等高反坡阶对昆明市松华坝水源区坡耕地氮、磷流失的影响

选取昆明市松华坝水源区典型小流域——迤者小流域为试验区,通过布设标准径流小区,在2009—2015年对坡耕地产流产沙及氮、磷流失情况进行长期的野外观测研究,从年际尺度上来探讨等高反坡阶对于坡耕地产流产沙及氮、磷等养分流失的影响。结果表明:等高反坡阶对于径流和泥沙的削减效果均较为明显,年平均减流率为50.64%,年平均减沙率74.99%,减沙率显著大于减流率;等高反坡阶对于径流和泥沙中氮、磷均有较为明显的削减效果,平均每年可以削减68.75%的氮流失和82.16%的磷流失,其中对径流中总氮和泥沙中全氮年削减率分别达到59.51%和76.43%,对径流中总磷和泥沙中全磷年削减率分别达到64.22%和83.73%。     

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。     

不同治理措施在红壤坡耕地的水土保持效益

在云南省抚仙湖流域澄江尖山河小流域坡耕地建立了野外标准径流小区,并布设了1.2m宽等高反坡阶和2.0m宽草带两种坡耕地水土保持措施,观测次降雨的地表径流量和土壤流失量,并与原状坡耕地进行对比,分析两种措施的水土保持效益。结果表明:(1)两种措施之间的地表径流量和土壤流失量差异性均显著。修筑等高反坡阶的地表径流深为113.64mm,比原状坡耕地减少了61.9%,土壤流失量为714.7t/km2,比原状坡耕地减少了77.4%;布设草带的地表径流深为82.76mm,比原状坡耕地减少了72.2%,土壤流失量为370.1t/km2,比原状坡耕地减少了88.3%。(2)两种措施之间的减流和减沙效益差异性均显著,等高反坡阶的减流和减沙效益指数平均分别达0.57和0.97,草带的减流和减沙效益指数平均分别达0.79和0.76。(3)两种措施均大幅削减了地表径流和泥沙的氮、磷养分输出总量,发挥了较好的保肥作用。与原状坡耕地相比,等高反坡阶对总氮削减率为81.9%,对总磷削减率为44.3%;草带对总氮削减率为74.7%,对总磷削减率为83.7%。     

等高反坡阶对坡耕地土壤碳库的影响

[目的]研究坡耕地等高反坡阶措施的蓄水保土和固碳减排效应,为改善云南山区红壤坡耕地土壤侵蚀状况提供科学依据。[方法]自然降雨条件下,通过松花坝迤者小流域1a的野外径流小区定位观测,对有、无等高反坡阶措施条件下的坡面产流产沙和土壤有机碳流失进行对比分析。[结果](1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,因其流失所致的流失量占总有机碳流失量的85%以上,最高达95.38%;(2)等高反坡阶具有显著的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率在5.56%~53.91%,减沙率在18.84%~83.11%,产沙调控作用更优;(3)雨季前后,原状坡面小区土壤碳储量减少率达9.90%,明显高于等高反坡阶小区土壤碳储量的减少率3.99%;(4)通过相关分析发现,2个小区土壤有机碳的流失率与降雨量均未达到显著相关,但与降雨侵蚀力显著相关(p0.05)。径流、泥沙与2个小区有机碳的流失率均达到了显著正相关(p0.05)。[结论]等高反坡阶通过改变地表微地形,减少了坡耕地有机碳的输出。     

雨强对片麻岩坡面径流养分流失规律的影响

通过室内模拟降雨试验,研究降雨强度对太行山区片麻岩坡地产沙产流和养分流失的影响,结果表明:初始产流时间与雨强具有明显的负相关;不同雨强对坡面累积产流产沙影响较大,随雨强的增大,径流量和泥沙量也呈现增大的趋势。在整场降雨过程中,产流率呈现出先增加,到达峰值后产流率趋于稳定不再继续增大,不同雨强片麻岩坡面(60,80,100mm/h)的产流率达到的峰值分别为1 068,2 930,3 019ml/min;泥沙浓度在整场降雨中表现为先降低然后趋于稳定,比较不同雨强片麻岩坡面(60,80,100mm/h)的产沙量为351.49,2 882.33,3 613.23g,发现雨强对坡面径流的影响较大。坡面养分流失主要以泥沙结合态为主,泥沙态养分所占比例达到98%以上,并随雨强增大,泥沙态含量也随之增加,坡面氮素流失在雨强较小时养分流失方式为溶解态氮和泥沙态氮共同作用,随着雨强增加,泥沙态所占比例增大到92%,94%。径流流失的总养分量(总氮、总磷和总钾)与雨强之间具有正相关性,整场降雨过程中水样氮浓度随降雨历时增加呈下降趋势;泥沙中养分随时间变化波动较大,没有反映出与雨强的相关性。     

雨型和甘蔗种植对赤红壤坡面土壤侵蚀特征的影响

为探究南方高强度、高频次降雨下甘蔗种植对赤红壤坡面土壤侵蚀的影响,基于径流小区原位观测试验,分析不同种植方式下(顺坡和横坡)蔗地和裸坡坡面径流和侵蚀泥沙特征,探讨甘蔗种植方式对坡面侵蚀产沙的影响,获得影响赤红壤坡面侵蚀的主要雨型。结果表明:(1)坡面径流量和侵蚀量均表现为裸坡>顺坡蔗地>横坡蔗地,裸坡坡面径流量和侵蚀量是顺坡蔗地和横坡蔗地的1.7~5.3倍;顺坡蔗地坡面径流量和侵蚀量是横坡蔗地的1.9,2.3倍。(2)次降雨条件下,裸坡坡面径流量与侵蚀量均整体高于蔗地处理,而顺坡蔗地整体上大于横坡蔗地,但二者差异随甘蔗生长逐渐缩小。(3)A型雨(中历时、小雨强、小雨量)发生频次最高,但B型雨(短历时、大雨强、中雨量)是引起裸坡和顺坡蔗地坡面产流产沙的主要雨型,径流量和侵蚀量分别占总量的49.9%,57.6%和62.3%,64.2%;D型雨(长历时、极大雨强、极大雨量)是造成横坡蔗地坡面水土流失严重的主要雨型,由其产生的坡面径流量和侵蚀量分别占总量的49.5%和72.2%。研究结果可为明晰南方赤红壤区蔗地土壤侵蚀特征及防治提供理论依据。     

羊鸡冲小流域主要雨型对砂页岩坡耕地土壤侵蚀的影响

根据羊鸡冲小流域坡耕地野外径流小区径流泥沙观测数据及降雨特征资料,研究主要雨型对砂页岩坡耕地土壤侵蚀的影响,结果表明:侵蚀性降雨主要发生在6—9月,尤其7月的降雨量、产沙量、降雨侵蚀力最大;依据降雨量、降雨历时、雨强划分的3类雨型,聚类效果较好,3类雨型降雨频率呈C雨型B雨型A雨型,单位面积侵蚀量呈B雨型C雨型A雨型;B雨型单位面积侵蚀量与雨强、最大30 min雨强呈幂函数关系,C雨型单位面积侵蚀量与降雨量呈幂函数关系;A雨型单位面积侵蚀量与径流系数呈线性相关,C雨型单位面积侵蚀量与径流深呈幂函数关系。     

福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应

[目的]揭示福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应,为南方红壤侵蚀区治理水土流失提供科学的依据。[方法]以福建省长汀县水土保持科教园7种水保措施为研究对象,利用K均值聚类的方法将降雨特征划分为4类雨强和雨型定量研究径流泥沙,分析不同水保措施及雨型下的减流减沙效益。[结果](1)小区ZG(小平台+种果)与MWS(马尾松纯林)减流率最为显著;小区BC(全坡面种植+播草)和ZG减沙效果最为显著。(2)径流量与降雨量呈显著正相关,径流泥沙量在不同雨型下差异不显著,径流量与植被盖度显著相关;(3)同一雨型下,不同水保措施处理的减流减沙效果均显著。[结论]水保措施与对照小区的年径流量差异极其显著,减流减沙率受雨型影响较小,径流泥沙量与植被盖度、土壤有机质存在显著相关。     

汾河上游不同土地利用方式对坡地水土流失的影响

以汾河上游阳坡小流域为研究区,在2015—2017年进行了天然降雨条件下的坡面产流产沙小区试验,结果表明:(1)研究区的侵蚀性降雨在年内和年际间分布很不均匀。少数几次强降雨对降雨侵蚀力的贡献很大。(2)不同侵蚀性降雨条件下,鱼鳞坑+乔木或灌木拦蓄径流或泥沙能力最强,裸地最弱;坡面产流量大小依次为:裸地坡耕地草地油松黄刺玫鱼鳞坑+油松鱼鳞坑+黄刺玫。坡面产沙量大小规律为:鱼鳞坑+乔或灌草地乔或灌坡耕地裸地。(3)随着雨量增加,各植被小区的径流调控率和泥沙调控率均呈下降趋势;相近雨量时,随着雨强的增加,径流调控率和泥沙调控率明显下降。(4)各小区的降雨量和产流量、产流量和产沙量之间呈现显著正相关(P0.05)。在裸地、黄刺玫及草地小区,I30与产流量之间是均无显著相关。在裸地、油松、黄刺玫、耕地小区,I30和产沙量之间无显著相关。     

不同土地利用方式坡面径流侵蚀强度模拟试验

采用人工模拟降雨的方法,对南方红壤丘陵区3种土地利用方式下(经济林坡地、坡耕地及荒坡地)坡面侵蚀强度及其影响因素进行对比分析.结果表明,次降雨坡面土壤侵蚀模数大小顺序为坡耕地＞荒坡地＞经济林坡地;90 mm/h雨强是经济林坡地侵蚀性降雨的临界雨强,60 mm/h雨强是荒坡地及坡耕地侵蚀性降雨的临界雨强;建议在坡耕地上以4m为间隔设置水土保持措施;雨强30～120 mm/h时,侵蚀模数随坡长延长相同长度增速大小顺序为坡耕地＞荒坡地＞经济林坡地,雨强150 mm/h时,其顺序为经济林坡地＞坡耕地＞荒坡地;3种土地利用方式下侵蚀模数与径流深均呈正相关关系,可用幂函数拟合(R2＞0.75),侵蚀模数随径流深变化速率大小顺序为坡耕地＞荒坡地＞经济林坡地;3种土地利用方式下雨强与侵蚀模数的相关性均较坡长大.     

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度（60、90、120 mm/h）和4种碎石含量（0、10%、20%、30%）,开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明：1）碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强（P<0.05）;2）泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3）不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4）不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失...     

三峡库区不同坡度石灰土坡耕地磷素流失特征

[目的]研究石灰土坡耕地在不同坡度下的磷素流失规律,以期为三峡库区农业面源污染的防治和水资源保护提供基础数据。[方法]在三峡库区香溪河流域坡耕地修建径流小区进行原位人工降雨试验,在雨强1.5mm/min时,分析10°,15°和20°这3种坡度下坡耕地的径流量、泥沙浓度,以及地表径流中总磷、颗粒态磷,泥沙中总磷、速效磷浓度的变化趋势,并对径流泥沙进行无机磷分级试验。[结果]坡度越大,地表径流量、径流总量、泥沙流失量越大,初始产流时间越短,但坡度对径流中泥沙流失浓度的影响不显著;不同坡度下径流中总磷(TP)、颗粒态磷(PP)浓度都随着产流时间逐渐变小最后趋于平衡,其中径流中TP主要以PP形式流失,达到80%以上;泥沙中磷素流失主要以无机态磷为主,无机磷分级试验表明被植物高效利用的有效态磷和缓效态磷占无机磷总量的54.1%~57.8%。[结论]坡度主要通过影响地表径流总量和径流携带的泥沙总量而影响磷素流失总量,石灰土坡耕地磷素流失主要以径流泥沙携带为主。     

不同时间尺度反坡台阶红壤坡耕地土壤水分动态变化规律

为研究反坡台阶对红壤坡耕地土壤水分不同时间尺度变化以及土壤干湿变化的影响,在2016—2017年对布设反坡台阶坡耕地和原状坡耕地0～100 cm深度土壤水分状况进行了持续监测,计算了土壤相对含水率和增墒率。结果表明,反坡台阶对土壤水分的增加作用在枯水年更为显著(P0.05)。坡耕地旱季各土层土壤含水率变化相对不明显,基本上呈现出随着土层深度逐渐增加的规律;7月、9月和11月则呈现出明显的S状的规律;坡耕地布设反坡台阶后,各个时段各个土层土壤含水率均有了明显的提高,尤其是在5月土壤补水期和11月土壤失水期对土壤水分的增加效果更加明显。坡耕地土壤逐日含水率变异程度随着土层深度增加而逐渐减小;反坡台阶处理坡耕地和原状坡耕地5、20和40cm处土壤逐日含水率与降雨量呈现极显著的相关关系(P0.01),60cm处土壤逐日含水率与降雨量达显著相关(P0.05),而80、100 cm深度土壤逐日含水率与降雨量之间相关关系不显著。反坡台阶对坡耕地5、20、40、60、80、100 cm处土壤平均增墒率分别达到15.22%、15.25%、16.91%、15.60%、16.50%和16.17%,而其对不同深度土壤增墒率在年内均呈现出不同的变化规律。坡耕地布设反坡台阶,显著增加了土壤含水率,增加了土壤湿润期的持续时间,并且能显著提高坡耕地降雨利用率,这对于解决坡耕地的生态水文型干旱问题,提高山区坡耕地农业生产力具有重要意义。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

贵州省黔南区不同侵蚀性雨型条件下生物措施对坡面产流产沙的响应

为探讨不同降雨条件下的生物措施对坡面产流产沙特征的影响，分析了贵州省黔南自治州云雾水土保持监测站2014—2017年4年6个小区104次侵蚀性降雨下的实测产流产沙数据。结果表明：（1）侵蚀性降雨按历时、雨强和雨量可分为3类，包括A雨型（中历时、中雨强、中雨量），B雨型（长历时、小雨强、大雨量），C雨型（短历时、大雨强、小雨量）。C雨型为引起区域水土流失的主要雨型。（2）较坡耕地而言，A雨型和C雨型条件下减流量均呈水平阶整地+经果林 > 水保林 > 人工草地 > 自然恢复草地 > 经果林的趋势；减沙量均为水平阶整地+经果林 > 人工草地 > 水保林 > 自然恢复草地 > 经果林。B雨型减流量为水平阶整地+经果林 > 自然恢复草地 > 水保林 > 人工草地 > 经果林；减沙量为水平阶整地+经果林 > 自然恢复草地 > 人工草地 > 水保林 > 经果林。除自然恢复草地外B型雨条件下各措施对水土流失的调控作用不如A雨型和C雨型。不同措施对坡面产沙量的调控作用优于产流量，自然恢复草地在B型雨下具有良好的水土保持效果。（3）坡耕地水土流失最为严重，多年平均土壤侵蚀模数为365.33 t/（km²·a），水平阶整地+经果林措施水土保持效果最优，其土壤侵蚀模数为3 t/（km²·a），较坡耕地可降低土壤侵蚀率达99.2%。同时，水平阶整地+经果林措施在A、B、C雨型下较坡耕地可分别减少产流62.7%，53.0%和63.2%。（4）坡面产流同降雨一样，集中在5—8月；C雨型与产沙量集中分布在5—6月。根据研究结果，研究区每年的5—8月为水土流失高发期，尤其是5，6月，这个时段应为水土流失治理的重点时段，在治理同时要针对不同雨型条件采取不同生物治理措施，并且要对C雨型进行重点防范。     

三峡库区坡耕地免耕秸秆覆盖下氮磷流失特征

为有效防治三峡库区坡耕地氮磷流失,在三峡库区长坪小流域连续进行两年野外径流小区监测试验。在自然降雨条件下进行免耕秸秆覆盖(SM)和对照(CK)两个处理的田间试验,研究了免耕秸秆覆盖措施对地表径流和氮磷养分流失的影响。结果表明：(1)降雨量与径流量极显著正相关,径流主要由几次暴雨事件造成,需要重点防范玉米季暴雨造成的水土流失。免耕秸秆覆盖能减少地表产流产沙,相比对照处理,免耕秸秆覆盖减少19.1%的径流流失,减少63.6%的泥沙流失。(2)免耕秸秆覆盖分别降低了21.3%,25.8%的总氮和总磷流失量,径流量和氮磷流失量呈极显著正相关,免耕秸秆覆盖主要通过减少径流量来减少氮磷流失。(3)坡耕地油菜—玉米种植制的氮磷流失风险期为6—7月初,该时期CK处理41.3%的径流量贡献了81.4%,52.1%的总氮和总磷流失,SM处理38.4%的径流量贡献了75.2%,48.2%的总氮和总磷流失,在该时期通过免耕秸秆覆盖可分别减少17.5%,31.7%的总氮和总磷流失。研究表明,免耕秸秆覆盖是控制三峡库区坡耕地氮磷养分流失的良好水土保持措施。     

降雨侵蚀因子和植被类型及覆盖度对坡耕地土壤侵蚀的影响

为探讨降雨和植被对辽西褐土区农耕坡地土壤侵蚀的影响,2006-2010年采用坡面径流小区观测法研究了天然降雨条件下降雨侵蚀因子、植被覆盖度、植被类型对坡耕地地表径流量、土壤侵蚀量的影响。设5°和10°两个坡度水平,以甘薯和谷子为供试作物,2006-2007年对照区为天然荒草地,2008-2010年为裸坡地。结果表明,甘薯地径流量和侵蚀量与降雨量(R)、最大30 min雨强(I_(30))、R×I(平均雨强)、R×I_(30)正相关显著(P0.05);裸坡地径流量与R、R×I_(30)正相关显著(P0.05),侵蚀量与I_(30)、R×I_(30)正相关显著(P0.05),与降雨量相关不显著(P0.05)。甘薯地和裸坡地的径流量和侵蚀量与平均降雨强度正相关均不显著(P0.05)。回归分析表明,降雨量主要影响径流量,最大30 min雨强主要影响侵蚀量。中、高雨强下,侵蚀量与径流量显著正相关(P0.01)。甘薯地径流量和侵蚀量与植被覆盖度呈显著负指数关系(P0.05)。5°坡耕地,不同植被类型侵蚀量为甘薯地荒草地谷子地;10°坡耕地,荒草地侵蚀量总体最少。多元回归分析表明,对土壤侵蚀的影响为地表径流降雨侵蚀力(R×I_(30))植被覆盖度。通过连续5 a坡面径流小区观测,初步探明降雨和植被对辽西褐土区农耕坡地土壤侵蚀的影响,可为该区坡耕地土壤侵蚀的有效防治提供一定的理论依据和技术支撑。     

汇/分流截-排水方式对降低三峡库区坡地磷流失量的影响

优化坡面截-排水方式能有效调控坡面养分流失，对防控农业面源污染和保障下游水环境安全具有重要意义。该研究旨在探明坡面截-排水方式的阻磷效应，通过采集3种土地利用类型（坡耕地、荒草地、有林地）典型坡面土样，在106 mm/h雨强下展开室内暴雨模拟试验，分析3种截-排水方式（汇流排水T1、分流排水T2、无措施CK）对坡面磷流失的影响。结果表明，不同土地利用类型下，与CK相比， T1和T2平均径流率分别减小40.33%～44.33%、42.57%～54.52%，平均产沙率分别减少68.14%～71.15%、60.55%～72.57%。各截-排水方式下，有林地的平均产沙率显著低于荒草地和坡耕地。各土地利用类型下，全磷（total phosphorus，TP）、可溶性磷（dissolved phosphorus，DP）及颗粒态磷（particulate phosphorus，PP）的变化范围和平均浓度均表现为T1<T2<CK。与CK相比，T1、T2能显著减小TP、DP、PP的流失量（P<0.05）。坡耕地下，TP、DP、PP流失量平均降低幅度为T2(70.34%)>T1(66.47%)，而荒草地和有林地条件下，TP、DP、PP流失量平均降低幅度为T1（65.19%）>T2（59.16%）。研究表明，汇流和分流2种截-排水方式均能有效降低坡面磷素流失量，其中汇流方式可能更适用于荒草地和林地水系，而分流方式更适用于坡耕地水系。