不同雨强条件下工程措施对坡地产流产沙影响

基于试验站不同坡地措施（坡耕地和坡改梯）2016年和2017年的逐日降水、产流产沙数据，研究不同坡地措施和雨强下产流产沙规律特征，定量揭示坡改梯和坡耕地对产流产沙的影响。结果表明：（1）7月平均雨强I、最大雨强I₃₀及坡地产流量最大，8月最大雨强I₆₀与坡地产沙量最大，表明坡地产流产沙高峰期与雨强高峰期一致。（2）春夏两季产流、产沙量与I、I₃₀和I₆₀相关性显著（超过95%置信度检验）。其中坡耕地产流产沙量与I、I₃₀、I₆₀的相关系数整体高于坡改梯。春夏季坡耕地产沙量分别是坡改梯的3.91，7.85倍。（3）降雨主要集中在I（1~3 mm/h）、I₃₀（3~29 mm/h）、I₆₀（2~27 mm/h）之间，且坡地产流产沙量与最大雨强I₃₀、最大雨强I₆₀在95%置信度水平呈现显著正相关。当I₃₀达到29.0 mm/h、I₆₀达到26.6 mm/h时，坡地产流产沙达到最大，坡耕地产流产沙峰值是坡改梯的2.43，7.52倍以上，并且坡耕地全年产流产沙变异系数总体高于坡改梯，因此坡改梯工程在一定程度上防治了水土流失，使产流产沙变化减小。     

鲁中南山区径流小区不同坡度条件下4种植被的水土流失规律研究

对山东省临朐县辛庄水土保持试验站径流小区4种植物（花生、沙打旺、草木樨和自然草地）的3个坡度（5°,15°和25°）连续5 a的汛期径流、侵蚀观测数据,分析不同坡度条件下径流小区汛期径流量和侵蚀量。试验结果表明:相同坡度径流小区4种植被的水土流失量随降雨量的增大而加剧;相同降雨条件和相同坡度径流小区4种植被的水土流失量从大到小顺序均为:花生>自然草地>沙打旺>草木樨;4种植被的水土流失量随坡度的升高而增加,5°小区<15°小区<25°小区。     

坡度和刺槐覆盖对黄土坡面产流产沙影响的模拟降雨研究

 选用处于黄土高原的山西省吉县蔡家川刺槐覆盖坡面的表层土壤,栽植刺槐幼林后进行人工降雨模拟试验,对比研究不同坡度对刺槐覆盖坡面和裸露坡面的产流和侵蚀产沙的影响。结果表明:当降雨强度一定时,在一定的坡度范围内,随着坡度增加,开始产流时间提前,径流的速度加快,树冠截留率减小,径流量增大,侵蚀量、含沙量增加;刺槐林树冠截留率与坡度的关系为I=29.556α-0.311（R2=0.9874）;刺槐覆盖坡面侵蚀量与坡度之间的关系为W=0.116 84α3.005 9（R2=0.9795）;同一坡度条件下,裸露坡面比刺槐覆盖坡面径流平均速度高15%～25%,径流量高15%～48%,侵蚀量高10%～117%,平均含沙量高55.5%～133.0%。     

黔中喀斯特山区坡耕地产流产沙对无籽刺梨种植的响应

产流产沙是坡耕地土壤侵蚀的主要形式,为探讨无籽刺梨对黔中喀斯特山区坡耕地土壤侵蚀治理效应,采用径流小区野外定位观测法和相关性分析法,分析了坡度15°和25°坡耕地共6个自然坡面径流小区2016年6—9月15次野外实测侵蚀性降雨产流产沙数据。结果表明:(1)在同坡度同降雨量同I₃₀下,无籽刺梨地较自然恢复地有显著保水保沙能力,无籽刺梨+自然荒草地模式优于无籽刺梨单种模式。(2)无籽刺梨种植模式减流减沙效果坡度25°优于15°,减沙效果优于减流效果。其中无籽刺梨+自然荒草地减流减沙效果最优,在小雨、中雨、大雨、暴雨4种雨型下,坡度15°度时较自然恢复地分别平均减流59.08%,65.23%,56.96%,54.87%,分别平均减沙87.32%,71.64%,51.10%,74.69%;坡度25°度时分别平均减流53.11%,76.09%,76.72%,46.12%,分别平均减沙85.40%,86.87%,71.55%,73.99%。(3)研究区产流产沙量与降雨参数(P、I₃₀)高度相关且在0.01水平上显著,在不同雨型下无籽刺梨减流减沙均有明显效果,小雨、中雨时减流减沙效果最佳。研究证实了研究区无籽刺梨种植能抵御不同雨型的降雨侵蚀,可作为贵州省喀斯特山区生态修复的极优经济选种。     

辽西地区农耕坡地土壤侵蚀影响因素及相关关系

为探讨辽西地区坡耕地土壤侵蚀规律,减少和防止水土流失的发生,2006—2010年采用径流小区定位观测天然降雨条件下坡耕地土壤侵蚀影响因素及相关关系。结果表明,随着坡度的增大,径流量和侵蚀量随之增加,并且对侵蚀量的影响大于对径流量的影响;谷子的保水护土效果优于甘薯;不同土地利用方式下土壤侵蚀量为天然荒坡地农耕地裸坡地;丰水年及7月份农耕地土壤侵蚀较严重;降雨因子中降雨量和最大30min雨强(I30)对侵蚀量和径流量影响较大,且随坡度的增大,二者对侵蚀量的影响增大,但对径流量的影响增加不明显。高雨强下,累积径流量与侵蚀量显著正相关,中低雨强下,二者关系不明显。随着坡度的增大,径流对土壤侵蚀影响增加。     

紫色土坡耕地横坡垄作的水土流失特征及作物产量效应

通过在紫色土坡耕地上进行横坡垄作,观测了不同坡度坡耕地的水土流失及作物产量状况.结果表明研究区的降雨集中在4～9月,形成不同坡度的侵蚀降雨量在年际间的分布也不相同.随着坡度的增大,径流量和泥沙量均增大,但径流系数先增大,后减小,再增大.径流量、泥沙量与降雨量在坡度≥15°时均呈极显著正相关关系,而在坡度为20°与降雨强度呈极显著正相关关系;与之相应,随着坡度的增大,除小麦产量是先减小后增大外,其余两种作物(玉米和甘薯)的产量均是先减小后增大,再减小,且三种作物产量变化的过渡坡度均为15°.     

山东土石山区坡耕地水土流失影响因子定量分析

对山东省临朐、蒙阴、泰安、文登4个水土保持试验站坡耕地径流小区进行径流量和侵蚀量观测,并分别在不同作物、不同坡度、不同坡长、不同降雨条件下,分析径流小区所产生的径流量和侵蚀量的变化规律。结果表明：在相同地形条件下,玉米、花生、小麦＋花生、小麦＋大豆径流小区内的降雨量、降雨强度与径流量、侵蚀量呈线性关系,径流量和侵蚀量变化幅度大小依次为玉米〉花生〉小麦＋花生〉小麦＋大豆;不同坡长、不同坡度花生径流小区的降雨量、降雨强度与径流量、侵蚀量呈线性关系,径流量和侵蚀量随坡长、坡度的增大而增加;在相同坡度、相同坡长条件下,径流量和侵蚀量随降雨量和降雨强度的增大而增大,其增加幅度分别在降雨量50.0-79.9mm、降雨强度〉50mm／h级别时达到最大。     

中国水蚀区5种典型土壤的侵蚀性降雨阈值比较

[目的] 准确拟定侵蚀性降雨阈值,区分侵蚀性与非侵蚀性降雨事件,为有效减少土壤侵蚀预报的工作量以及区域土壤侵蚀防治提供科学参考。[方法] 在北京市房山区布设中国5个水蚀二级区典型土壤休闲小区,收集各小区2006—2019年的产流产沙监测资料,利用降雨侵蚀力偏差法分析各小区的侵蚀性降雨量(P)和最大30 min雨强(I₃₀)阈值。[结果] ①相比P阈值,I₃₀在识别侵蚀性降雨方面更为有效。②黑土和褐土小区侵蚀性降雨阈值较高,二者P阈值均为10.0 mm,I₃₀阈值均为10.2 mm/h;黄土小区次之,其P和I₃₀阈值分别为9.5 mm和8.9 mm/h。紫色土与红壤小区较低,二者的P阈值分别为5.4和6.1 mm,I₃₀阈值分别为3.2和5.2 mm/h。③各径流小区的监测资料年限达到12 a时,侵蚀性降雨阈值才可达到稳定。[结论] 不同地区土壤的侵蚀性降雨阈值存在较大差异。侵蚀性降雨阈值不仅受土壤自身特性如粒径分布和有机质含量的影响,还与当地的气候状况如降雨雨型有关。     

黄土丘陵沟壑区坡面径流侵蚀试验研究

黄土丘陵沟壑区的水土流失主要由汛期一两次中大强侵蚀性暴雨引起。采用径流侵蚀模拟试验的结果表明,在农地、林地、草地、荒坡条件下,侵蚀率随时间的增加而逐渐减少;径流冲刷侵蚀量在坡度10°～26°之间是随着坡度的增加而增大的,坡度大于26°后趋于减小;径流侵蚀量随坡长的增加而增大。     

北京山区灌草坡面水土流失特征及其影响因素

为了揭示区域坡面水土流失规律,以北京山区灌草坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面径流量和侵蚀量与降雨、植被盖度、坡度等主要影响因子进行偏相关分析.结果表明：1）在一定降雨和下垫面条件下,径流量的主要影响因子是降雨量和最大30 min降雨强度,侵蚀量的主要影响因子是径流量、植被覆盖度和最大30 min降雨强度;2）就降雨因子而言,影响径流量的关键性降雨因子是降雨量、降雨历时和最大30 min降雨强度,而影响侵蚀量的关键性降雨因子是最大30 min降雨强度;3）径流量和侵蚀量与植被盖度之间表现出显著的负相关关系,即植被盖度越大,径流量和侵蚀量越小;4）不同坡度等级的径流量和侵蚀量差异显著,随着坡度的增加,径流量和侵蚀量呈现出先增加后减小的趋势;5）灌草坡面的水土保持作用显著,重视和发展植被恢复与重建工作,对北京山区生态环境改善和水土流失治理具有重要的意义.     

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。     

不同耕作措施对黑土坡耕地土壤侵蚀的影响

针对黑龙江省西部半干旱区土壤流失情况,在坡耕地径流小区通过野外人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度、不同耕作措施下降雨产沙产流特征和过程。试验结果表明:降雨强度越大,对地表径流量和侵蚀量的影响越大,即雨强与径流量和泥沙量呈正相关,各种耕作措施的土壤流失顺序是顺坡垄裸地>横坡垄裸地>等高种植地>深松地>秸杆覆盖地>垄向区田地,植被覆盖地能有效控制水土流失,垄向区田地是这几种耕作措施中减少坡耕地水土流失的有效措施。     

东北薄层黑土区作物轮作防治坡面侵蚀的效果与C值研究

作物轮作通过影响通用土壤流失方程(USLE)中作物覆盖和管理因子C值的变化和改良土壤性质而减少坡面土壤侵蚀。基于东北薄层黑土区连续6年大豆—红小豆轮作和裸露休闲坡面小区的径流泥沙和降雨资料,分析了2011—2016年研究区侵蚀性降雨特征,探讨了作物轮作防治坡面土壤侵蚀的效果,研究了作物轮作C值的年内和年际动态变化。结果表明:研究区所有侵蚀性降雨皆发生在5—10月,其降雨量占全年降水量的32.5%～68.1%,且年内和年际分布不均。对于5°坡度的裸露小区,土壤侵蚀主要发生在6—8月,坡面径流量和土壤流失量分别为48.4mm和1 388.2t/(km~2·a);对于5°坡度的作物轮作小区,土壤侵蚀主要发生在5—7月,坡面径流量和土壤流失量分别为19.5mm和166.7t/(km~2·a)。与裸露休闲小区相比,作物轮作小区可使黑土坡面年径流量和土壤流失量减少59.7%和88.0%。大豆—红小豆轮作措施的多年平均C值为0.12,其中大豆作物的C值为0.04,变化范围0.007～0.080;红小豆作物的C值为0.38,变化范围0.28～0.46。大豆和红小豆作物的C值月变化分别为0.01～0.24和0.01～0.80,呈先减少后增加的变化趋势。大豆—红小豆轮作对东北薄层黑土区坡面土壤侵蚀防治有明显效果,研究结果可为薄层黑土区土壤侵蚀定量评价和预报模型的建立提供基础数据。     

密云水库上游流域次降雨坡面产流产沙特征

以北京市密云县石匣小流域为研究区,利用2006-2010年连续5 a的坡面径流试验小区观测资料,运用统计方法,分析了密云水库上游流域的降雨、产流产沙特征以及在不同土地利用和不同坡度条件下,降雨量、降雨强度与产流、产沙之间的关系。结果表明:1)该研究区域水土保持治理措施实施的关键时间为每年的7、8月份,当降雨量大于10 mm时,应注意采取水土保持措施;2)在裸地、耕地和林地条件下,高雨量、中雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型,在草地条件下,中雨量、高雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型;3)中雨量高雨强型降雨条件下,林地的减流效益最好,低雨量低雨强型降雨和高雨量中雨强型降雨条件下,耕地的减流效益相对较低,草地和林地的减流效益差异不大;在3种不同雨型条件下,耕地、草地和林地的减沙效益差别不大;4)裸地条件下,降雨量与产流量间的关系更为密切,尤其在14.4°坡面下相关性最高;耕地条件下,产流量与降雨量的相关性较好,产沙量则与降雨强度的相关性较好,11.4°的坡面产流量、产沙量与降雨因子间的相关系数最高;草地条件下,降雨强度与产流量间的关系较为密切;林地条件下,产流量、产沙量与降雨因子间的相关性均不显著。研究结果可为密云水库上游水土保持措施及农业面源污染管理措施的科学实施提供依据。     

翻耕除草对不同坡长下紫色土氮磷流失的影响

为揭示自然降雨下翻耕除草和坡长对紫色土氮、磷流失的影响,通过野外设置径流小区(2个坡面:翻耕除草与自然恢复;3种坡长:20,40,60 m,共9个小区),定位监测研究不同处理下产流产沙及氮、磷流失特征。结果表明,同一坡面不同坡长间产流产沙差异不显著(P0.05);同一坡长不同坡面处理小区的径流量、产沙量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面20,40,60 m坡长小区径流量分别减少77.55%,62.62%,79.56%,产沙量分别减少85.21%,94.97%,96.25%。仅在40 m坡长下,不同坡面处理径流中DN、DP流失量差异不显著(P0.05),其他坡长DN、DP流失量差异显著(P0.05);各坡长不同坡面处理下泥沙中TN、TP流失量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面处理径流中DN、DP流失量分别减少75.13%,80.22%,泥沙中TN、TP流失量分别减少96.07%,96.38%。在翻耕除草坡面处理下,降雨强度与径流量、产沙量及泥沙中的TN和TP流失量呈极显著幂函数关系;在自然恢复坡面处理下,上述关系均不显著。研究结果可为紫色土氮、磷流失及面源污染防治等提供理论参考依据。     

降雨因子对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响

[目的]研究降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨因子对沂蒙山区小流域不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响,为该区水土流失防治、水土保持规划、生态建设等提供参考。[方法]对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区(自然荒坡和荞麦、野生牧草和花生)两两对照并且进行连续3a的定位观测,对观测数据进行统计分析和显著性检验。[结果](1)降雨量与各径流小区产流量的相关性显著(p0.01),与荞麦小区和花生小区产沙量的相关性显著(p0.01),与自然荒坡小区和野生牧草小区的产沙量相关性较差。(2)平均降雨强度(I)与各径流小区的产流量和产沙量的相关性均不显著。10 min最大降雨强度(I10)和30min最大降雨强度(I30)与各径流小区产流量以及荞麦小区、花生小区的产沙量均具有较好的相关性,其中30min最大降雨强度(I30)的相关性最好。(3)降雨历时与荞麦径流小区的产流量和产沙量相关性显著(p0.01),与其他径流小区的产流量和产沙量虽皆呈正相关但相关性均不显著。[结论]降雨量(P),10min最大降雨强度(I10),尤其是30min最大降雨强度(I30),降雨历时等降雨因子在沂蒙山区坡面产流产沙过程中都起到了不同程度的作用,不同的土地利用方式也是影响坡面产流产沙的重要因子。     

岩溶槽谷区坡面土壤磷素流失过程与影响因素——以中梁山龙凤槽谷试验场为例

为揭示自然降雨条件下岩溶槽谷区坡面土壤磷素流失规律，分析坡面径流和侵蚀泥沙中各形态磷素的迁移流失过程，并着重探讨降雨条件、土地利用方式因素对磷素流失的影响。在重庆市中梁山龙凤槽谷区设置耕地、林地和果园地3个标准径流小区（20 m×5 m），对坡面径流及泥沙中的磷素流失开展为期1年的监测。结果表明：（1）坡面土壤磷素流失强烈依赖于坡面产流产沙过程，槽谷区土壤磷素流失以径流流失为主，泥沙流失为辅；（2）总体来看，不同土地利用方式总磷（TP）流失总负荷表现为耕地 > 果园地 > 林地，耕地TP流失总负荷为0.17 kg/hm²，约是果园地的1.76倍和林地的4.68倍；（3）径流中磷素浓度变化受降雨强度控制，雨季初期径流中磷素流失形态以水溶性总磷（TDP）为主，其余降雨事件则以颗粒态磷（PP）为主，ρ（PP）/ρ（TP）的比例为63.92%~96.97%；（4）泥沙中磷素浓度变化受降雨强度影响较小，泥沙磷素存在富集现象，且全磷富集比（ER_STP）与雨强无明显相关关系。     

坡地开垦的径流泥沙响应

Land use and land cover change is a key driver of environmental change. To investigate the runoff and erosion responses to frequent land use change on the steep lands in the Three Gorges area, China, a rainfall simulation experiment was conducted in plots randomly selected at a Sloping Land Conversion Program site with three soil surface conditions: existing vegetation cover, vegetation removal, and freshly hoed. Simulated rainfall was applied at intensities of 60 (low), 90 (medium), and 120 mm h 1 (high) in each plot. The results indicated that vegetation removal and hoeing significantly changed runoff generation. The proportion of subsurface runoff in the total runoff decreased from 30.3% to 6.2% after vegetation removal. In the hoed plots, the subsurface runoff comprised 29.1% of the total runoff under low-intensity rainfall simulation and the proportion rapidly decreased with increasing rainfall intensity. Vegetation removal and tillage also significantly increased soil erosion. The average soil erosion rates from the vegetation removal and hoed plots were 3.0 and 10.2 times larger than that in the existing vegetation cover plots, respectively. These identified that both the runoff generation mechanism and soil erosion changed as a consequence of altering land use on steep lands. Thus, conservation practices with maximum vegetation cover and minimum tillage should be used to reduce surface runoff and soil erosion on steep lands.     

Interrelationship among slope steepness,tillage practice and rainfall properties with surface runoff and soil loss on Mollisols in Northeast China

ABSTRACT

Soil erosion and rainfall-induced runoff are well studied yet remain somewhat unpredictable from one natural rainfall to the next, due to interactions between erosion parameters. This study quantified the relationship between annual (2011–2016) and individual (2016) rain events with overland flow (runoff) and soil loss in China’s northern ‘corn-belt’. Two tillage practices and slopes were evaluated (no-till and conventional till, 5° and 7° slopes). Results showed 54 rainfall events for a total of 394 mm precipitation ranging between May and October 2016. Runoff occurred 13 times in the conventional till with 7° slope, accounting for 25.9% of the precipitation volume and caused 15.6 t ha^?1 erosion. It occurred twice in the no-till with 5° slope plot and caused 0.2 t ha^?1 erosion., Thus the no-till with 5° slope treatment is the best tillage system to protect soil in Mollisols in Northeast China. Broad analysis coupled with a detail review of three rainfall events demonstrates that water either runs off plots quickly or rapidly infiltrates while sediment moves in a pulsing manner.     

川中丘陵区人工刨地耕作方式下紫色土坡耕地侵蚀速率的137Cs和210Pbex双核素示踪法研究

Purple soils are widely distributed in the Sichuan Hilly Basin and are highly susceptible to erosion, especially on the cultivated slopes. Quantitative assessment of the erosion rates is, however, difficult due to small size of the plots of the manually-tilled land, the complex land use, and steep hillslopes. 137Cs and 210Pbex (excess 210Pb) tracing techniques were used to investigate the spatial pattern of soil erosion rates associated with slope-land under hoe tillage in Neijiang of the Sichuan Hilly Basin. The 137Cs and 210Pbex inventories at the top of the cultivated slope were extremely low, and the highest inventories were found at the bottom of the cultivated slope. By combining the erosion rates estimates provided by both 137Cs and 210Pbex measurements, the weighted mean net soil loss from the study slope was estimated to be 3100 t km-2 year-1, which was significantly less than 6930 t km-2 year-1 reported for runoff plots on a 10°cultivated slope at the Suining Station of soil Erosion. The spatial pattern of soil erosion rates on the steep agricultural land showed that hoe tillage played an important role in soil redistribution along the slope. Also, traditional farming practices had a significant role in reducing soil loss, leading to a lower net erosion rate for the field.