典型黑土区坡面上方汇流和土壤管道崩塌对坡面水蚀的影响

分析坡面上方汇流和土壤管道崩塌对黑土坡面水蚀过程的影响,可为黑土侵蚀退化防治提供重要科学依据。本研究基于坡面汇流模拟试验,设计3个上方汇流强度和3种近地表土壤水文条件(无土壤管道、有土壤管道无管道流、有土壤管道流),研究坡面上方汇流和土壤管道崩塌对黑土坡面水蚀过程的影响,量化土壤管道侵蚀对黑土坡面侵蚀的贡献。结果表明：1)坡面侵蚀量随上方汇流强度的增加而增加,当上方汇流强度从30 L·min^-1增加到40和50 L·min^-1时,坡面侵蚀量分别增加100.0%～111.5%和214.8%～289.2%。2)土壤管道发生和管道流形成加剧了坡面水蚀过程,30、40和50 L·min^-1上方汇流强度下有土壤管道无管道流和有土壤管道流处理的坡面侵蚀量分别是无土壤管道处理的1.4～1.6倍和1.7～2.1倍。此外,3种上方汇流强度下有土壤管道无管道流和有土壤管道流处理的土壤管道侵蚀对坡面土壤侵蚀的贡献分别为26.7%～37.6%和40.5%～51.9%。3)土壤管道崩塌加剧了细沟侵蚀过程,30、40和50 L·min^-1...     

隧道工程对喀斯特槽谷区坡面产流及土壤侵蚀的影响

隧道工程导致地下水系统被破坏,但由此可能带来的土壤侵蚀却很少被涉猎。在重庆观音峡背斜隧道密集影响区和非隧道影响区的两个相邻小流域建立径流小区,基于高分辨率水文数据结合δD-H₂O、δ¹⁸O-H₂O同位素,对比两径流小区坡面、壤中产流规律和地表侵蚀产沙特征。结果表明,观测年内隧道影响区坡面产流对降雨响应更快,地表径流系数0.027,侵蚀模数16.68 t km^-2 a^-1;非隧道影响区地表径流系数0.013,侵蚀模数7.73 t km^-2 a^-1。相反,隧道影响区产生的壤中流产流系数仅为非隧道影响区的31%。对一场强降雨监测发现,两径流小区坡面流中δD-H₂O、δ¹⁸O-H₂O相似,但壤中流中却差异较大。用氢氧同位素混合模型分析得出隧道影响区坡面流、壤中流中降雨贡献率均大于非隧道影响区,侵蚀能力更强。这与土壤含水率减小和土壤结构的差异有关：隧道影响区土壤中粘粒的含量高于非隧道影响区,且出现上粘下松的异常土壤结构,使土壤下渗能力降低,地表径流增加。较小的土壤含水率与土壤粒径也有利于土壤搬运。研究为隧道工程导致的喀斯特区水土流失研究提供了基础数据,为喀斯特区水土流失防治和石漠化治理研究提供了新视角。     

不同降雨条件下坡长对喀斯特坡面土壤侵蚀的影响

基于2012-2014年对贵州省石桥小流域布设的5个坡长(5、10、15、20、25 m)径流小区的59次侵蚀性降雨条件下的产流产沙数据,分析不同降雨条件下喀斯特裸坡产流产沙与坡长的关系.结果表明:研究区坡面产流量随坡长的增加总体呈先减少后增加再减少的趋势,产沙量随坡长的增加先上升后下降.研究区59次侵蚀性降雨按降雨量...     

极端降雨对辽东山区次生林土壤侵蚀与树木倒伏的影响

为了解次生林生态系统在极端降雨后的受灾情况,于2010年7-8月极端降雨后,对中国科学院沈阳应用生态研究所清原森林生态实验站内、不同立地次生林生态系统及无林地进行了全面调查与分析.结果表明:极端降雨对次生生态系统土壤产生了强烈的侵蚀,并造成树木的大量倒伏,同时诱发多处坡面型泥石流;受灾严重区多分布于坡度陡、高差大的林分;侵蚀沟和泥石流的数量与灌木盖度呈显著负相关;凋落物层对土壤侵蚀具有一定的抑制作用;不同树种倒木数量表现不同,其中水曲柳、桦树和落叶松的倒木数量较多;与有林地相比,无林地受灾程度更为严重.基于上述结果,讨论了极端降雨干扰对次生林生态系统结构、立地条件及演替模式等可能造成的影响.     

模拟降雨条件下施肥方法对坡面磷素流失的影响

采用模拟降雨的方法研究了3种施肥方法对P素流失形态与流失过程的影响。结果表明,P肥在土壤中的混匀程度越高,则越容易导致生物有效P（BAP）的流失,混施条件下,径流中水溶态P（DP）与AP含量,DP／BAP与BAP／TP（总P）比值均较高;其次为穴施;实施条件下DP,BAP含量最低,DP／BAP与BAP／TP比值也相对较低,与对照间的差异不明显。施肥方法对径流中TP含量影响较小,从减少P素肥料流失的角度来讲,3种施肥方法作用大小顺序为：条施＞穴施＞混施。     

模拟降雨下草地植被调控坡面土壤侵蚀过程

采用人工模拟降雨的方法,定量研究了黄土高原地区不同生长阶段黑麦草(Lolium perenne L.)和红豆草(Onobrychis viciaefolia Scop.)及裸地坡面的降雨产流产沙过程,并通过降雨前剪掉冠层的方法对比分析了两种牧草根系与冠层在减少坡面径流与侵蚀产沙中的贡献率。试验结果表明:与裸土坡面相比,两种牧草都能有效的控制坡面土壤侵蚀,在试验末期黑麦草和红豆草的减流效益分别为65%和45%,而两者的减沙效益均在93%以上。两种牧草根系与冠层减少坡面径流与泥沙贡献率存在一定的差异,黑麦草冠层比根系具有更大的减流贡献率,除最后试验阶段冠层减流贡献率为44.7%外,在其他试验阶段黑麦草冠层的贡献率大于60%。相反,红豆草对坡面径流的减少则主要依赖于根系的作用。植物根系在控制坡面土壤侵蚀产沙中发挥着很大的作用。从实验初期到实验末期,黑麦草和红豆草根系的减沙贡献率分别由72%和16%增加到96%和93%。     

典型黑土区侵蚀-沉积对土壤微生物数量空间分布的影响

研究土壤微生物群落对土壤侵蚀-沉积的响应可为农业生态系统功能提升提供重要指导.选择黑龙江省典型薄层黑土区宾县宾州河流域为研究区,分析土壤微生物数量的空间分布特征,并结合137Cs示踪方法估算土壤侵蚀模数,进一步分析坡面和流域尺度土壤侵蚀-沉积对土壤微生物数量的影响.结果表明:季节变化对土壤微生物数量的影响非常明显,夏季...     

次降雨条件下坡度对坡面产流产沙的影响

以野外径流小区的次降雨产流产沙数据为基础,对不同次降雨条件下坡面产流产沙随坡度的变化规律进行研究.结果表明:降雨性质的差异对坡面产流随坡度而变化的影响较小,在研究区的6场次降雨中,坡面产流量随坡度的变化规律基本一致,坡面径流量均随坡度增大而增大,但坡面径流量随坡度增加而增加的趋势较弱,这主要由降雨量与入渗量之间的转化程度所决定;次降雨性质对不同坡度的坡面产沙规律有重要影响,一般情况下存在临界侵蚀坡度,但临界坡度不是唯一值,而是随着降雨特性的不同而不同,临界侵蚀坡度随径流量的增大而增大,临界坡度较大时,坡面产沙量随坡度变化而变化的趋势也往往较大.     

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.     

干热河谷区不同坡位土壤水分对降雨的响应特征

研究干热河谷地区土壤水分在降雨过程中的短时动态变化,有助于揭示该地区的土壤水文功能。本研究选取贵州花江干热河谷作为研究区,运用原位监测法,获取不同坡位的高频土壤水分监测数据,分析土壤水分对降雨的短时动态响应特征。结果表明: 在整个监测期间,无论是坡上还是坡中,研究区各层土壤水分均为中等变异水平(15.2%≤变异系数CV≤29.7%),坡上土壤水分的波动幅度(CV=21.1%)大于坡中(CV=19.1%),0～5 cm土层(CV=26.2%)大于20～40 cm土层(CV=16.5%)。与坡中相比,坡上土壤水分对降雨的响应速度更快,降雨对土壤水分的补给量大、补给速率快;坡上的土壤水分补给速率与消退速率之差(2.3%·h^-1)大于坡中(1.8%·h^-1)。随土层深度增加,下层土壤水分对降雨的响应早于或同步于上层,降雨对土壤水分的补给量减少、补给速率减慢,土壤水分的消退速率也减慢。与坡中相比,坡上土壤水分入渗能力更强,保水能力更优。干热河谷的微观环境和小气候影响土壤水分对降雨的响应特征,而岩-土界面优先流的快速补给则会加快下层土壤水分对降雨的响应速度,使得该地区的坡面更容易形成混合产流机制。     

降雨侵蚀过程中黑土团聚体流失特征

坡面侵蚀过程中土壤团聚体流失可直接反映土壤团聚体的破碎程度以及雨滴打击和径流搬运之间的相互作用。基于模拟降雨试验,研究降雨侵蚀过程中黑土坡面土壤团聚体流失特征。试验处理包括黑土区常见的2个侵蚀性降雨(50、100mm/h降雨强度)和2个坡度(5°和7.5°)以及2种地面处理(裸露休闲和秸秆覆盖)。结果表明:裸露休闲处理下径流含沙量是秸秆覆盖处理的27.5—141.3倍,且不同处理下含沙量最大值均出现在降雨初期。覆盖秸秆与无覆盖试验处理下土壤团聚体流失均以0.25 mm微团聚体为主。秸秆覆盖试验处理下泥沙中0.25 mm微团聚体流失量占团聚体流失总量的34.5%—56.8%,而在裸露休闲处理下其值达到82%以上。秸秆覆盖处理下的各粒级团聚体流失量较裸露休闲试验处理减少了33.3%以上,其中差异最明显的是≥1 mm粒级团聚体与0.25 mm微团聚体,二者分别较裸露休闲处理减少了43.1%—96.4%和99.0%以上。秸秆覆盖处理下的0.25—2 mm粒级团聚体流失比例较裸露休闲处理明显增加。秸秆覆盖试验处理下流失团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别是裸露休闲处理的1.5—2.9和1.7—2.0倍;而秸秆覆盖处理下的平均重量比表面积(MWSSA)和分形维数(D)较裸露休闲处理分别减少了26.2%—32.9%和5.1%—6.7%。     

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。     

降雨能量对东北典型黑土区土壤溅蚀的影响

溅蚀特征研究可揭示溅蚀发生机理,而现有研究大多用溅蚀量来表征溅蚀特征,不能全面准确地反应溅蚀作用过程。为此,基于改进的试验土槽进行室内模拟降雨试验,研究降雨能量对坡面不同方向溅蚀量及溅蚀过程的影响。试验设计包括2种降雨强度(50 mm/h和100 mm/h)和10个降雨能量,其中10个降雨能量是通过2种降雨强度(50 mm/h和100 mm/h)和5个雨滴降落高度(3.5,5.5,7.5,9.5、11.5 m)来实现的。结果表明:在相同降雨强度下,坡面总溅蚀分量均随降雨能量的增加而增大。次降雨坡面溅蚀量均为向下坡最大,其次为侧坡溅蚀量,而向上坡溅蚀量最小。当降雨强度由50mm/h增加至100mm/h时,坡面向上坡溅蚀量增加2.3—5.0倍,向下坡溅蚀量增加1.7—5.1倍,侧坡溅蚀量增加1.9—4.3倍,总溅蚀量增加1.9—4.5倍,净溅蚀量增加1.2—6.4倍。对于不同降雨能量处理,坡面溅蚀率均表现为坡面产流前随降雨历时的增加而递增,产流后迅速达到峰值,之后逐渐减小并趋于稳定。定量分析了各溅蚀分量、总溅蚀量、净溅蚀量与降雨能量的关系,提出了溅蚀发生的降雨能量阈值,发现雨滴溅蚀发生的临界能量为3—6 J m~(-2)mm~(-1),且向上坡溅蚀量,向下坡溅蚀量,净溅蚀量和总溅蚀量皆与降雨能量呈幂函数关系,而侧坡溅蚀量与降雨能量呈二次多项式关系。     

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。     

东北黑土区农田生物结皮的特征及其对表层土壤崩解的影响

于作物生长季对东北黑土区典型农田中生物结皮的发育特征(类型、物种、厚度、覆盖度、生物量)进行分析,并使用数显推拉力计测定比较了无结皮土壤与不同生物量(以叶绿素含量表征,分别为5～15、15～25、25～35、35～50 mg·g^-1)生物结皮层中土壤的崩解差异。结果表明: 1)东北黑土区农田中发育有藻和藓两类生物结皮,其中,毛枝藻和细叶真藓最为多见;藻结皮的厚度和生物量显著小于藓结皮,并总体上呈现由藻结皮逐渐向藓结皮演替的趋势。2)农田生物结皮的覆盖度、厚度和生物量与耕作扰动的频率和强度呈负相关,传统耕作农田中其平均覆盖度、厚度和叶绿素含量仅为27.8%、1.52 mm和6.49 mg·g^-1,但在免耕地中可增加至83.5%、2.74 mm和34.16 mg·g^-1。3)生物结皮显著削弱了土壤崩解作用,与无结皮土壤相比,4种生物量下生物结皮的土壤崩解速率分别显著降低了43.1%、50.1%、55.5%和59.8%,土壤最大崩解率分别显著降低了11.4%、17.7%、33.2%和36.6%。4)土壤崩解速率和最大崩解率均与生物结皮的厚度和生物量呈显著负相关,即生物结皮对土壤崩解的影响主要缘于其在发育过程中自身特性的改善及其覆盖后对表层土壤物理性质的改变。综上,随着保护性耕作技术推广后耕作扰动的减少,生物结皮在东北黑土区农田中有较高的发育潜力,它们发育后能削弱表层土壤崩解、提高土壤抗冲性,对农田土壤侵蚀防治具有积极意义。     

基于RUSLE模型的中国土壤水蚀时空规律研究

RUSLE模型是计算土壤水蚀的经典模型,在大尺度研究时参数率定比较困难。基于气候、土地覆盖、地形特征等空间分异特征,对RUSLE模型的降雨侵蚀力(R)、植被覆盖与管理因子(C)、水土保持措施因子(P)进行了率定,估算了2000、2005、2010、2015年的中国的土壤侵蚀量。结果表明:(1)土壤侵蚀强度较大的地区集中在中国长江中下游平原区、云贵高原、黄土高原区、昆仑山山麓区域,占统计总面积的9.65%。(2)土壤侵蚀明显增大的区域面积达10.36×10⁴km²,分布于新疆农田区、四川盆地、云贵高原东南部、长江中下游平原和东北平原。(3)土壤侵蚀显著改善的区域分布于黄土高原南部、秦岭地区和东南沿海地区,面积约13.6×10⁴km²。通过对RUSLE模型参数的率定,阐明了全国尺度土壤水蚀的时空分异规律,可对不同地区制定相应的土壤修复措施提供依据。     

不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影响

利用 5～ 6a野外径流小区试验资料 ,研究 1 7种植被覆盖对土壤侵蚀和氮素流失的影响 ,结果表明 :1 9种作物、4种草地和 4种草灌间作小区年平均径流量为 2 7773、1 80 2 8和 1 31 4 9m3/ km2 · a,比相应裸地减少 2 7.5%、51 .1 %和64.3% ;侵蚀模数为 1 71 6、1 0 2 1和 81 2 t/ km2 · a,减少 73.0 %、92 .8%和 94 .3% ;全氮富集率为 1 .65、2 .4 8和 2 .59,比裸地增加 1 3.8%～ 1 1 4 % ;年平均土壤氮素流失量为 1 4 58、1 2 52、382 9和 966kg/ km2· a。 2植被通过调节径流流速来间接影响泥沙全氮富集 ,土壤侵蚀模数愈大 ,泥沙全氮富集率愈小。 3土壤氮素流失方程 SN=( 55.56-4 .87ln SL)· SL·TN ,可定量预测土壤氮素的流失。     

基于SIMWE模型的典型水土保持措施侵蚀阻控路径分析——以通双小流域为例

针对东北黑土区长缓坡地形条件下坡面产汇流集中易加剧土壤侵蚀的问题,本研究基于GIS和SIMWE(SIMulated Water Erosion)模型,引入连通性指数和水深空间分布作为水文连通性与径流路径的衡量指标.通过量化不同典型水土保持措施对土壤入渗速率和地表曼宁糙率的影响,构建梯田数字高程模型(DEM)模拟表征地表...     

耦合过程和景观格局的土壤侵蚀水环境影响评价

将景观格局的作用纳入到土壤侵蚀的生态环境影响评估中,具有方法上的实用意义,可为水体泥沙源区识别、评价立地侵蚀对目标水体的泥沙输出风险和流域景观格局对土壤流失抑制潜力提供一种途径.本文将RUSLE模型作为模拟立地土壤侵蚀强度的工具,考虑植被覆盖和地形对泥沙输送的阻滞作用,从点(栅格)和子流域两个尺度,采用景观格局表征方法定量评估南水北调中线水源区土壤侵蚀对河流、水库的影响.在点(栅格)尺度提出土壤侵蚀影响强度(I)指标表征土壤侵蚀对水体的泥沙输出风险;在流域尺度利用反映流域景观格局留滞泥沙能力的渗透指数(LI)指示泥沙进入水体的风险.结果表明： 耦合景观格局信息和侵蚀过程的指标能空间分布式地有效反映立地土壤侵蚀对水体泥沙输入的影响强度;LI与流域平均景观阻滞、平均植被覆盖度呈显著的指数关系, 子流域输沙模数与LI呈显著的指数回归关系.说明基于土壤侵蚀过程表征景观格局、将景观格局信息与景观土壤保持功能结合起来的评价方法,可为土壤侵蚀风险评价提供新途径.