减;浮土厚度≥1.0 cm时,径流率在产流后3 min趋于相对稳定,平均径流率随雨强增大呈线性递增,随坡度增大而先递增后递减.侵蚀临界点随坡度和雨强增大呈递减趋势.浮土厚度≤0.5 cm时,侵蚀速率随雨强增大而递增幅度达24.5％～434.4％,坡度8°和16°可达2°和4°的2.4倍;浮土厚度≥1.0 cm时,侵蚀速率在产流开始后9min左右趋于相对稳定,且随雨强和坡度增大而递增,随坡度增大侵蚀形式发生由“片蚀-细沟侵蚀-溯源侵蚀”的转变.浮土厚度≥1.0 cm时,平均10 min次降雨侵蚀量可达浮土厚度≤0.5cm的1.3倍,而单独浮土侵蚀时段侵蚀量前者是后者的2.7倍.浮土厚度≤0.5 cm时,侵蚀量与雨强的相关性显著,产流量与坡度的相关性显著;浮土厚度≥1.0 cm时,10 min次降雨产流、产沙与雨强呈显著相关.随浮土厚度增大,浮土侵蚀量在组合侵蚀中所占比例增大,而薄层时主要以道路侵蚀占主导.     

喀斯特坡面表层土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征

表层土壤水分物理性质对深层土壤水分的动态变化具有重要的作用,研究其空间变化特征有助于深入理解坡地降雨入渗及产流规律,实现土壤水资源的合理利用.基于网格(10m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛坡地90 m×120 m(投影长)表层(0~10 cm)土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征.结果表明:研究区土壤含水量、容重和饱和导水率均具有明显的空间依赖性和空间结构.土壤水分含量半变异函数用高斯模型模拟较好,土壤容重与饱和导水率用指数模型拟合较好.土壤含水量表现为强烈的空间自相关性,土壤容重和导水率表现为中等的空间自相关性.土壤含水量与饱和导水率空间连续性的尺度范围较小,而土壤容重空间连续性的尺度范围较大.总体上土壤含水量沿坡向下呈递增趋势,土壤容重呈递减趋势,而土壤饱和导水率沿坡面没有明显变化规律,斑块小而多,表现为高异质性.土壤含水量与土壤容重、饱和导水率均呈极显著负相关,而土壤容重与饱和导水率之间没有明显的相关性.     

子午岭植被恢复对土壤饱和导水率的影响

通过对子午岭林区不同植被的土壤性质进行实验室测定和野外调查,对饱和土壤水分运动的重要参数之一土壤饱和导水率(Ks)及其相关因子进行了多元分析和通径分析,揭示了植被恢复提高土壤水分传输性能的机理,主要结论如下:土壤有机质是子午岭林区九种植被下土壤饱和导水率提高的主要驱动因子.不同植被下的土壤饱和导水率均随深度的增加而迅速降低,尽管草地和先锋草地在5～10cm深度有一强透水层.土壤饱和导水率在剖面上的平均值,从辽东栎、早期森林、灌丛、先锋草地、弃耕地到草地依次降低.灌丛与草地、弃耕地的差异达到显著水平,辽东栎顶级群落的饱和导水率最高,植被的恢复明显提高了土壤饱和导水率.土壤容重、毛管孔隙度、>0.25mm团聚体含量及粘粒含量直接影响土壤饱和导水率.土壤有机质含量的提高能够改善容重、毛管孔隙度、团聚体含量等物理性质.     

神府煤田非硬化道路不同侵蚀期输沙特征

神府煤田生产过程中形成的非硬化道路具有复杂的下垫面条件,道路表面由于长期碾压而形成一定厚度的浮土颗粒,结构松散,抗冲蚀性差,浮土层下碾压路面土壤容重高,抗蚀性高,因此,降雨条件下路面侵蚀亦表现出不同的差异性.本文采用野外模拟降雨试验方法对坡度3°、6°、9°、12°非硬化道路不同侵蚀期的输沙过程及输沙速率与侵蚀因子的关系进行研究.结果表明:浮土层土壤在面蚀期出现了第一个输沙峰值,坡度为3°时只存在面蚀过程,输沙速率平均变异系数为0.07;6°~12°坡度下各次降雨均在产流后15 min左右开始细沟发育,雨强大于1.5 mm·min-1时,面蚀期输沙过程线波动性较明显,但不同坡度间(6°、9°、12°)变异度差异不大(0.20、0.19、0.16),雨强对输沙速率的影响强于坡度.细沟侵蚀期输沙过程线有波动,但波动性明显小于面蚀期,6°、9°、12°坡下平均输沙变异系数分别为0.05、0.09和0.10,细沟发育多,且沟宽而浅.面蚀期和沟蚀期的输沙速率均与雨强和坡度呈显著的幂函数关系.稳定输沙速率与径流率和含沙量呈显著线性关系.     

花岗岩崩岗不同部位土壤饱和导水率特征及其影响因素

崩岗是我国南方花岗岩丘陵区普遍存在的水力-重力复合土壤侵蚀现象。为探究崩岗的土壤水力学性质与侵蚀机理的内在联系及其与影响因素之间的关系,选择桂东南活动型、半稳定型和稳定型3种花岗岩崩岗为对象,研究不同部位土壤饱和导水率的空间变化及其影响因素。结果表明:1)崩岗土壤饱和导水率在不同部位呈波动分异,其中崩壁中部为最小值,崩积堆上部为最大值,其次为洪积扇顶端。2)选取Cosby、Compbell、Julià、Hypre 4种土壤饱和导水率传递函数对该区土壤饱和导水率进行拟合,结果预测值与实测值均存在偏差。3)相关性分析表明,土壤饱和导水率与毛管孔隙度、黏粒含量呈极显著负相关关系,与非毛管孔隙和砂粒含量呈极显著正相关关系。4)通径分析表明,砂粒含量为崩岗土壤饱和导水率的主要影响因素,其次为非毛管孔隙度和土壤容重,其中砂粒含量与非毛管孔隙度对土壤饱和导水率呈正效应,容重呈负效应。研究结果可为揭示崩岗侵蚀机理和防治提供理论依据。     

黄土塬区不同地形部位和土地利用方式对土壤物理性质的影响

在黄土塬区王东沟流域采集不同地形部位和不同土地利用方式下土壤样品,测定其颗粒组成、容重和饱和导水率,借助变异系数、非参数检验等方法研究了不同地形部位和不同利用方式对土壤物理性质的影响.结果表明：土壤物理性质在水平方向和沿垂直剖面都存在变异,但在同一地形部位或同一土地利用类型内,容重和颗粒组成基本相似.水平方向,饱和导水率属强变异,粘粒和砂粒含量属中等变异,粉粒含量和容重属弱变异;沿垂直剖面,土壤的粒级分布具有连续性,但0～25 cm的土壤容重和饱和导水率与下层土壤差异显著.沿坡面从上向下,土壤趋向粘重,但饱和导水率增大;其中上坡位和中坡位的土壤性质相似,在相关研究中可以进行合并.草地与其他利用方式下的土壤性质差异显著,主要受地形部位的影响;耕地和果园的土壤性质相似且不同于其他利用类型,表明人为干扰对土壤物理性质有重要影响.     

黄土区被草土质路面产流产沙过程及防蚀效果

通过变坡钢槽装土和人工降雨的室内模拟试验,分析了黄土区裸露土质路和被草土质路(被草土质路种植早熟禾)路面的产流产沙过程及被草土质路的防蚀效果.结果表明:在相同雨强和坡度条件下,研究区被草土质路的径流系数大于裸露土质路;两种路面的径流系数均随着雨强和坡度的增加而增大;不同雨强、相同坡度条件下,径流系数与降雨历时呈对数关系,径流系数与雨强、坡度呈二次函数关系;两种路面的土壤侵蚀速率均随着雨强和坡度的增加而增大;相同降雨条件下,被草土质路的土壤侵蚀速率低于裸露土质路;在不同雨强条件下,被草土质路的平均减沙效益达47.22%;在不同坡度条件下,被草土质路的平均减沙效益达26.24%;被草土质路通过增加路面糙度和增大路面阻力可降低水流搬运泥沙的能力,起到了减少路面产沙量的作用.     

连栽桉树人工林土壤大孔隙特征及其对饱和导水率的影响

速生人工林多代连栽容易导致土地水源涵养能力下降。土壤大孔隙以优先流的形式补充地下水,是定量研究土壤水分运动的重要指标。以连栽1-4代桉树人工纯林为研究对象（记录为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）,采用水分穿透曲线法,绘制水分穿透曲线,结合Poiseulle方程计算出大孔隙数量、半径及饱和导水率等指标,对土壤大孔隙特征及其对饱和导水率的影响进行研究。结果表明：（1）桉树人工林土壤的出流速率总体表现先匀速增加后趋于稳定,稳定出流速率总体表现为I > II > III > IV。（2）大孔隙半径范围在0.3-1.5 mm,主要集中于0.4-0.6 mm,随土层深度增加显著减小（P<0.05）。大孔隙数量范围在3.56×10⁴-4.81×10⁵个/m²。随着连栽代次的增加,大孔隙孔径范围变小,同一孔径范围的大孔隙数量减少。土壤容重与大孔隙特征呈极显著负相关关系;有机质含量与大孔隙特征呈极显著正相关关系。（3）各样地土壤饱和导水率范围在0.41-4.50 mm/min,并随着连栽代次增加而降低。将大孔隙的总数量、平均体积与土壤饱和导水率进行线性拟合,拟合方程为：y=ax+b=,（R²>0.66）。综上,随着桉树人工林连栽代次的增加,土壤大孔隙孔径范围缩小、同等半径的大孔隙数量减少,饱和导水率降低,土壤入渗及导水性能减弱,容易造成水土流失。     

土壤侵蚀与土地利用方式对黑土地土壤水气传输特性的影响

土壤侵蚀是东北黑土退化的主要原因之一,了解不同土地利用方式下土壤水气传输性质的差异,可以为黑土区水土资源的高效利用和保护提供科学依据。本研究选取东北黑土区典型的3种土地利用方式(农地、林地、撂荒地)进行0~5 cm土层原位土壤饱和导水率、导气率和相对气体扩散率的测定,探讨土壤侵蚀和土地利用方式对土壤水气传输性质的影响。结果表明:不同侵蚀程度农地之间以及不同土地利用方式之间土壤水气传输性质差异显著。重度侵蚀农地容重显著高于其他样地,未侵蚀农地容重显著低于其他样地。与未侵蚀农地相比,轻度、中度和重度侵蚀农地容重分别增加12.7%、17.6%和39.2%,饱和导水率分别降低84.4%、53.7%和12.7%,导气率分别降低94.6%、64.4%和14.0%,相对气体扩散率分别降低91.3%、82.6%和4.3%。松林地饱和导水率、导气率和相对气体扩散率较未侵蚀农地分别降低86.5%、83.0%和91.3%。沙棘林地饱和导水率、导气率和相对气体扩散率较未侵蚀农地分别降低51.7%、45.6%和82.6%,撂荒地饱和导水率、导气率和相对气体扩散率较未侵蚀农地分别降低16.2%、1.4%和73.9%。可以利用测得的土壤导气率、相对气体扩散率估算土壤饱和导水率。土壤侵蚀和土地利用方式显著影响黑土地土壤水气传输特性。     

黄土高原六道沟流域不同土地利用方式下土壤水力特性及其对土壤水分的影响

采用地统计学中交互相关系数方法,对黄土高原六道沟流域农田、荒草地、林地、苜蓿地4种土地类型土壤剖面水力特性及其对水分分布的影响进行了分析.结果表明：研究区农田与荒草地的土壤特性相似,苜蓿地与林地相似;相同吸力条件下,土壤水分以农田最大、林地最小,而饱和导水率则相反;除土壤水分消耗期的林地和苜蓿地土壤水分随土层深度增加呈上升趋势外,其他时期各土地利用方式下土壤水分均随土层深度的增加而降低.土壤剖面饱和导水率与土壤含水量之间的影响程度依土壤水分条件而异：水分补偿期,剖面土壤饱和导水率对滞后其空间距离0～40 cm土层内的土壤含水量具有显著影响,而土壤水分含量对饱和导水率的影响范围为0～50 cm;水分稳定期,饱和导水率与土壤含水量的相互影响范围均在0～60 cm;水分补偿期和稳定期,二者之间为正相关;土壤水分消耗期,农田和荒草地饱和导水率与水分含量呈正相关,饱和导水率对土壤水分含量的影响范围在滞后其空间范围0～80 cm土层内,而土壤水分含量对饱和导水率的影响范围在0～60 cm内,林地和苜蓿地则呈负相关,相互影响范围均在0～60 cm土层内.     

模拟降雨条件下生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应

生物结皮是黄土丘陵区退耕地广泛存在的地被物.本研究通过人工模拟降雨试验分析了雨强对生物结皮坡面产流产沙的影响.结果表明: 生物结皮坡面产流产沙随降雨历时的延长先增加、10~18 min趋于平稳.相对于裸土坡面,生物结皮显著延长了坡面初始产流时间,抑制了坡面产流产沙,可降低21%~78%的坡面径流量和77%~95%的产沙量.雨强主要通过影响生物结皮坡面径流而影响其产沙.随着雨强的增加,生物结皮坡面产流产沙与雨强的相关性出现了由不显著相关向显著相关的转折,雨强＞1.5 mm·min^-1时,生物结皮坡面的减流减沙作用随着雨强的增加而降低.本研究结果为降雨条件下生物结皮坡面产流产沙过程的模型模拟奠定了基础.     

The influence of ants on soil and water losses from an orange orchard in eastern Spain

Herbicide applications have greatly reduced plant cover, and increased soil erosion on a new orange orchard planted on valley slopes in eastern Spain. This has increased the importance of soil fauna, such as ants, in regulating soil erosion processes. Ants increase water infiltration rates by forming soil macropores during nest construction, but new soil brought to the surface by ant activity could increase the sediments available for erosion. Simulated rainfall experiments were conducted on 20 paired plots (20 with ant activity and 20 controls) to study the impact of ants on surface water flow and sediment movement in an intensively managed orange orchard near Valencia, Spain. Simulated rainfall was applied to each plot at a rate of 55 mm/h on a 0.25 m² area for 1 h. We found a reduction of soil bulk density, an increase in soil organic matter, and an increase in macropore flow in ant‐affected soils, as compared to soil without ant activity. These ant‐induced soil changes increased water infiltration rates and runoff discharge. However, the fresh, unconsolidated soil brought to the surface during nest construction resulted in greater soil loss on two plots than their ant‐free controls. Ants can be an important factor in soil erosion processes when surface vegetation is removed by intensive herbicide use.     

模拟降雨下喀斯特坡耕地土壤养分输出机制

喀斯特区坡耕地水土及养分流失不仅是该区土地质量退化、土地生产力衰退主要原因,同时也是该区地下水质污染的重要因素。为揭示喀斯特坡耕地地表和地下二元空间结构下的土壤养分流失机制,以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究不同雨强下喀斯特坡耕地地表及地下水土及其氮、磷、钾流失特征。结果表明:(1)小雨强(50mm/h)和中雨强下(70mm/h),喀斯特坡耕地坡面产流主要以地下产流为主;大雨强下(90mm/h),地表径流高于地下径流;产沙方式则表现为由小雨的地表和地下产沙并重到中大雨强的地表产沙为主的一个转变过程。(2)在降雨侵蚀过程中,径流各养分输出浓度均表现出一定的初期冲刷效应,受土壤吸附作用影响,雨强对全钾(TK)和全氮(TN)的影响较全磷(TP)明显。(3)地表径流、地表泥沙和总泥沙各养分输出负荷均随雨强增大而增加,坡面径流泥沙总的TK输出负荷以泥沙为主,而TN和TP输出负荷则以径流为主;TP和TN在径流的输出负荷上以地下径流输出为主(其中TP地表负荷比在11.6%—46.2%,TN在7.0%—48.5%之间),而TK则以二者并重(地表负荷比在43.5%—57.0%之间);各养分在泥沙的输出负荷上则均以地表泥沙流失为主,其负荷比均在54.5%以上。研究结果可为喀斯特区坡耕地水土流失及养分流失的源头控制提供基本参数和科学依据。     

降雨条件下两种土壤类型工程堆积体坡面水沙关系与侵蚀动力特征

随着生产建设活动的日益频繁,其产生的工程堆积体逐渐成为人为水土流失的主要来源。本研究选取风沙土和红土堆积体,通过室内模拟降雨试验,研究了不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^-1)和砾石含量(0、10%、20%、30%)条件下,两种土质工程堆积体坡面侵蚀过程中水沙关系和侵蚀水动力特征的变化。结果表明: 风沙土堆积体产沙率随时间呈波动式增大趋势;红土堆积体在1.0 mm·min^-1雨强时先增大后逐渐稳定,其他雨强则迅速下降后呈波动变化的趋势,且雨强越大、砾石含量越小,波动越剧烈。风沙土堆积体在0和10%砾石含量时存在坡面细沟侵蚀,细沟侵蚀阶段的产沙率是片蚀阶段的6.74～57.40倍;红土堆积体坡面侵蚀过程可划分为松散颗粒侵蚀阶段和土石侵蚀阶段,松散颗粒侵蚀阶段产沙率是土石侵蚀阶段的1.05～3.49倍。两类堆积体产沙率均随雨强增大而增大,1.0和1.5 mm·min^-1雨强时产沙率随砾石含量增大而波动变化,雨强＞1.5 mm·min^-1时则随砾石含量增大而减小,相同条件下,风沙土堆积体产沙率是红土的1.45～4.14倍。风沙土堆积体侵蚀过程中水沙关系由水大沙少向水大沙多转变,而红土堆积体则呈相反变化: 水大沙多时期,风沙土堆积体产沙增速是红土堆积体的1.94～37.60倍;水大沙少时期,红土堆积体产沙减速是风沙土的1.40～21.30倍。总体上,径流功率在描述两类堆积体侵蚀动力过程方面优于径流剪切力,临界径流功率均随砾石含量增大而增大,其中,风沙土堆积体在细沟侵蚀阶段的临界径流功率(0.02～0.04 W·m^-2)是片蚀阶段的2倍,且两阶段临界径流功率均低于红土堆积体。本研究结果可为工程堆积体侵蚀预测模型的建立提供科学参考。     

红壤表土团聚体粒径对坡面侵蚀过程的影响

以湖北省咸宁市的3种典型红壤为研究对象,利用试验土槽,采用室内人工模拟降雨方法,研究土壤团聚体粒经对坡面径流和侵蚀的影响以及泥沙特性。结果表明,在前期含水量、坡度一致的条件下,随着团聚体粒径的增大其稳定性减小,坡面初始产流时间缩短;侵蚀量也随着团聚体粒径的增大而减小,供试3种土壤中〈2mm团聚体侵蚀量最大,依次为3.40、2.55、3.33gm^-2min^-1。侵蚀泥沙平均重量直径随着坡面表土团聚体初始粒径的增大而减小。研究结果有助于深入了解坡面侵蚀机理,为泥沙输移模型开发提供必要的土壤参数。     

Effectiveness of Road Ripping in Restoring Infiltration Capacity of Forest Roads

Many forest roads are being closed as a step in watershed restoration. Ripping roads with subsoilers or rock rippers is a common practice to increase the infiltration capacity of roads before closure. When considering the effectiveness of ripping for reducing runoff and erosion and the potential reduction in slope stability by saturating road fills, it is important to know how ripping changes the infiltration capacity of forest roads. Hydrographs from simulated rainfall on 1 × 1 m plots were analyzed to find the saturated hydraulic conductivity, an indicator of infiltration capacity. I examined saturated hydraulic conductivity for three treatments on two different soils. One road was built in a soil derived from the metamorphic belt series geology of northern Idaho, a soil noted for its high rock fragment content. The second road was built in a sandy soil derived from decomposed granitics of the Idaho batholith. On each soil, five plots were installed on a road before ripping, and nine plots were installed on the same road segment following ripping, four covered with a heavy straw mulch and five without. Three half-hour rainfall events with intensities near 90 mm/hr were simulated on each plot. Results show that ripping increases hydraulic conductivities enough to reduce risk of runoff but does not restore the natural hydraulic conductivity of a forested slope. The unripped road surfaces had hydraulic conductivities in the range of 0–4 mm/hr, whereas ripped roads were in the range of 20–40 mm/hr after the second event. Surface sealing and tilled soil subsidence processes are important in reducing the hydraulic conductivity of the soils with repeated wetting. Subsidence appears to be important on the granitic soil, whereas surface sealing was more important on the belt series soil.     

自然降雨下黄土丘陵区草灌植物垂直覆盖结构的减流减沙效应

黄土高原是我国水土流失和生态环境问题最为严重的地区之一,植被恢复是防治水土流失的重要措施。植物垂直覆盖结构包括地上冠层、地表枯落物和地下根系,各组分具有不同的水土保持作用,是研究植被与水土流失关系的基本单元。目前,关于植物垂直覆盖结构不同组分对土壤侵蚀影响的研究主要是基于人工模拟降雨,缺少自然降雨条件下不同植物的垂直覆盖结构对产流、产沙和入渗等多过程影响的系统研究。本研究以黄土丘陵区典型的草本(须芒草)、半灌木(铁杆蒿)和灌木(绣线菊)为研究对象,每种植物进行三种处理(自然状态、去除枯落物和仅留根系)以及裸地对照,观测2015—2016年降雨事件的产流产沙量和入渗量,分析植物不同垂直覆盖结构的减流减沙效益及其相对贡献。结果表明:三种植物均具有较好的减流(45.9%—73.2%)、减沙效益(87.5%—94.6%)和增加入渗作用(4.7%—10.8%),灌木的减流效果(73.2%)显著高于草本(45.9%)和半灌木(63.5%),但三种植物间的减沙效益没有显著性差异。冠层的减流作用最大,贡献率接近一半(48%—50%),草本枯落物的减流贡献率与根系基本一致,而半灌木和灌木枯落物的减流贡献...     

基于模拟降雨试验的喀斯特坡耕地土壤侵蚀特征

探索喀斯特坡耕地土壤侵蚀过程及机理对该区水土流失及石漠化治理具有重要的现实和指导意义.本文采用人工模拟降雨的试验方法,探索喀斯特坡耕地土壤侵蚀过程及特征.结果表明: 降雨强度较小时(30、50 mm·h^-1),水土流失以地下孔(裂)隙流失为主,当降雨强度较大时(80 mm·h^-1),土壤侵蚀以地表流失为主;地表径流模数和输沙率均随坡度的增加而增大,随孔(裂)隙度的增加而减小.地下径流模数在0.37～0.52 L·m^-2·min^-1,地下输沙率在0.81～1.93 g·min^-1,二者均随坡度的增加而减小,随降雨强度的增加呈先增大后减小的变化趋势.     

水蚀风蚀交错区退耕坡面植被利用对产流产沙的影响

为有效利用水蚀风蚀交错区退耕封育坡面植被,确定合理的植被利用强度非常必要.本试验选取黄土高原水蚀风蚀交错区典型小流域——六道沟小流域为试验区,在多年退耕封育坡面布设径流小区,通过人工模拟降雨试验,研究植被地上部分在不同利用强度下各坡度(10°、20°和30°)坡面产流、产沙变化特征,以确定合理的利用强度. 结果表明: 次降雨过程中径流速率大体可分为两个阶段:初期迅速增长阶段和中后期增长变缓或趋于准稳定阶段.侵蚀速率的变化趋势因坡度的不同而略有差异.利用强度对产流量有显著影响,产流量随利用强度的加强而增加.坡度对侵蚀量影响显著,侵蚀量表现为20°坡面＞30°坡面＞10°坡面.以植被地上部分未利用小区为对照,相对增水量和相对增沙量均随利用强度加强而增加.结合降雨资料推测,退耕15年左右坡面植被地上部分盖度达到25%时,坡面年土壤侵蚀量基本低于容许土壤流失量.应重视该区20°坡面植被的恢复治理工作.