MBER土壤固化剂集流场的施工工艺

 人工集流场常用的防渗材料有混凝土、聚乙烯薄膜和沥青玻璃丝油毡等,这些材料的集流效率高,但是存在造价高或耐久性差的缺点。应用土壤固化剂修建集流场,能够有效解决集流材料造价高和耐久性差等问题。在阐述MBER土壤固化剂的组成和固化机制、原材料的技术要求、配合比设计和集流场结构设计等基础上,重点研究土壤固化剂集流场的施工工艺,提出了在干硬性施工工艺中混合料的均匀性、含水率和施工时间是应用固化剂修建集流场的关键技术,建议加强对塑性施工工艺的研究。     

固化土集流面无侧限抗压强度影响因素研究

该文采用无侧限抗压强度作为反映指标，对影响固化土强度的剂量、龄期、密度、含水率、凝结时间和养护环境等主要因素进行研究，提出增强土壤固化剂集流面强度的措施。研究结果表明：固化剂集流面的剂量选择12％左右，养护龄期需要7 d以上，压实度控制在0.94以上。在同一密度下含水率为最优含水率的(80±5)%范围内时，固化土的强度达到最大。在混合料拌和好12 h内尽快完成施工。施工结束后，应立刻进行覆盖防蒸发处理，24 h后方可进行洒水或浸水养护。温度和湿度越高越有利于固化剂集流面强度的增长和外观的平整。     

坡面喷施高分子化合物集流效率的试验研究

基于西北地区黄土高原水土流失严重、地形复杂、外源材料运输困难的实际情况,提出坡面喷施高分子聚合物——土壤固化剂、沥青乳剂、有机硅树脂,以期提高其集流效率。通过室外人工降雨模拟试验,分析了坡面经3种材料处理后,在不同浓度,不同雨强下对产流时间、集流效率、土壤侵蚀量的影响。结果表明:3种材料处理的产流时间较对照提早1/3倍;集流效率平均为72.0%,连续降雨条件下为85%以上;土壤侵蚀量明显较对照降低;3种材料的集流效果顺序为:土壤固化剂>有机硅树脂>沥青乳剂。本研究对西北地区发展新型集雨材料及雨水集蓄利用新形式具有一定指导意义。     

密度和含水率对固化土无侧限抗压强度的影响

 为给修建土壤固化剂集流面的施工工艺提供科学依据,采用正交设计方法,对密度和含水率影响固化土强度的规律性进行试验研究。试验分析结果表明:密度对固化土强度的影响大于含水率;随着密度的增大,固化土的强度呈直线上升;在同一密度下含水率在最优含水率的80%±5%范围内时,固化土的强度达到最大。在实际施工过程中,建议尽可能的增加固化土的密度,压实度控制至少超过0.94;混合料的含水率控制在最优含水率的80%～90%之间。     

新型高分子有机硅材料集流效率试验研究

将高分子有机硅材料喷施在夯实的坡面上,在坡表面形成一层致密的防水膜,减少土壤入渗,增加径流量,从而提高了坡面的集流效率,并减少土壤的侵蚀量,是一种简单、方便的集雨方式。本试验以一种新型有机硅材料作为对象,采用室内渗透和室外人工模拟降雨试验,探讨其应用于集雨工程的可能性,并确定其最佳配比和最适宜用量。研究结果表明:硅水最优配比(体积比,文中所有硅水配比均指体积比)在1∶5～1∶7,适宜用量为150ml/m2。当雨强在1.2～1.5mm/min,前期含水率17%左右,干容重为1.3g/cm3左右,其集流效率可以达到70%以上,是对照夯实坡面集流效率的2～3倍,而侵蚀量只是对照坡面侵蚀量的1/5。新型有机硅材料具有集流效率高、成本低、施工简单等优点,在集雨工程中具有广阔的应用前景。     

人工生物土壤结皮特性及其集雨潜力的研究

为探讨在太行山半干旱区利用人工土壤生物结皮进行集雨的潜力和可行性,以自然生长的生物土壤结皮为种子,通过培育建立人工土壤生物结皮和生物结皮集雨,对人工土壤生物结皮建成后土壤物理性状、渗透率的变化及人工生物结皮集雨面的集流效率进行了研究。结果表明,人工土壤生物结皮与自然生长的生物结皮一样,可显著改变土壤的颗粒组成,使0~1 cm表层土壤的小颗粒物质含量增加、大颗粒物质减少,但对0~5 cm的土壤容重影响不显著。对土壤入渗速率的测定结果表明,人工培育的土壤生物结皮具有降低入渗速率的作用,与自然土壤相比,生物结皮的土壤初始入渗速率和稳定入渗速率分别下降59.1%和44.4%,达到稳定入渗的加水量也减少50.0%。人工营建的生物结皮集雨面的平均集雨效率达60.86%,与自然土面相比,提高23.0%。对集雨面效益分析表明,生物结皮集雨面不仅具有较高的集雨效果,且使用年限较长,并具有明显的减少地表径流沉积物含量,提高土壤抗蚀性的作用。综上结果可以看出,人工土壤生物结皮是一种极具潜力的绿色环保型集雨材料。     

黄土高原半干旱区农户宅院径流利用技术研究

农户宅院径流利用实地试验研究表明，修建水泥水窖并水泥处理院面为最佳宅院集水技术组合。这种技术可使组合集水效率比自然院面、屋檐下铺水泥面的集水效率提高７个百分点以上，入窖径流含沙量也显著下降。按试验所得水窖尺寸公式建造水窖，可较传统方法节约投入２３％，可集存宅院全年径流的６８．５％。利用宅院水窖发展庭院经济，可显著增加农户的经济收入。     

陕北丘陵区陡坡柠条林地与荒坡土壤水分变化研究

通过定点土壤水分测定与对比分析，研究了陕北丘陵区陡坡柠条林地与荒坡的土壤水分亏缺状况，年际年内动态变化规律，干燥化特征及其自然降水的补偿能力。结果表明，柠条林地与荒坡0-10m土层贮水量仅相当于田间持水量的26．2％～41．2％。荒坡地0-10m土层贮水量相当于田间持水量的39．8％～41．2％。土壤贮水量的分布是阳坡〈半阳坡〈阴坡，上坡位〈下坡位。年际间土壤水分的变异程度随土壤深度的增加而减弱，土壤贮水量的变化主要发生在2m以上土层内。土壤贮水量具有明显的季节变化特征，但滞后于降雨量变化。生长季内，柠条地与荒坡的土壤平均贮水量之间差异显著，土壤越深，其含水量变化程度越小。两种利用方式的土壤剖面都产生了不同程度的干化层。相比而言，柠条林地深层土壤干燥化强度明显大于荒坡地。丰水年柠条林雨水补偿深度仅为1．0m，荒坡也仅为1．2m。柠条林丰水年的雨水补偿深度比干旱年可增加60cm以上，5m土层贮水增量增加3倍以上。     

间歇降雨对铁尾砂重构坡面侵蚀水动力学特性的影响

黄土高原夏季降雨集中且多暴雨,铁尾矿砂自身结构松散,堆存坡度大,雨季通常遭受多次暴雨侵蚀,严重限制植被恢复。为有效减少铁尾矿的水土流失,促进生态恢复,在干排铁尾矿砂中添加不同比例土壤和菌糠,形成6种重构坡面:松散铁尾矿砂(LT),结壳铁尾矿砂(CT),铁尾矿砂与菌糠混合物(TM),铁尾矿砂、菌糠和土壤混合物(TSM),铁尾矿砂和土壤混合物(TS),纯土(S)。采用室内人工模拟降雨技术,研究重构坡面在间歇性降雨下的侵蚀特征和水动力因素。结果表明:1)随降雨场次增加,6种坡面的产流率均持续增大,而产沙率表现出明显的分异:LT、CT和TS产沙率持续增大,表现为高产沙型,TS、TSM和S产沙率整体上是先增加后减少,表现为低产沙型;2)随降雨场次增加,6种坡面侵蚀形态也出现分异,可分为2类:LT和CT和TS坡面侵蚀形态严重,细沟发展快,演化为宽深比较小的细沟;TM和TSM和S坡面侵蚀形态轻微,细沟发展缓慢,S坡面演化为宽深比较大的细沟,TM和TSM坡面细沟很少,多为均匀分布的菌糠小坑穴。据此表征坡面侵蚀微地形变化的沟壑面积和地形起伏度,随降雨场次增加持续增大;沟壑密度则随降雨场次先急剧增加,随后由于沟壑形态差异,部分坡面减少;3)6种坡面的坡面流流型均为层流,流态大多为急流;随降雨场次增加,流速、水流功率整体表现为增大的趋势,径流剪切力无明显趋势,阻力系数、曼宁粗糙系数表现出减小的趋势;除径流剪切力,不同降雨场次间水动力学特征差异显著(P0.05)。6种坡面侵蚀产流产沙可用对数、线性或幂函数较好地模拟。纯尾矿砂坡面侵蚀最为严重,坡面覆土具有明显的减流效果,但添加菌糠的减沙效果最好,因此对于土源缺乏的铁尾矿砂复垦区,同时添加菌糠和土壤可以有效减少侵蚀,易于植被修复。     

南太行典型区小流域土壤铅含量空间分异及影响因素分析

为揭示小流域尺度土壤铅（Pb）含量的空间分异规律及影响机制，提高土壤污染修复与管控效率。该研究以蟒河小流域为研究区，采集121份土壤表层（0～20 cm）样品和15份环境辅助样品，利用经典统计学、地统计学和地理探测器等模型方法对土壤Pb空间分异特征及其影响因素展开研究。结果表明：1）蟒河小流域土壤Pb含量的平均值为110.40 mg/kg，高于区域背景值，部分点位超过农用地土壤污染风险筛选值，存在污染风险；2）土壤Pb含量变异程度为强变异，且不同方向均存在较强的变异程度，南-北（0°）和东北-西南（45°）变异在空间变异中占主导作用，变异程度受成土母质、地形等结构性因素影响大。3）经验贝叶斯克里金空间插值显示土壤Pb含量整体由西南向东北带状逐步增加，局部特征明显，东北部山前平原和中部平原区域是土壤Pb污染风险监测的重点区；4）地质类型和土地利用对土壤Pb含量空间分布差异具有最强解释力，叠加距矿山距离和工业距离等因素后，其交叉作用影响程度显著增加，地质地形、大气等自然因素叠加工矿企业及农业生产等复杂环境下区域重金属污染综合研究是未来面临并需要研究的重要内容。该研究可为南太行典型区复杂环境下土壤重金属污染防治与修复治理提供精准支撑。     

疏浚淤泥的固化试验研究

采用一种成分可调的水泥系土壤固化剂对太湖清淤工程的3种代表性淤泥质土(HH-4、HH-10、LM-2)进行了固化试验，以研究太湖淤泥固化后用于路基填筑的可行性，确定固化剂各组分的质量分数，掺入固化剂的最佳质量分数以及固化土的强度变化特性。结果表明：当固化剂质量分数为6%时，3种固化土均能满足路堤填料的规范要求，但加固HH-10土样时，需要提高固化剂中A、D、F组分的质量分数。由于土样颗粒级配和化学成分的不同，HH-4固化土具有较高的早期强度，LM-2固化土具有较高的后期强度。疏浚淤泥固化并用于路基填筑，避免了淤泥的长期占地堆放，既减少了环境污染，又保护了土地资源，经济和社会效益显著。     

晋西黄土区切沟对其上方集水区内土壤水分的影响

为掌握黄土高原切沟对其上方集水区内土壤水分的影响,选取晋西黄土区典型切沟上方的集水区为研究对象,采用土钻法定期测量0—10 m土层的土壤水分,探讨集水区内不同地貌部位的土壤水分状况。结果表明:(1)集水区内土壤水分状况受距离切沟远近和地貌部位的共同影响。(2)集水区内距离切沟1 m处的蓄水量显著低于距离切沟3,6 m处的蓄水量(P＜0.05),集水区内洼地的蓄水量大于坡面。(3)集水区内6个采样点浅层含水量随时间变化剧烈,深层含水量随时间变化小。(4)切沟对其上方集水区内土壤水分的水平影响距离为1~3 m,距切沟1 m处,影响深度最深可达7 m,距切沟3 m处,影响深度为2 m。在未来开展切沟治理中,建议在距离切沟1 m范围内密植低耗水的耐旱灌木或草本,利用密植的植物增加地面糙率,降低水流流速,并利用植物根系网络土体,增加抗冲性,从而起到防治切沟溯源侵蚀。     

Quantification of priming and CO2 emission sources following the application of different slurry particle size fractions to a grassland soil

The highest emissions of CO₂ from soils and most pronounced priming effect (PE) from soils generally occur immediately after slurry application. However, the influence of different particle size slurry fractions on net soil C respiration dynamics and PE has not been studied. Therefore, a slurry separation technique based on particle sizes was used in the present study. Six distinct fractions (>2000, 425-2000, 250-425, 150-250, 45-150, <45 μm) were generated from two dairy slurries (one from cows fed a predominantly maize silage diet and the other from cows fed a grass silage diet) were applied to soil. During the first days of the 332 days experiment, all slurry fraction amendments significantly increased soil CO₂ effluxes (by 2-8 times) compared to the non-amended control. The increased CO₂ emission rates had a negative relationship with slurry particle size, but its duration was positively correlated with slurry particle size. The percentage of the cumulative CO₂ emitted was only higher in the first 8 days in the finest slurry particle sizes (<150 μm). The proportion of slurry-derived C emitted as CO₂ 2 h after addition to soil varied between 29% and 100% of total emitted CO₂-C. Generally, the proportion of slurry-derived C emitted initially decreased rapidly in the <250 μm fractions, but decreased more slowly or even increased in the >250 μm fractions. The overall contribution of slurry C to total CO₂ emissions was higher in smaller slurry particle size treatments in the first days after application. The addition of the various slurry fractions to soil caused both significant positive and negative PEs on the soil organic matter mineralization. The timing and type (positive or negative) of PE depended on the slurry particle size. Clearly, farm based separation pre-treatment leading to two or more fractions with different particle sizes has also the potential to reduce or modify short-term CO₂ emissions immediately after slurry application to soil.     

A pragmatic approach to modelling soil and water conservation measures with a catchment scale erosion model

To reduce soil erosion, soil and water conservation (SWC) methods are often used. However, no method exists to model beforehand how implementing such measures will affect erosion at catchment scale. A method was developed to simulate the effects of SWC measures with catchment scale erosion models. The method was implemented by applying the LISEM model to an agricultural catchment on the slopes of Mt. Kenya. The method consisted of a field scale calibration based on P-factors, followed by application at catchment scale. This calibration included factors such as saturated conductivity, Manning's n, roughness and slope angle. It was found that using data on P-factors, such models can be calibrated to give acceptable predictions at pixel scale. However, P-factors were also found to vary with land use type and storm size. Besides, more data on the physical effectiveness of SWC measures are needed. At catchment scale, the effect of SWC was found to be different from that at pixel scale. Most SWC were simulated to be more effective at catchment scale, indicating additional infiltration during transport through the catchment to the outlet. However, slope corrections in case of terraces were found to be less effective at this scale. Nevertheless, a simulation for current land use with current SWC measures indicated that these SWC measures decrease runoff by 28% and erosion by 60%.     

Investigating the spatial distribution of soil erosion and deposition in a small catchment on the Loess Plateau of China, using Cs

An understanding of the spatial distribution of soil erosion and deposition in a catchment is important for designing soil and water conservation measures. Traditional monitoring techniques provide limited information on the spatial patterns of erosion and deposition. The fallout radionuclide ¹³⁷Cs was used to document rates and patterns of soil redistribution within a small (0.17 km²) gully catchment located near An'sai in Shaanxi Province, representative of the Loess Plateau of China. The local reference inventory was estimated to be 2266 Bq m⁻² and the ¹³⁷Cs inventories of 198 soil cores collected from the catchment, ranged from 0 to 3849 Bq m⁻². The coefficient of variation of the inventories of the individual cores was 0.85, reflecting the complex pattern of ¹³⁷Cs redistribution by soil erosion and deposition. Estimates of erosion rates derived from ¹³⁷Cs measurement ranged from less than 25 to 150 Mg ha⁻¹ year⁻¹, with about 70% of the net soil loss from the catchment coming from the gully area. The ¹³⁷Cs technique was shown to provide an effective means of documenting the spatial distribution of soil erosion and deposition within the small catchment.     

豫西山丘区雨水资源开发利用模式与关键技术

雨水资源开发利用中,修建大型骨干水利工程受地形、地貌、水文、地质等因素影响较大,工程造价高,解决问题有限;而雨水集蓄工程,分布广泛,开发利用成本低,技术相对简单,管理维护方便,并且,可以通过对雨水的直接调控,减少降雨所产生的地表径流,消除水土流失原动力,减轻水土流失危害。通过对豫西四县典型小流域内雨水资源开发利用技术综合研究分析,探讨了山丘区不同部位(坡面、沟道等)蓄水工程开发利用模式及关键技术,供同类型区参考,推广应用。     

不同秸秆移除条件下冻融对农田土壤风蚀可蚀性的影响

为研究实际生产中不同秸秆移除率条件下冻融作用对土壤风蚀指标的影响,2011—2013年在美国堪萨斯州3个县设置3个不同秸秆移除率:0,50%,100%,对春秋季节土壤侵蚀比（EF）、平均几何直径（GMD）、地表随机粗糙度（RR）进行了统计分析。结果表明:（1）在冻融作用下,秸秆留茬能够有效减轻土壤风蚀,随着秸秆移除率的增大,土壤EF值增大,GMD值、RR值减小;（2）经过2011—2012年的冻融作用,2012年春季Norcatur、Colby、Scott City三地秸秆100%移除组的EF值增幅分别为149%,185%,16%,50%移除组的EF值增幅分别为40%,152%,-28%,0移除组的EF值增幅分别为29%,47%,9%;（3）休耕对于增强土壤抗风蚀能力有一定积极作用。研究成果为我国易发生土壤风蚀季节性冻融地区的适宜秸秆移除率的研究提供参考。     

微型旋翼无人机在水蚀外业调查中的应用

[目的]提高水土流失抽样调查的效率和准确度,降低难度和成本。[方法]应用微型旋翼无人机结合倾斜摄影测量技术,通过几何校正过程,多视图匹配,三角网(TIN)构建和自动赋予处理等步聚,建立调查单元的高分辨率正射影像和三维实景,然后通过人工解译的方法,得到调查区域内不同地块的边界和属性信息,代替传统现场勾绘的工作方式和技术流程。[结果]应用微型旋翼无人机有效提高了调查地块边界的精度,同时降低了现场调查的难度和成本,大大节约了调查时间。[结论]应用微型旋翼无人机提高了基于抽样现场调查方法的水土流失评价结果的可靠性,有利于促进抽样调查方法在各级政府水土流失评价中的采用,以及水土流失评价定量化技术的发展。