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。     

小流域林草植被控制土壤侵蚀机理研究

从坡面水动力学角度研究了坡面乔木林、草本植物和林地枯落物对坡面径流流速和动能的影响机理.结果表明,坡面径流水头损失与坡面坡度、林木密度、净雨强、坡长等有关,水头损失与林木间距(b)和树木地径(D)间的关系为：E∝(D/b)4/3;坡面草本植物在水流作用下易弯曲,增大水流底层的阻力,减小床面的切应力;枯枝落叶使径流速度减小,从而大大降低径流挟沙能力.对甘肃省天水市桥子东沟和桥子西沟两个对比小流域的实测单次降雨、径流、泥沙资料分析可见,在相同降水条件下,已治理小流域内的径流量、产沙量、洪峰流量、最大输沙率等指标均小于未治理小流域,说明林草植被在小流域中的涵养水源、保持水土的作用明显.     

137Cs和210Pbex示踪黑土区坡耕地土壤侵蚀对有机碳的影响

通过在野外28.5 hm2的坡耕地上采集土壤样品,定量评价了利用137Cs和210Pbex研究土壤有机碳(SOC)动态的潜力,以探讨东北黑土区土壤侵蚀对土壤有机碳的影响.结果表明:农耕地土壤137Cs、210Pbex和SOC在平面和垂直深度上均具有相似的分布特征.在平面上,尽管受土壤侵蚀沉积的影响,137Cs、210Pbex面积活度及SOC储量变异很大,但它们具有相同的变化趋势.在垂直断面上,侵蚀区137Cs、210Pbex和SOC在0～25 cm耕层内分布均匀,25 cm以下放射性活度减小,SOC含量也相应下降;沉积区0～100 cm深度上137Cs和210Pbex呈现先增加后减小的分布规律,SOC也具有类似的变化特征.农耕地SOC与137Cs、210Pbex呈显著线性相关,表明它们在黑土区农耕地上具有相似的物理运移特征,137Cs和210Pbex可直接用来定量评价黑土侵蚀下SOC的时空分布特点.     

福建省长汀县水土流失区的时空变化研究——“福建长汀水土保持”专题序言

水土流失是当今世界面临的一个严峻问题,严重的水土流失已造成生态环境的急剧退化。我国是世界上水土流失最严重的国家之一,水土流失的胁迫已使许多地区的群众背井离乡,另觅他乡。即便是在全国森林覆盖率第一名的福建省,水土流失现象也相当严重。而地处福建西部的长汀县河田盆地区,更是以其严重的土壤侵蚀而成为中国南方红壤地区的典型水土流失区。     

南亚热带水土流失地区人工加速植被演替过程

水土流失地区植被在自然条件下从阳生草本到乔灌草复合植被的演替过程常常需要很长的时间,选取适当树种人工造林可以省略先锋物种强阳生草本的发育时间,提早诱发灌木和草本植物发育,大大加速植被恢复演替过程。通过对广东惠州市惠阳区上杨试验站等南亚热带典型水土流失地区的研究发现：自然封育状态下,水土流失地区植被恢复和演替缓慢,25。后植被覆盖度只有35％,且主要以阳生性耐贫瘠的灌木及草本为主,土壤侵蚀仍然比较严重。选择大叶相思树人工造林加速了植被演替进程,控制了水土流失,12a左右植被覆盖度就达90％左右。造林23a左右,林地遮蔽涵养水分和控制侵蚀作用下迅速生长多种当地物种,形成了乔、灌、草、藤、竹多层复合植被。在南亚热带季风气候地区,自然封育状态下严重水土流失区植被恢复至较稳定的次生林阶段需要60a左右的时间;人工造林加速植被演替只需要20a。植树造林是该地区植被恢复发育及控制水土流失的有效措施。     

晋陕宁黄土丘陵区生态修复与农林牧业持续发展仿真研究

晋陕宁黄土丘陵区土壤侵蚀严重,生态环境脆弱,不合理利用土地是其主要原因,生态修复与环境重建是该区生态与经济持续发展的重要战略措施。应用系统动力学（System Dynamic,简称SD）和“反馈控制（Feedback control）理论建立了该区生态修复和环境重建的SD模型,它分为人口、农业、林业、牧业、农村经济、土壤侵蚀和生态环境6个模块,仿真时间1990～2080年,步长1a。经检验该SD模型的有效性为93．5％,可用于未来仿真预测。根据该区的生态环境特点和农牧业发展现状,选择生态环境恢复重建的3种典型模式——同步发展模式（A模式）、逐步调整模式（B模式）和现状发展模式（C模式）进行仿真研究,预测3种模式2000～2080年的土壤侵蚀、土地利用的发展动态以及农林牧业和生态环境演化趋势。仿真结果表明：土地利用与农、林、牧业持续发展密切相关,坡耕地和草场退化是制约农林牧业发展的主要因素。合理调整土地利用结构和加速治理侵蚀,可促进生态环境逐步恢复和农林牧业持续发展。同步发展模式（A模式）是该区生态修复和环境重建的3个仿真模式中的最优策略,它可促进农林牧协调发展和生态一经济趋向良性循环,并提出该区生态修复与环境重建的对策措施。该SD模型结构合理,运行功能良好,能较真实的模拟具有多变量、非线性变量的复杂生态系统的动态行为,为生态修复研究提供一种有效工具。     

草灌植被转变对草地生态系统及其水碳过程的影响研究进展

气候变暖和过度放牧的共同作用使全球草地出现明显的灌丛化现象,灌木去除是草地灌丛化控制的重要方式,识别这些草灌植被转变对生态系统、生态水文、土壤侵蚀和侵蚀碳流失的影响对草地可持续管理具有重要意义。综述了草地灌木入侵及其控制对植物群落和土壤功能(如土壤有机碳)的影响,以及这些草灌植被变化对生态水文、土壤侵蚀和土壤侵蚀碳流失等水碳耦合过程的影响机制。针对目前草地灌木入侵和去除对植物群落、植被格局、水土过程和功能影响研究的薄弱环节,对未来相关研究提出以下建议：(1)需深化草灌植被转变对碳、氮等生物地球化学循环的影响机制研究,(2)需重视核磁共振光谱、生物标志物、同位素等新技术和植被格局的指数与连通性等新方法在草灌植被转变的水、碳等生态效应研究中的应用,(3)需加强草灌植被格局和生态水文、土壤侵蚀与土壤侵蚀碳等水碳过程的多要素、多过程和多尺度的综合研究。本文旨在为灌丛化草地科学有效的生态恢复与多目标的土地利用管理提供理论支撑。     

景观格局-土壤侵蚀研究中景观指数的意义解释及局限性

景观格局分析是景观生态学研究的重要组成部分。景观指数是景观格局分析的有力工具。近年来,景观格局与土壤侵蚀关系的相关研究增多,常规景观格局指数得到应用。但针对土壤侵蚀过程的景观指数意义解释不足,景观指数在刻画景观格局-土壤侵蚀过程关系存在局限。选择了连接性、多样性、边界/斑块密度、形状4个方面的12个常用景观指数,对这些指数在景观格局-土壤侵蚀过程关系研究中的意义进行阐述,对指数应用的局限性及其原因进行了分析。景观数据属性、景观指数本身性质和土壤侵蚀过程的复杂性使得常规景观格局指数在景观格局-土壤侵蚀关系研究中存在不足。这3方面的影响使得常规景观格局指数与土壤侵蚀表征变量之间不存在确定的关系,从而难以通过景观指数来表征景观土壤侵蚀特征。缺乏土壤侵蚀过程基础是常规景观指数在土壤侵蚀研究应用中存在局限的主要原因。因此,构建基于土壤侵蚀过程的景观指数是景观格局-土壤侵蚀关系研究的需要和新的发展方向。     

黄土丘陵小流域土壤侵蚀的时空变异及其影响因子

采用土壤侵蚀模型LISEM(Limburg Soil Erosion Model)模拟黄土丘陵沟壑区大南沟小流域5种土地利用格局下立地尺度上土壤侵蚀量的空间分布,从土壤侵蚀量与环境因子的关系分析入手,研究黄土丘陵小流域立地尺度上土壤侵蚀的时空变异性及其影响因子.研究结果表明,立地尺度上平均土壤侵蚀强度以1975年>1998年>退耕格局,可见优化土地利用格局(陡坡农地退耕)可以有效地降低立地尺度上的土壤侵蚀强度.各种土地利用方案下土壤侵蚀强度的空间变异都很显著,相对来说以1975年<1998年<退耕格局,可见优化土地利用格局可以提高土壤侵蚀的空间变异性,降低土壤侵蚀危险的空间聚集度.土壤侵蚀量与降雨呈现显著正相关性,相关性以LU75>LU98>退耕格局,可见合理的土地利用格局可以有效地削弱降雨对土壤侵蚀强度的影响.土地利用方式对土壤侵蚀空间分布具有显著影响.从1975年、1998年到3种退耕格局,陡坡农地退耕还林还草,植被覆盖度增加,林地/灌木地、果园/经济林地、农地和休闲地的平均土壤侵蚀强度都逐渐降低.相关分析表明,林地/灌木地上土壤侵蚀量最小,荒草地相对最严重;果园、休闲地和农地居中.土壤侵蚀强度还存在显著的地形分异.水平凹凸度和相对海拔对土壤侵蚀空间分布的影响比较显著,而坡向、坡度和垂直凹凸度的影响较小.土壤侵蚀强度以水平凸坡大于水平凹坡、垂直凹坡略大于垂直凸坡、偏南坡大于偏北坡、低海拔大于高海拔.对1975年和1998年土地利用格局来说,土壤侵蚀强度以偏西坡大于偏东坡、陡坡大于缓坡;对3种退耕格局而言则正相反.可见,优化土地利用格局(陡坡农地退耕),可以有效地削弱甚至逆转地形对土壤侵蚀强度的影响.     

三峡库区（重庆段）土壤侵蚀敏感性评价及其空间分异特征

三峡库区(重庆段)具有重要的生态地理位置.土壤侵蚀是这一地区最为严重的生态环境问题.以通用水土流失方程为基础,运用GIS技术,分别分析了土壤可蚀性、降水、地形、植被覆盖因子对研究区土壤侵蚀敏感性的影响程度,并生成单要素敏感性评价图.在此基础上,基于ArcGIS的空间叠加分析,完成单要素的叠加运算,实现研究区土壤侵蚀敏感性的综合评价.探讨了三峡库区(重庆段)这一特殊生态地理区域土壤侵蚀敏感性的高低分布规律及其在不同主导因子作用下的土壤侵蚀的空间分异特征.结果表明:研究区土壤侵蚀敏感性以高度敏感、中度敏感和极敏感为主,轻度敏感和不敏感比例相对较小.空间分布具有水平地域特征,东北部最为敏感、西部最不敏感.研究区土壤侵蚀现状与土壤侵蚀敏感性分布总体上是一致的,表明降雨、地形起伏、土壤可蚀性以及自然植被状况等自然因素是土壤侵蚀发生、发展的潜在条件,而人类活动是土壤侵蚀发生、发展或减弱的主导因素.植被覆盖受人类活动影响最大.因此,转变不合理的土地利用方式,加强植被的保育和植被生态系统的重建是防治土壤侵蚀的关键环节.