降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响试验研究

东北黑土区上坡汇流对坡面土壤侵蚀有重要影响,因此辨析降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响对农田土壤侵蚀防治有重要意义。通过设计不同降雨强度和汇流速率以及二者组合的模拟降雨及上方汇流试验,分析了降雨和汇流对黑土坡面侵蚀的影响及其贡献。试验处理包括两个降雨强度(50 mm/h和100 mm/h)、两个汇流速率(50 mm/h和100 mm/h,即:10 L/min和20 L/min)、以及4种不同降雨强度和汇流速率的组合((50+50)mm/h、(50+100)mm/h、(100+50)mm/h和(100+100)mm/h)。结果表明,在50 mm/h和100 mm/h上方汇流引起的坡面侵蚀量仅分别是50 mm/h和100 mm/h降雨引起坡面侵蚀量的1.9%和0.6%;当降雨强度和坡上方汇流速率分别由50 mm/h增加至100 mm/h时,降雨试验处理下的坡面侵蚀量增加6.1倍,汇流试验处理下的坡面侵蚀量增加3.2倍,说明降雨对坡面土壤侵蚀的影响显著大于汇流的作用。在降雨和汇流组合试验中,总供水强度(降雨强度+汇流速率)为150 mm/h时,降雨强度为100 mm/h和汇流速率为50 mm/h组合试验的坡面侵蚀量是降雨强度为50 mm/h和汇流速率为100 mm/h组合试验坡面侵蚀量的7.9倍。在相同汇流条件下,降雨强度由50 mm/h增加到100 mm/h时,降雨强度的增加对坡面侵蚀量的贡献率为89.6%-99.5%;而在相同降雨条件下,坡面汇流速率由50 mm/h增加100 mm/h时,汇流速率的增加对坡面侵蚀量的贡献率为17.2%-78.7%,说明在东北黑土区防治坡面汇流对坡面土壤侵蚀影响也尤为重要。     

辽西北沙地苹果-大豆间作对土壤养分和微生物量分布的影响

为了解辽西北沙地果农间作系统中土壤养分及微生物量分布特征,选取研究区具有代表性的苹果(Malus pumila)-大豆(Glycine max)间作系统为研究对象,对间作系统0~60 cm土层、0~300 cm水平距离范围内的土壤养分和微生物量进行了测定,并与大豆单作、苹果单作进行对比。结果表明:辽西北沙地苹果与大豆间作系统中土壤养分十分匮乏,全氮、碱解氮、有效磷极缺乏;在水平方向上,随距苹果树距离的增加,间作系统中土壤有机质、碱解氮、全磷、有效磷总体上呈现先降低再升高后趋于平稳的变化规律;各养分竞争激烈区位于果树带区[0,100 cm);在垂直方向上,苹果与大豆间作系统各土壤养分均表现出表聚性,表土层(0~20 cm)土壤养分含量显著高于深土层(20~60 cm);土壤微生物量碳、氮在果树带区及表土层含量高,且在该区域细菌数量高;间作与单作各土壤养分、微生物量在表土层差异较大,差异性随土层加深而缩小,间作系统除碱解氮外对土壤养分表现为负效应,不能满足间作系统对土壤养分的需求,尤其对土壤氮素、磷素竞争需求量较大。综上所述,辽西北沙地苹果-大豆间作系统中存在明显的竞争关系,竞争激烈区域位于果树带区,应在此处加强氮肥和磷肥施加。     

东北黑土区片蚀和沟蚀对土壤团聚体流失的影响

土壤侵蚀方式的差异必然会导致土壤团聚体破碎程度及流失过程的不同。基于室内模拟降雨试验,对比研究了黑土坡耕地片蚀和沟蚀对土壤团聚体流失的影响。结果表明,在50和100 mm/h降雨强度下,沟蚀试验处理的侵蚀量分别是片蚀试验处理的1.42倍和3.51倍左右。在片蚀试验处理下,当降雨强度由50 mm/h增加至100 mm/h时,侵蚀泥沙中微团聚体（< 0.25 mm）含量由45.7%增加至74.2%;而在沟蚀试验处理下,侵蚀泥沙中以大团聚体（≥0.25 mm）为主,其占团聚体流失量为65.5%。片蚀试验处理下,50 mm/h降雨强度时,侵蚀泥沙中 > 5和2-5 mm粒级的团聚体含量均小于沟蚀处理,而其它粒级的团聚体含量均大于沟蚀处理;在100 mm/h降雨强度下,侵蚀泥沙中团聚体各粒级的含量均小于沟蚀处理。与试验土壤相比,表征团聚体流失的两个特征指标平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）均明显减少;在两种降雨强度下,片蚀试验处理的MWD和GMD均明显小于沟蚀处理。研究还发现MWD和GMD两种团聚体指标均能反映黑土农耕地坡面片蚀和沟蚀方式下的团聚体流失特征,且MWD能够更好的反映出雨强变化时两种侵蚀方式下土壤团聚体的流失特征。     

细沟发育与形态特征研究进展

细沟发育导致坡耕地表土和养分流失,严重危害农业生产和生态环境;而细沟形态对坡面径流和侵蚀具有重要影响。分析了细沟发育过程、细沟形态特征及二者耦合关系的研究进展,指出了各自研究中存在的主要问题,并提出了细沟发育与形态特征研究中需要加强的重点领域。     

黄土坡面细沟侵蚀形态试验

基于同一降雨强度下的室内连续模拟降雨试验,研究了典型坡度条件下黄土坡面细沟侵蚀形态,分析了细沟的空间分布特征、发育状况及距细沟沟头长度、细沟宽度和深度关系。结果表明:第1次降雨坡面以断续细沟为主,侵蚀方式主要为溯源侵蚀,细沟累积长度为39.3 m,坡面细沟总面积占试验土槽面积的14.2%;第2次降雨坡面以连续细沟为主,细沟沟壁崩塌增强,坡面的破碎程度增加,细沟累积长度增加32.1%,坡面细沟总面积增加115.6%。与第1次降雨相比,第2次降雨后细沟平均宽度、深度和坡面细沟侵蚀平均深度均增加,且在4—7 m坡段内增加幅度最大。单位斜坡长上细沟平均宽度和深度随斜坡长度的增加呈现先增加后减小的趋势,表明径流能量的消长对坡面细沟侵蚀发育过程及形态特征有明显影响。第1次降雨单条细沟长度均小于3 m,细沟宽度随距细沟沟头长度的增大而增大,第2次降雨则呈现先增大后减小的趋势,细沟深度随距细沟沟头长度的增加一直呈现先增大后减小的趋势,细沟宽度与深度的拟合关系最好,细沟深度随宽度的增加而增大,后趋于稳定。