补强砒砂岩区治理短板筑牢黄河流域生态安全屏障

砒砂岩区是黄河流域最难治理且治理又相当薄弱的地区之一,其生态环境问题为构筑黄河流域生态安全屏障带来极大挑战。通过剖析砒砂岩区治理存在的水土流失依然严重,脆弱生态环境未能得到根本改变,砒砂岩区水土保持的深入发展遭遇制度性瓶颈制约,治理砒砂岩区的新技术新模式推广力度弱,水土流失监测体系不完善、监管不力等问题,提出了加强砒砂岩区治理工作的对策与建议,比如:建议尽快研究解决加快砒砂岩区治理的堵点、难点和短板所在,从流域整体性出发确立砒砂岩区生态治理在黄河流域生态保护和高质量发展中的战略定位,创设砒砂岩区生态-经济-社会-文化多位一体协同发展的综合治理模式,加大新技术新模式的示范推广力度,创新水土保持项目建设体制机制,加强砒砂岩区生态综合治理技术研发,建立脆弱生态区治理技术与模式国家级科技示范基地,进而筑牢黄河流域生态安全屏障。     

黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术研究

砒砂岩区是黄土高原生态环境极度脆弱、土壤侵蚀最为剧烈的区域,同时又是黄河粗泥沙集中来源区,研究砒砂岩区抗蚀促生技术具有重要意义。在对以往有关砒砂岩区水土流失治理技术研究成果综述的基础上,重点介绍了近年来的抗蚀促生技术,包括研发的适合于黄河中游砒砂岩地区的抗蚀促生材料、砒砂岩改性筑坝材料,以及砒砂岩地区抗蚀促生措施二元立体配置模式。据野外试验观测,抗蚀促生试验小区径流量减少70%以上、产沙量减少91%以上,表明研发的抗蚀促生材料和创建的二元立体配置模式达到了防治砒砂岩区水土流失和快速修复生态的目的。     

砒砂岩区生态恢复的新途径——一种环境友好型抗蚀促生技术

[目的]对砒砂岩侵蚀岩性机理、抗蚀促生机理与技术,以及应用效果进行系统分析,并提出需要进一步研究的科学问题与关键技术,为砒砂岩区生态综合治理提供科技支撑。[方法]通过揭示砒砂岩侵蚀岩性机理,利用聚合改性方法,研发了用于砒砂岩区生态恢复的抗蚀促生新材料,进行了示范应用,并对需要进一步研究的科学问题与关键技术进行讨论。[结果]砒砂岩部分化学成分性质活跃、岩石结构不稳定及部分岩石成分遇水膨胀导致孔隙关闭为易蚀的机理所在;通过包裹—聚合改性,研发的抗蚀促生材料可以在砒砂岩表面通过物理化学作用,形成了具有包裹层的单体改性颗粒,起到了疏水保水及防胀作用,并具有促进植物生长的功能;抗蚀促生材料有着良好的力学性能和耐紫外线降解、耐风蚀抗冻融、耐水解等性能,且对土壤、水质不会形成污染。[结论]根据野外试验观测,应用抗蚀促生技术可以使全坡面径流试验区的产流量产沙量分别减少70%和90%以上,示范小流域的植被覆盖度由25%提高到75%以上,实现了抗蚀促生功能一体化,为砒砂岩区水土流失治理和生态恢复提供了新途径。     

砒砂岩不同类型区坡谱特征与空间分异

砒砂岩区是黄河流域土壤侵蚀严重的区域。研究不同类型区坡谱特征与空间分异可为砒砂岩区水土流失治理提供参考。该研究利用砒砂岩30 m分辨率DEM(Digital Elevation Model),分析不同类型区坡谱特征。对曲线型坡谱和坡度—景观图谱量化分析,描述不同地表覆盖区地貌形态。结果表明:1)砒砂岩区自西向东坡谱曲线由正偏逐渐近正态变化。覆沙区中西部坡度尤为集中坡谱呈"L"型单调分布,裸露区坡谱曲线在3°～6°频率高,剧烈侵蚀裸露区西部坡谱曲线较缓与覆土区相似,覆土区坡谱曲线近正态。2)对坡谱量化分析进一步研究坡谱的空间分异特征,覆土区坡谱信息熵最大为1.57～1.99 nat,景观指数反映坡谱斑块离散,表示覆土区地表坡度变化大;向西到覆沙区、强度侵蚀裸露区坡谱信息熵变小,斑块密度减小到18～35块/100 hm2,斑块凝聚度、聚合度高,反映坡谱斑块分布逐渐集中,坡度变化减小。剧烈侵蚀裸露区西部坡谱信息熵高于四周,坡谱斑块破碎度高表明此处坡度变化较大。砒砂岩不同类型区坡谱量化结果反映了坡谱和地貌特征的空间耦合,为砒砂岩土壤侵蚀研究提供参考依据。     

砒砂岩区沙棘植物柔性坝野外试验研究综述

素有“地球癌症”之称的砒砂岩区位于黄河粗泥沙集中来源区核心区域,平均侵蚀模数20 000 t/(km~2·a),其中粒径大于0.05 mm的粗泥沙含量高达80%左右。砒砂岩区沙棘植物柔性坝野外试验系统研究了该区土壤侵蚀的基本规律和分类系统、输沙机理、植物拦沙机理,以及植物柔性坝对水资源的调节作用,给出了支毛沟沟头沙棘植物柔性坝坝系系统工程技术和防止砒砂岩区土壤侵蚀的水土保持综合技术,为基岩产沙区的全方位治理和黄河粗泥沙治理提供了可靠的科学依据。     

内蒙古砒砂岩地区水土流失规律研究

内蒙古砒砂岩地区是黄河重要的粗沙来源区,该地区具有水蚀、风蚀及重力侵蚀交互的特点。利用三个试验流域1983～1997年的天然观测资料,分析得到了砒砂岩侵蚀交互作用的时空分布规律;通过对砒砂岩的理化及侵蚀产沙特性的分析表明,砒砂岩的产流和产沙能力均高于当地的黄土和风沙土。本研究建立了砒砂岩地区的水蚀模型,并对水力侵蚀过程进行了模拟。     

天然降雨条件下裸露砒砂岩区人工植被的减流减沙效应

裸露砒砂岩区是黄土高原上侵蚀最为剧烈的地区之一,研究裸露砒砂岩区天然降雨下人工植被的减流减沙效应,对于提升砒砂岩区水土流失治理成效与质量有重要意义。以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域的典型人工植被为研究对象,运用系统聚类和线性回归相结合的方法,划分裸露砒砂岩区降雨类型,研究不同降雨类型下坡面产流产沙的特征,分析不同人工植被的减流减沙效应。结果表明:(1)裸露砒砂岩的自然降雨可以分为长历时暴雨、长历时的中到大雨、短历时暴雨以及短历时的小到中雨4种类型。(2)天然降雨的降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和最大10 min雨强(I₁₀)与各植被类型坡面的产流量、产沙量间呈y=ax₁+bx₂+cx₃+d的多元线性关系。(3)各植被类型的减流能力依次为沙棘林>油松林>山杏林>柠条林>草地; 减沙能力依次为沙棘林>山杏林>油松林>柠条林>草地。营造人工植被可以有效防治裸露砒砂岩区坡面的水土流失问题,现有的人工植被类型中以沙棘林的抗蚀能力最强。     

砒砂岩区沙棘减蚀机理及其影响因子研究

为揭示在次降雨(暴雨)条件下砒砂岩区沙棘的减蚀机理及其影响因子,采用逐步回归分析法对砒砂岩区两个水土保持监测站点的沙棘小区和裸地小区2022年观测数据进行了分析,结果表明：沙棘小区的水土流失量大幅少于裸地小区,仅为裸地小区的4%左右;裸地小区水土流失模型的第一影响因子为最大30 min降雨强度,而沙棘小区的第一影响因子是降雨侵蚀力,说明沙棘覆盖影响了水土流失成因,改变了产生水土流失的机理。     

我国北方农牧交错区区位功能及其水土保持案例分析

以我国水土流失重点区域北方农牧交错区为研究对象,分析其特点、功能,并选取该区域内3个水土流失治理典范砒砂岩丘陵沟整区、毛乌素沙地和武川县为例,分析了北方农牧交错区的水土保持措施。     

藏东典型小流域水土流失治理模式研究

水土流失是制约藏东山区农牧业发展的主要因素,高山高寒区的水土流失治理模式研究不仅能够解决生活生产的实际需求,也能够丰富水土流失科学研究。以野外调查藏东地区典型小流域的主要水土流失特征入手,结合遥感分析当地土地利用,土壤和植被特征,提出了适用于研究区的5种治理模式:草地冲沟侵蚀区治理模式,水蚀和冻融交错侵蚀区治理模式,坡耕地面状侵蚀区治理模式,沟道侵蚀区治理模式,林—灌—耕地交错区综合治理模式。     

W-OH材料对砒砂岩坡面土壤剥蚀率和微结构的影响

砒砂岩区是我国水土流失问题最严重的区域之一。为研究砒砂岩坡面土壤剥蚀率的影响因素及W-OH材料对其的改良效果,以内蒙古自治区准格尔旗地区砒砂岩为研究对象,采用模拟冲刷试验方法研究了冲刷流量(2,3,4 L/min)、坡度(5°,7.5°,10°)以及W-OH喷洒浓度(1%,2%,3%)对砒砂岩坡面土壤剥蚀率和微结构的影响。结果表明:(1)砒砂岩坡面剥蚀率沿坡面方向逐渐减小,且随着冲刷流量和坡度的增大而增大;(2)在流量、坡度固定条件下,随着W-OH溶液浓度的提高,砒砂岩坡面土壤剥蚀率改善效果越明显,坡面的抗蚀性能提升越高,当浓度超过2%时,对坡面固结效果较为明显;(3)SEM试验结果说明W-OH溶液可以对砒砂岩颗粒进行有效地包裹,从而防止水分侵蚀,提高坡面抗蚀性,这与溶液浓度和喷洒量关系密切,也与坡度和冲刷流量有一定相关性。研究结果将对W-OH用于砒砂岩坡面治理提供一定的理论支撑。     

沙棘治理砒砂岩工程建设与管理模式

为了有效地治理砒砂岩区的水土流失,1998年水利部批准实施沙棘治理砒砂岩生态工程。在实践中总结出“盖顶、束腰、锁边、护坡、固沟”的工程建设模式和从合同管理、技术培训、种苗准备、技术管理、自查初验、复查验收、经费兑现到产品开发一条龙的“八流程”管理模式,取得了较好的生态效益、经济效益和社会效益。     

生态脆弱区抗蚀促生生态综合治理技术

正黄河水利科学研究院科研创新"土壤侵蚀与生态治理"研究团队,依托国家"十三五"重点研发计划项目"鄂尔多斯高原砒砂岩区生态综合治理技术"和"十二五"国家科技支撑计划项目"黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术集成与示范"等10余项国家及省部级项目,研发出可有效恢复砒砂岩区植被的抗蚀促生新材料,实现了保水、抗蚀、增肥、促生多功能一体化,实现了阻控侵蚀与恢复植被功能一体化;研发出砒砂岩改性筑坝材料并进行了示范应用,实现了阻控砒砂岩结构遇水溃散与破坏的目标;创建了抗蚀促生材料-工程-生物措施体系与坡沟系统地貌单元高适配的二元立体配置模式,突破了砒砂岩治理措施体系与侵蚀空间分异相匹配的技术瓶颈。该技术在青海、新疆等省(区)的道路边坡生态护坡、水库开挖工程边坡、煤矿生态治理等工程中也得到了较为广泛的应用,获2018年河南省科学技术进步奖一等奖,被中国科协评选为2019年中国前沿领域科技成果和水利部2020年度成熟适用水利科技成果推广运用项目,可为黄河流域生态保护和高质量发展提供有力科技支撑,也可在全国其他生态脆弱区生态综合治理中广泛应用。     

内蒙古砒砂岩地区风蚀、水蚀及重力侵蚀交互作用研究

内蒙古砒砂岩地区是黄河重要的粗沙来源区 ,具有水蚀、风蚀及重力侵蚀交互的特点。利用 3个试验流域1983～ 1997年的天然观测资料 ,分析得到了砒砂岩侵蚀交互作用的时空分布规律 ;通过对砒砂岩的理化性质及侵蚀产沙特性的分析表明 ,砒砂岩的产流和产沙能力均高于当地的黄土和风沙土。建立了砒砂岩地区的水蚀模型 ,并对水力侵蚀过程进行了模拟     

砒砂岩区沟道人工湿地生态系统的构建和建议

砒砂岩区千沟万壑,光山秃岭,水土流失严重。为控制砒砂岩区支毛沟沟头的严重土壤侵蚀,需要有计划、有组织地在砒砂岩区开展大面积沟道人工湿地生态系统的构建研究,这是黄土高原多沙粗沙区生态建设的战略基石。给出了构建的指导思想、基本原则、可操作性工程技术、可持续发展模式和实施计划,提出沙棘柔性坝必须进行平茬试验和乔木林替代试验,建议把皇甫川沙圪堵以上1 351 km2的流域作为试验平台。     

砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能变化探究

沙棘人工林是晋陕蒙砒砂岩区主要的退耕还林树种之一,在砒砂岩区生态环境治理中发挥着重要作用。通过理论分析、频度分析、专家咨询法构建了砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能评价指标体系,应用博弈论综合赋权法将主、客观权重进行组合,得到综合权重。采用AHP—模糊综合评价、TOPSIS法、灰色关联投影法对砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能进行了动态评价。结果表明:砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能2010年、2007年、2004年、2001年综合评价结果分别为良好、一般、较差、较差,砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能呈逐年改善的趋势,退耕还林营造沙棘人工林生态措施的实施对砒砂岩区生态环境的改善起到了积极的促进作用。     

砒砂岩区小流域坡沟系统地形及侵蚀分异规律

作为黄河流域典型生态脆弱区之一的砒砂岩区,水土流失治理难度大,区域地形、侵蚀在坡沟系统的分布迥异。区域土壤侵蚀研究多集中于刻画侵蚀空间分布及不同地类差异性研究,从坡沟系统细化开展研究工作较少,不能较好地为后续精细化治理提供支撑。因此,选取位于准格尔旗的3个典型砒砂岩区小流域,结合目视解译的流域沟沿线,开展了流域地形、水力侵蚀分布规律及其关联性研究。结果表明:流域地形因子分布特征与地貌特征分布一致,高值集中分布在沟道,低值则集中在坡面,且特拉沟小流域(覆沙)沟道处的地形因子统计值最大;砒砂岩典型流域水力侵蚀在坡面、沟道空间分布存在差异,流域坡面以微度侵蚀为主,占比达87%~97%,沟道微度侵蚀占比较坡面该值下降54%~72%,什卜尔泰支沟(裸露)沟道处的水力侵蚀模数均值最高,达97.5 t/(hm²·a);坡度、地表粗糙度、地表切割深度与水力侵蚀模数呈显著正相关关系(p<0.001),阳坡成为强度侵蚀以上单元的主要分布坡向,占比达56.8%~75.8%。因此,该区在后续小流域综合治理过程中,沟道及其阳坡是亟待加强的区域。     

砒砂岩区水力侵蚀下坡面微地貌变化特征及过程研究

解决砒砂岩区坡面的产流产沙问题对黄河流域生态安全具有重要意义,选取砒砂岩裸露坡面为研究对象,在自然降雨条件下采用野外径流小区实测结合三维激光扫描技术,分析13次有效降雨过程砒砂岩坡面微地貌的变化过程及产流产沙特征.结果表明,径流小区内坡面土壤平均侵蚀深度为26 mm,侵蚀区占径流小区总面积的95.27％,单位面积上侵蚀...     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

砒砂岩分布范围界定与类型区划分

 以TM影像为主要信息源,采用“路线调查”和“典型小流域调查”相结合的方法,建立不同类型砒砂岩影像解译标志,在地理信息系统支持下,采用计算机辅助下的人工解译,对以晋陕蒙接壤地区为中心的砒砂岩分布范围进行全面界定,并将其划分为裸露砒砂岩区、盖土砒砂岩区和盖沙砒砂岩区3个类型区,确定每一类型区的分布范围及面积大小。结果表明:砒砂岩区总面积1.67万km2,其中,裸露砒砂岩区面积4543.89km2,盖沙砒砂岩区面积3709.18km2,盖土砒砂岩区面积8432.41km2,分别占砒砂岩区总面积的27.2%、22.2%、50.6%。准确划分砒砂岩区,为其全面治理及黄河粗泥沙来源区治理提供科学依据。