红壤坡地雨水产流及其土壤流失的垫面反应

通过4年(1998～2001年)径流场定位观测研究,探明了不同植被垫面雨水产流过程中系统水土流失有显著性差异。水流失量为农作区>常绿灌木区、针叶林区>常绿果园区>退化区、恢复区。坡地不同垫面间雨水地表径流的差异存在,为坡地雨水利用和利用坡地集雨支持农田灌溉提供了依据和可调控性。土壤流失量受人为干预、耕作强度的影响很大,坡地从自然保护到作物栽培,系统的土壤流失量提高20倍。茶果林地的土壤流失低于作物耕种的2～3倍,而高于自然利用和自然保护的6～12倍。养分流失在数量和质量上皆取决于垫面构成。提出了利用坡地集雨优势,构建与单元生态系统水循环平衡相适应的坡地农林复合生态系统,并通过水平衡生态建设来维系生态系统的水分平衡。     

环洞庭湖丘岗地区水资源平衡及其管理

对环洞庭湖丘岗生态系统水环境要素的定位观测和小流域水平衡监测研究表明 :环洞庭湖丘岗地区水资源总量丰沛 ,可利用的集雨水量为现今农业用地最大灌溉水需求量的 2 .4 1倍 ,可维持生态系统的水量平衡。但由于雨水的季节性配置差异 ,系统水分有季节性富余与亏缺 ,一般年份 3月中旬至 7月上旬水富余 3 11.3 mm ;8月上旬至 9月下旬水亏缺 13 4 .7mm。天然降水大约 76%产生派生资源参与系统水分循环 ,其余部分主要以径流形式溢泄入下游水域。这一过程使该地区每年流失或向洞庭湖水域输送水 1.3 1× 10 1 0 m3、泥沙 1.64× 10 4 m3、养分 ( N,P,K)0 .89× 10 4 t。该地区土类多属红壤 ,持水能力强 ,但有效含水量低 ,凸现出涝渍、湿害和干旱双重农业水问题。本地区水平衡管理应注重两个方面 ,一是加强集雨水利工程建设 ;二是合理构建坡地农林复合生态系统。     

土地利用方式对红壤坡地雨水利用和水量平衡的影响研究

通过红壤坡地5种典型土地利用方式的长期定位观测研究,剖析了不同利用方式对雨水利用和水量平衡的影响.(1)荒草区常年水分消耗稳定茶园区和恢复区对土壤深层贮水利用能力强,表明不同的土地利用类型对土壤水分利用特征随季节和深度不同而不同;(2)土壤蒸散是各区100 cm耕作层中水量平衡最主要的支出项(83%以上),农作区蒸散量最小,地表径流量最大,恢复区则相反;(3)从减少水土流失和提高水分利用率两者结合考虑,构建农林复合系统以及间作、套作、撩壕等耕作方式为红壤坡地最优的雨水资源利用模式.     

石漠化区薄土层坡地雨水转化及土壤侵蚀影响因素分析

为了探究影响喀斯特坡地雨水转化及土壤侵蚀的影响因素,该研究采用人工模拟降雨方法,降雨强度选取50、75和100 mm/h,降雨次数为相同降雨强度下的连续3次降雨,坡度为5°、15°和25°,坡地包括地下基岩具有裂隙的地下裂隙坡地和地下基岩无裂隙的无地下裂隙坡地,研究了不同降雨强度、降雨次数和坡度下喀斯特坡地地表-地下的径流和土壤侵蚀变化。结果表明：1）两种坡地的地表径流率随降雨强度、降雨次数和坡度的增加而增加;壤中流率随降雨强度和坡度的变化也呈相同的趋势,但随降雨次数增加,两种坡地的壤中流率减少;岩土界面流率和地下裂隙流率随坡度和降雨次数增加而减少,随降雨强度增加先增大后减小。2）在降雨强度（50和75 mm/h）、降雨次数（第1场）和坡度（5°和15°）较小时,坡地径流以岩土界面流和地下裂隙流为主,分别占总雨水的24%～39%和28%～51%;随着影响因素增强,两坡地径流转变为以地表径流为主,分别占总雨水的30%～50%和25%～43%。3）降雨强度和坡度是驱动两个坡地地表土壤侵蚀的主要驱动力（P<0.01）,但降雨强度、降雨次数和坡度对两坡地地下土壤侵蚀的影响较小（R2<0.3,P>0.05）;总体上,无地下裂隙坡地和地下裂隙坡地土壤侵蚀以地表土壤侵蚀为主,分别占总侵蚀量的54%～97%和39%～96%;以岩土界面侵蚀或地下裂隙侵蚀为辅,分别占总侵蚀量的1%～45%和2%～60%。研究结果可为理解识别喀斯特坡地雨水转化和土壤侵蚀驱动因素以及喀斯特石漠化防治提供参考。     

坡地田间微地型集雨种植技术研究

根据雨水叠加利用原理,在坡地留出一部分地铺膜作为集雨区,以减缓种植区小麦水分亏缺的矛盾.结果表明,集雨区与种植区面积比为1∶1时,种植区的土壤水分条件得到明显改善,种植区小麦的个体发育良好,产量增加,增产率为51.38%,水分利用效率提高,比对照提高2.27kg/(mm.hm2).     

不同施肥管理模式对集雨区苗木地径流氮素流失的影响

采用田间径流小区定位研究方法,以合溪水库集雨区苗木种植地为研究对象,设置了撒施(对照)、地膜覆盖、秸秆覆盖、区外设置植草缓冲带、条施、穴施6种施肥管理处理小区,探究不同施肥管理模式对合溪水库集雨区苗木地径流氮素流失的影响,筛选最佳施肥管理模式。结果表明:不同施肥管理模式下,苗木地地表径流年总氮素径流流失通量大小顺序为:撒施(对照)覆膜条施穴施区外植草缓冲带秸秆覆盖,撒施(对照)、地膜覆盖、条施、穴施、区外设置植草缓冲带和秸秆覆盖6种施肥管理模式下的年总氮素径流流失通量分别为35.61,18.30,15.86,12.94,8.18,3.44kg/(hm2·a),说明穴施、区外设置植草缓冲带和秸秆覆盖是较佳的施肥管理模式,将其优化组合后会显著消减水库集雨区苗木地径流氮素流失及其对水库水质的潜在影响。此外,不同施肥管理模式下,苗木地径流水样氮素流失的主要形态为颗粒态氮,其次为硝态氮,其中,撒施(对照)、地膜覆盖、秸秆覆盖、区外植草缓冲带、条施和穴施年均流失的颗粒态氮占流失总氮的比例分别为69.11%,68.87%,68.04%,61.89%,61.17%和65.09%;年均流失的硝态氮占流失总氮的比例分别为23.18%,23.36%,20.21%,27.20%,32.02%和28.71%。     

干旱山地集雨装置系统研制及其应用效应分析

针对我国北方年降雨时空分布不均和山地缺水、造林困难的特点,设计适宜干旱瘠薄山地推广应用的连接式集雨系统。该装置主要由雨水径流面、沉淀池、雨水中转池和集雨池组成,集雨池之间通过导水管相连接以扩大集雨量。丰水季节集水,枯水季节浇灌。连接式集雨池集雨的方式具有集水量大、使用寿命长、结构简单的特点。在莱芜苗山修建3个50m3的集雨池,结合径流面整治等费用,总投资约14 776.49元,可集水150m3,用于侧柏(Platycladus orientalis)和金银花(Lonicera japonica Thunb.)的造林试验。结果表明:每株苗木每次浇水4L,每年灌溉4次,造林成活率提高12.7%以上,翌年的保存率提高41.3%以上,翌年造林苗木的干物质积累量增加64.2%以上。在新泰市龙庭镇樱桃种植中,带来的直接经济效益达10万余元。因此,该设计可有效收集雨水,解决了干旱瘠薄山地造林难以成活的难点,且可充分有效地利用干旱瘠薄山地,为农民带来较大的经济效益。     

红壤坡地氮的径流输出通量及形态组成

为研究自然降雨条件下红壤坡地氮素输出特征,于2015年5月—2016年5月采用野外大型土壤水分渗漏试验装置,对赣北第四纪红壤坡地植草覆盖、干草覆盖和裸露对照3种处理的地表径流和壤中流中不同形态氮素的输出开展了试验观测。结果表明:(1)在侵蚀不明显的第四纪红壤坡地,TN(总氮)、DIN(溶解态无机氮)、DON(溶解态有机氮)和PN(悬涂泥沙颗粒态氮)主要随105cm壤中流输出,占径流输出总通量的71%,而随地表径流和30cm、60cm壤中流输出通量分别为23%和6%;(2)氮素随壤中流输出主要以溶解态(DTN(溶解态总氮)占TN比例为54.8%~86.9%)为主,DTN又以无机态(DIN占DTN比例为57.8%~97.1%)尤其是NO3--N(硝态氮)为主。氮素随地表径流输出的主要形态则随处理措施的不同而不同;(3)保留草被覆盖可以较好地削减氮素径流流失,而采取干草覆盖有增大氮素径流流失尤其是深层损失的风险。     

利用SCS-CN方法估算流域可收集雨水资源量

流域可收集雨水资源的定量研究对于雨水资源开发利用及其工程规划和建设具有十分重要的意义。该文以北京市门头沟区小流域为研究对象,采用遥感和地理信息系统技术,对流域下垫面特征有关的空间和属性数据进行提取和分析;在此基础上,结合不同水平年降雨资料,运用美国农业部水土保持局(Soil Conservation Service)开发的径流曲线模型(Soil Conservation Service curve number method,SCS-CN),得出不同下垫面特征的径流系数,结合地理信息系统技术生成径流潜力空间分布图。计算了平水年(P=50%)、丰水年(P=25%)、枯水年(P=75%)可收集雨水资源量分别为1.2×107,2.2×107,0.8×107m3;为小流域综合治理和雨水集蓄利用工程的规划与设计提供科学依据。     

设施农业雨水集蓄利用与番茄灌溉方案优化

为充分利用雨水资源,提高设施农业灌溉用水效率,该研究对雨水蓄水池容积和大棚番茄灌溉方案进行了优化。以天津市武清区一设施农业小区为研究区,根据2020年6个场次降雨,对蓄水池集雨情况进行分析,基于AquaCrop模型优化大棚番茄灌溉方案,最终设置3种集雨灌溉情景,采用水量平衡法,分别绘制不同情景的丰、平、枯水年雨水集蓄系统的评价指标变化曲线,综合分析其变化特征并确定雨水蓄水池最优容积。结果表明：研究区已建蓄水池集雨率约为57%,有较大改进空间;番茄优化灌溉方案与实际灌溉方案相比,在产量仅减少5.5%的情况下,可节省水量23.6 m3,水分利用效率和灌溉利用效率分别提高7.2%和39%,说明优化方案在保证作物产量的同时可有效节水;实际集雨率和实际灌溉情景下,雨水蓄水池的最佳容积平均值为362 m3,在优化灌溉方案和提高雨水收集设施集雨率后,容积平均值分别为298和288 m3,说明节水灌溉和提高雨水蓄水池集雨率等措施,对雨水蓄水池容积优化和提高复用率具有显著影响。该研究可为指导农业雨水集蓄利用工程建设、促进非常规水利用的推广、保障农业可持续发展提供参考。     

中国西南地区坡地钾素平衡及管理措施探讨

坡地钾素平衡及管理研究于2000年开始在贵州南部开展。试验分别设条带种植1、条带种植2、工程梯化、横坡种植四个水土保持农艺措施和农民习惯种植(对照)5个处理,探讨坡地钾素的平衡及其管理措施。试验结果表明,坡地的钾素平衡除了与施肥和植物吸收有关,还与降水、地表径流和土壤侵蚀有着密切的联系。在简化了的坡地钾素循环中(不包括地下渗漏的钾素部分),肥料提供给土壤的钾素达89.66.kg/hm2～176.83.kg/hm2,对土壤钾素输入总量的贡献达96%以上。而9.80%～26.26%来源于无机肥的钾素是通过作物吸收而带离土壤。地表径流和侵蚀泥砂中具有较高的有效钾含量,地表径流所含的有效钾是降水的4.28～6.67倍;侵蚀泥砂所含的有效钾是侵蚀前土壤耕层的1.51～1.92倍。它们不但带走降水中有效钾,而且还带走土壤中的有效钾,流失量每年分别达到14.82～23.10.kg/hm2和4.46～9.35.kg/hm2。每年通过作物吸收而造成土壤钾素损失为28.46～90.10kg/hm2。坡地农业活动造成土壤缓效钾水平急剧下降,缓效钾亏缺每年达175.34～306.04.kg/hm2。因此,在坡地钾素平衡中,应重视水土保持、秸秆还田及肥料的有效利用。条带种植措施可减少地表径流40.31%～43.77%、泥砂53.60%～65.63%、提高土壤有效钾12.62%～33.69%,使得无机肥的利用率达到26%,是坡地钾素管理的有效措施。     

山丘区输电线路工程水土流失特征及治理技术对比研究

山丘区输电线路工程对原地貌扰动造成大量水土流失,直接影响周围环境安全及资源安全。为研究山丘区输电线路工程水土流失特征及治理技术,通过资料收集整理与野外实地调查,对不同侵蚀类型区典型山丘区输电线路工程水土流失及其治理措施进行了分析。结果表明：(1)输电线路工程塔基和施工便道占地类型复杂,黄土丘陵区占地类型最多(5种),以耕地和草地为主,分别为49%和28%;红壤丘陵区以林地为主,占比为69%;黑土低山丘陵区占地主要为耕地、林地,分别为42%,40%;青藏高原占地主要为草地,占比达78%;新疆山地则主要是以裸地为主,占比高达98%。(2)输电线路工程不同水土流失地貌单元水土流失量差异显著,表现为塔基区和施工便道水土流失量较大,其次是牵张场,跨越施工场地水土流失量最小;塔基区土壤侵蚀模数表现为黄土丘陵区最大,是红壤丘陵区的2倍,黑土低山和漫岗丘陵区的5倍。塔基边坡的修复应该依靠自然与人工相结合方式,施工便道注意排水沟布设,牵张场土地恢复过程中应先进行深松翻处理。(3)对山丘区输电工程形成的各侵蚀单元进行近自然的生态系统恢复和重建,采取临时措施、工程措施和植物措施等组合。综上,研究结果可为山丘...     

浅山丘陵区土地利用地形梯度特征与生态服务价值响应

基于研究区浅山丘陵区的地貌特征,引入地形位指数,从地形梯度上研究土地利用特征。在此基础上,采用生态服务价值评估模型分别研究地形梯度上的生态服务总价值和单项生态服务价值。结果表明:（1）研究区低地形位区段（1～10）为耕地、建设用地和水域的优势分布区;中地形位区段（10～25）是草地和林地的优势分布区;高地形位区段（25～50）是林地的优势分布区。（2）林地的生态系统服务总价值最大,未利用地最小;土地生态服务总价值的地形位差异明显,地形位1—3级别上呈上升趋势,3—6级别上生态服务逐渐下降,在6—24级别上波动上升,在24级别达到峰值,然后随着级别增大开始下降,在49级别达到最小值。（3）保持土壤、气体调节、维持生物多样性的单项生态系统服务价值较大,提供美学景观和食物生产价值比重较小。食物生产、废物处理、水源涵养优势分布区间为地形位1～12;原材料生产、气体调节、气候调节、水源涵养、保持土壤、维持生物多样性、提供美学景观的服务价值优势分布区间集中在地形位16～50。     

湘中红壤丘陵区不同土地利用类型对土壤特性的影响

以湖南省衡阳县武水流域为例,对湘中红壤丘陵区5种土地利用类型的土壤物理性质和抗蚀性能进行了研究,结果表明,土地利用类型对土壤物理性质有显著影响,花岗岩红壤的结构随植被演退和人为耕作的干扰而退化。与林地相比,旱地和坡耕地等耕作土壤砂粒含量增加,黏粒含量相对减少,表土呈现砂化;与林地和疏林地相比,耕作土壤的大粒径水稳性团聚体减少,水稳性团聚体平均重量直径减小,结构稳定性下降;不同土地利用类型按土壤毛管孔隙度和持水性能大小排序为林地>疏林地>荒地>旱地>坡耕地。研究结果说明良好的植被条件与合理的土地利用能通过降低土壤容重、增加有机质以及细颗粒含量来改善土壤的团聚能力,并增加土壤蓄水量,从而提高土壤的抗蚀能力。     

重庆龙溪河流域水生态系统服务时空演变及对土地利用变化响应

探究区域水生态系统服务时空变化状况及其与土地利用的关系,有利于区域水生态环境保护和国土资源合理开发利用,帮助决策者通过合理的土地利用方式提高区域生态系统服务能力,平衡区域生态功能与农业生产功能。选择位于长江上游重要生态屏障的重庆市龙溪河流域作为研究对象,利用InVEST模型,对龙溪河流域近20年产水、水质净化、土壤保持服务等水生态系统服务的时空变化特征和其受不同土地利用类型的影响进行了研究。结果表明:(1)近20年龙溪河流域水生态系统服务总体呈增强变好的趋势,但存在一定的空间差异性。虽然产水与水源涵养服务在整个流域空间上相差不大,但水质净化服务在流域林地密集区较场镇和工业集聚区强,土壤保持服务在流域中部南北向水域、建设用地、农地集中区较流域东西两侧坡地强。(2)不同土地利用类型对流域水生态系统服务贡献呈现较大差异性。产水服务由强到弱表现为耕地>林地>建设用地>草地>水域,水源涵养能力表现为耕地>草地>水域>林地>建设用地,水质净化服务表现为林地>草地>建设用地>耕地>水域,土壤保持服务表现为水域>建设用地>耕地>林地>草地。(3)为平衡供给与调节服务,宜以乡镇为单元将龙溪河流域划分为生态修复区、农业生产区、城镇发展区,并针对各分区采取相应生态措施。     

城郊不同土地利用方式坡地土壤养分空间动态研究

随着城市化的发展,城郊土地利用方式的转型异常明显。为了研究土地利用转型及人为活动对坡地土壤养分空间动态的影响,以杭州市西郊的低山丘陵区为研究区,选择混交林、竹林、和坡耕地3种土地利用类型的坡地,进行了坡地三维空间采样和室内N,P,K含量的测定。在系统分析的基础上,得以下结论:(1)坡耕地土壤N,P,K的绝对含量最高,空间变化以5 cm土层波动最大;竹林地则以10 cm土层波动明显,混交林地空间分布规律性高;(2)3种土地利用方式坡地中N,P,K养分从坡顶到坡底总的趋势是呈递减状态,其中坡耕地递减强度最大;(3)3种土地利用类型中,N,P,K含量空间动态差异的主要原因是土地利用方式不同,人为活动方式、强度、频率和深度不同所致;(4)坡地土壤养分流失的总趋势与坡面汇流和土壤侵蚀规律相一致。     

鲁中南山区小流域雨水资源化潜力的定量评价研究

为了探讨我国北方土石山区小流域雨水资源潜力及其水资源供需态势，为高效开发利用流域雨水资源和大规模开展生态环境建设工程提供理论依据。以代表该地区典型区域的鲁中南山区小流域为研究区域，在确定了小流域雨水资源理论潜力和现实潜力计算方法的基础上，对典型小流域雨水资源潜力及水资源供需平衡进行了定量分析。结果表明：该地区小流域总需水量中生态需水的比重最大，占总需水量的68．11％，农业生产需水量其次，占31．37％，人畜生活需水量最少，仅为0．52％。以小流域降水资源作为水资源的评估基础，当降雨设计频率分别为50％，75％和95％时，典型小流域的需水量占可供水量比重分别达到63．1％．75．2％和101．7％，研究区域典型小流域基本上都处于用水高度紧张状态，同时，提出了该地区未来小流域水资源开发利用的方向。     

板栗复合经营模式的土壤流失规律

 为探讨红壤低山丘陵区不同板栗复合经营模式内水土流失的时空变化规律,采用径流小区定位观测,对7 个模式内的土壤流失量进行连续8年的研究。结果表明:在幼林下间种、停止间种和林冠迅速生长、林分充分郁闭 3个阶段,土壤流失量出现缓慢减少、急剧减少和基本稳定的变化过程;幼林下间种的当年,各模式内土壤流失量变化22．5-31．1t/(hm2·a)之间,但小于对照32．91％-51．45％;模式经营进入第3阶段后,林地土壤流失量均在 0．05t/(hm2·a)以下;在日降雨量10—70 mm间,日降雨引起的土壤流失量差异较大,间种作物覆盖地表,对于10～ 70mm日降雨强度的土壤侵蚀力且有重要的抗蚀意义。     

黄土高原丘陵区人工灌草生态系统水土保持功能评估

人工灌草复合植被是黄土高原植被恢复与重建的主要植被类型,在该区域水土保持中发挥着重要的作用。以定西市安定区为例,基于InVEST模型对该区人工灌草生态系统的水土保持功能进行定量化评估,以期为黄土高原丘陵区生态恢复与水土资源的可持续利用提供决策支撑。评估结果为:(1)人工灌草地单位面积的水源涵养量为369.25 m~3/hm~2,是草地的90.5%、林地的134%和耕地的110%;该区的水源涵养总量为3 970.99×10~4 m~3,人工灌草地水源涵养量占该区总水源涵养量的29.9%。(2)人工灌草地单位面积的N保持量为2.4 kg/hm~2,净化率为72.21%,P保持量为0.12 kg/hm~2,净化率为71.07%。(3)人工灌草地单位面积的土壤保持量为308.76 t/hm~2,比草地、林地和耕地分别高1.88,1.44,6.01倍,该区的土壤保持总量为3 310.21×10~4 t,人工灌草地土壤保持量占总土壤保持量的54.82%。结果表明,人工灌草地的水源涵养能力仅次于草地,高于其他土地利用类型,但土壤保持能力是6种土地类型中最强的,具有较好的水土保持功能,是黄土高原丘陵区适宜的植被类型和土地利用方式。