赣北红壤坡地土壤流失方程关键因子的确定

土壤流失方程是开展水土流失监测,指导水土流失防治的重要技术工具。针对红壤坡地土壤流失方程因子算法和取值研究薄弱的问题,基于野外径流小区观测资料,采用80%经验频率法确定了赣北红壤区侵蚀性降雨标准为降雨量10.0 mm、平均雨强1.3 mm/h、最大30 min雨强5.0 mm/h,区内次降雨侵蚀力采用总动能和最大30 min雨强乘积计算最佳。通过建立基于年降雨量的逐年侵蚀力简易算式,测算土壤可蚀性因子以及6种生物措施因子、5种工程措施因子取值,选定适宜的地形因子算式,构建了赣北红壤坡地土壤流失方程体系。经检验,模型能良好预报赣北红壤坡地多年平均土壤侵蚀强度;年际尺度预报的精度整体较高,但对于降雨较多年平均水平浮动较大或地表出现沟蚀等侵蚀类型时,预报精度将有所降低。有关因子的确定可为土壤流失方程在南方红壤坡地水土流失监测和水土保持规划中的应用提供技术支撑。     

通用土壤流失方程中的坡长因子研究进展

 坡长是决定土壤侵蚀的地形因素。通用土壤流失方程中的坡长因子反映坡长与侵蚀的关系,是土壤侵蚀预报模型的重要指标,在土壤侵蚀预报和水土保持规划中被广泛应用和深入研究。从坡长与侵蚀的关系、坡长因子算法以及坡长因子在地理信息系统环境中的提取3方面,系统回顾坡长因子在国内外的研究成果和发展历史。在此基础上,分析目前在我国土壤侵蚀预报模型的研究和应用过程中,坡长因子存在的5方面的问题,并针对这些问题对未来的研究提出了展望。     

基于GIS的水土保持措施下坡耕地土壤养分变异特征

以水保林地、水平梯田及地埂植物带组成的水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分为研究对象,利用GPS定点采样,传统统计分析和ArcGIS地统计分析相结合,并通过参数及误差值对比,选取最佳空间插值拟合模型（球状模型）,研究水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分的空间变异特征。结果表明:（1）5个指标的空间变异度对比:TP > 有效P > TN > 有机质 > pH,其TN,TP,有效P,pH值的空间变异受水土保持措施影响显著,有机质不仅受非人为因素影响,也受人为因素影响。（2）运用Kriging插值制图显示,5个指标在空间上分布均不均匀。采取水土保持措施后对土壤养分有一定的富集作用,含量显著高于无措施对照区;无措施坡耕地坡上、坡中和坡下部位土壤养分呈规律性降低趋势。而土壤pH值空间变异与有机质,TN,TP和有效P相反。（3）上坡位的水保林地对TN,TP和有机质的拦蓄作用最好,中坡位的水平梯田对有效P的拦蓄作用显著;由于下坡位的无措施对照区作为土壤养分流失的必经区域,土壤养分含量较高,表现出地埂植物带对养分的拦蓄作用不显著。通过土壤pH值的空间对比发现,种植相应植物使水保林地和地埂植物带土壤pH值下降了。     

官厅水库上游水土保持措施的减水减沙效益

采用北京延庆上辛庄径流试验站的裸地鱼鳞坑、侧柏鱼鳞坑、裸地水平条、板栗水平条、板栗树盘和休闲地坡面径流试验小区2001—2006年58次降雨的径流泥沙资料,分析北京山区官厅水库上游常用水土保持措施的减水减沙效益和水土保持措施因子值。研究结果表明：裸地鱼鳞坑、侧柏鱼鳞坑、裸地水平条、板栗水平条、板栗树盘的多年平均减水效益超过60％,减沙效益超过90％;鱼鳞坑、水平条和树盘的多年平均工程措施因子值分别为0．08、0．09和0．10,侧柏和板栗的多年平均生物措施因子值分别为0．41和0．48,且降雨量对水土保持措施的减水减沙效益以及水土保持措施因子值都存在明显影响。研究结果可为官厅水库上游地区．土壤侵蚀防治效益定量评价和水土资源管理提供重要参考。     

中国主要水土保持耕作措施因子

水土保持耕作措施因子是中国土壤流失方程参数之一,确定全国范围主要措施的因子值,是计算土壤水蚀模数的基础工作,可为开展全国土壤侵蚀强度评价奠定基础。以收集的文献资料和监测资料为基础,计算了全国水蚀区等高沟垄种植、垄作区田和免耕等5种耕作措施因子值,并基于区域差异不显著分析结果,确定了最终的全国统一因子值,为模型的推广应用提供了数据基础。     

西南土石山区水平梯田的水土保持措施因子

收集、整理、分析了有关西南土石山区水土保持措施的观测资料和研究文献,对西南土石山区水平梯田的水土保持措施因子(P值)进行估算研究。结果表明:西南土石山区水平梯田的P值介于0.010 0~0.234 5之间;水平梯田利用方式对P值影响很大,水田、水旱轮作田、旱作梯田、园地梯田的P值分别为0.010 0、0.052 8、0.136 2、0.103 5;随着坡面坡度增加,土壤侵蚀量增加,但水平梯田的P值不断减小。     

降雨、径流因子的初步研究——Ⅱ—土壤坡面侵蚀量预报

在土壤侵蚀研究和生产实践中,常常要求对山丘地区坡面上的土壤侵蚀量作出预报,以便采取侵蚀的防患措施。预报土壤侵蚀量的方法,美国曾提出土壤流失预报通用方程,就中将引起土壤侵蚀的所有因子归纳为降雨因子、土壤因子、地形因子、经营管理和保土因子。在这些因子中,除降雨因子外,其它因子的实际值都是根据经验或与标准地块相比而得出的。因此,对于地形不甚复杂、地域较大、研究工作又较为规范化时,才有可能建立土壤流失预报通用方程。但如果地域不大、地形复杂,又还未取得足够的完整资料,建立或应用土壤流失预报通用方程就很困难。然而应用现有径流小区的观测资料,建立回归方程进行山丘坡面土壤侵蚀量预报则是可能     

北京市门头沟地区不同水土保持措施的减水减沙效益

[目的]评价北京市门头沟区水土保持措施的减水减沙效益,为区域水土保持措施的环境效益评估和土壤侵蚀预报参数选择提供依据。[方法]根据2005—2009年北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园内8个径流小区的产流产沙数据,对不同水保措施的蓄水减沙效益进行分析。[结果]坡长不同的径流小区年径流深和土壤侵蚀模数差异显著;梯田和树盘都具有很好的水土保持效益,其减水效益分别达到77.6%和81.0%,减沙效益分别达到84.3%和77.4%;梯田和树盘的影响因子分别为0.17和0.23,玉米、大豆和京白梨的影响因子分别为0.97,0.35和0.85。[结论]研究区内工程措施较植物措施具有更好的水土保持效益,且两者相结合的水土保持效益最佳。     

三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征研究

为探讨三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征,采用标准径流小区对重庆市涪陵区珍溪镇王家沟小流域常规耕作方式(顺坡耕作)以及水土保持耕作方式(常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂、免耕+顺坡种植+稻草覆盖、常规顺坡耕作+植物篱、免耕+横坡垄作、常规横坡耕作)下土壤氮素和磷素的流失量及形态特征进行分析。结果表明:(1)就旱坡地土壤氮素的流失特征而言,径流中氮素的流失量相对较小,最大值仅为53.63mg/m2;而泥沙中所携带的氮素流失量相对较大,其最大值达131.25mg/m2;整个观测期内,氮素的流失主要以颗粒态为主,颗粒态氮的流失量占总氮流失量的53.0%～62.0%。(2)就旱坡地土壤磷素的流失特征而言,各处理径流中磷素的总体规律基本表现为:常规顺坡耕作>常规横坡耕作>免耕+顺坡种植+稻草覆盖>常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂>免耕+横坡垄作>常规顺坡耕作+植物篱;泥沙中所携带的磷素流失量相对于径流中的磷素流失量而言较大,最大值为58.14mg/m2;整个观测期内,颗粒态总磷流失量为水溶态总磷流失量的1.75～2.15倍,流失方式同样以颗粒态为主。总体而言,水土保持耕作方式下的氮磷流失量均小于常规耕作处理,能有效减少径流及泥沙中各形态氮磷的流失。     

水保措施对红壤坡地柑橘林土壤呼吸及其水热因子的影响

[目的]探讨不同水土保持措施对红壤坡地柑橘林土壤呼吸的影响,为科学评价水土保持生态建设在应对气候变化方面的作用提供基础数据。[方法]采用试验观测和对比分析的方法研究横坡间作+等高草带、横坡间作、顺坡间作和清耕对照4种处理对柑橘林土壤呼吸速率的动态变化及其对土壤温度、土壤水分的响应。[结果]4个不同处理的柑橘林土壤呼吸速率均呈明显的单峰曲线变化,峰值出现在7月;各处理的土壤呼吸速率季节动态变化一致,采取横坡间作+等高草带和横坡间作两种水保措施均一定程度上增加了土壤呼吸速率;土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关;横坡间作+等高草带和横坡间作处理的土壤呼吸的温度敏感性指数Q10较柑橘清耕和顺坡间作处理Q10值略有增加。[结论]红壤柑橘林采取水土保持措施后,土壤呼吸速率增强,且其对温度的响应增加。     

紫色土区小流域侵蚀产沙对水土保持措施的响应

探讨降雨量与水土保持措施对流域水沙关系的影响,对流域水土流失预报和水土保持效益评价具有十分重要的科学意义,但在紫色土区这方面的研究还相当薄弱。以鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟实测降雨径流泥沙数据为基础,分析了水土保持措施对流域径流、泥沙及水沙关系的影响。结果表明:流域治理后期,降雨产流量变化率、降雨产沙量变化率均减小,随着降雨的增多,水土保持措施对径流、产沙的影响效应增强;暴雨强度愈小,降雨量愈少,水土保持径流拦蓄作用愈显著;但降雨量愈大,泥沙拦蓄作用愈显著;流域减水量一般在30%~70%,而减沙量都高于90%,减沙量明显高于减水量;由于水土保持综合治理的作用,1989年后的多年平均径流量较1989年前减少33.11%,多年平均产沙量减少90.50%。     

Performance of soil and water conservation practices in the erosion evolution process,runoff dynamics and surface roughness

Soil and water conservation practices are used widely to prevent soil erosion and protect soil and water resources, which is significant for ecological restoration and food security. However, rill evolution processes, erosion and deposition characteristics and critical hydrodynamic parameters need more research. In order to investigate the effect of soil and water conservation practices on soil erosion dynamics, simulated rainfall experiments were undertaken in a laboratory on 15° loess slopes with engineering measures (fish-scale pits, FSPs), tillage measures (artificial digging, AD; contour ploughing, CP) and bare slope (CK). The results showed that: (1) during rill erosion, hillslopes with FSPs, CP and AD were more likely to develop wide and shallow rills, while a bare slope (CK) was more likely to develop narrow and deep rills. At the end of the experiment (cumulative rainfall was about 150 mm), headward retreat erosion dominated the AD slope (maximum rill length: 3.27 m), side-wall expansion erosion dominated the CP slope (maximum rill width: 0.522 m) and bed incision erosion dominated the CK (maximum rill depth: 0.09 m); (2) soil and water conservation practices reduced surface erosion and sediment transport and runoff velocity. However, the positive effects disappeared when rainfall amounts exceeded 82.5, 105 and 127.5 mm for FSPs, CP and AD, respectively; (3) for runoff kinetic energy and runoff shear strength of 3 J and 1.5 N/m², respectively, soil and water conservation measures had greater anti-erosion abilities than CK; (4) as rainfall duration increased, surface roughness, runoff rate and sediment concentration increased on the CK and FSP treatments, but decreased on the CP and AD treatments. This study has important implications for managing different soil and water conservation measures based on rainfall conditions and offers a deeper understanding of soil erosion processes.     

水土保持及土壤侵蚀动态机制研究现状及存在问题

简要回顾了目前我国水土保持研究存在的问题,提出了以“地表径流调控”为主的水土保持技术措施和基于水动力学特性的侵蚀产沙机理研究方向和研究意义。系统总结了以“地表径流调控”为主的水土保持措施和减流减沙效应指标以及土壤侵蚀过程机理研究现状,探讨了径流调控及坡面流侵蚀动力过程中存在的主要问题以及亟待开展的研究。     

Soil management effects on runoff and soil loss from field rainfall simulation

Soil erosion from agricultural lands is a serious problem on the Chinese Loess Plateau. In total, 28 field rainfall simulations were carried on loamy soils under different management practices, namely conventional tillage (CT), no till with mulch (NTM), reduced tillage (RT), subsoiling with mulch (SSM), subsoiling without mulch (SS), and two crops per year (TC), to investigate (i) the effects of different soil management practices on runoff sediment and (ii) the temporal change of runoff discharge rate and sediment concentration under different initial soil moisture conditions (i.e. initially dry soil surface, and wet surface) and rainfall intensity (85 and 170 mm h^− 1) in the Chinese Loess Plateau. NTM was the best alternative in terms of soil erosion control. SSM reduced soil loss by more than 85% in 2002 compared to CT, and its effects on runoff reduction became more pronounced after 4 years consecutive implementation. SS also reduced considerably the runoff and soil loss, but not as pronounced as SSM. TC resulted in a significant runoff reduction (more than 92%) compared to CT in the initial ‘dry’ soil, but this effect was strongly reduced in the initial ‘wet’ soil. Temporal change of runoff discharge rate and sediment concentration showed a large variation between the different treatments. In conclusion, NTM is the most favorable tillage practices in terms of soil and water conservation in the Chinese Loess Plateau. SSM can be regarded as a promising measure to improve soil and water conservation considering its beneficial effect on winter wheat yield.     

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。     

玉米苜蓿间作的蓄水保土效益试验研究

为了在种植作物的同时减少水土流失,采用玉米苜蓿间作的种植模式,研究其蓄水保土效益。试验对玉米苜蓿间作与单作玉米的土壤含水量,径流量以及产沙量进行观测,进而研究两者的蓄水保土效益。结果表明:玉米苜蓿间作地的土壤含水量大于玉米单作地的土壤含水量;玉米苜蓿间作的径流量和产沙量均小于玉米单作,说明了玉米苜蓿能够有效地减少径流的冲刷侵蚀,具有良好的拦沙性能;经计算得出玉米苜蓿间作的蓄水效益为87%,保土效益为98%,表明玉米苜蓿间作的蓄水保土效益显著。     

小塔山水库流域水土保持与河流泥沙特性分析

为了了解淮河流域近年来水土流失的特点,分析造成水土流失的主导因素,本文采用黑林水文站12年的降水、径流及泥沙资料,根据流域水土保持与河流泥沙分布情况相关性,通过分析降水量与径流量及径流量与含沙量之间的相互关系,总结了流域水土流失特点及造成水土流失的主要原因,结果表明近年来生产建设活动等人为因素是造成流域内水土流失的主要因素,以期为流域今后水土保持工作重点提供参考依据。     

黑土坡耕地不同水土保持措施的土壤水蚀特征研究

针对北方干旱地区坡耕地严重的水土流失问题,采取垄向区田、深松、横坡种植、免耕播种等水土保持耕作措施,于2010年,以黑龙江省齐齐哈尔市东兴村5°坡耕地径流场为研究对象,研究了不同耕作措施对地表径流、土壤侵蚀和降雨入渗的影响。结果表明,这几种水土保持耕作措施均有不同程度的减流减沙作用,其中横坡种植效果最为明显,地表径流量和土壤流失量较常规耕作分别减少了92%和90%,稳定入渗率较常规耕作提高了41.2%。不同耕作措施的径流系数过程线的变化、径流含沙率变化以及产流量、产沙量的变化均符合横坡免耕>横坡种植>深松+区田>垄向区田>少耕深松>免耕>常规耕作>裸地这一变化规律。     

黄土区野外模拟降雨条件下坡面径流—产沙试验研究

降雨及径流所引起的水力侵蚀产沙问题,是当今世界上最大的环境问题之一。通过野外模拟降雨试验,研究不同雨强下不同下垫面降雨侵蚀产流、产沙、入渗等的相关规律。研究结果表明:雨强90mm/h时,原生地径流量最大,达到28.4L/min,林草地径流量最小,在4.1～7.6L/min之间波动,雨强120mm/h时规律保持一致,原生地达到36.05L/min,林草地为6.85～10.88L/min;产沙量规律为荒地最大,林草地最小,荒地在两种雨强下产沙量分别为45.77～252.94g和52.76～162.48g,林草地分别为2.82～6.99g和7.33～40.24g;入渗规律为林草地最大,原生地最小,其中小雨强时林草地入渗率为1.18mm/min左右,原生地为0.09mm/min左右,大雨强时林草地为1.42mm/min左右,原生地为0.12mm/min左右。这些规律之间均有很好的相关性,产沙量与径流量大时其入渗率就小。说明地表有植被覆盖时可以增大入渗率,减小径流,产沙量。雨强不同时其规律保持一致。该研究对于深入理解流域产流产沙过程具有十分重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持,也可为今后水土保持与生态建设提供重要科学依据。