砾石覆盖对土壤水蚀过程影响的研究进展

 土壤中砾石的存在对水蚀过程有着重要的影响,有关砾石特别是表土砾石覆盖对土壤水蚀影响的研究结果表明,表土砾石对溅蚀分散、细沟间及细沟侵蚀等坡面侵蚀过程有重要影响:1)泥沙溅蚀分散量与砾石覆盖度呈负相关关系;2)砾石覆盖与细沟间侵蚀的关系较为复杂,这取决于表土的结构、砾石的位置和大小以及坡度等因素,当砾石嵌入结皮表土时,二者呈负相关关系,当砾石置于表土之上或嵌入具有结构孔隙的表土时,二者呈正相关关系;3)砾石覆盖对细沟间侵蚀产沙的作用效率与砾石粒径呈负相关关系,砾石置于表土之上的表土产沙量总低于砾石嵌入表土的产沙量;4)表土砾石覆盖能抑制细沟的形成,增加细沟糙度,降低细沟径流速率以及径流的侵蚀速率。鉴于砾石对水蚀过程的重要影响,RUSLE、WEPP和EUORSEM等土壤侵蚀模型预报含砾石土壤流失量时对相关参数做了修正。     

地表砾石对降雨径流及土壤侵蚀的影响

山区土壤表层常有大量砾石覆盖,地表砾石覆盖会对降雨入渗产生影响,从而影响径流和土壤侵蚀。利用人工降雨试验来评价北京山区普通褐土上不同砾石覆盖度对径流和土壤侵蚀的影响。试验降雨强度为30,67,92mm/h,土盘(1m×0.5m)坡度为20°,砾石覆盖度为0,5%,10%,20%,40%和60%。研究结果表明:对试验土壤,径流量随砾石覆盖度增加呈线性减小。水流流速和土壤侵蚀量随砾石覆盖度的增加呈负指数递减。降雨强度对径流量和土壤侵蚀量与砾石覆盖度之间的关系不存在影响。研究结果可为北京山区的土壤侵蚀预报提供数据基础。     

基于地理探测器的江苏省沿江地区土壤侵蚀定量分析

[目的]研究江苏省沿海地区土壤侵蚀空间分布特征,识别主要影响因素并开展驱动力因子定量归因,为该区域水土流失防治与生态环境建设提供科学指导。[方法]以江苏沿江地区为对象,基于高分辨率遥感影像、数字高程模型和长系列降雨等数据,采用中国土壤流失方程、地理探测器等方法,探索土壤侵蚀空间分异性的主导影响因子及其交互作用影响程度,识别土壤侵蚀高风险区域。[结果](1)平原区与山丘区土壤侵蚀均以坡度与土地利用类型为主导因素。茶园的土壤侵蚀以植被覆盖度为主导,其他类型土地的土壤侵蚀均以坡度为主导因子。(2)土壤侵蚀的主导交互作用为坡度叠加土地利用类型。茶园与草地主导交互作用因子为坡度叠加植被覆盖度,其他类型土地的土壤侵蚀主导交互作用因子为坡度叠加降雨量。(3)果园、茶园、林地与生产建设活动扰动地的土壤侵蚀高风险区域位于坡度>20°,降雨量1 300～1 400 mm,植被高覆盖度的丘陵山区。[结论]地理探测器操作简便,结果包括单因子影响、两因子交互作用及风险区域分析。江苏省生产建设活动扰动地、园地的水土流失问题应引起密切关注。     

砾石含量对土壤可蚀性因子估算的影响研究

砾石（>2 mm）是土壤组成部分之一,其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子（K）计算中充分考虑砾石含量的影响,计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据,利用文献报道的砾石含量与土壤渗透性和土壤侵蚀关系估算方法,在全球范围内分析估算砾石含量对土壤可蚀性因子的影响。结果表明,（1）土壤剖面中砾石的存在,通过降低土壤入渗速率（土壤渗透性等级增加5.68%）、增加地表径流而使土壤侵蚀增加,进而使全球土壤可蚀性因子增加4.43%;砾石覆盖通过保护土壤免遭雨滴打击和径流冲刷减少侵蚀,在山地、荒漠（沙漠和戈壁）地区,这一影响会使土壤可蚀性值减小约18.7%。考虑土壤剖面砾石含量和表面砾石覆盖综合影响时,土壤可蚀性因子降低5.52%。（2）以砾石影响为主的地区,占全球62.7%,土壤可蚀性因子可降低0.0091( t?hm2?h)?( hm-2?MJ-1?mm-1);以剖面砾石影响为主的地区,占全球的31.1%,土壤可蚀性因子增加0.0019( t?hm2?h)?( hm-2?MJ-1?mm-1)。（3）剖面和表面砾石共同作用使6个样区土壤流失速率减少约11.8%。因此,剖面砾石的存在会增加土壤可蚀性,而表面砾石覆盖会减少土壤可蚀性,综合影响使土壤侵蚀降低。在区域土壤可蚀性制图研究中,应考虑这两个方面的影响,进而提高土壤可蚀性因子的制图精度。     

典型流域土壤侵蚀演变的高程、坡度空间差异比较

三峡库区腹地作为生态环境脆弱和土壤侵蚀敏感地区,其土壤侵蚀研究对库区生态建设具有重要意义。选取大宁河和梅溪河流域,借助GIS和RS技术,以1988,2000,2010,2015年遥感影像为数据源,结合实地调查,提取土壤侵蚀数据,通过土壤侵蚀强度综合指数、景观格局指数等研究方法,分析其不同高程、坡度带土壤侵蚀演变空间差异,探究土壤侵蚀防控的措施。结果表明:(1)从土壤侵蚀严重程度来看,2个流域最严重土壤侵蚀带及其演变趋势均具有较大的差异性。大宁河流域1 000~1 200m范围内的25°~35°坡度带最为严重,梅溪河流域则以800~1 000m范围内的25°~35°坡度带最为严重;(2)从土壤侵蚀演变程度来看,两流域土壤侵蚀演变程度快慢存在一定的差异性。大宁河流域以2 000 m高程带和35°坡度带演变最明显,200m和5°坡度带最不明显;梅溪河流域则以1 000~1 200m高程带和25°~35°坡度带演变速度最快,200m和5°坡度带最不明显;(3)从土壤侵蚀景观格局演变特征来看,在800~1 200m高程带和25°~35°坡度带,大宁河流域土壤侵蚀剧烈程度可能性大于梅溪河流域。以上研究结果,为后续对两流域800~1 200m高程带不同坡度、25°~35°坡度带不同高程的土壤侵蚀空间分布规律以及主控自然因子与土壤侵蚀的相互关系等科学问题的研究奠定了基础。     

南方红壤试验小区乔灌草多年水土保持效应比较

不同植被水土保持效应的评估是水蚀区生态修复理论研究和管理决策的重要依据.基于我国南方典型水土流失区福建省长汀县河田镇2003-2010年葛藤、乳源木莲、胡枝子、百喜草、宽叶雀稗和对照共6个小区的逐月径流深度、土壤侵蚀量及对应的降雨数据,采用植被小区与对照小区的径流深度比值和土壤侵蚀量比值,研究不同植被小区的水土保持效应,并分析降雨对小区水土流失的影响.结果表明,由于植被结构以及根系和地表枯落物的差异,各植被的水土保持效应存在显著差异,植被的保水和保土效应均为葛藤和乳源木莲优于胡枝子和百喜草,而宽叶雀稗最差,各植被保水效应差异较保土效应差异更为明显.径流深度主要受降雨量的影响,不同植被小区径流深度与降雨量的线性关系方程决定系数(R2)均在0.9以上;而土壤侵蚀量与降雨量的线性关系方程决定系数(R2=0.3～0.8)则因各小区植被覆盖的不同存在较大差异.研究结果可为当地和相似地域的植被重建工作提供参考.     

砾石覆盖条件下盐碱土边坡降雨侵蚀水动力学特征

为了探究砾石覆盖对盐碱土坡面侵蚀的减沙效应,通过室内模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下降雨径流水动力学特征及产沙受砾石覆盖的影响。试验坡度选取15°和30°,雨强选取92,119mm/h,坡面砾石覆盖度分别为0,10%,20%,40%,60%,80%,采用染色示踪法测定坡面径流流速。结果表明:不同坡度和雨强条件下,水流产沙率随坡面砾石覆盖度增大先增后减;雷诺数与弗劳德数均随砾石覆盖度增大呈先增后减的抛物线趋势,曼宁糙率、Dracy-Weisbach阻力系数、坡面径流剪切力和径流功率均与坡面砾石覆盖度呈线性正相关;径流功率预测产沙率效果较好,二者呈对数关系(R2=0.47)。     

模拟降雨下坡度对含砾石土壤径流和产沙过程的影响

对含砾石土壤径流和产沙过程的研究不仅有助于深入理解该类型土壤中的水土过程,也可以为基于过程的土壤侵蚀模型模拟提供重要的土壤参数.通过室内模拟降雨试验,分析了3个坡度下含砾石土壤中的径流和产沙过程,研究结果表明,不同砾石含量的土壤在不同坡度下的产流在0～20 min内有明显增加的趋势,之后径流趋于平稳.随着砾石含量的增加,坡度对径流的影响减弱.坡面产沙高峰期出现在0～20 min内,且高峰期产沙量占总产沙量比例相对较大;当坡度为15°时,砾石含量(质量含量百分比)为20%,30%,40%的土壤在30 min后产沙量又增加,与其他坡度相比,土壤总产沙量也明显增加.实验中坡度是决定土壤产沙量的主要因素.     

砾石覆盖对土壤水热过程及旱作小麦玉米产量的影响

为了揭示砾石覆盖对农田土壤水热变化及作物产量形成的影响,2013—2015年采用小区试验法研究冬小麦-夏玉米轮作条件下土壤水分变化、温度效应以及作物生长和产量之间的相互作用关系。田间试验设置无覆盖(CK)、25%砾石覆盖(GM1)、50%砾石覆盖(GM2)、75%砾石覆盖(GM3)和100%砾石覆盖(GM4)5个处理。结果表明:砾石覆盖度与土壤水分呈显著正相关,100%砾石覆盖处理土壤贮水量最高;干旱胁迫条件下砾石覆盖度越高土壤的保水性越好,降雨条件下砾石覆盖度越高土壤截留雨水的能力越大。砾石覆盖具有明显的增温效应,4个砾石覆盖处理的土壤平均温度大于CK处理,GM4处理土壤平均温度最大;砾石覆盖处理可以认为是一种有效的温度调节方式,具体表现在低温(-5~0℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度增加5℃,高温(40~45℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度降低3.7℃;在寒冷气候和水分亏缺的情况下4个砾石覆盖处理增温能力均大于对照。此外,夏玉米叶面积指数随着砾石覆盖度增加而增大。100%砾石覆盖处理的2季冬小麦和夏玉米平均产量较对照处理分别增加了58.55%和22.50%。可见,砾石覆盖技术可以有效保持土壤水分、增加土壤温度、促进作物生长和提高产量,是干旱半干旱地区应对水分胁迫和气候变化、     

摩布小流域水土流失动态监测结果分析

依据宣威市摩布小流域摩布水土保持地面监测站径流小区监测点2014—2020年连续7年的水土保持监测资料,研究场次降雨侵蚀力(EI₃₀)和场次雨量、最大30 min雨强的乘积(PI₃₀)之间的关系,不同坡度不同措施下径流小区的土壤侵蚀特征,以及径流深、土壤侵蚀强度与降水量的关系。结果表明：EI₃₀与PI₃₀的相关系数高达0.981 2,相关性较好,说明用PI₃₀估算EI₃₀的精度较高,可直接用降雨量快速便捷地计算降雨侵蚀力;经果林和人工造林等水土保持措施可以减少径流小区的土壤侵蚀量,尤其是减轻坡度对土壤侵蚀的影响;20°、10°坡地径流深、土壤侵蚀强度与降雨量拟合关系均较好,监测结果对西南喀斯特地区水土流失预测、土壤侵蚀强度估算等具有较高的参考价值。     

Effects of soil rock fragment content on the USLE-K factor estimating and its influencing factors

Rock fragments are an important component of soil, and their presence has a significant impact on soil erosion and sediment yield. In this paper, the effects of rock fragments in the topsoil profile (RFP) and rock fragments on the soil surface (RFS) on the soil erodibility factor (K) were assessed at a global scale. The spatial pattern of the relationship between stoniness and erodibility (R_S-K) and its predominant factors were explored through correlation analysis, pattern analysis, and random forest model analysis. The results were as followings: (1) The existence of RFP increased K by 2.84%. The RFS of the mountain land and desert/Gobi reduced K by 18.7%; therefore, once the RFP and RFS were taken into account in the calculation, K was 6.98% lower. (2) The predominant factors of the effect of RFS and the joint effect of RFP and RFS were elevation and slope gradient. The predominant factors of the effect of RFP were annual average precipitation and annual average temperature. (3) In assessing and mapping soil erosion in large regions, special attention should be given to areas with large rock fragment contents, a relatively high altitude, and the presence of steep slope. If rock fragments were not taken into consideration, the mapping results of soil erosion may be biased. This article made the calculation of K more complete and accurate, thereby improving the accuracy of regional soil erosion estimation. This research was of significance for the investigation of global hydrological effects and simulation of the global soil carbon budget.     

饱和状态下黄绵土坡面细沟侵蚀可蚀性和临界剪切应力特征

土壤可蚀性参数和临界剪切应力是评价土壤易侵蚀程度和抗水流剪切变形能力的重要指标,目前在黄绵土坡面细沟侵蚀过程中,土壤饱和条件下可蚀性参数和临界剪切应力的变化尚不明确。该研究采用室内土槽模拟冲刷试验确定不同坡度（5°、10°、15°、20°）和流量（2、4、8 L/min）下饱和黄绵土坡面的最大细沟剥蚀率,基于数值法、修正数值法和解析法计算土壤可蚀性参数和临界剪切应力。结果表明,3种方法所得最大细沟剥蚀率均随坡度和流量增加而增大,其中修正数值法和解析法计算的最大细沟剥蚀率更接近。土壤可蚀性参数分别是0.485、0.283和0.268 s/m,土壤临界剪切应力分别为1.225、1.244和1.381 N/m2。修正数值法可提高数值法近似计算的精度,使近似计算结果更接近解析法计算获得的理论值。饱和较未饱和黄绵土的土壤可蚀性参数略有减小（16.83%）,而临界剪切应力减小了66.97%,表明土壤饱和对黄绵土土壤可蚀性参数影响很小,但大幅度削弱了土壤临界剪切应力,使得黄绵土坡面饱和后土壤侵蚀更为强烈。此外,饱和黄绵土边坡的临界剪切应力比饱和紫色土坡面大6.38%,而细沟可蚀性参数大2.35倍,表明土壤饱和对2种土壤临界剪切应力影响程度相似,但黄绵土较紫色土对土壤侵蚀的敏感性更高。研究结果可为饱和状态下不同土壤坡面细沟侵蚀模型参数的优化提供参考。     

工程堆积体标准小区界定与可蚀性因子改进

将USLE模型应用于工程堆积体侵蚀预报时结果偏差较大,这是因为其标准小区与土壤可蚀性因子不适合直接应用于工程堆积体侵蚀预报。针对这一问题,结合对我国6大水蚀类型区工程堆积体参数的调查、统计、分析,界定工程堆积体标准小区的坡度、坡长;结合国内外已有研究成果,分析论证堆积体可蚀性因子的改进办法,并引用相关数据验证其可行性。结果表明,6大区域工程堆积体坡度、坡长及坡面物质组成均与USLE中规定的标准小区相差较大;为了尽量消除误差,建议工程堆积体标准小区坡度采取众数35°,坡长采取平均值5m;堆积体可蚀性因子更名为土石质因子Tr,并将单位体积土石混合体中石砾总表面积Cs,作为石砾因素指标纳入堆积体土石质因子Tr中,与堆积体物质中土壤可蚀性因子K共同构建工程堆积体土石质因子函数。验证结果表明,堆积体可蚀性因子改进办法是可行的。工程堆积体坡度、坡长的界定及可蚀性因子的改进,对提高基于USLE模型的堆积体侵蚀预报精度有重要意义。     

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。     

东北典型黑土区剖面粒径分布特征及其可蚀性研究

为了更好的了解黑土区土壤剖面粒径分布以及可蚀性因子特征,本研究以东北典型黑土区鹤北流域为研究区,利用沉降法对不同土地利用方式下土层表面至母质的土壤样品进行粒径分布规律研究,并基于粒径及有机碳分布特征,计算了土样的可蚀性K值,最后对土壤可蚀因子K与WEPP模型中土壤的细沟间侵蚀因子(Inter- rill Erodibility)K_i、细沟侵蚀因子(Rill Erodibility)K_r和临界剪切力因子(Critical Shear)Tc进行相关分析。结果表明:(1)不同剖面下土壤粘粒含量逐层变化不大。而粉粒含量呈现出随土层深度增加而含量减少,砂粒呈现出随土层深度增加而含量增大;(2)除人工林外,其余6个剖面土壤可蚀性因子K值均表现出随土层深度增加而含量增大的趋势;(3)对农地剖面土样分析发现,可蚀性因子K值与细沟侵蚀因子K_r呈极显著正相关,与临界剪切力因子Tc呈极显著负相关,而与细沟间侵蚀因子K_i的正相关性略有降低。     

Evaluation and mapping of soil erosion susceptibility: an example from Kenya

Abstract. The erosion susceptibility of the Erosion Research Farm at Kabete Campus was mapped using a qualitative parametric method. A grid soil survey of the 4 ha farm was combined with a map of slope gradients, slope segments being delineated by breaks in slope. Rainfall erosivity and soil erodibility were also measured. Areas with the greatest erosion susceptibility according to this method were those occupying convex slope positions and slopes of more than 30%. Field observations and soil loss measurements generally supported the erosion susceptibility rating map produced by this method. The soil and erosion susceptibility maps were useful for planning erosion control measures and for selecting suitable sites for runoff plot experiments.     

Factors responsible for soil erosion hazard in submontane Punjab, India

Abstract. Various factors of soil erosion (erodibility of the soil, slope of the land and nature of the plant cover) were studied in a representative area of submontane Punjab. In the north-eastern part of the area, slope steepness, slope length, convexo-concave and concave slope patterns and sparse vegetation were the dominant factors governing erosion hazard. In the central and lower south-western part of the area, high soil credibility and sparse vegetation were the most important factors.
Rill erosion was positively correlated ( r = 0.87) with slope steepness. The erodibility of the soil was strongly correlated ( r = 0.98) with amounts of silt + very fine sand.
In the area with steeper slopes, the lower segments of transects were prone to more erosion because of high credibility. Slope shapes such as convexo-concave and concave could result in sloughing and greater erosion hazard if not properly protected. Slopes facing southwest were more prone to erosion than others because of more solar energy, greater aridity, less vegetation and concave shape.     

Determination of rill erodibility and critical shear stress of saturated purple soil slopes

The hydrological conditions near the soil surface influence the soil erosion process, as determined by the soil erodibility and critical shear stress. The soil erodibility and critical shear stress of saturated purple soil slopes were computed and compared with those of unsaturated purple soil slopes. The detachment capacities computed through the numerical method (NM), modified numerical method (MNM) and analytical method (AM), from rill erosion experiments on saturated purple soil slopes at different flow rates (2, 4, and 8 L min^?1) and slope gradients (5, 10, 15, and 20°), were used to comparatively compute the soil erodibility and critical shear stress. The computed soil erodibilities and critical shear stresses were also compared with those of unsaturated purple soil slopes. At the different slope gradients ranging from 5° to 20°, there were no significant differences in the soil erodibilities of the saturated purple soil and also in those of the unsaturated purple soil. The critical shear stresses slightly varied with the slope gradients. The saturated purple soil was relatively significantly more susceptible to erosion. The NM overestimated the soil erodibility of both saturated and unsaturated soils by 31% and underestimated the critical shear stress. The MNM yielded the same soil erodibility and critical shear stress values as the AM. The results of this study supply parameters for modeling rill erosion of saturated purple soil slope.     

黄土高原土壤可蚀性因子空间分布特征及影响因素

为揭示黄土高原地区土壤可蚀性(K)的空间分布特征和影响因素，基于EPIC模型、几何平均粒径模型、Torri模型估算黄土高原地区K,并结合地理探测器比较土壤理化性质、海拔、坡度等要素对K空间分布的影响。结果表明：(1)EPIC模型、几何平均粒径模型、Torri模型估算的黄土高原地区K均值分别为0.036,0.034,0.041 [(t·hm²·h)/(MJ·mm·hm²)]。黄土高原以中可蚀性和中高可蚀性的土壤为主，不同模型对K的估算值有显著差异(F=4.460,p<0.01)。(2)黄土高原K有较为显著的空间异质性，东部和西南地区K较高，西北地区K则较低。不同省份的中可蚀性和中高可蚀性面积占比有较大的统计差异。(3)土壤理化性质(砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量、碎石含量、容重、酸碱度、阳离子交换量、基本饱和度、交换性盐基、碳酸盐、硫酸盐、可交换性钠盐、导电率)、海拔、坡度、坡向均对K呈现极显著影响(p<0.01)。土壤理化性质对K空间分布的影响强于海拔、坡度、坡向、土地利用因子间交互作用对K的影响大于单个因子。研究结果可为黄土高原土...     

基于实地和遥感调查的离子型轻稀土尾砂土壤侵蚀对植被修复措施响应

稀土开采产生大量尾砂,导致严重土壤侵蚀,伴生水质和地质灾害,评价植被修复措施对稀土尾砂土壤侵蚀治理效果可为措施优选提供理论依据。以寻乌县离子型轻稀土尾砂区为研究区,基于1982—2015年GIMMS NDVI 3 g、DEM等遥感和尾砂理化性状现场调查数据,采用空间代时间方法,结合RUSLE模型及其全微分公式探究不同修复年限土壤侵蚀量对植被修复措施的响应机理。结果表明:1982—2015年研究区土壤侵蚀模数显著下降,倾向率为-60 t/(km~2·10a),突变年份为2008年;在植被修复措施实施年(2008年)前后,多年平均土壤侵蚀量减幅超过60%;土壤侵蚀模数呈现上升、平稳、上升、平稳、上升和下降的阶段性变化,与NDVI时程变化呈负相关;水土保持措施、植被覆盖、土壤可蚀性和降雨变化对土壤侵蚀量减小的贡献率分别为33.18%,32.19%,19.95%,13.19%。植被修复过程中,矿区土壤侵蚀量减少的主要影响因子为水土保持措施因子和植被覆盖因子。