红壤缓坡地径流与土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响

探明坡面径流和土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响,对于研究土壤有机碳固定和区域碳循环有重要作用。该文通过野外径流小区模拟降雨试验研究不同雨强(30~100 mm/h)和耕作条件下(翻耕和免耕)土壤有机碳流失过程及其与坡面径流和土壤可蚀性的关系。结果表明,坡面产流过程对泥沙态有机碳流失过程具有明显影响,除大雨强条件下泥沙态有机碳流失速率在10~30 min呈现短时间峰值外,各径流小区泥沙态有机碳流失过程与坡面产流过程总体变化趋势基本一致,均表现为产流开始后,其流失率随降雨历时延长而增加,而后逐步趋于平稳,但坡面产流过程对径流有机碳流失过程无明显影响;坡面径流率大小影响土壤有机碳流失,坡面径流率变化能解释80%土壤有机碳流失的变化,坡面径流率与土壤有机碳流失呈线性正相关关系,且坡面径流率对泥沙态有机碳流失的影响比其对径流有机碳流失的影响更明显;土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响是非线性的,且土壤可蚀性指标越大,土壤有机碳流失率越大,但土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响存在有限性。坡面径流和土壤可蚀性是土壤有机碳流失的重要影响因素。     

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%。     

坡面侵蚀过程中泥沙有机碳流失特征分析

以野外布设的径流小区为研究对象,采用模拟降雨方法研究随机条件下降雨侵蚀过程中泥沙有机碳含量及流失过程的动态变化规律。结果表明:(1)降雨侵蚀过程中泥沙有机碳含量随降雨的进行逐渐降低并趋于平稳,与坡面土壤有机碳含量相比显著增高(p0.01),有机碳在泥沙中明显富集,富集比最大值达1.780,泥沙中有机碳含量及富集比随侵蚀速率的增加明显减小且趋于稳定;(2)泥沙有机碳流失速率随降雨的进行先波动增大,达到最大值后又波动减小,最后逐渐趋于准稳定,整个过程呈单峰分布;(3)泥沙有机碳流失强度与土壤侵蚀强度呈显著性线性正相关(p0.01),说明土壤侵蚀量决定侵蚀过程中有机碳流失量,准确获取土壤侵蚀强度是估算坡面有机碳流失量的基础。     

雨强对红壤坡耕地泥沙流失及有机碳富集的影响规律研究

在典型红壤丘陵区平均坡度为10?的坡耕地径流小区 (2 m?5 m) 上进行降雨强度为1.69 mm min-1（大雨强）、1.31 mm min-1（中雨强）和0.64 mm min-1（小雨强）的模拟降雨试验,并对模拟降雨过程中泥沙的迁移规律和泥沙有机碳的流失富集规律进行了研究。研究结果表明：侵蚀作用下泥沙流失量随着降雨强度的增大而增加,并与径流量呈显著的立方关系,径流量是坡耕地土壤流失的重要影响因素;土壤有机碳流失以泥沙结合态为主,泥沙态有机碳流失量占总有机碳流失量的84%以上,最高达到97.6%;泥沙中有机碳富集比随着降雨强度的增大而逐渐减小,有机碳的选择性迁移在低强度降雨条件下表现更为明显;中雨强和小雨强下有机碳的富集比与黏粒的富集比分别呈极显著和显著正相关,而大雨强泥沙有机碳富集比与黏粒富集比没有显著的线性关系。雨强是影响泥沙流失和泥沙有机碳迁移的重要因素。     

黄土坡面不同土地利用方式对土壤有机碳流失的影响

坡面土地利用方式与产流、产沙及土壤有机碳的流失具有密切关系。对延安燕沟流域的坡耕地、草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木以及刺槐林地径流小区的径流、泥沙及有机碳流失量进行了分析。结果表明：在不同土地利用方式下,产流、产沙量与植被覆盖度呈负相关关系;随径流流失的可溶性有机碳量表现为：坡耕地〉刈割草地〉草地〉刈割灌木地〉灌木地〉刺槐林地小区,随泥沙流失的有机碳量表现为：坡耕地〉草地〉灌木〉刺槐林地。随泥沙流失的土壤有机碳占总流失量的主要部分,而随径流流失的有机碳只占很少的比例。因此,增加黄土坡面植被覆盖度是控制产流、产沙量和有机碳流失的重要途径。     

红壤有机碳流失特征及其与泥沙径流流失量的定量关系

通过野外微型径流小区模拟降雨试验,对坡面小区尺度水力侵蚀过程中物理运移土壤有机碳的规律进行研究。结果表明:2 m×5 m径流小区持续降雨30 min后,大雨强(1.64 mm min-1)和小雨强(0.58 mm min-1)降雨条件下泥沙携带流失的有机碳总量分别为56.09 g和3.18 g,溶解于径流流失的有机碳总量分别为13.55 g和2.81 g。降雨强度和持续时间对有机碳流失的过程特征有显著影响。降雨强度越大,泥沙携带及溶解于径流的有机碳流失速率和总量也越大。大雨强泥沙有机碳富集比在产流发生后的18min内大于1,随后降至1以下。小雨强泥沙有机碳富集比始终小于1。大雨强径流有机碳浓度与径流量呈立方关系,小雨强有机碳流失量随径流量增加呈线性递增趋势;大雨强泥沙有机碳含量与泥沙量之间具有明显的立方关系。     

不同坡度下反坡水平阶的蓄水减沙效益

在昆明松华坝迤者小流域,在自然降雨条件下定点观测不同坡度下径流和泥沙的流失特征,研究反坡水平阶对不同坡度下坡耕地的蓄水减沙效益。结果表明：反坡水平阶总体上对坡耕地为5°和15°的减水效益分别达到75.98%和74.55%,减沙效益总体上分别达到了85.91%和80.52%;坡耕地为25°的减水效益总体上达到了43.48%,减沙效益总体上达到了69.15%。不同坡度下反坡水平阶坡面对照自然坡面得出的用水减沙比表现为坡度越小用水减沙比越大,坡度越大用水减沙比越小。说明坡度越小,反坡水平阶对径流和泥沙的拦截效果越明显,反坡水平阶有直接蓄水减沙的水土保持功效。     

反坡水平阶水土保持效益观测

 在昆明市松华坝水源区牧羊河中游坡耕地布设反坡水平阶与对照径流小区,观测2种径流小区的径流量、泥沙量、总氮及总磷输出浓度和输出量。结果表明:与对照相比,反坡水平阶径流量减少34.14%、土壤流失量减少57.17%、总氮和总磷输出量分别减少33.32%和33.82%。坡耕地修反坡水平阶起到了较明显的保水、保土、保肥作用,对控制面源污染物具有重要意义。     

自然降雨条件下红壤坡面有机碳的选择性迁移

依托江西水土保持生态科技园,2015年3月―8月期间,对裸地、草地、果园和湿地松人工林四种类型径流小区自然降雨条件下侵蚀过程中径流泥沙和土壤有机碳的流失特征进行了原位监测。结果表明,监测期间24场降雨下,径流系数和侵蚀模数基本上均随雨型的增大而增加。随着土地利用类型由裸地向果园、草地和林地的转换,减流效益和减沙效益依次增大。径流量和泥沙流失量最主要的影响因素分别是降雨量和径流量。裸地、草地、果园和林地四种类型坡面上,自然降雨下土壤有机碳随泥沙迁移的比例分别为64.67%、47.38%、53.94%和36.03%,碳流失强度分别达到560.3、1.98、122.5和2.66 mg m-2。径流有机碳含量与径流量之间、泥沙含碳量与泥沙量之间均呈负相关关系。裸地、果园、草地和林地四种径流小区泥沙有机碳富集比分别为1.27、1.10、0.80和0.58,即随着土壤侵蚀模数的降低,有机碳富集比也减小。泥沙有机碳富集比均随雨强的增大而减小,有机碳的选择性迁移在低强度降雨条件下表现更为明显。     

不同雨型下反坡台阶减少红壤坡耕地氮磷流失的效果

为研究自然降雨条件下反坡台阶对坡耕地氮、磷流失的影响,该文基于滇中红壤坡耕地标准径流小区45场典型降雨观测资料,根据降雨量、最大30 min雨强和降雨侵蚀力,综合采用快速聚类和判别聚类,划分确定出A(高雨量、大雨强、高侵蚀力)、B(低雨量、小雨强、低侵蚀力)、C(中低雨量、中小雨强、中低侵蚀力)、D(中高雨量、中雨强、中高侵蚀力)4种降雨类型。研究发现,反坡台阶减流率和减沙率达到52.11%和71.30%,减沙率显著大于减流率(P0.01);不同降雨类型下反坡台阶的减流率表现为:C雨型B雨型D雨型A雨型,减沙率表现为:D雨型A雨型C雨型B雨型,C雨型和B雨型下反坡台阶减流率显著高于D雨型和A雨型(P0.05),减沙率则显著低于D雨型和A雨型(P0.05)。反坡台阶对径流中总氮(WTN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)削减率分别达到68.10%、69.81%、50.14%,对径流中总磷(WTP)、溶解无机磷(DIP,dissolved inorganic phosphate)的削减率分别达到71.52%和72.77%,不同自然降雨类型下反坡台阶对径流中WTN、NO_3~--N、NH_4~+-N、WTP、DIP的削减率均呈现出随着雨量和雨强增大而降低的趋势。反坡台阶对泥沙中全氮(STN)、水解性氮(HN,hydrolyzable nitrogen)的削减率分别达到57.32%和54.22%,对泥沙中全磷(STP)、速效磷(AP)的削减率分别为67.38%和63.69%,不同自然降雨类型下反坡台阶对泥沙中STN、HN、STP、AP的削减率呈现出削减率随着雨量和雨强增大而提高的趋势。该研究可以深入地揭示反坡台阶控制坡耕地面源污染的机理,以及对于控制坡耕地氮磷流失的效果,为源头控制山区水土流失和农业面源污染提供理论支撑。     

金沙江干热河谷典型区段水土流失特征

以金沙江干热河谷典型区段不同处理坡面和林地、农地集水区为研究对象,采用坡面径流小区和集水区卡口站三角形薄壁堰实测法,在坡面径流小区和集水区土地利用现状调查基础上,通过降雨、径流及泥沙观测,分析金沙江干热河谷典型区段水土流失特征。结果表明:(1)不同处理坡面径流小区产流量、产沙量大小依次为坡耕地>自然坡面>水平阶整地>反坡台整地,表明反坡台和水平阶造林整地以及植被良好的自然坡面对地表径流的拦蓄和对泥沙的削减都起到较好效果;(2)大暴雨对集水区尺度产流产沙贡献值大,产流降雨量在4.8～27.6mm区间,农地集水区径流深小于林地集水区,大于27.6mm时,农地集水区径流深反超林地集水区,而产沙量不受降雨量影响,为林地集水区低于农地集水区;(3)径流小区尺度与集水区尺度雨季水土流失起止时间一致,集水区径流系数小于径流小区,集水区产沙量大于径流小区。     

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。     

典型泥石流小流域降雨和土地利用对坡面侵蚀的影响

[目的]揭示泥石流小流域降雨和土地利用对流域内坡面侵蚀的影响和作用,为泥石流的生态治理提供科学依据。[方法]以白龙江流域一级支沟——甘家沟泥石流小流域为研究区,基于该流域已建的5个径流小区(裸地、坡耕地、草地、土坎梯田、经济林地)连续5年的观测资料,利用K-均值聚类法,选择降雨量(P)、降雨历时(D)和最大30 min降雨强度(I₃₀)3个降雨指标,将该流域46次侵蚀性降雨事件划分为3类雨型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型),以平均径流系数和平均土壤流失量为主要指标,定量化分析了不同降雨雨型和土地利用类型对坡面产流产沙的影响和作用。[结果]径流和土壤流失对降雨的响应存在差异,平均径流系数为Ⅰ型降雨最高,其次为Ⅲ型和Ⅱ型降雨;土壤流失量为Ⅱ型降雨>Ⅰ型降雨>Ⅲ型降雨。最大30 min降雨强度与5种土地利用类型的径流系数和土壤流失量的正相关性最高,其次为降雨量、降雨历时。5种土地利用类型的平均径流系数为裸地>经济林地>坡耕地>草地>土坎梯田,土壤流失量为裸地>坡耕地>经济林地>草地>土坎梯田。降雨和土地利用相互作用下,径流...     

等高耕作对不同坡度坡面土壤侵蚀过程的影响

等高耕作是一种典型的农业耕作措施,通过影响坡面填洼、入渗等进而影响坡耕地坡面土壤侵蚀过程。通过人工模拟降雨试验,设计降雨强度(90 mm/h)、5个地表坡度(3°,5°,10°,15°,20°)以及2种坡面处理(等高耕作和平整坡面),对径流强度、侵蚀率、径流含沙量、减流减沙效益等指标进行综合对比分析,与平整坡面进行比较,探究了黄土高原坡耕地等高耕作措施对坡面土壤侵蚀过程的影响。结果表明：(1)与平整坡面相比,等高耕作明显延缓坡面初始产流时间,使初始产流时间延迟11.58～31.91 min,随着坡度增大,等高耕作初始产流时间延长效应逐渐减弱。(2)等高耕作具有削弱径流强度和侵蚀率的作用,与平整坡面相比,等高耕作的坡面径流强度、侵蚀率和径流含沙量分别减少11.77%～94.92%,20.69%～99.27%和2.46%～88.40%。但等高耕作减少产流产沙能力有限,若坡面发生断垄,等高耕作坡面的径流强度、侵蚀率、径流含沙量都可能接近或大于平整坡面。(3)在降雨过程中,累计产沙量与累计径流量之间满足线性正相关关系,等高耕作累计产沙量随累计径流量的增大幅度始终小于平整坡面。(4)等高耕作在不...     

基于Van Genuchten模型的等高反坡阶下土壤水分特征

为了阐明等高反坡阶处理对土壤持水性的改善作用,选取滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,研究等高反坡阶对坡耕地0—100 cm土层土壤水分特征曲线的影响,使用vanFit软件拟合获得Van Genuchten模型参数,阐明各土层土壤持水性及其与影响因子的关系。结果表明:（1）等高反坡阶对坡上部影响不显著（p>0.05）,对坡中部影响显著（p<0.05）,对坡下部影响极显著（p<0.01）;（2）与土壤水分特征曲线参数的关系中,容重和砂粒含量呈负相关,总孔隙度、毛管孔隙度和粉粒含量呈正相关;（3）模型拟合土壤水分特征曲线的决定系数R²均高于0.85,可靠性较高;原状坡耕地（1.719 6）和等高反坡阶处理坡耕地（1.773 5）的n值均在10—20 cm土层最大,土壤在10—20 cm土层的土壤含水率变化较大,等高反坡阶处理坡耕地的土壤含水率变化大于原状坡耕地;（4）原状坡耕地和等高反坡阶处理坡耕地均在10—20 cm土层供水性好,等高反坡阶处理坡耕地在40—60 cm土层持水能力强,而原状坡耕地在20—40 cm土层持水能力强。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的保水性能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起到了明显的改善作用。     

降雨和植被覆盖对铁路路基边坡土壤侵蚀的影响

[目的] 探究不同植被覆盖对边坡径流泥沙的削减作用,为改善道路路基边坡的植被配置,减少公路边坡的水土流失量提供科学参考。[方法] 选取江苏省南通市境内在建的南京市—启东市铁路路基为研究对象。利用坡面观测小区,选取观测期内不同降雨强度（15,28,40,63,82 mm/h）的自然降雨条件,对3种植被覆盖（灌草坡面、植草坡面和裸坡坡面）的坡面产流与产沙进行分析,揭示植被覆盖对径流和泥沙的拦蓄作用。[结果] 降雨强度对初始产流时间影响显著（p<0.05）,3种植被覆盖的初始产流时间随降雨强度的增加逐渐减少,植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面对初始产流时间的延缓作用显著。随着降雨强度的增加,3种下垫面坡面径流量均呈增大的趋势,植草和草灌结合坡面相比裸坡坡面有较好的削减坡面径流作用。试验条件下,草灌结合坡面削减率在54.20%～63.68%,植草坡面削减率在38.59%～55.37%。随着降雨强度的增加,裸露坡面所产生的泥沙量呈指数型递增,在降雨强度大于63 mm后尤为明显,由662.66 g （15 mm/h）陡增至2 002.95（82 mm/h）。植草和草灌结合坡面随降雨强度的增大产沙量增加不明显,泥沙产生量在0.9～4.9 g。[结论] 路基边坡产流产沙随着降雨强度的增大而增加,降雨对坡面产流产沙影响显著;植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面有非常明显的减少土壤侵蚀的效果。     

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。