坡度对坡面侵蚀产沙响应的研究

坡度是影响坡面土壤侵蚀的重要因素,在一定条件下,坡面土壤侵蚀随着坡度的增大而增加,但存在一个临界坡度,当超过这个坡度后,坡面土壤侵蚀量反而随着坡度的增大而减少。国内多数学者认为这个临界坡度介于25°~29°之间,这对我国25°以下坡耕地水土保持措施的配置以及超过25°坡耕地退耕还林还草计划的实施具有一定的理论指导意义。在坡面上不同坡度范围内配置合适的水土保持措施可以削弱坡度对坡面土壤侵蚀强度的影响,即在缓坡上实施保护性耕作措施,在25°以下坡耕地合理布设水平梯田及植物篱,25°以上的坡耕地实行退耕还林还草,可以有效地控制坡面土壤侵蚀的发生,促进坡耕地的可持续利用和改良。     

再论土壤侵蚀的坡度界限

通过理论推导了坡面径流能量方程,实测雨滴击溅坡面土粒的最大向下迁移量、溅蚀总量等均发生在30°以下;又通过对不同坡度坡面土壤结构的测定分析,发现随坡度变化,土壤的粗颗粒含量、紧实度以及水分入渗速率及土壤团聚体的团聚结构、团聚度、分散度均发生较明显变化,这些因素均可使坡面侵蚀量发生变化.据此分析得出,土壤侵蚀的临界坡度不是一个定值,是以上各因子相互作用的结果,在黄土高原其值介于21.4～45°之间,黄绵土的临界坡度约为28°.     

地形对黑土区典型坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响

研究地形对黑土区坡面侵蚀-沉积空间分布特征的影响可以为水土保持措施配置提供科学依据。以典型黑土区——黑龙江省宾县东山沟小流域为研究区域,在流域上游、中游和下游各选取2个典型坡面,坡面种植作物均为玉米。典型坡面坡顶、坡上、坡中、坡下和坡脚的平均坡度分别为3.1°,3.0°,4.0°,2.8°,1.2°。利用137Cs示踪技术,分析了坡度、坡长和坡形对坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响。结果表明:研究流域农耕地坡面以侵蚀为主,平均侵蚀速率为448 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ;坡面不同部位土壤侵蚀—沉积分布特征差异明显,坡顶、坡上、坡中和坡下主要表现为侵蚀,平均侵蚀速率分别为819、376、1 000和634 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ,而坡脚表现为明显的沉积,平均沉积速率为~(~(-1)) 382 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) 。不同坡形坡面侵蚀-沉积分布存在差异,凸形坡坡面表现为先侵蚀后沉积的分布特征,而复合坡坡面呈现出侵蚀-沉积交错分布特征;坡面土壤侵蚀速率与坡度和坡长均呈极显著的幂函数关系,而坡度对黑土区坡面侵蚀的影响明显大于坡长,反映了即使在长坡缓地形的黑土区坡度对侵蚀的影响仍然有重要作用。因此,在黑土区配置合理的水土保持措施时,应尽量削弱坡度对坡耕地土壤侵蚀的影响。     

基于USLE模型的云南省坡耕地土壤侵蚀和养分流失评价

定量评估区域坡耕地土壤侵蚀分布规律,是科学制定坡耕地水土流失综合治理规划、开展坡耕地质量建设的基础,然而目前针对省域尺度坡耕地土壤侵蚀和养分流失规律的研究较少。该研究基于GIS空间分析技术和通用土壤流失方程（Universal Soil Loss Equation,USLE）,在模型参数率定与计算精度验证基础上,定量评价云南省坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征。结果表明：1）云南省坡耕地土壤侵蚀面积为421.38万hm2,侵蚀总量为376.58×106 t/a,占全省侵蚀总量的63.02%,坡耕地是区域侵蚀产沙的主要策源地;坡耕地平均侵蚀模数为7 986.31 t/(km2.a),总体处于强烈侵蚀等级,剧烈侵蚀、极强烈侵蚀和强烈侵蚀是坡耕地侵蚀产沙的主要来源;不同分区坡耕地侵蚀模数和侵蚀量差异显著,滇西南区侵蚀强度最大,滇东南区侵蚀强度最小。2）随着坡度增加,坡耕地侵蚀面积比例、侵蚀强度、侵蚀量均呈较快增加趋势,土壤侵蚀主要来源于15～25°、>25°、>8～15°3个坡度级坡耕地。3）坡耕地流失土层厚度集中分布在0～12 mm/a之间,平均流失土层厚度为7.31 mm/a;耕层更新周期集中分布在20～200 a之间,均值为175.6 a,耕层更新周期-面积分布曲线呈先快速递增,并在某一峰值之后出现快速递减趋势。4）坡耕地养分流失空间分布存在差异性,土壤有机碳、全氮、速效钾、有效磷流失模数分别为223.60、23.94、1.59、0.15 t/（km2·a）,坡耕地养分流失是区域养分流失量的主要来源。研究可为区域坡耕地水土流失治理和坡耕地质量建设提供科学依据。     

黄土高原南部地区人工模拟暴雨条件下不同坡度谷子坡耕地产流产沙过程

以谷子坡耕地为研究对象,通过人工模拟降雨试验,探究不同生育期谷子在不同坡度下对坡耕地坡面侵蚀过程的影响,揭示黄土高原地区坡耕地侵蚀过程特征和机理。根据试验区现行退耕还林(草)政策、降雨特点及谷子生长特性,在80 mm/h降雨强度和4个坡度(3°,5°,10°,15°)条件下分别对4个生育期(幼苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期)的谷子种植坡面进行人工模拟降雨。结果表明:种植谷子对坡耕地坡面侵蚀过程有明显影响,随着谷子的生长,坡面初始产流时间不断延长,坡面产流曲线更快趋于平稳,坡面平均产流产沙强度逐渐降低,谷子的减流效应和减沙效益逐渐提高。3°与15°坡面初始产流时间由裸地5.25,1.40 min分别延长至灌浆期12.70,7.63 min; 3°与15°坡面平均产流强度在灌浆期分别降低至0.52,0.78 L/(m~2·min),平均产沙强度在灌浆期分别降低至0.83,2.07 g/(m~2·min);与裸地相比,谷子由幼苗期生长至灌浆期,坡面径流量减少12.27%～48.24%,产沙量减少19.90%～84.00%。研究结果为揭示黄土高原谷子坡耕地侵蚀机理提供参考,并为区域高质量发展供科学依据。     

土壤结皮对黑土区坡面产流产沙的影响

土壤结皮对坡面产流形成和侵蚀过程有重要的影响。基于室内人工模拟降雨试验,研究了土壤结皮对黑土区坡面产流产沙的影响。结果表明:土壤结皮促使坡面产流提前发生,但对坡面产流量的影响不甚明显;对坡面侵蚀产沙量却有明显的作用。试验条件下,5°坡面有土壤结皮处理的坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理减少了54%。有土壤结皮处理的10°坡面,在降雨过程中结皮尚未破坏前,其坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理的对照减少了40%;一旦土壤结皮被破坏,之后的坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理的对照增加了46%;在整个降雨过程中,10°有土壤结皮处理的坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理增加了16%。表明土壤结皮对坡面侵蚀的影响与地面坡度有密切关系。     

不同坡面草被格局下的侵蚀产沙量及其连通性指数表征

为探寻植被格局的定量表征参数,并建立其与侵蚀产沙的关系,深入揭示植被格局阻蚀减沙作用机制,该研究采用室内人工模拟降雨试验,以40%盖度的高羊茅草被坡面为研究对象,探讨了不同坡度（5°、15°和25°）和植被分布格局（裸地、带状横坡、带状顺坡、块状镶嵌、点状均匀格局）下的坡面侵蚀产沙过程变化,并分析了不同草被格局下平均汇流路径长度指数（Mean Flow Length Index,MFLI）、连通性指数（Index of Connectivity,IC）变化及其同坡度和土壤侵蚀量的关系。结果表明：带状顺坡、点状均匀、块状镶嵌和带状横坡的草被坡面平均侵蚀量分别较裸地减小42.9%、55.7%、62.4%和78.0%,带状横坡的阻蚀减沙作用最优。不同草被格局坡面间的MFLI和IC总体也与平均侵蚀量的差异关系一致,从小到大依次为：带状横坡、块状镶嵌、点状均匀、带状顺坡、裸地。MFLI和IC可分别与坡度结合用于模拟评价不同草被格局坡面的侵蚀产沙,决定系数（R2）达0.84以上。其中,IC与坡度的协同性更佳、依赖性更小,是表征植被格局对坡面侵蚀产沙影响的较佳参数。结果可为快速优选水土保持型植被格局、促进生态脆弱区林草植被格局优化和提质增效提供依据。     

黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀过程研究

<正> 黄土丘陵沟壑区地形破碎,各种侵蚀十分活跃。由于坡度和坡面位置的不同,这些侵蚀过程具有明显的垂直分带性(图1)。在顶部坡面(1区和2区),坡度由1区的几度增加到2区的35°,这里多为坡耕地,部分已辟为梯田,主要的侵蚀过程是溅蚀、面蚀和细沟侵蚀。2区下部的坡段存在一明显的转折,坡度往往陡增到40°以上(3区),土地利用方式主要为草坡。3区重力侵蚀和沟道侵蚀活跃,除地表侵蚀之外,洞穴侵蚀较发育,其入口多发育在1区和2区,而出口则往往出现在3区。谷坡的底部坡度平缓(4区),是坡面径流、泥沙流向沟口的通道。     

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...     

喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角下集中流侵蚀水动力学特征

喀斯特槽谷区地表出露岩石与坡面成不同夹角显著改变地表集中水流特性,进而影响地表侵蚀过程。目前,不同岩石与坡面夹角下的坡面集中流侵蚀水动力特征动态变化过程还不清楚。通过室内模拟放水冲刷试验,研究了6个岩石与坡面夹角角度（30°、60°、90°、120°、150°、180°）、3个坡度（10°、15°、20°）、3个流量（5、7.5、10 L·min-1）组合条件下喀斯特槽谷区坡面土壤侵蚀率与水动力学变化过程。结果表明：在各岩石与坡面夹角下,随冲刷历时的推延,土壤侵蚀率（E）先波动性减小后逐渐趋于稳定,水流功率（ω）呈波动变化但趋势不明显,单位水流功率（Up）逐渐减小,水流剪切力（τ）和过水断面单位能量（ε）波动性逐渐增大;夹角150°时平均土壤侵蚀率（0.078 kg·m-2·s-1）最大,随着夹角增大,τ、ω和ε均呈先减小后增大,Up整体呈减小的变化趋势,各夹角下水动力学指标间差异均显著（P<0.05）;E、τ、ω和Up随坡度和流量的增大而增大,ε随流量增大而增大,随坡度变化不明显;试验条件下,E与τ（R2=0.603）、ω（R2=0.600）和Up（R2=0.583）间的关系用幂函数方程描述较好,与ε间的关系则用线性方程描述较好（R2=0.294）;相比而言,水流剪切力可更好地描述喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角坡面的土壤侵蚀率。研究结果为揭示喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角下坡面集中水流侵蚀水动力学机制提供了理论依据。     

人工降雨条件下云南红土坡面土壤侵蚀特性

[目的]揭示降雨强度、坡度和坡长与云南红土坡面土壤侵蚀之间的关系,为云南红土地区土壤侵蚀的防治提供依据。[方法]采用室内人工模拟降雨试验及理论分析相结合的方法。[结果](1)红土坡面侵蚀模数与降雨强度、坡度和坡长的相关关系显著(R20.95)。(2)在相同坡度、坡长条件下,红土坡面侵蚀模数与降雨强度呈幂函数关系;(3)在相同降雨强度、坡长条件下,红土坡面侵蚀模数与坡度呈二次多项式关系;(4)在相同降雨强度、坡度条件下,红土坡面侵蚀模数与坡长呈二次多项式关系。[结论]云南红土坡面侵蚀模数随降雨强度的增大而增大;当坡度小于临界坡度21.4°时,坡面侵蚀模数随坡度的增大而增大,当坡度大于临界坡度21.4°时,坡面侵蚀模数随坡度的增大而减小;坡面侵蚀模数随坡长的增大而增大。     

基于RUSLE的黑土区典型县域土壤侵蚀时空变化特征研究

[目的] 明确土壤侵蚀时空变化特征,为土壤侵蚀防治与水土保持效益评估提供参考依据。[方法] 基于RUSLE土壤侵蚀方程,在RS和GIS技术支持下,分析2000—2020年典型黑土区黑龙江省宾县土壤侵蚀时空演变特征,并探究地形因子及土地利用对土壤侵蚀的影响。[结果] ①2000,2010,2020年宾县平均土壤侵蚀模数分别为893.02,499.84,1 561.02 t/(km²·a),土壤侵蚀强度整体以微度和轻度为主。②低强度侵蚀全区域均有分布,高强度侵蚀主要分布在南部山区; ③100～200 m是侵蚀分布的主要高程带;土壤侵蚀面积与坡度成反比,0°～5°是主要侵蚀坡度带;偏北坡方向的土壤侵蚀面积大于偏南坡方向; ④研究区坡耕地土壤侵蚀模数和侵蚀面积较大,是宾县土壤侵蚀治理的重点区域。[结论] 2000—2020年宾县平均土壤侵蚀模数呈现先增加后减少的趋势,具有显著的时空分异特征,地形因子和土地利用变化对该区土壤侵蚀驱动作用明显。可以作为黑土区土壤侵蚀防治和水土保持效益评估的参考依据。     

黄土丘陵区不同坡度、土地利用类型与降水变化的水土流失分异

 为了确定不同坡度、土地利用类型及降水参数对水土流失的影响,通过黄土丘陵区坡耕地、草地的3个坡度(10°,15°和20°)小区连续14年的径流、侵蚀观测数据,分析不同坡度、土地利用模式和降水变化的水土流失分异。试验结果表明:1)坡耕地水土流失量随坡度的升高而增加,20°小区显著大于10°和15°小区;草坡地小区的年水土流失量也随坡度变化,不同坡度小区之间没有显著性差异。2)坡耕地与草地的水土流失量具有显著性差异,坡耕地年均径流量和侵蚀量分别为草地的1．8倍和13．9倍,与草地比较,坡耕地明显地增加水土流失风险。3)不同土地类型水土流失模数受年降水变化的影响效应不同。坡耕地水土流失量受少数强降水控制,年径流量、侵蚀量与年降水量、产流降水量之间无显著性相关;草地的年径流量、侵蚀量分别与年产流降水量、年降水量显著相关。4)坡耕地的水土流失受降水量(P)、最大30min降水强度(I30)和综合降水指数(PI30)的显著影响,但各因素的决定系数不同,影响系数次序为PI30>I30>P。草地的径流与降水变量关系与坡耕地一致,但次侵蚀量仅与I30变化的显著性影响,而与P、PI30无显著性相关。草地的水土流失量受坡度差异以及降水变化的影响较弱,表明草地能够有效地控制水土流失,对荒坡草地采取保护措施以促进植被、土壤的进展恢复。坡耕地水土流失变化与坡度、降水变量的关系更为直接,通过降低坡度、休耕和免耕等耕作模式,减少土壤扰动和增加地面植被盖度,可有效减少水土流失。     

黑土坡面细沟形态及剖面特征试验研究

[目的] 对比分析不同坡度条件下黑土坡面细沟宽度、深度、宽深比、细沟剖面形态及沟壁坡度特征，为东北黑土区坡耕地细沟侵蚀防治提供科学参考。[方法] 在野外径流小区不同坡度（5°和10°）下开展汇流冲刷试验〔1 L/（min·m²），历时60 min〕。[结果] ①试验条件下，黑土坡面细沟剖面形态主要为“U”型，细沟平均宽深比介于2.3~4.9之间；②随着坡度的增大，细沟下切侵蚀作用增强幅度明显超过细沟沟壁崩塌侵蚀作用，导致细沟宽深比减小，细沟剖面形态由“宽浅型”向“窄深型”转化；③对于坡面不同位置，细沟平均宽深比在坡上，坡中，坡下位置分别为2.7，1.6，5.4，即自坡面上部到下部依次表现为“宽浅型”—“窄深型”—“宽浅型”的细沟剖面变化特征；④黑土坡面细沟沟壁坡度主要为37.7°~85.2°，其值随着地面坡度的增加而增大，且不同坡位之间细沟沟壁坡度表现为坡中位置大于坡上和坡下位置。[结论] 防治东北黑土区陡坡耕地中段位置的细沟发育尤为重要，对缓解该区水土流失问题有重要作用。     

地形测针板在坡面土壤侵蚀研究中的应用

采用放水冲刷法,通过5.2、7.2 L/m in两个不同的放水流量,在4 m长坡面(坡度20°)和3 m长沟坡(坡度50°)组成的坡沟系统土槽上进行了冲刷试验,用地形测针板法和坡面侵蚀沟测量法对坡沟系统的侵蚀产沙状况进行了对比研究。结果表明:采用地形测针板法不仅能测量计算坡面的土壤侵蚀量,而且能与W indows Surfer结合给出坡面侵蚀前后的三维立体图,较为直观地反映了坡面各不同空间部位的侵蚀量大小,且测量精度较传统的侵蚀沟测量法提高6~7个百分点。地形测针板法操作简便、易于掌握,是一种可靠的研究坡面土壤侵蚀空间分布的有效方法。     

土壤侵蚀临界坡度研究进展

坡度是影响土壤侵蚀的重要因素之一,在其它条件相同的情况下,坡度不同,土壤侵蚀量有较大差别。探讨土壤侵蚀临界坡度,对土壤侵蚀预报和水土流失治理具有重要意义。Renner研究土壤侵蚀临界坡度的结论是40.5°;Horton定为57°;曹文洪:41.4°或45°;陈法扬及林敬兰等:25°;郑粉莉:26.5°;阮伏水:27.6°;靳长兴:24°-29°……由于研究的边界条件不同,得出的结论各异,存在着应用上不确定性,可望在今后的研究中,从土壤侵蚀机理和过程入手,应用“3S”技术探求不同地区的土壤侵蚀临界坡度。为土壤侵蚀预报和水土流失治理提供科学依据。     

黄土坡面土壤侵蚀动态变化过程试验研究

采用人工模拟降雨试验的方法对黄土坡面土壤侵蚀动态变化过程进行了研究.(1)不同雨强条件下,土壤侵蚀强度随降雨过程的动态变化趋势基本一致,整体皆随降雨历时的增长而递增,并皆可用对数线性组合方程很好地描述.开始降雨后的15 min和35 min是侵蚀强度随降雨过程变化的转折点;(2)不同坡度条件下,土壤侵蚀强度皆随雨强的增大而迅速增大,变化趋势基本一致,可用线性方程很好地描述;(3)不同雨强条件下,土壤侵蚀强度随坡度的增加表现为先增大后减小的趋势,可用对数线性组合方程很好地描述,25°左右是侵蚀强度发生变化的临界坡度;(4)不同雨强条件下,土壤侵蚀强度随坡长的增加整体表现为先增大后减小的趋势,可用对数线性组合方程很好地描述,坡长80 cm左右是侵蚀强度发生变化的转折点;(5)土壤侵蚀强度随雨强、坡度、坡长的动态变化可用三元线性方程描述,雨强对土壤侵蚀的影响远超过坡度与坡长,且坡度与侵蚀强度的关系较坡长为密切.     

三江源国家公园土壤侵蚀及其分布特征

[目的] 三江源是“中华水塔”和中国重要生态安全屏障。探讨三江源国家公园土壤侵蚀分布规律,为实施生态保护政策及三江源国家公园水土保持与生态文明建设提供依据。[方法] 利用中国土壤流失方程(CSLE)、风力侵蚀模型和冻融侵蚀强度评价模型,采用叠加分析的方法,分析三江源国家公园土壤侵蚀状况及其在不同空间和下垫面的分布特征。[结果] 2020年公园土壤侵蚀面积2.64×10⁴ km²,黄河源园区是土壤侵蚀分布最广泛的园区,而长江源园区土壤侵蚀相对严重;70%的水力侵蚀面积分布在地下冰发育带(海拔4 900 m以上),85%的风力侵蚀面积分布在地下冰发育带以下区域(海拔4 900 m以下),不同海拔高度区域土壤侵蚀及其分布差异显著;坡度5°及以下区域风力侵蚀面积比例达60%,是风力侵蚀相对集中分布区;水力侵蚀相对集中分布在8°～25°区域,水力侵蚀面积比例达75%,均是水土流失综合防治的重点区域;草地面积比例近80%,低覆盖、中低覆盖草地土壤侵蚀相对集中分布,沙地、裸土地的土壤侵蚀问题相对严重,值得重点关注。[结论] 三江源国家公园水力侵蚀主要分布在海拔4 900 m以上地下冰发育带,8°～35°的中低覆盖以下草地,占水力侵蚀面积的2/3左右;风力侵蚀主要集中分布在4 200~4 900 m,≤5°的中覆盖度以下草地。     

璧山县土壤侵蚀特征及影响因子研究

在ArcG IS平台下,利用璧山县2001年DEM图、土地利用现状图和土壤侵蚀等级图等数据源,对研究区土壤侵蚀在不同坡度、不同海拔和不同土地利用方式下的分布特征进行了研究。结果表明:6°—15°坡度是各级侵蚀发生最多的地带;200—400 m海拔梯度是各级侵蚀发生的主要地带;耕地是导致土壤侵蚀的主要土地利用方式。针对璧山县实际,提出了加强水土保持生态建设的建议。     

建立三峡库区坡耕地管理信息系统的探讨

三峡库区 2 0 0万hm2 耕地中 ,坡度大于 2 5°的坡耕地占 2 5 %以上。库区内坡耕地水土流失强度大多为中度、轻度 ,少数地方达到强度 ,坡耕地年产沙量约为 80 0 0万t。管理信息系统以三峡库区土壤类型图和三峡库区土地利用现状图作为工作底图 ,建立各土壤类型允许极限侵蚀量数据库、各土壤类型标准侵蚀量数据库 ,根据各类型坡耕地水蚀因子 ,结合专家知识库 ,对坡耕地利用方式进行评价 ,提出合理的坡耕地利用模式