坡面土壤侵蚀空间分异特征的磁性示踪法和侵蚀针法对比研究

利用磁性示踪法和侵蚀针法相结合的方法,在自然降雨条件下对比研究了不同坡度坡面土壤侵蚀的空间分异特征。结果表明:磁性示踪法和侵蚀针法均能够有效的指示出在降雨过程中坡面土壤发生剥蚀和沉积的空间分布规律。两种方法的试验结果一致表明,在距坡顶0-200cm的范围内为净侵蚀区,坡面坡度越大受到的侵蚀越严重。坡面中下部(距坡顶200-500cm)侵蚀沉积分布受坡度影响较大,随着坡度的增大,坡面中下部的沉积分布下移,并且净沉积量减少,净剥蚀量增加。5°坡面中下部以泥沙的沉积为主,且在中部沉积量达到最大值;10°和15°坡面的中部和坡脚处以侵蚀为主,沉积主要发生在距坡顶300-400cm的范围内。     

等高犁耕对黄土坡耕地坡形与坡度的影响

为了明确等高犁耕条件下黄土坡耕地地形与坡度的变化特征,基于6个坡度(3°,5°,10°,15°,20°,25°)和5个耕作强度(6,12,18,24,30次)的组合,开展模拟耕作试验,利用测针法获取耕作后地表高程数据,探讨耕作强度和坡度对黄土直线形坡演化特征的影响。结果表明,在等高向下犁耕条件下,不同坡度的直线坡随着耕作强度的增加逐渐向“∽”形复合坡演化。同一坡度下,随着耕作强度的增加,坡脚延伸,整体小区投影坡长增大,坡脚高程增加幅度大,堆积现象明显,坡度大幅度减小;坡中高程增加,逐渐抬起坡度减小;坡顶形成的新分水岭的高程和位置随之减小和向下推移,直接侵蚀速率逐渐减小且趋于稳定。坡度通过影响土壤运动能力控制耕作时土壤的分布。因此坡度越大,单次耕作后坡形的变化越明显,直接侵蚀速率越大。研究结果有助于更加深入了解耕作侵蚀对坡耕地地形的影响,为控制坡耕地土壤侵蚀提供理论依据。     

黑土区典型小流域土壤侵蚀空间格局模拟研究

利用校正后的基于GIS的USLE模型预测了黑土区域土壤侵蚀量的空间分布格局。研究结果表明,研究区小流域年侵蚀量值范围在0~60t/(hm² a),无侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀和强度侵蚀面积分别占研究区总面积的28.7%,56.2%,18.6%和0.1%。研究区坡顶土壤侵蚀量较少〔0~5t/(hm² a)〕,坡肩和坡背侵蚀量较大〔3~15t/(hm² a)〕。基于GIS的USLE不能够很好地模拟黑土区坡麓和坡足区域土壤沉积和侵蚀沟的空间分布格局,但可以较好地模拟坡顶、坡肩和坡背处的土壤流失状况。     

137Cs示踪分析东北黑土坡耕地土壤侵蚀对有机碳组分的影响

研究土壤侵蚀对有机碳不同组分流失的影响,可为科学评估土壤侵蚀在碳循环中的作用和探明农田有机碳变化机制提供理论依据。该研究以典型黑土区一凸型耕地坡面为研究对象,基于~(137)Cs示踪技术,分析了坡面土壤侵蚀特征及强度分布,定量分析了坡面有机碳组分的变化幅度及侵蚀强度与有机碳组分间的关系。结果表明:研究坡面年均侵蚀速率为3801.71t/(km~2×a),属中度侵蚀,33.33%的采样点为强烈侵蚀,极强烈及剧烈的侵蚀点占比11.11%,主要位于凸型坡中部坡度较陡处,26.67%为沉积点,主要分布在坡脚西侧。自开垦以来坡耕地土壤平均有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)含量下降了13.58%,其中矿质有机碳(Mineral-bound Organic Carbon,MOC)和颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon,POC)分别下降了7.52%和40.49%;POC中粗颗粒有机碳(Coarse Particulate Organic Carbon,CPOC)下降幅度最大(73.24%),细颗粒有机碳(Fine Particulate Organic Carbon,FPOC)无显著差异。坡面SOC、MOC和FPOC在沉积点均显著大于侵蚀点(P0.01),沉积点和轻度侵蚀点的SOC及MOC含量显著大于轻度以上侵蚀点(P0.01),SOC及组分MOC和FPOC均在中度侵蚀下降幅度最大,之后变化轻微。有机碳组分中MOC和FPOC含量随着土壤侵蚀强度的增大呈下降趋势,CPOC与侵蚀强度无显著相关性且沉积点及不同侵蚀强度之间均无显著差异(P0.05)。结果说明坡耕地中CPOC和MOC减少的驱动机制可能存在差异。     

黔北坡面林地土壤侵蚀与微量元素迁移研究

选择黔北遵义地区岩溶坡面林地作为研究对象,研究岩溶坡面林地土壤侵蚀空间分布特征,深入揭示碳酸盐岩岩溶地区在地表水力侵蚀作用下土壤表层(0-30cm)微量元素再分配及迁移机理,利用137 Cs示踪技术研究区域内各个采样点的土壤物理侵蚀强度,并结合地球化学方法,以Ti作为不活化参比元素,获得坡面林地土壤微量元素在地表侵蚀作用下迁移和富集特点。结果表明:坡顶、坡中和坡脚土壤剖面137Cs面积活度分别为100.52,846.74,1 626.23Bq/m2,坡顶、坡中小于本底值,坡脚大于本底值;坡顶和坡中侵蚀速率分别为4 854,1 922t/(km2·a),坡脚沉积速率为3 160t/(km2·a);Li、Cs、Cu、Cd等元素迁移系数均值顺坡降低;Co、Pb、U、Ta和Nb顺坡升高;Ti、Th、Cr、W顺坡变化不明显。137 Cs面积活度从坡顶到坡脚呈上升趋势,坡顶和坡中土壤侵蚀强度分别属于中度侵蚀和轻度侵蚀,坡脚属于沉积点。Li、Be、Rb、Cs、Ba、V、Cu、Cd易在坡顶富集,以化学迁移为主;Co、Pb、Sb、U、Zr、Hf、Ta、Nb易在山底富集,Co、Pb、Sb、U存在一定的化学迁移,但以物理迁移为主,Zr、Hf、Ta、Nb为物理迁移;Ti、Th、W没有明显的富集现象,未发生迁移。     

东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比

[目的]以无垄作坡面侵蚀过程为对照,研究顺坡垄作坡面土壤侵蚀过程及机理,为东北黑土区坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]基于人工模拟降雨试验,设计了3个降雨强度(50,75和100mm/h)以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°),进行顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程的对比研究。[结果]顺坡垄作坡面径流量和侵蚀量分别较无垄作坡面增加了1.2~1.7和1.3~2.1倍,径流和侵蚀过程也发生了变化。与无垄作坡面相比,顺坡垄沟的集中汇流作用使坡面水流流速增加了1.0~2.3倍,径流剪切力增加了0.7~1.2倍,其坡面侵蚀方式也由片蚀为主转变为以细沟侵蚀为主,细沟侵蚀量可占总侵蚀量的55.3%~65.6%。[结论]坡面水流流速增加和细沟侵蚀发生是导致顺坡垄作坡面土壤侵蚀增加的主要原因。     

坡耕地土壤有机碳再分布特征及其迁移累积平衡

利用137Cs和飞灰示踪技术,研究坡耕地黑土近50年和近100年来土壤再分布过程,计算坡耕地土壤有机碳(SOC)迁移和累积平衡。结果表明:利用SOC的深度分布特征鉴定坡脚和坡足原始埋藏土壤的表面分别位于地表下70和80cm,其埋藏层的SOC含量分别比与其接壤的上覆土层SOC含量高5.2和0.4gkg。坡顶、坡肩和坡背均遭受侵蚀,年平均侵蚀的土壤厚度为0.2、5.0和2.2mmyr。坡脚和坡足部位飞灰到达的深度分别为70和80cm,与埋藏层表面相吻合。坡脚飞灰出现于埋藏A层之中,表明沉积区在蒸汽机车开始使用前已被开垦为农田(或已有侵蚀和堆积发生)。根据137Cs和飞灰分布深度构建了不同年代的坡型,结果表明侵蚀部位剥蚀的土壤多堆积在坡脚和坡足,且搬运的土壤物质先累积于坡脚,随着景观坡度变缓,土壤累积逐渐向坡足过渡。研究区(1m宽)坡顶、坡肩和坡背近百年来由于土壤侵蚀共失去683kgSOC,其中60%(418kgSOC)沉积在坡脚和坡足等低洼部位,其中有257kgSOC是近50年累积的。     

东北黑土区农林混合利用坡面土壤水分空间异质性及主控因素

针对黑土区坡面尺度上土壤水分在土地利用结构(从坡顶到坡脚,即沿着坡长方向,不同土地利用类型的排列方式)、土地利用类型(农地和林地)及地形要素的协同作用下的空间分异规律及影响机制尚不清楚的现状,以黑龙江省黑土区的农林混合利用典型坡面(克山县)为研究对象,应用植被数量生态学中的冗余分析方法(RDA)分析0~20、20~40、40~60 cm土壤水分剖面变异特征、不同土地利用结构下(农地-农地-农地-农地-农地,农地-农地-林地-林地-农地,农地-农地-林地-林地-林地,林地-林地-农地-林地-农地)坡面土壤水分异质性及其与环境因子的定量关系。结果表明:研究区坡面土壤含水率介于5.77%~45.57%,农地土壤含水率显著高于林地(P0.05),纵向上不同土地利用类型层间土壤含水率差异均不显著;土壤水分呈中等变异,纵向上农地各土层的变异系数(35.9%~39.6%)均高于林地(30.0%~36.5%),农林混合利用加强了土壤水分的空间变异程度;4种土地利用结构下,坡面土壤水分沿坡长方向呈不同的变化趋势,与土地利用镶嵌分布规律有关;冗余分析结果显示土地利用类型是影响黑土区坡面土壤水分异质性的主控因素,坡度次之,坡位和海拔高度对坡面土壤水分异质性也有影响。对于黑龙江黑土区坡面,需要结合土地利用结构配置等土地管理措施与不同的农业措施来防止坡面土壤侵蚀、提高东北区土壤肥力,实现经济效益、生态效益的协调统一。     

黑土区典型坡耕地土壤酶活性空间分布特征研究

基于对松花江流域东山沟小流域坡耕地表层0-20 cm土壤酶活性和养分含量分析,研究了东北黑土区典型坡耕地土壤酶活性空间分布特征及其影响因素.结果表明,小流域下游的土壤转化酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均高于流域上游和中游;坡面侵蚀区3种土壤酶活性均低于坡面沉积区;土壤酶活性沿坡长分布呈现坡顶较高—坡中低—坡下高的变化趋势,与坡面土壤侵蚀强度相对应.3种土壤酶活性之间呈极显著相关关系.土壤酶活性空间分布特点与土壤侵蚀强度空间分布趋势呈现相一致的规律,表明土壤侵蚀降低了土壤酶活性.     

陕北黄土丘陵沟壑区坡面侵蚀—沉积过程试验研究

[目的]分析各影响因素作用下黄土坡面的侵蚀—沉积过程,为陕北黄土丘陵沟壑区水土保持措施的合理布设以及水土流失防治规划提供科学依据。[方法]采用室内人工模拟降雨试验方法对不同坡度、坡长和60 mm/h降雨强度条件下的黄土坡面侵蚀—沉积过程特征开展研究。[结果](1)净侵蚀过程主要发生时间为在达到侵蚀速率峰值前后,在降雨开始35 min左右内,侵蚀速率在整个降雨过程出现正负值交替变化,侵蚀过程与沉积过程并存。(2)坡度为5°,10°,15°时,单位面积侵蚀量随坡长的增加而减少,5—10 m坡段中存在明显的沉积过程和临界侵蚀坡长。试验条件下黄土坡面发生沉积的临界坡长在4—5 m以及5—10 m范围内。(3)在5°,15°坡度下,整个降雨过程中0—5 m坡段的累计单位面积侵蚀量均大于0—10 m坡段坡面,侵蚀过程中一直伴有沉积现象;10°坡面分别在降雨后15 min左右开始伴有沉积现象出现。[结论]坡度和坡长是影响黄土坡面侵蚀—沉积过程的重要因素,坡面径流含沙量和单位面积侵蚀量可以作为表征黄土坡面侵蚀—沉积特征的重要因子。在治理坡面水土流失时应采用拦截中上坡位径流的水土保持措施。     

有机培肥对红壤坡耕地产流产沙的影响

采用侵蚀小区田间监测方法,研究秸秆覆盖、生物质炭和猪粪等有机物料添加对红壤坡耕地产流产沙的影响。结果表明:2015年红壤坡耕地侵蚀量达到36 t/hm~2,78%~86%发生在花生季,达到中度侵蚀。与对照(CK)处理相比,单施化肥(NPK)处理没有降低产流产沙(P0.05)。与NPK处理相比,秸秆覆盖(NPK+Str)处理显著降低了产流产沙(P0.05);生物质炭(NPK+BC)处理显著降低了产流(P0.05),但是减沙效果不明显(P0.05);猪粪(NPK+SM)处理尽管提高了地表径流(P0.05),但是显著降低了产沙(P0.05)。秸秆资源在该区匮乏,秸秆覆盖难以推广。生物质炭的团聚能力弱,颗粒小,质量轻,易随水流失,在坡耕地上改良效果不明显。猪粪在该区资源丰富,不但提高土壤肥力,促进了团聚体形成,而且水土保持效果好,是该区农业生态环境可持续发展的重要措施之一。     

坡面侵蚀土壤磁化率变化机理的研究

研究了土壤磁化率与土壤物理性质的关系,结果表明:应用干筛法在不同粒级土团中获得的0.1～0.25mm粒级的土团主导土壤的磁化率,各组分土团中大于0.1mm的组分磁化率与粒径呈反相关,小于0.1mm的组分磁化率与粒径呈正相关。土壤比重、土壤总孔隙度、崩解速率等均与土壤磁化率呈负相关,且土壤崩解速率与土壤磁化率呈极显著负相关;土壤磁化率与容重、粒径小于0.25mm的水稳性团粒组分和大于0.05mm的机械组分含量呈显著正相关。坡面土壤侵蚀导致坡面物质发生再分布,使得土壤颗粒组成、容重、比重、孔隙度等土壤物理性质发生变化,进而使得坡面不同空间部位土壤磁化率出现差异。     

坡度、雨强对塿土入渗特征的影响研究

利用室内人工降雨试验研究降雨强度和坡度对塿土水分入渗状况的影响及其作用机理,并用数学方法对土壤入渗率与累积入渗量随时间变化过程进行数学模拟。试验结果表明:雨强对降雨入渗率及累积入渗量有显著影响。雨强在20~90 mm h-1之间,雨强越大,塿土初始入渗率越高,达到稳定的时间越短,土壤的稳定入渗率由于主要受制于土壤特性,因而各降雨强度间差异不显著;累积入渗量变化表现为随降雨强度增大而减少;坡度对土壤入渗率及累积入渗量基本无影响。运用数学模型对土壤入渗率及累积入渗量的变化过程进行模拟,结果表明,Kostiakov经验模型与自回归移动平均模型(ARIMA)两种模型均可用于模拟土壤入渗性能的变化过程,拟合精度均较高。     

晋西黄土区坡面尺度土壤水分分布规律研究

采用定位观测方法对晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤水分的分布规律进行研究。结果表明:坡向、坡度、坡位是坡面尺度土壤水分分布的重要影响因素,得出了不同立地条件土壤水分的剖面变化与时间动态规律,在此基础上对不同立地条件进行聚类,给出坡面尺度下不同立地条件的分类结果,通过分类,我们可以用立地因素代替土壤水分状况,为黄土高原植被建设提供科学的土壤水分依据。     

降雨特征与水土流失关系的研究

本文基于野外天然降雨定位试验观测资料,对降雨特征值的组合因子与水土流失量之间进行了多元统计相关分析。结果表明:降雨动能与最大30min雨强的组合因子EI₃₀与侵蚀量的关系最为密切;以降雨总量与最大30min雨强的乘积PI₃₀取代EI₃₀,经过检验,指标的精度能满足计算侵蚀量的需要,此指标可在黄土高原地区推广应用;建立了反映降雨径流影响侵蚀的综合数学模型;并指出,径流势能对侵蚀量具有极其重要的影响作用。     

不同耕作措施对红壤坡耕地耕层质量的影响

为探明不同耕作措施对云南红壤坡耕地耕层土壤抗侵蚀性能和生产性能的影响，以常规耕作为对照，设置免耕、翻耕20 cm、翻耕20 cm+压实、翻耕20 cm+深松30 cm四种耕作措施，采用土壤质量指数法对不同耕作措施下耕层质量变化特征进行分析评价。结果表明：（1）不同耕作措施对红壤坡耕地耕层土壤抗侵蚀性能影响显著。翻耕20 cm+深松30 cm处理下土壤饱和导水率最大（1.19 mm·min^-1）；与常规耕作相比，翻耕20 cm+深松30 cm处理下水稳性团聚体平均质量直径增加28.13%；免耕处理下土壤抗剪强度最高（12.12 kg·cm^-2），耕层土壤饱和导水率最大（1.27 mm·min^-1）；翻耕20 cm处理下大于0.25 mm水稳性团聚体含量、水稳性团聚体平均质量直径、几何平均直径均显著高于其他措施，分别为69.64 g·kg^-1、1.74 mm、0.77 mm。（2）不同耕作措施对红壤坡耕地耕层生产性能影响具有差异性表现，免耕处理下土壤容重显著增大，土壤有机质、有效磷在表层富集；翻耕20 cm、翻耕20 cm+深松30 cm处理下，耕层增厚效果显著，土壤有机质、有效磷含量显著增加。（3）红壤坡耕地耕层土壤质量及诊断指标的适宜性对耕作措施响应有差异，翻耕20 cm+深松30 cm处理耕层土壤质量指数最大（0.58）；翻耕20 cm、翻耕20 cm+深松30 cm处理的耕层厚度、容重及有效磷指标均在适宜性阈值范围。上述研究结论可为红壤坡耕地适宜耕作措施选择以及坡耕地合理耕层的构建与评价提供参考。     

放水冲刷对红壤坡面侵蚀过程及溶质迁移特征的影响研究

坡面薄层水流侵蚀不仅造成土壤养分流失,土壤质量恶化,同时对水体污染等环境问题造成一定影响。为了分析上方来水流量对红壤坡面径流侵蚀过程中泥沙的迁移规律及土壤溶质运移特征的影响,本试验利用室内放水冲刷试验,采用3个不同上方来水流量（10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1）对第四纪黏土发育红壤坡面径流侵蚀过程中坡面径流泥沙和径流中非吸附性离子（Br-）迁移过程进行了研究。结果表明：不同上方来水条件下,放水初期产流量迅速增大,后期趋于稳定,累积径流量与产流时间成显著的线性关系,10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1三种上方来水流量下累积径流量分别为263.2 L、295.1 L、291.04 L;上方来水流量越大,薄层径流冲刷作用越强烈,径流含沙量随时间变化波动越剧烈,累积泥沙量随产流时间呈幂函数变化,15 L min-1、20 L min-1流量下累积泥沙量分别为10 L min-1流量下累积泥沙量的1.42倍、4.25倍;径流Br-浓度随产流时间呈幂函数衰减,反映了土壤溶质随径流迁移量变化主要受水流与土壤接触时间和作用程度的影响。研究表明放水冲刷对土壤侵蚀及溶质运移有重要作用,试验结果对有效预测与控制红壤坡面侵蚀及养分流失具有重要实际意义。     

不同土地利用方式下紫色土坡地水土流失特征-以涪陵为例

通过对涪陵区水土保持监测分站径流小区2006年全年降雨、径流和泥沙流失观测资料进行分析,得出不同土地利用方式下径流泥沙流失规律。结果表明：在种植作物的小区,径流量、泥沙流失量均与降雨量呈正相关,相关系数最高达到了0．9763。6号弃土弃渣小区年径流量（7．99m^3）与泥沙流失量（26．58kg／m^3）均比其他小区大出许多。各小区径流量、泥沙流失量与降雨量或降雨强度间的关系可以用回归方程描述,经检验后均具有显著意义,能较好地表达拟合效果,     

护坡拦蓄保水措施对三峡地区坡地土壤水分含量及玉米的影响

通过大田试验,研究护坡拦蓄保水措施对三峡地区坡地玉米农艺性状、产量及土壤含水量的影响。结果显示：在玉米全生育期,护坡拦蓄保水能明显降低地表径流量,增加土壤存留量,与对照区相比,拦蓄能力为总降水量的5．1％,保水能力提高了42．2％;各层土壤平均重量含水量比对照区高4．9个百分点;在相同的肥力梯度条件下,护坡拦蓄保水措施使玉米地径增大0．2～0．4cm,苗高增加14．5～49．9cm,叶片数增加1片,最大叶片长度增长2．2～8．8cm。护坡拦蓄保水具有明显的增产效应,在不施肥、低肥、高肥、特高肥条件下,分别增产85．9％、21．4％、10．9％和5．1％。护坡拦蓄保水措施对玉米千粒重影响不大,但与施肥水平有关,表现为低肥〈高肥〈特高肥,其千粒重依次为362±1g、370±1g和381±1g。     

黄土丘陵沟壑区不同雨强下坡长对坡面土壤侵蚀的影响

坡长对土壤侵蚀的影响可能随雨强不同而发生变异,采用岔巴沟流域径流场资料对该问题进行了研究。分析了不同雨强范围下坡长对土壤侵蚀的影响,探讨了坡面土壤侵蚀的临界坡长。结果表明,坡长与土壤侵蚀的关系受雨强效应的影响;团山沟坡面坡长与土壤侵蚀的关系在I30高于和低于0.21 mm min-1表现出不同的规律:当I30≤0.21 mm min-1即小雨强范围时,随着坡长从20 m到60 m的增加,土壤侵蚀模数而逐渐减小,此时,土壤侵蚀模数随坡长的变化趋势与径流模数随坡长变化的趋势相同;当I30>0.21 mm min-1即大雨强范围时,随着坡长从20 m到60 m的增加,土壤侵蚀模数先增加后趋于稳定,土壤侵蚀模数随坡长变化的趋势与径流平均含沙量随坡长变化的趋势相同;坡面土壤侵蚀的临界坡长非定值,是关于I30的函数。