漓江滨岸草带对径流泥沙的拦截效果

位于污染源和受纳水体之间的滨岸带对径流泥沙的过滤作用已经得到广泛认可,滨岸植被的存在能降低径流流速,增加土壤入渗,延缓产流时间,促使径流中的悬浮物质得到沉积。而关于漓江滨岸草带过滤作用的相关定量研究和应用尚未见报道。为探索影响草带过滤效果的影响因素,在广西漓江滨岸带内按不同植被条件、不同带宽布设6个试验小区,通过小区放水试验测定滨岸草带对径流泥沙的拦截效果。结果表明:草带能有效拦截径流悬浮物,对径流、泥沙的拦截率分别达到66%和68%,当草带宽度增加到10m时拦截率均达90%。带宽是影响径流泥沙拦截的主导因素。植被条件是影响拦截效果的又一重要因素,而初始含水量和入流泥沙浓度对拦截效果的影响较小。同一草带对泥沙的拦截效果优于径流的拦截效果,且二者之间存在密切的线性关系。     

太湖典型菜地土壤氮磷向水体径流输出与生态草带拦截控制

农业面源氮磷输出是导致太湖流域地表水富营养化主要原因之一,查明该地区农田土壤地表径流氮磷向水体迁移形态与通量,并实施径流控制,对水体富营养化治理具有重要现实意义。蔬菜地是太湖流域重要的农业种植方式。通过设置野外径流小区,观测了春夏季蔬菜地土壤氮磷径流输出,并探讨了生态拦截草带对径流中不同形态氮磷拦截效果。结果表明,2004年10月25日至2005年8月17日,菜地土壤氮磷径流输出总量分别为3 010.9和695.0 g.hm-2;其中颗粒态为主,分别占64%和75%。可溶态氮中,NH4 -N为主,占50%,可溶态磷中H2PO4-为主,占87%。生态拦截草带对径流氮和磷拦截效率分别为42%~91%,30%~92%。生态草带对颗粒态氮磷拦截效率大于可溶态。拦截草带可有效地控制蔬菜地土壤氮、磷通过径流向水体迁移。     

黄土区土质与土石质塿土堆积体水力侵蚀过程差异

利用室内模拟降雨试验,研究了不同雨强及坡度条件下黄土区土质(不含砾石)与土石质(砾石质量分数30%)塿土堆积体的水动力学特征、侵蚀特征及侵蚀动力机制的差异。结果表明: 砾石存在改变了堆积体坡面的水动力学特性,与土质坡面相比,土石质坡面的流速、弗汝德数、单位径流功率和过水断面单位能分别减少1.7%～49.7%、6.7%～60.6%、2.0%～44.6%和1.0%～26.7%;曼宁糙率系数、径流剪切力分别增加6.2%～169.4%、5.7%～79.3%。2.0、2.5 mm·min^-1雨强下,土石质坡面侵蚀速率较土质坡面降低26.2%～89.9%,砾石的减沙效益显著。2种堆积体的侵蚀速率与水动力学参数间均可用线性函数拟合,与土质坡面相比,土石质坡面的可蚀性参数均降低,降幅为56.1%～73.3%;而临界水动力学参数中径流剪切力增加11.1%,径流功率、单位径流功率和过水断面单位能分别减少25.4%、64.0%和5.0%。砾石的存在一定程度上控制了工程堆积体坡面降雨侵蚀过程。     

坡度和植被盖度对粉砂质河岸带坡面流侵蚀水动力特征的影响

揭示坡面水流水动力参数特征对于深入了解坡面土壤侵蚀的内在机制具有重要意义.本试验在黄河下游河岸带原生坡面上,采用野外模拟径流冲刷的方法,研究了4个坡度(5°、10°、15°、20°)和3个植被盖度(0%、15%、30%)在特定放水量(15 L·min^-1)条件下坡面薄层水流剥蚀土壤的水动力学过程,分析了径流剪应力(τ)、水流功率(ω)、径流能量(F)等水动力学参数的变化及其对坡度、植被盖度以及二者交互作用的响应差异.结果表明: 在坡度和植被盖度的影响下,τ、ω和F变化规律明显,坡度不变情况下,τ随着植被盖度的增加而增加,ω和F随着植被盖度的增加而减小;植被盖度不变情况下,τ、ω和F均随坡度的增加而增加.坡度小于10°时,坡度和植被盖度的变化对坡面土壤侵蚀的影响不明显;坡度大于10°时,相同坡度条件下植被盖度越大减蚀效果越明显,相同植被盖度下坡面侵蚀量随坡度的增大而增加.τ、ω均与土壤剥蚀率呈显著的线性关系,在土壤侵蚀发生时均存在临界剪应力和临界功率;F与土壤剥蚀率则呈现良好的对数关系.双因素方差分析表明,坡度和植被盖度对τ、ω和F的影响显著,两者的交互作用对ω影响显著,但对τ、F的影响不显著.     

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.     

灌木斑块格局对产流及产沙过程的影响

研究景观斑块盖度和连通方式影响下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化规律,对于揭示坡面土壤侵蚀过程的水动力机制和水文连通性具有重要意义。本研究采用野外人工模拟降雨试验,分析灌木样地不同覆盖度水平(0%、20%、40%、60%、90%)和不同连通方式(竖路径、横路径、S路径、随机斑块路径)下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化。结果表明: 随灌木覆盖度增加,产流量和产沙量均呈指数递减趋势;覆盖度增加到60%以上时,灌木减水减沙能力趋于稳定。随灌木覆盖度增加,流速、径流深、雷诺数、弗劳德数、径流功率和径流剪切力显著降低,曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数显著增大;但当灌木覆盖度增加到60%以上时,水力学参数特征值变化无显著差异。4种连通方式的产流率大小依次为竖路径>S路径>横路径>随机斑块;产沙率表现为竖路径最大,S路径次之,横路径与随机斑块无显著差异。连通性差的路径(横路径、随机斑块路径)与连通性好的路径(竖路径、S路径)相比,表现出较强的水力传输阻力和较差的水力挟沙能力。研究灌木斑块不同覆盖度和不同组合方式对坡面产流产沙量和水动力参量的作用,阐明植被减水减沙的临界盖度和合理配置方式,可为黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供重要的理论依据。     

牧草调控绵沙土坡面侵蚀机理

采用人工模拟降雨方法,从坡面水动力学角度,结合土壤抗冲性分析,对不同坡度和雨强组合下牧草调控黄土高原风蚀水蚀交错区绵沙土坡面侵蚀机理进行了定量研究,为揭示植被调控土壤侵蚀机理及黄土高原水土保持植被选择提供科学参考.结果表明:覆盖度约为40％的牧草沙打旺能够有效控制坡面土壤侵蚀,减沙效益达70％以上,而且根系减沙效益大于草冠.裸坡、只有根系作用的坡面和整株牧草作用的坡面水流流速与雨强、坡度均呈V=DJ0.33i0.5的函数关系,其中,J为坡度比降,i为雨强(mm·min-1),下垫面不同,综合系数D取值不同.牧草根系和冠层能够显著减小流速,增加阻力,根系的减速作用大于草冠,而增阻作用小于草冠.根系调控坡面阻力主要通过增加坡面泥沙颗粒阻力实现,而草冠通过增加坡面形态阻力和波阻力来实现.利用薄层水流坡面产沙概念模型对土壤抗冲性进行评价,得到试验条件下裸坡、只有根系作用的坡面和整株牧草作用的坡面的临界径流切应力分别为0.533、0.925和1.672 Pa.     

辽河河岸植被缓冲带构建及其对固体颗粒物和氮阻控能力

农田中氮向河流水体的迁移不但造成化肥利用率低,而且加重水体污染和富营养化。在河流水体与农田间构建合理的植被缓冲带对于水生态保护具有重要意义。本研究在辽河保护区干流近农田处设置了蒿草(CK)、黑麦草(LP)、紫穗槐+黑麦草(AL)和杞柳+黑麦草(SL)4种植被缓冲带。自然降雨后采集地表径流和土壤渗流液,对植被带阻控径流量、固体悬浮物及NO_3~--N、NH_4~+-N和TN效果进行了测定。结果表明:随着河岸植被带宽度的增加,农田地表径流量、固体悬浮颗粒物(SS)和径流中氮阻控率逐渐增大;5 m宽黑麦草植被带可有效阻控径流中69.1%的固体颗粒物,黑麦草+紫穗槐植被带可有效阻控56.7%的NO_3~--N;而13 m宽植被带则平均可阻控95.6%、91.3%、75.9%、82.9%的固体悬浮颗粒物、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN;植被带对土壤渗流液中各形态氮的阻控率显著低于径流,其中渗流液中NO_3~--N和TN的阻控率在前5 m甚至出现负值,说明植被带的存在加强了径流中氮的下渗作用;4种植被缓冲带中,紫穗槐与黑麦草组合带(AL)对农田径流和渗流液中氮的去除效果均最好。     

非硬化土路径流侵蚀产沙动力参数分析

采用野外径流冲刷试验的方法,模拟研究非硬化路面土壤剥蚀率与各水动力学参数之间的关系,并建立各自的定量关系式.结果表明： 不同流量和坡度下,平均土壤剥蚀率可以用放水流量和坡度的幂函系数关系进行描述,并随放水流量和坡度的增大而增大,流量对土壤剥蚀率的影响大于坡度;土壤剥蚀率与水流流速呈幂函数关系;土壤剥蚀率与径流动能呈幂函数关系,径流动能对土壤剥蚀率有重要作用;土壤剥蚀率与单宽径流能耗呈线性函数关系,土壤可蚀性参数和临界单宽径流能耗的均值分别为0.120 g·m^-1·J^-1和2.875 g·m^-1·J^-1.放水流量和坡度、单宽能耗可准确地描述道路土壤侵蚀过程并对土壤侵蚀量进行测算.     

基于黄土高原关键带类型的土地利用与年径流产沙关系空间分异研究

区域植被恢复改变了土地利用类型,从而有效控制了水土流失,但土地利用与水土流失关系的空间分异尚未明晰。整合了黄土高原坡面径流小区试验观测研究文献59篇和1121条年径流产沙记录,以8大关键带类型作为空间分层依据,采用地理探测器分析了土地利用与年径流产沙关系的空间分异。结果显示：撂荒地的年均径流量和产沙量最高分别为35.99 mm和4208.82 g/m²,撂荒地、裸地和耕地的产流产沙能力显著高于人工草地、林地、自然草地和灌丛,灌丛和林地的年均产沙量显著低于人工和自然草地（P<0.05）;除了撂荒地的年均产沙量在山地森林关键带最高（16240.40 g/m²）外,在丘陵沟壑农林草交错关键带的撂荒地年均径流产沙显著高于丘陵农业-草地关键带,丘陵沟壑农林草交错关键带和丘陵农业-草地关键带裸地、耕地的产流产沙能力较高,人工草地和灌丛年均产沙量显著高于其他关键带类型（P<0.05）;在山地森林关键带的林地年均径流量、径流系数和产沙量最低,分别为1.56 mm、0.41%和307.36 g/m²,而自然草地在各关键带类型都有较高的年均产流量和较低的年均产沙量;坡面径流小区的局地特征（如土地利用、面积、坡度、坡长）是影响年径流产沙关键带分异的首要因素,且存在多因子互作、非线性增强的关系。这些结果表明植被恢复能有效地保持水土,但是区域植被恢复时需要选择合适的类型,黄土丘陵沟壑区应首选自然草地、灌丛和林地。研究可为黄土高原区域植被恢复的优化配置提供科学依据。     

植被过滤带的研究和应用进展

水资源的人为污染日趋严重.植被过滤带被认为是降低水体污染、特别是非点源污染的最佳措施之一.植被过滤带是位于污染源和水体之间的带状植被区域,其可以使地表径流中的污染物被沉降、过滤、稀释、下渗和吸收.本文综述了植被过滤带的发展历史、结构、污染控制机理和在实际应用当中的设计、经营管理及效益等方面的研究进展.我国对植被过滤带的研究还处于初始阶段,试验或应用结果都很少,因此,需要扩展和加深这方面的研究,取得相关的试验数据,以使这一生态技术更有效地在我国推广和应用.     

黄土丘陵沟壑区潜在抗侵蚀植物分析

基于对黄土丘陵沟壑区延河流域多年(2003—2014年)植被调查资料的整理分析,根据抗侵蚀植物定义及Braun-Blanquet植物社会学方法,筛选该区潜在的抗侵蚀植物,阐明不同抗侵蚀植物的分布特征及其生存繁衍能力。结果表明:1)共筛选出潜在的抗侵蚀植物42种,分属18科33属,禾本科、豆科、菊科、蔷薇科物种最多,占总物种数的66%。2)42种植物中85%的物种生活型为高位芽、地上芽和地面芽植物,76%的物种生长型为灌木/小灌木和多年生草本,78%的物种水分生态类型为旱生和中生;结合该流域的气候条件及42种植物的分布范围,可将其分成广幅种、中幅种、窄幅种3种类型。3)55%的物种最大盖度超过50%,可成为群落的建群种或单优种;其它最大盖度小于50%的物种多成为群落的共优种,这些物种具有较高的盖度和地上生物量,表明植物能适应该区侵蚀环境且长势较好。4)42种植物几乎都具有土壤种子库和幼苗库,60%的物种具有植冠种子库;除一年生植物,其他植物均可进行营养繁殖,表明潜在的抗侵蚀植物均能维持自身的生存繁衍。5)42种植物中有13种为主杆型植物,其较大的冠幅能够保护基部土壤;8种疏丛型植物具较强的保护土体和拦截沉积物能力;6种聚丛型和7种簇丛型植物能有效拦截沉积物。总之,只占研究区记录的总物种数13%的潜在抗侵蚀植物具有种子库和幼苗库,多年生植物以营养生殖为主,能维持自身的生存繁衍;由于植冠对其下土壤的保护和植物基部茎对沉积物的拦截,在植物基部能形成土堆,可有效控制土壤侵蚀。     

黄土高原典型坝系流域碳氮湿沉降与水体碳氮流失特征

本研究通过对黄土高原坝系流域的碳(C)、氮(N)湿沉降过程、降雨径流过程及其基流过程的动态监测,揭示C、N湿沉降对流域水体碳氮流失的贡献,探讨C、N流失负荷在降雨-径流中的分布,进一步评估黄土高原雨季水体碳氮流失状况。结果表明,研究区域碳、氮湿沉降通量分别为173.95 kg km~(-2)mon~(-1)和43.01 kg km~(-2)mon~(-1),而通过径流的碳、氮流失量为11.52 kg km~(-2)mon~(-1)和2.19 kg km~(-2)mon~(-1)。雨季C、N湿沉降对该地区水体C、N流失的贡献率分别为65.81%和100%,其中流水侵蚀引起的C、N流失贡献率为59.20%和56.16%。黄土高原主要以流水侵蚀为主,C、N主要集中在降雨径流后期,因此截留后期径流可以有效控制养分流失。     

植被覆盖度和综合治理对纸坊沟流域土壤氮素流失的影响

同小流域土壤侵蚀一样,小流域土壤氮素随洪流流失也受到植被覆盖度的影响,通常经过调整小流域内土地利用结构以达到控制水土流失.该研究以8.27 km2纸坊沟流域和1:400比例流域模型为研究对象,研究植被覆盖度和综合治理对纸坊沟流域土壤氮素流失的影响.结果表明:在模拟降雨下,当流域植被覆盖度分别为60%、40%、20%和0时,流域模型铵态氮流失量分别为87.08、44.31、25.16和13.71 kg/km2,硝态氮为85.50、74.05、63.95和56.23 kg/km2,全氮为0.81、1.18、1.98和7.51 t/km2;在自然降雨下,1998年与1992年相比,全流域年土壤侵蚀量为1 086 t/km2和1 119 t/km2,氮素流失量为8 758.5和7 562.2 kg,减少了15.8%,其中农地减少了52.0%.流域对降水中的矿质氮具有过滤作用,硝态氮的过滤作用明显高于铵态氮.洪流泥沙中＜20 μm微团聚体富集造成了泥沙有机质和全氮的富集.植被覆盖虽能有效地减少流域土壤侵蚀和全氮的流失,却能增加土壤矿质氮的流失.坡地退耕还林草可显著减少流域土壤氮素流失.     

植被覆盖度和综合治理对纸坊沟流域土壤氮素流失的影响

同小流域土壤侵蚀一样,小流域土壤氮素随洪流流失也受到植被覆盖度的影响,通常经过调整小流域内土地利用结构以达到控制水土流失。该研究以8.27 km2纸坊沟流域和1:400比例流域模型为研究对象,研究植被覆盖度和综合治理对纸坊沟流域土壤氮素流失的影响。结果表明:在模拟降雨下,当流域植被覆盖度分别为60%、40%、20%和0时,流域模型铵态氮流失量分别为87.08、44.31、25.16和13.71 kg/km2,硝态氮为85.50、74.05、63.95和56.23 kg/km2,全氮为0.81、1.18、1.98和7.51 t/km2;在自然降雨下,1998年与1992年相比,全流域年土壤侵蚀量为1 086 t/km2和1 119 t/km2,氮素流失量为8 758.5和7 562.2 kg,减少了15.8%,其中农地减少了52.0%。流域对降水中的矿质氮具有过滤作用,硝态氮的过滤作用明显高于铵态氮。洪流泥沙中<20 mm微团聚体富集造成了泥沙有机质和全氮的富集。植被覆盖虽能有效地减少流域土壤侵蚀和全氮的流失,却能增加土壤矿质氮的流失。坡地退耕还林草可显著减少流域土壤氮素流失。     

黄土高原人工油松林林冠截留动态过程研究

林冠截留量的大小直接影响着大气降水产生地表径流量的多少 ,也决定着森林涵蓄降水能力的大小 ,是评价森林保持水土效益的关键指标之一。因此 ,一直是森林水文和水土保持研究的重点 ,特别是林冠截留的动态过程的研究 ,对揭示径流、泥沙过程有积极的意义。由于影响林冠截留过程因素复杂 ,目前国内外在林冠截留动态方面的研究较少[1～ 3] ,缺乏好的模型描述此过程[4～ 7] ,限制了森林保持水土机理研究的进展。研究林冠截留的动态过程不仅能够阐明森林保持水土的机理 ,而且对研究林地土壤侵蚀过程有重要意义。1　研究地区与方法1 1　自然概况试…     

辽西半干旱区典型人工林生态系统的水土保持功能

从森林生态系统地表径流和土壤侵蚀角度对辽西半干旱区5种人工林生态系统的水土保持功能进行了定量研究．结果表明：不同类型人工林生态系统可以有效地减少地表径流及土壤侵蚀．油松纯林、油松-沙棘混交林、沙棘林、小叶杨纯林和小叶杨-沙棘混交林6—9月的月平均地表径流系数分别为荒山（对照）的10．1％、6．5％、2．3％、8．6％和5．3％,土壤侵蚀量分别为荒山的2．65％、0．96％、0．15％、2．32％和0．69％．5种人工林生态系统中,沙棘林的地表径流量和土壤侵蚀量最小,水土保持功能最佳．     

Response of changes in soil nutrients to soil erosion on a purple soil of cultivated sloping land

Severe soil erosion of cultivated sloping land in hilly areas of Sichuan, China, has resulted in deterioration of soil quality, and therefore has an adverse impact on crop production. A hillslope of 110 m in length was selected with a slope steepness of 10.12% where the soils were classified as Regosols. Soil samples for determining ¹³⁷Cs, soil organic matter (SOM), total N, P, K, available N, P, K and particle size fraction were collected at 10 m intervals along a transect of the hillslope. Loss of soil nutrients owing to soil erosion was studied by using ¹³⁷Cs technique, and the relationships between ¹³⁷Cs-derived soil redistribution rates and soil nutrients were established over the cultivated sloping land in hilly areas of Sichuan, China (30o26′N, 104o28′E). The values of SOM, total N, available N, P, K and the soil particle fractions of size < 0.002 mm were smaller at upper and middle slope positions where ¹³⁷Cs inventories were lower (i.e., soil erosion rates were higher) than at downslope positions where ¹³⁷Cs inventories were higher (i.e., soil erosion rates were lower). The lowest ¹³⁷Cs inventories were found at the hilltop, showing that besides erosion owing to water flow, tillage also contributed to soil losses, and intensive tillage was mostly responsible for severe erosion at upper slope positions. There were significant differences in SOM, total N, available N, P, K and the soil particle fractions of size < 0.002 mm between different slope segments, and these properties were significantly correlated with slope length. These soil properties were also significantly correlated with ¹³⁷Cs inventories, indicating that both ¹³⁷Cs and nutrient concentrations varied with topographical changes. The variation in soil properties was strongly influenced by erosion-induced soil redistribution, and therefore ¹³⁷Cs inventories mirroring soil redistribution rates would be considered as an integrated indicator of soil quality.