半干旱黄土丘陵沟壑区降水特征值和下垫面因子影响下的水土流失规律

水土流失是多种因素交互作用的结果,尤其在半干旱黄土丘陵沟壑区更具有典型性。选择定西市安家沟小流域(35°35′N,104°39′E)为典型区域,在其阴坡中部布设了15个径流小区,包括5种土地利用类型(农田、牧草地、灌丛、乔木林、自然草地)和3个坡度(10°、15°2、0°),进行径流、侵蚀和降雨前期土壤水分的测定。利用偏相关和方差分析等统计方法,研究了降水特征值及不同下垫面因子对水土流失的影响规律。结果表明,在黄土丘陵沟壑区:①径流量主要受降水量、最大30min雨强、以及降水量与最大30min雨强之积的影响。影响侵蚀量的决定性降水因子为降水量和最大30min雨强的乘积PI30与最大30min雨强,而与降水量、平均雨强的相关性较差;②坡度在10°~20°范围内的变化对径流量没有显著影响,而对侵蚀量有显著影响,在该范围内随着坡度的升高侵蚀量增加(尤以15°~20°范围内增加较快);③土地利用类型是影响径流侵蚀的一个极其关键的因素。在坡度和土地利用类型双重作用下,以土地利用为主导因素,坡度作用次之。即在一定范围内,人为扰动强烈且坡度高的农田和人工草地最易遭受土壤侵蚀;④径流与侵蚀主要与表层0~20cm的土壤水分呈正相关关系,而与下部其他层次土壤水分无明显相关关系。     

砾石对红壤工程堆积体边坡径流产沙的影响

为探究砾石对红壤工程堆积体边坡降雨侵蚀的影响,基于室内模拟降雨试验,在1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min雨强条件下,以土质边坡为对照,研究了10%、20%和30%的砾石质量分数红壤工程堆积体边坡的径流特征、产沙过程及侵蚀动力机制。结果表明：1）砾石质量分数对稳定径流强度的影响存在阈值,在雨强 > 1.0 mm/min时稳定径流强度随砾石质量分数的增加先减小后增大,在1.0 mm/min雨强时则表现为先增大后减小,且均在10%砾石质量分数下达到极值;2）雨强1.0 mm/min时,径流为缓流,砾石促进径流流动,使弗汝德数增大24.5%-87.8%,雨强2.0、2.5 mm/min时,径流为急流,砾石延缓径流流动,使弗汝德数降低4.2%-13.0%;3）侵蚀速率随产流历时变化过程受砾石质量分数和雨强的影响,雨强越大,砾石质量分数越低,边坡越易发生细沟侵蚀且伴随重力崩塌现象,侵蚀速率呈多峰多谷变化趋势;4）1.0 mm/min雨强时,砾石存在加剧了土壤侵蚀,产沙增幅达28.7%-50.5%;雨强 > 1.0 mm/min时,砾石减沙效益为5.0%-64.4%;5）径流功率是描述红壤工程堆积体侵蚀动力机制最优参数,其可蚀性参数及发生侵蚀临界径流功率从大到小对应的砾石质量分数均为10%、0、20%和30%。研究成果可为红壤区开发建设项目水土流失治理及侵蚀预测模型提供科学依据。     

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。     

樟子松林冠截留模拟实验研究

林冠截留是林分水量平衡的主要分量之一．通过选取影响樟子松林冠截留的主要因子：雨强、雨量、叶面积指数和雨前枝叶干燥度４个因子,分成５个水平,经正交试验组合,进行了２５场林冠截留实验．通过分析各因子对截留的影响,得出叶面积指数的影响最大,极显著,雨强次之;为此建立了截留量与叶面积指数和雨强关系的模拟方程;在降水量小、叶面积指数较大的情况下,截留量与降水量呈正比,为此建立了截留量与降水量关系的模拟方程．     

放牧制度对草地产流产沙及氮磷流失的影响

研究不同放牧制度草场水土流失过程,对草原生态环境保护和治理具有重要的理论意义。以内蒙古呼伦贝尔草原不同放牧草场为研究对象,设置选取三种放牧制度草场(自由放牧、轮牧、休牧),采用人工模拟降雨的方法进行0.74mm/min和1.5mm/min雨强的降雨模拟试验,测定径流量,含沙量,径流和泥沙中总氮,总磷浓度,并探讨植被截留对径流的影响规律。结果表明:植被截留对减少降雨径流具有明显的作用,休牧草场径流系数减小最多,自由放牧草场减小最少,产沙量显示为自由放牧草场轮牧草场休牧草场。降雨强度对径流中的氮磷浓度影响显著,自由放牧草场总氮浓度和休牧草场总磷浓度受雨强影响最大,氮磷流失过程浓度变化曲线更符合幂函数分布。休牧草场泥沙氮含量和泥沙磷含量均为最高,自由放牧草场与休牧草场的总氮富集率基本相等且均大于轮牧草场,总磷富集率为自由放牧休牧轮牧,三种放牧草场氮磷和泥沙流失主要影响因素为径流量和含沙量。因此,适当的将呼伦贝尔草原自由放牧草场向休牧和轮牧草场转变,将有利于减少草场水土营养元素流失及草原生态可持续发展。     

北京延庆县雨型和坡面措施对水沙及污染物的影响

为探讨不同降雨和坡面类型的产流产沙及地表径流污染状况,选取北京延庆上辛庄3种坡面小区(灌草坡面、鱼鳞坑坡面、水平条坡面)、112场侵蚀降雨资料,对径流泥沙、氮磷流失量及化学需氧量(COD)值数据进行统计分析。结果表明:降雨量、最大30 min和最大60 min雨强是影响坡面产流产沙及水质的主要降雨指标,据此划分为Ⅰ型(大雨量、高雨强)、Ⅱ型(中等雨量、高雨强)、Ⅲ型(中等雨量、低雨强)、Ⅳ型(小雨量、低雨强)4种降雨类型;Ⅰ、Ⅱ雨型易引发坡面水土流失,流失量约占所有降雨总水沙量的90%;Ⅱ型暴雨更易引起水质污染,其产生的污染物可占总量的45%~50%,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ雨型下径流污染程度相似;水平条坡面在Ⅱ雨型下产沙能力大于另外2种坡面,灌草坡面在Ⅲ、Ⅳ雨型下产水产沙能力高于另外2种坡面;与灌草坡面相比,鱼鳞坑和水平条坡面氮素流失量增加,磷素流失量减少,COD值更低。     

雨强对黄土坡面土壤水分入渗及再分布的影响

基于典型黄土的坡地人工降雨实验,对比研究了降雨、入渗及再分布规律;以雨强为主要影响因素,分析了降雨入渗及水分再分布过程中水土物质迁移的定量关系.结果表明,雨强变化对黄土坡面降雨入渗及土壤水分再分布的微观水分运动过程具有重要影响.雨强增大时,入渗和再分布湿润锋均随降雨历时延长而逐渐增加,但水分再分布过程的湿润锋增加速率比入渗慢得多;入渗湿润锋与时间关系可用幂函数表示,同时可表示为雨强的幂函数关系.再分布湿润锋与时间也存在定量关系.雨强越大,初始和稳定的土壤水分入渗率越高,累积入渗量随降雨时间增加得越快.此外,雨强越大,坡顶与坡脚湿润锋深度差异越小,坡面再分布过程的土壤含水量在各层的差异和递减趋势越明显.     

雨强对黄土坡面土壤水分入渗及再分布的影响

基于典型黄土的坡地人工降雨实验,对比研究了降雨、入渗及再分布规律;以雨强为主要影响因素,分析了降雨入渗及水分再分布过程中水土物质迁移的定量关系．结果表明,雨强变化对黄土坡面降雨入渗及土壤水分再分布的微观水分运动过程具有重要影响．雨强增大时,入渗和再分布湿润锋均随降雨历时延长而逐渐增加,但水分再分布过程的湿润锋增加速率比入渗慢得多;入渗湿润锋与时间关系可用幂函数表示,同时可表示为雨强的幂函数关系．再分布湿润锋与时间也存在定量关系．雨强越大,初始和稳定的土壤水分入渗率越高,累积入渗量随降雨时间增加得越快．此外,雨强越大,坡顶与坡脚湿润锋深度差异越小,坡面再分布过程的土壤含水量在各层的差异和递减趋势越明显．     

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.     

甘肃水土流失区防护效益森林覆盖率研究

以甘肃长江流域、黄河流域及内陆河源头地区的祁连山地等三大流域为对象 ,就水土流失区最佳防护效益森林覆盖率进行了研究。指出 :( 1 )甘肃的这三大流域生态环境恶化的主要表现为水力侵蚀形成的水土流失。一日或一次性大暴雨至特大暴雨过程是造成土壤侵蚀的主要原动力。这种侵蚀力的强度受平均雨强的大小、林地面积多少、林分类型的空间分布格局等因素影响。 ( 2 )土壤的总孔隙度是承载降水的主要蓄水库 ;土壤的总孔隙度决定了暴雨降水量下渗和形成地表径流的比重 ,因而也间接地决定了暴雨对土壤的侵蚀强度 ;土壤的总孔隙度又受土壤表面生长的植被类型及其覆盖度、内涵质量、空间分布格局等影响。林地是各种植被类型的地类中对这种侵蚀的抵抗力最优的地类之一。 ( 3)林地具有明显阻滞地表径流的作用。若一个流域或更大范围内的森林类型、层次、结构、长势等森林内涵质量、分布格局均处于最优状态 ,则森林的面积或森林覆盖率将发挥出最佳防护效益 ,此时的森林覆盖率称为最佳防护效益森林覆盖率。 ( 4 )生态环境对森林防护能力的影响是通过不同森林防护类型能力的差异反映出来的。 ( 5 )应用降水量与土壤饱和蓄水量之间水量平衡原理 ,进行最佳防护效益森林覆盖率的计算。土壤饱和蓄水量可用土壤的总孔隙     

湘南红壤丘陵区不同生态种植模式下土壤磷素流失特征

以湖南省祁阳县红壤坡地大型标准径流场为例,研究了湘南红壤丘陵区8种不同生态种植模式下土壤磷素的地表流失特征.结果表明: 总磷流失量以撂荒处理(T₁)最严重,顺坡种植模式处理(T₂、T₃)其次,5种梯田模式处理(T₄～T₈)均能有效减少土壤磷的流失,磷流失量分别是T₁处理的9.9%、37%、0.7%、2.3%和1.9%.生态种植模式直接影响红壤坡地土壤磷素的地表流失形态,研究区流失的磷素以颗粒磷为主.暴雨(日降雨量＞50 mm)情况下,降雨量对不同生态种植模式下磷流失量影响差异不大,但磷流失量随降雨强度增大而增加.红壤坡地土壤磷素地表流失主要集中在6-9月,降雨量和降雨强度是影响湘南红壤丘陵区土壤磷素地表流失时间分布的直接因素.
     

南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分动态

利用时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分分配规律.结果表明:不同月份间土壤蓄水量差异极显著(P<0.01),研究时段内土壤水分呈低-高-低的单峰变化.杜仲人工林土壤水分垂直变化显著,且不同季节变化规律各异:根据土壤水分的季节消长和物候变化趋势可将土壤水分变化分为土壤水分积累期和消耗期;按降雨量的季节分配可将土壤水分变化分为干季和湿季两个时段.土壤蓄水量与大气相对湿度(RH)、大气温度(t)、饱和水汽压差(VPD)、降雨量(R)显著相关(P<0.05),降雨量是最直接的影响因子,其次是大气温度.次降雨后土壤水分损失率与干旱天数呈显著的双曲函数关系(P<0.05),土壤蓄水量与雨后干旱天数呈显著线性负相关(P<0.05),在次降雨后的持续干旱条件下,土壤水分损失随着土层深度的增加逐渐趋于缓和.     

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.     

南方红壤丘陵区油桐人工林土壤水分动态

利用时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了南方红壤丘陵区油桐人工林土壤水分动态规律.结果表明:不同月份间土壤蓄水量差异达极显著水平,研究时段内土壤水分动态变化可划分为土壤水分积累期、土壤水分消耗期和土壤水分稳定期3个时期;油桐人工林土壤水分垂直变化显著,且不同季节的变化规律各异;土壤蓄水量与大气相对湿度(RH)、大气温度(t)、饱和水汽压差(VPD)、降雨量(R)等气象因子显著相关(P<0.05); 次降雨后,土壤水分损失率与干旱天数呈显著的双曲函数关系,土壤蓄水量与雨后干旱天数呈显著的线性负相关(P<0.05);在次降雨后的持续干旱条件下,土壤水分损失随着土层深度的增加逐渐趋于平缓.     

降雨格局对库布齐沙漠土壤水分的补充效应

 土壤水分是鄂尔多斯高原沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落自发演替的重要驱动因子之一, 其主要来源是大气降水。由于降水后总有部分水分被植物和表层土壤截留, 随后很快蒸发, 降水未能全部用于补充植物根系层土壤水分。减少的这部分降水不仅受年降水总量的影响, 也与各次降水过程有密切的关系。因此, 降水格局如何影响土壤水分的补充是探讨降水有效性、降水与植物群落关系需要解决的理论问题。该文从生态系统尺度出发, 利用涡度相关技术, 综合考虑生态系统水文平衡的各个环节, 通过分析降雨、蒸散特征, 对沙地土壤水分状况、生长季内降雨对土壤水分的补充进行了研究。结果表明, 2006年全年降水总量229.4 mm, 以降雨为主。降雨、蒸散主要集中在5~10月, 有效降雨约153.9 mm, 降雨效率68.9%。各次降雨的雨量、历时和强度等特征变异较大, 降雨效率随雨量的增大而增大。降雨特征与其它生物和非生物因素相结合, 影响生态系统蒸散及降雨对根系层土壤水分补充的有效性。5.0 mm以下的降雨一般有增加空气湿度、降温的作用, 一定程度上可以缓解旱情; 5.0 mm以上的降雨才能有效补充土壤水分, 对植物群落长期稳定发展具有积极的意义。     

南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态

土壤水分异质性的存在对各种水文过程和土壤形成过程均有显著的影响,了解土壤水分的异质性对理解和预测土壤水分过程具有重要意义.应用时域反射仪(TDR)土壤水分定位监测方法,研究了南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态及其影响因子.结果表明:3种坡地利用方式土壤水分变化具有明显的季节特征,杜仲人工林土壤蓄水量最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.植物非生长季节土壤含水量均值高于生长季节,生长季节土壤水分消耗大于补给,非生长季节土壤水分补给大于消耗;干季和湿季两个时段3种坡地利用方式土壤含水量垂直变化趋势具有相似性,其土壤含水量差异不显著.3种坡地利用方式土壤蓄水量与太阳辐射量和大气温度表现为负相关性,与降雨量、大气相对湿度和饱和水气压差表现为正相关性,降雨量是其最直接的影响因子,其次是温度.雨季单次降雨后土壤蓄水量与雨后干旱天数存在显著的线性负相关性(P<0.05),土壤水分损失率与干旱天数存在双曲函数关系(P<0.05), 随着干旱天数的增加,土壤水分损失率趋于平缓.雨季单次降雨后持续干旱条件下3种坡地利用方式土壤剖面含水量呈递减的变化趋势,杜仲人工林土壤水分损失率系数最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.     

东北黑土区小流域农业景观结构与土壤侵蚀的关系

以黑土侵蚀区的拜泉县双阳河流域为案例,提取地形和土壤类型相对接近的30个上游子流域作为分析样本。以遥感、GIS和FRAGSTATS软件为平台获得景观格局指数,运用基于GIS的RUSLE模拟土壤侵蚀,通过相关性分析和多元回归研究景观指数与侵蚀模数的呼应关系。从而探讨土地利用调整和流域综合治理下的景观结构特征对土壤侵蚀的影响,为当地或同类地区土地利用规划和侵蚀治理提供科学参考。结果表明：顺坡垄农田面积百分比、景观聚集度与土壤侵蚀模数显著正相关,灌木林地、草地面积百分比、香农多样性指数与土壤侵蚀模数显著负相关。9个结构因子与土壤侵蚀模数的复相关系数（R=0．931）大于单因子相关系数,多个景观结构因子综合地影响了土壤侵蚀,且达到高度相关。研究区侵蚀强度较轻,但大于东北黑土区土壤容许流失量标准。农田是土壤水蚀的主要景观要素,同时也是水土保持的主战场。增加灌草地斑块、实施农田保护性耕作等将是该流域继续控制土壤侵蚀的有效办法之一。     

平衡施肥及雨强对紫色土养分流失的影响

利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨,采用模拟径流小区,研究了四川紫色丘陵区玉米净作条件下雨强及平衡施肥对土壤养分损失量及载体的影响.结果表明:雨强是影响地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量的最主要因素.在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加.磷素和钾素流失总量也随雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大.在3种雨强条件下,3种施肥处理的氮素流失总量表现为:高氮施肥>农户习惯施肥>平衡施肥,平衡施肥能减少氮素流失,而高氮施肥增加氮素的流失.农户习惯施肥处理的磷流失总量和钾流失总量均高于平衡施肥和高氮施肥两种施钾处理,在紫色土坡耕地增施钾肥能减少磷、钾养分的流失.     

油松人工林SPAC水势梯度时空变化规律及其对边材液流传输的影响

 利用热扩散式边材液流茎流探针（TDP）和微型自动气象站组成的测定系统于2001年4月在北京林业大学妙峰山教学实验林场（39°54′N,116°28′E）对低山油松（Pinus tabulaeformis）人工林土壤-植物-大气体（SPAC）界面水势梯度及油松木质部边材液流传输速率的时空变化规律及其相关因子进行了连续测定。土壤水势随深度下降逐渐升高,日周期波动幅度减小,灌水后上层土壤水势迅速提高,但随着水分扩散和林地持续蒸散,土壤湿度迅速下降并逐渐与对照趋同;叶片水势连日逐渐降低,灌水后水势较对照有一定程度提高;林冠不同层次叶片水势在日周期内不同时间差异显著,但同一层次之间差异不明显;油松人工林土壤、叶片、大气水势梯度比约为1∶5∶30,灌水后SPAC相临界面水势差增大,水势梯度提高至1∶15∶90。大气水分饱和亏缺与土壤水势和叶片水势、以及土壤水势与叶片水势之间均有极显著相关性。干旱春季灌溉对油松木质部边材液流时空波动产生很大影响,灌水后连日树干上位边材液流峰值出现时间推迟1 h,连日平均液流速率提高48.59%,连日平均最大液流速率提高25.12%。木质部边材液流速率日变化和连日变化与SPAC水势和气象因子如空气相对湿度、空气温度、太阳辐射强度密切相关。与对照相比,灌水后边材液流速率与SPAC各介质水势和界面水势差的相关性下降。     

万山汞矿区表层土壤汞迁移

水土流失是土壤退化的根本原因,是最严重的生态环境问题之一。目前对喀斯特山区土壤侵蚀研究已经进入成熟阶段,但对以典型喀斯特山区为背景、汞污染严重地区因土壤侵蚀发生的汞迁移的研究却很少。本文基于GIS平台,借助通用土壤流失方程(RU-SLE)模型评估研究区侵蚀强度,对万山汞矿区(167.4km2)因土壤侵蚀造成的汞迁移进行了研究。结果表明,万山土壤侵蚀模数为0～600884t·km-2·a-1,微度侵蚀和剧烈侵蚀面积占全区总面积的76.6%,其中剧烈侵蚀对土壤总侵蚀量的贡献率达到90.5%。全区因土壤侵蚀发生的土壤汞(THg)流失量高达505kg·a-1,迁移速率为3.02kg·km-2·a-1。土地利用方式和坡度是影响汞流失的重要因素。旱地和灌木林最易发生汞流失,流失量分别为175和319kg·a-1。本研究不仅为当地治理水土流失、制定水土保持方案奠定了可靠的科学依据,也为当地环境汞污染治理提供了有力的数据支持。