黄土坡面降雨产流产沙过程及其响应关系研究

降雨及其产生的径流是引起黄土高原土壤侵蚀的主要动力,开展黄土区降雨产流产沙过程研究可为土壤侵蚀过程模型研发奠定基础,为该区水土保持与生态建设提供重要科学依据。该文基于收集分析子洲径流试验站天然非恒定降雨、产流、产沙过程观测资料,应用非线性模拟技术,对黄土坡面降雨产流产沙动态变化过程及响应关系进行了研究,结果表明,黄土坡面累积降雨量随降雨历时的变化过程、累积径流深随产流历时的变化过程、累积侵蚀产沙模数随产沙历时的变化过程、累积径流深变化过程对累积降雨量变化过程的响应、累积侵蚀产沙模数变化过程对累积径流深变化过程的响应均呈现为非线性关系,可分别划分为两种类型,并分别可用扩展S型曲线模型和扩展幂函数模型进行数学描述。     

耕作方式与地表覆盖量对苜蓿及小麦地水蚀过程的影响

通过模拟降雨对定西苜蓿-春小麦轮作土壤的水蚀过程进行了研究，试验结果表明：苜蓿翻耕（T1）处理的地面积水产生时间最长，苜蓿不翻耕处理（T2）径流产生时间最长，显著高于其它3个处理。在整个模拟降雨过程中，不翻耕处理的径流产生速率总是低于翻耕处理的径流产生速率，其中以苜蓿不翻耕处理（T2）的径流速率最小，而两个翻耕处理的径流速率之间无显著性差异。T2处理的入渗速率始终高于其他3个处理；秸秆覆盖可有效地降低累积径流量和总侵蚀量，增加累积入渗量；在不同处理中，以苜蓿不翻耕处理加100％秸秆覆盖抗水蚀的效果比较明显。     

天然降雨下紫色土和第四纪红黏土坡面侵蚀过程研究

选取南方红壤区紫色土和第四纪红黏土两种典型土壤类型,通过天然降雨试验,在同等试验条件下对紫色土和第四纪红黏土两种土壤的坡面侵蚀过程中径流量变化、产沙量变化、土壤团聚体以及粒径分析来阐述我国南方红壤区的土壤坡面侵蚀过程。结果表明:（1）降雨是造成土壤坡面产生径流的主要原因,随着降雨的不断增大,土壤坡面径流量不断的增加,紫色土的总径流量较第四纪红黏土大。（2）雨强是造成土壤坡面产沙量的主要原因,特别是在中雨强降雨和大雨强降雨时,土壤侵蚀泥沙量的产生比较明显,紫色土与第四纪红黏土的土壤侵蚀泥沙量比例关系为:1.14∶1.0。（3）紫色土和第四纪红黏土均以 < 0.25 mm的微团聚体占优势,均占65%以上,而紫色土达到90%之多,紫色土微团聚体流失较第四纪红黏土严重。（4）通过两种土壤的降雨前后土壤颗粒对比分析,紫色土减少的土壤颗粒主要是黏粒和粉粒,砂粒相对增加,变化量大,而第四纪红黏土相对较少。     

基于模拟降雨的土壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应

土壤表土结皮对坡面侵蚀过程具有重要影响,利用模拟降雨条件下土壤贯入和产流产沙试验,对不同降雨场次紫色土和黄壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应进行研究。结果表明：（1）PT型贯入仪测定的贯入数值（P）与含水率（θ）成标准指数函数关系。（2）不同降雨场次表土结皮存在＂无结皮→弱结皮→强结皮→弱结皮→新结皮＂的动态发育过程,相同降雨条件下黄壤表土结皮强度大于紫色土的。（3）持续降雨过程不同降雨场次土壤表土结皮对溅蚀影响不明显,而与产流存在显著的动态响应关系,结皮强度越大产流量也越大,结皮对产流的影响随着降雨进行而有增大趋势,黄壤表土结皮的径流增加量大于紫色土的,而紫色土坡面结皮对产流量变化敏感程度大于黄壤。不同场次降雨过程土壤表土结皮对坡面侵蚀产沙影响存在差异,前4场降雨表土结皮强度与坡面侵蚀产沙有相同的变化趋势,4次降雨后土壤表土结皮表现为对坡面侵蚀有抑制作用。     

黔西北乡土植物篱对典型石漠化区石灰土侵蚀动力学过程的调控

在自然降水条件下,定量研究黔西北喀斯特石漠化区典型乡土植物刺梨在坡耕地产流产沙的变化规律,分析该植物篱控制侵蚀产沙的水动力学机理。结果表明,刺梨植物篱截流、分流作用延缓径流产生及汇流时间,增加喀斯特坡面径流入渗量,减小坡面侵蚀动力。在不同降雨强度条件下,喀斯特坡面入渗率与径流量和产沙量呈负线性相关。植物根系缠绕串连黏结根土,改变土壤的入渗特性,增强土壤抗冲性与抗蚀能力。根系密度随土层深度增加而减少,减沙效应亦变小。土壤抗侵蚀能力与d<1mm的须根密度呈极显著正相关关系,与d≤2mm须根的根量、根长与土壤抗冲指数存在线性回归关系。当I30雨强为2.41mm时,植物篱小区几乎无流水侵蚀,而对照样地侵蚀产生较多泥沙;当I30为4.72,8.35mm时,研究小区皆已侵蚀产沙,并在对照样地侵蚀产生细沟,显示雨强加大,坡面产流动力加强,冲沙携沙能力加大。说明植物篱起到保水固土减沙和对土壤侵蚀水动力过程的调控。喀斯特坡面流侵蚀产沙水动力主要受降雨强度和雨滴动能影响,雨滴侵蚀力的大小取决于雨量、雨强、雨滴大小。侵蚀产沙量与雨强、降雨历时呈显著的幂函数关系。揭示了植物根系固土减沙和提高土壤抗侵蚀水动力的调控机理。     

晋西黄土丘陵沟壑区水平阶造林减水减沙效益研究

利用人工模拟降雨装置,对水平阶林地、梯田、坡耕地在百年一遇暴雨下的产流产沙规律进行了试验研究。研究结果表明,与陡坡耕地相比,坡耕地退耕实施水平阶整地造林后,可减少径流８７５％,减少土壤侵蚀９９７％,径流深与降雨历时之间存在着很好的对数函数关系。     

桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园降雨侵蚀特征

为探究桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园的降雨侵蚀特征，通过室内人工模拟降雨试验，研究3种降雨强度(30,60,90 mm/h)下，石灰土与红壤坡地幼龄橘园的产流产沙特征。结果表明：(1)降雨强度为30,60 mm/h时，红壤橘园的产流总量分别为石灰土橘园的2.46,1.83倍，且红壤橘园主要以地表产流为主，石灰土橘园主要以壤中流产流为主；当降雨强度为90 mm/h时，二者产流总量无显著性差异(p>0.05),均以地表产流为主。(2)石灰土橘园与红壤橘园地表径流强度随降雨强度增大而增大；但随着降雨强度增大，石灰土橘园的壤中流径流强度呈先增大后减小趋势，红壤橘园壤中流径流强度却在减小。(3)降雨强度为60 mm/h时，红壤橘园产沙总量为石灰土橘园的3.74倍，当降雨强度为90 mm/h时，石灰土橘园产沙总量为红壤橘园的2.86倍；在降雨过程中，石灰土橘园产沙量随着降雨历时增大上下波动较为剧烈，红壤橘园产沙量随降雨历时增大波动幅度较小。(4)当降雨强度≥60 mm/h时，石灰土橘园与红壤橘园累积产沙量与累积产流量存在显著线性关系，且降雨强度越大线性关系越明显。研究结果可为喀斯特地...     

间歇性与连续性降雨对黄土坡面细沟侵蚀影响的比较

采用室内模拟降雨试验，对比了间歇性降雨与连续性降雨对黄土坡面细沟侵蚀的影响差异，量化了间歇性降雨相对于连续性降雨条件的试验误差，并评估该试验方法在坡面侵蚀模拟中的适宜性。结果表明：（1）低雨强（≤60 mm/h）时，对于间歇性降雨试验，坡面细沟产沙大幅降低，误差达-40.8%，伴随着沟宽、沟深和割裂度等形态指标的减小，误差介于-33%~-45%；产流误差较小，为0.4%。（2）高雨强（≥90 mm/h）时，产流产沙、细沟形态的各项指标误差均不大，为3%~12%，对试验结果影响相对较小。（3）在采用间歇性降雨试验方法时，建议采用高雨强试验条件（≥90 mm/h），才能准确模拟天然降雨的细沟侵蚀过程，且在高雨强时应控制间歇性降雨试验每一阶段的降雨历时，避免累积产沙量的持续快速增长而导致细沟侵蚀剧烈发展，误差进一步增大。由于土壤性质的区别，该试验结果在其他区域的适用性还有待深入研究。研究结果可为坡面细沟侵蚀的过程与机理研究提供技术支撑。     

三峡库区小流域产流产沙试验研究

通过建立三峡库区小流域缩微模型,分别进行了3场人工模拟降雨试验(降雨强度分别为60,90,120 mm/h),对小流域产流产沙过程进行了研究。结果表明,3场降雨试验的产流量及产沙量均随降雨强度的增加而增加,但产流量的增加幅度远大于产沙量。产流量在3场降雨过程中均随径流时间呈现先增大后趋于稳定的趋势,但产沙量变化规律较为复杂。在各场次降雨下,累积产流量和累积产沙量均随降雨历时的增加呈线性函数规律变化。3场降雨产流的含沙量均呈波动形式变化。     

四川盆地主要紫色土硒的状况及其有效性研究

红紫泥、灰棕紫泥、红棕紫泥依次是四川盆地典型具有代表性的酸性、中性和石灰性紫色土。它们的全硒含量为７９．５７－２９８．４５μｇ／ｋｇ，平均２１２．３２μｇ／ｋｇ。其中，红棕紫泥〉灰棕紫泥〉红紫泥；并且，红棕紫泥全硒量的变幅较小，后两者的变幅较大。在土壤剖面中，全硒含量存在着明显的分布规律，即母质〉耕作层〉心土层〉底土层。石灰性紫色土含有较多的Ｃａ－Ｓｅ；酸性紫色土含有较多的Ｆｅ－Ｓｅ。土壤水溶性硒     

Erodibility of agricultural soils on the Loess Plateau of China

Soil erodibility is thought of as the ease with which soil is detached by splash during rainfall or by surface flow. Soil erodibility is an important factor in determining the rate of soil loss. In the universal soil loss equation (USLE) and the revised universal soil loss equation (RUSLE), soil erodibility is represented by an erodibility factor (K). The K factor was defined as the mean rate of soil loss per unit rainfall erosivity index from unit runoff plots. Although high rate of soil loss from the Loess Plateau in China is well known and widely documented, it is remarkable that there is little systematic attempt to develop and validate an erodibility index for soils on the Loess Plateu for erosion prediction. Field experimental data from four sites on the Loess Plateau were analyzed to determine the K factor for USLE/RUSLE and to compare with another erodibility index based on soil loss and runoff commonly used for the region. The data set consists of event erosivity index, runoff, and soil loss for 17 runoff plots with slope ranging from 8.7 to 60.1%. Results indicate that the K factor for USLE/RULSE is more appropriate for agricultural soils on the Loess Plateau than the erodibility index developed locally. Values of the K factor for loessial soils range from 0.0096 to 0.0269 t h/(MJ mm). The spatial distribution of the K value in the study area follows a simple pattern showing high values in areas with low clay content. For the four sites investigated, the K factor was significantly related to the clay content, (K=0.031−0.0013 Cl, r²=0.75), where Cl is the clay content in percent. The measured values of the K factor are systematically lower than the nomograph-based estimates by a factor of 3.3–8.4. This implies that use of the nomograph method to estimate soil erodibility would considerably over-predict the rate of soil loss, and local relationship between soil property and the K factor is required for soil erosion prediction for the region.     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

紫色土坡地果草种植模式的水土流失特征研究

紫色土坡耕地是三峡库区重要的土地资源。以研究降雨强度对紫色土坡地产流产沙的影响为基础,以紫色土坡地示范推广的果草模式为研究对象,对其水土流失特征进行了野外定点监测研究。研究结果表明:(1)短历时、高强度降雨对紫色土坡地的产流产沙影响最强烈,降雨历时与产流产沙存在明显的负相关,而雨强参数与产流产沙则存在明显的正相关;(2 )在降雨特征参数中,平均雨强是反映紫色土坡地径流系数、泥沙量和径流含沙量的最好特征参数,I3 0 则能最好的反映紫色土坡地径流量的变化;(3)在不同降雨强度下,果草模式对产流量、径流系数、产沙量和径流含沙量都有非常明显的减少或降低作用,特别在低强度降雨时,其减水减沙效应更明显,种植年限对其效应也有影响;(4)在短历时、高强度典型次降雨情况下,果草模式具有明显延迟产流时间和延缓产流过程的作用;(5 )果草模式降低了紫色土降雨前后表土养分的衰减,减少了表土养分的流失;(6 )果草模式对速效养分的流失具有较好的减弱作用,因而其对保持地力,提高土地生产力具有较好的作用     

秸秆覆盖和有机质输入对紫色土土壤可蚀性的影响

以紫色土坡耕地为研究对象开展野外径流小区定位监测试验,设置有机质(OM)、秸秆覆盖(SW)、有机质+秸秆覆盖(OM+SW)和对照(无秸秆覆盖,不增施有机质,CK)4个处理,对2014年侵蚀性降雨条件下不同处理小区径流及产沙特征进行分析,以单位径流冲刷侵蚀量(K_w)作为土壤可蚀性指标,研究四川省中江县紫色土区秸秆覆盖和有机质输入对坡耕地土壤可蚀性的影响。结果表明:秸秆和有机质输入能显著降低紫色土区坡耕地产流量,4个处理减小径流的效果表现为OM+SWSWOMCK;有机质、秸秆覆盖均显著降低单位径流侵蚀量,从而减小土壤可蚀性,OM、SW、OM+SW处理对土壤可蚀性的平均消减率分别为22.30%、29.76%、35.04%,秸秆覆盖处理(SW)对土壤可蚀性的减小效应略高于有机质处理(OM),但二者差异不显著。综合分析得出,增施有机质的同时进行秸秆覆盖可作为紫色土区坡耕地减小土壤可蚀性的有效措施。     

冻融条件下土壤可蚀性对坡面氮磷流失的影响

冻融作用与水力侵蚀的复合作用更容易使土壤发生侵蚀,进而加剧土壤养分的流失,为了揭示冻融作用下土壤可蚀性对坡面养分流失的影响,该文采用室内模拟降雨试验,研究了不同土壤含水率(SWC)下坡面的降雨产流产沙及养分流失特征,并分析了土壤可蚀性对坡面全氮(TN)和全磷(TP)流失的影响。结果表明:产流率与产沙率之间呈现正线性相关关系,相关方程斜率的绝对值可作为土壤可蚀性指标。径流中氮磷的流失主要受径流率控制,受土壤可蚀性影响较小(P0.05);而土壤可蚀性显著影响着泥沙中氮磷和总的氮磷流失(P0.01)。土壤可蚀性对黄土坡面氮素流失的影响与冻融作用有关,而土壤可蚀性对坡面磷素流失的影响与冻融作用无关,磷素的流失随着土壤可蚀性增加而增加。因此,在黄土地区,应当采取一系列的生态建设措施来控制水土流失,降低土壤可蚀性,从而减少坡面养分的流失。该研究结果为冻融条件下黄土坡面水-土和氮磷等养分流失机制提供了有效指导。     

用田间实测法研究我国亚热带土壤的可蚀性K值

本文在自然降雨条件下用全裸地小区田间实测了我国亚热带七种有代表性的不同类型土壤可蚀性Ｋ值。结果表明这七种不同类型土壤间的Ｋ值差别很大，其中紫色和红砂岩发育的耕种普通红壤的Ｋ值最大，分别达到０．４４４和０．４３８，最小的是第四纪红色粘土发育的红色土，其值只人０．１０４，还不到紫色土Ｋ值的１／４。我们变用国际上十分流行的诺谟图方法估算了这七种不同类型土壤的可蚀性Ｋ值，其中有二类土壤用这种方法所估算的Ｋ     

Selection of soil physical quality indicators in relation to soil erodibility

Soil quality indices based on soil characteristics can be used to assess the sustainability of soil and to assist in soil management decisions. Principal component analysis (PCA) technique was used to identify dominant soil characteristics in relation to soil erodibility in watersheds of submontane Punjab (India). Soil physical and chemical characteristics were evaluated for four locations with four land uses at each location whereas runoff, soil loss and soil erodibility were determined at two locations under natural rainfall conditions and at four locations under simulated rainfall conditions. PCA was performed on 22 physical and chemical soil characteristics, which grouped these soil characteristics into five distinct principal components (PCs). These five PCs namely soil hydraulic factor, density factor, structural factor, sand factor and cation factor, explained 86% variability in data. These PCs also explained 86, 96 and 93% variability under natural rainfall conditions and 75, 76 and 77% variability under simulated rainfall conditions in relation to runoff, soil loss and soil erodibility, respectively. Soil total organic carbon content can be considered as dynamic soil physical quality indicator and can be used to monitor temporal and spatial changes in soil quality.     

Effect of Gypsum and Polyacrylamide Application on Erodibility of an Acid Kunigami Mahji Soil

Calcium carbonates and gypsum are often used to improve the chemical status of acid soils. This study discusses the effects of gypsum and polyacrylamide (PAM) application on infiltration and erodibility of a Japanese acid soil. Acid Kunigami mahji soil (sedimentary rock derived, Typic Hapludult) from Okinawa was packed into an acrylic plastic box, and simulated rainfall of 40 mm h⁻¹ was applied. Prior to the rainfall, 2.5 t ha⁻¹ of gypsum and/or 15 kg ha⁻¹ of non-ionic or anionic PAM were applied onto soil surface. During a rainfall, surface runoff was collected periodically, and sediment concentration, pH, and electric conductivity of the runoff were measured. Gypsum application enhanced surface runoff. During the rainfall, EC of the runoff was greater than the critical coagulation concentration of the clays of the mahji soil, however the soil became dispersive with gypsum application. PAM application could improve infiltration of gypsum amended mahji soil and reduce sediment loss.     

遂宁组母质封禁后的土壤侵蚀规律分析

通过遂宁市水土保持试验站母质侵蚀观测场长期连续观测试验,收集1991—2000年资料,采用数据分析方法,对遂宁组紫色土母质侵蚀规律进行了研究。结果表明:(1)母质侵蚀区在封禁10 a内的年际地表径流模数与年际降雨量变化趋势一致,而土壤侵蚀模数总体呈现逐年下降趋势;(2)径流深与降雨量呈正相关,与降雨时间呈负相关。(3)降雨量和平均降雨强度两因子对土壤侵蚀量影响不显著,土壤侵蚀量与地表径流深在封禁期前4 a内能建立回归方程。由此认为,采用封禁管理来防治紫色土母质侵蚀可行,封禁至少8 a以上土壤侵蚀强度类型才由剧烈侵蚀逐渐转化为轻度侵蚀。