植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响

为探究植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响,该研究以三峡库区紫色土为研究对象,在3种坡面条件下（裸坡对照组CK、植物篱组P和仅地下根系组R）以不同降雨强度（60、90 mm/h）进行人工模拟降雨试验。结果表明：与CK相比,R坡面条件下侵蚀泥沙中黏粒和粉粒含量减少了0.25%～5.48%,而P坡面条件侵蚀泥沙中砂粒含量减少了30.75%～47.28%。CK坡面条件下,泥沙分选现象主要出现在降雨前期,R坡面条件只影响降雨初期的泥沙分选,而P坡面条件对降雨全程均具有分选拦截砂粒的作用,但分选拦截效果随降雨时间的增加而渐趋稳定。R坡面条件下更多团聚体被雨滴击打破碎而分散为单粒,而P坡面条件则使更多细颗粒聚集形成团聚体,但松散的团聚体在降雨中后期倾向于分散为单粒。该研究结果可深入理解植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙分选的影响,并为区域土壤侵蚀模型构建和水土资源高效利用提供科学依据和数据支持。     

坡面侵蚀泥沙来源立体分布研究

采用REE-INAA方法,采取沿坡面分层分段的新型试验布设方法,研究次降雨条件下坡面侵蚀泥沙来源立体分布规律。结果表明:坡面侵蚀形态演变过程可划分为面蚀、细沟发育和细沟稳定3个阶段。细沟侵蚀是坡面侵蚀产沙的主要原因,试验中的细沟侵蚀产沙量约为面蚀产沙量的9.9倍。可以利用侵蚀产沙贡献率来表征不同试验区域产沙量对总产沙量贡献作用的大小。处于坡面底部的Eu区和Yb区是面蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为3.1%和3.3%。处于坡面底部的Nd区和Ce区是细沟侵蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为42.8%和37.5%。坡面中下部是坡面侵蚀泥沙来源的主要区域。     

基于7Be示踪和细沟沟网分形维数研究坡面土壤侵蚀

本文试图结合7Be示踪和分形理论定量化描述降雨对坡面的侵蚀过程。7Be示踪结果显示,降雨初期,坡面细沟间侵蚀贡献率高,细沟侵蚀贡献率低,随着降雨的进行,细沟间侵蚀贡献率降低,而细沟侵蚀贡献率增大并处优势,在降雨后期,细沟间侵蚀贡献率又有增大的趋势。整个降雨过程坡面细沟沟网分形维数整体呈增大趋势,在细沟发育中前期增加快,后期增加变缓,中间有波动。细沟沟网分形维数与总侵蚀量和细沟侵蚀量均呈正相关,分维变与相对应总侵蚀量和细沟侵蚀量也均呈正相关,但与细沟侵蚀量的相关性最好,说明细沟沟网分形维数可表征细沟发育过程和坡面侵蚀强度的变化。     

东北黑土区不同坡段等间距植物篱减流减沙特征

植物篱作为一种有效的水土保持措施,带间距是其配置的关键参数,当前大部分植物篱布设时采用等间距设计,但不同坡段等间距植物篱的作用效果如何尚不明确。以东北黑土区不同坡段等间距植物篱为研究对象,通过含沙径流冲刷试验,模拟不同坡段等间距植物篱在坡度5°,雨强100 mm/h降雨条件下的产流产沙过程。结果表明:与裸地对照相比,各坡段植物篱能够阻延坡面径流,且随坡段的下移,滞后时间逐渐缩短;各坡段植物篱产流、产沙速率在时间尺度上表现基本一致,在上、中坡段植物篱坡面相对平稳,下坡段植物篱坡面后期呈明显波动,其变化趋势与坡面侵蚀形态密切相关,且整体均小于对照坡面;不同坡段植物篱减流效益为5.40%～10.16%、减沙效益为51.90%～75.72%,尽管有较好的减沙作用,但下坡段植物篱坡面的侵蚀模数已达到259.96 t/km~2,超过东北黑土区允许土壤流失量。可见,等间距植物篱需设计改进后,方可应用于东北黑土区。研究结果为东北黑土区植物篱设计提供重要科学依据。     

黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙来源模拟试验

为了进一步明确黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙主要来源及其动态变化过程,该文利用室内概化坡沟系统模型,结合稀土元素（REE）示踪技术,采用放水冲刷试验,对黄土高原的坡沟系统侵蚀泥沙来源问题进行了研究。结果表明,在该试验的坡沟系统中,侵蚀泥沙主要来自坡沟系统的坡面,距离坡面顶端2 m的侵蚀产沙量占到坡面总侵蚀量的57%～74%,沟坡部分的侵蚀产沙量较少;坡面部分的4种示踪元素侵蚀带,在流量为6、8、10和14 L/min时,各个侵蚀带的侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Tb元素示踪带＞Sm元素示踪带,但在流量为12 L/min时,侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Sm元素示踪带＞Tb元素示踪带;坡面侵蚀产沙泥沙百分比随着冲刷历时的增长,总体上呈现出波动式的递增趋势,25 min以后又开始减小,沟坡侵蚀产沙量的变化趋势与坡面相反。研究为黄土高原小流域坡沟的治理提供了科学依据。     

确定侵蚀细沟土壤临界抗剪应力的REE示踪方法

近年来兴起的REE示踪方法 ,可以研究土壤侵蚀的发生和发展的过程 ,及其沿坡面变化的规律。本研究采用Dy、La、Sm、Yb、Ce、Eu、Nd、Tb等 8个REE、3个雨强 (50mmh- 1,10 0mmh- 1和 150mmh- 1)和4个坡度 (8.74% ,17.63 % ,3 6.4%和 46.63 % )进行了一系列人工模拟降雨试验 ,展示了土壤侵蚀沿坡面变化与坡面细沟发展的关系 ,分析了土壤表面水流动力特征与土壤侵蚀之间的动态平衡。由土壤侵蚀沿坡面的变化 ,确定了土壤细沟侵蚀发生的临界距离 ,并由此得到侵蚀细沟土壤临界剪应力。对不同试验条件下最大细沟侵蚀率与径流剪应力和细流力之间的关系进行了回归分析     

利用稀土元素示踪三峡库区小流域模型泥沙来源

通过建立三峡库区小流域模型,实施降雨强度分别为60,90,120mm/h的3场人工模拟降雨,并结合REE示踪技术,对小流域模型侵蚀产沙过程进行定量研究。结果表明:3场降雨中,小流域不同地貌部位侵蚀量随着降雨的持续均呈现不同规律的波动性变化。而在土壤侵蚀量的贡献率方面,除Ⅵ区呈现先急剧减小后趋于稳定及V区呈现增加后减小的趋势外,其他各区均呈现稳定增长并趋于稳定。总体来看,沟道系统的侵蚀贡献率均大于坡面系统,并呈现沟道系统贡献率逐渐减小,坡面系统贡献率逐渐增加的趋势。3场降雨试验的实测土壤侵蚀量与示踪计算土壤侵蚀量对比,证明示踪结果具有一定准确性。     

径流冲刷条件下冻融坡面产沙时空分布

为确定冲刷条件下冻融坡面侵蚀产沙时空分布特征,利用稀土元素(REE)示踪技术,采用2个坡度(10°,15°),4个初始解冻深度(2,5,10,15cm),4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5L/min)进行径流小区冲刷试验,分析冻融坡面侵蚀产沙时空变化规律。结果表明:相同初始解冻深度条件下土壤侵蚀产沙量随着坡度和流量的增大而增大,坡面第1坡段发生侵蚀最大,占总产沙量的68.24%,第3坡段产沙量一直趋于平稳状态;坡度相同时,侵蚀产沙量随着起始解冻深度和流量的增大而增大;冻融坡面侵蚀产沙量沿坡面方向和沿土壤深度方向逐渐降低;La元素示踪区产沙量随时间变化呈先增大后减小的趋势,其他各稀土元素示踪区产沙量随侵蚀时间变化的趋势与La元素示踪区产沙量的变化趋势基本一致。     

鲁中山区小流域坡面土壤侵蚀的磁性示踪法研究

在木质径流小区布设人工磁性示踪剂,利用模拟降雨和自然降雨研究了连续降雨条件下的鲁中山区小流域坡面侵蚀形态的演变以及径流小区侵蚀泥沙量与坡面磁化率变化值的相关性。结果表明,坡面侵蚀方式以溅蚀、面蚀和细沟侵蚀为主。坡面顶部以溅蚀为主,为净侵蚀区;细沟侵蚀在坡面中下部最先发育,试验结束时细沟侵蚀部位已上溯至坡面中上部;坡脚处为侵蚀、沉积的交汇处。坡面的侵蚀程度以细沟发生部位最严重,坡面顶部其次,坡脚处最轻。在模拟降雨和自然降雨条件下,侵蚀泥沙量与坡面磁化率降幅完全吻合,呈极显著性相关,R2分别为0.851 4和0.832 0。因此,磁性示踪法可以准确的监测坡面的侵蚀沉积状况。     

黔西北乡土植物篱对典型石漠化区石灰土侵蚀动力学过程的调控

在自然降水条件下,定量研究黔西北喀斯特石漠化区典型乡土植物刺梨在坡耕地产流产沙的变化规律,分析该植物篱控制侵蚀产沙的水动力学机理。结果表明,刺梨植物篱截流、分流作用延缓径流产生及汇流时间,增加喀斯特坡面径流入渗量,减小坡面侵蚀动力。在不同降雨强度条件下,喀斯特坡面入渗率与径流量和产沙量呈负线性相关。植物根系缠绕串连黏结根土,改变土壤的入渗特性,增强土壤抗冲性与抗蚀能力。根系密度随土层深度增加而减少,减沙效应亦变小。土壤抗侵蚀能力与d<1mm的须根密度呈极显著正相关关系,与d≤2mm须根的根量、根长与土壤抗冲指数存在线性回归关系。当I30雨强为2.41mm时,植物篱小区几乎无流水侵蚀,而对照样地侵蚀产生较多泥沙;当I30为4.72,8.35mm时,研究小区皆已侵蚀产沙,并在对照样地侵蚀产生细沟,显示雨强加大,坡面产流动力加强,冲沙携沙能力加大。说明植物篱起到保水固土减沙和对土壤侵蚀水动力过程的调控。喀斯特坡面流侵蚀产沙水动力主要受降雨强度和雨滴动能影响,雨滴侵蚀力的大小取决于雨量、雨强、雨滴大小。侵蚀产沙量与雨强、降雨历时呈显著的幂函数关系。揭示了植物根系固土减沙和提高土壤抗侵蚀水动力的调控机理。     

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系）,开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。     

稀土元素(REE)示踪土壤侵蚀动态过程的降雨模拟试验研究

该文应用稀土元素(REE)示踪法研究土壤侵蚀发生和发展动态过程的方法，分析了土壤侵蚀沿坡面变化的规律。采用Dy、La、Sm、Yb、Ce、Eu、Nd、Tb等8个REE进行了一系列的人工降雨模拟试验，并采用3个雨强(50，100和150 mm/h)和5个坡度(8.74%,17.63%，36.4%和46.63%)，分Ⅰ、Ⅱ2个降雨阶段进行，定量分析了土壤表面雨水动力特征与土壤侵蚀之间的动态平衡过程，揭示了土壤侵蚀发生和发展的过程及土壤侵蚀沿坡面分布的规律，结果表明雨强和坡度越大的条件下，侵蚀率越大的区段越靠近坡的顶端，这与细沟发生的部位完全吻合。     

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。     

三峡库区等高植物篱的控蚀效益及其机制

 水土流失是影响长江中上游地区社会、经济持续发展的关键限制因素。等高植物篱农作措施具有很好的控制土壤侵蚀功效,但还缺乏较为系统的定量研究。根据1993年在三峡库区典型流域建设的5个植物篱小区,对径流、土壤侵蚀的多年连续观测数据分析,结果表明:4种试验植物篱均有很好的水土保持效果,从植物篱栽植的第4年起,水土效益呈现出较为稳定的态势。同对照相比,植物篱小区土壤侵蚀量下降18·4%～70·0%,径流下降幅度为17·2%～70·8%。马桑、黄荆较香根草、新银合欢有着更为突出的控制侵蚀效果,但不同植物篱之间水土保持效益的差异没有达到统计显著水平。植物篱小区内,局部的径流流速变化是导致侵蚀产沙变化的根本原因,即在植物篱条带的上坡位置,径流流速下降,而在条带的下坡位置,径流流速增加。经过流速的一减一增,使得在小区出口的径流流速及径流量同对照小区相当的情况下,条带上坡位置由于流速下降,径流携沙能力下降,而导致泥沙侵蚀本身的减少和已经侵蚀泥沙的淤积,并最终使侵蚀量大幅下降。     

坡面侵蚀分布特征动态变化过程的REE示踪法研究

本文利用REE示踪技术 ,初步探讨了野外全坡长小区在次降雨过程中 ,坡面侵蚀时空分布的动态变化过程。结果表明 :利用REE示踪法不仅可以准确地测定坡面不同地形部位的相对侵蚀量 ,还可通过对侵蚀过程样的分析 ,较为客观揭示降雨侵蚀过程中坡面各部位相对侵蚀量的时空变化趋势。坡面各部位相对侵蚀量随时间的变化可能存在三种模式 ,增长递减型、递增型和波动型。其最大侵蚀部位主要集中在坡面中段 ,并随降雨的持续 ,存在向坡面下部移动的趋势。     

不同下垫面径流小区土壤水蚀特征试验研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面（裸地、荒草地、灌木林地）自然地貌径流小区，在天然降雨条件下，分析2a来的产流事件的径流量、产沙量、入渗率数据，发现其随次降雨变化呈现规律性变化。在相同雨强条件下，裸地小区的径流量最大，为荒草地的6倍，为灌木地的2．4倍，裸地远大于有林草覆被小区；同时裸地小区的产沙量最大时是灌木地的82倍，是荒草地的150倍，可见林草覆被大大减少了黄土坡地的土壤侵蚀；在各次降雨过程中，灌木地的平均入渗率为90％，荒草地的平均入渗率为85％，而裸露地的平均入渗率为60％且远低于林草覆被黄土坡地。     

香根草植物篱带宽对紫色土坡地产流产沙的影响

为研究植物篱篱带宽度对紫色土坡地产流产沙过程的影响,寻求有效控制水土流失的最优植物篱带宽度,采用人工模拟降雨试验对3种篱带宽度(20,30,40cm)、不同雨强(30,60,90mm/h)下的紫色土坡地产流产沙过程进行研究。结果表明:(1)植物篱能有效延缓紫色土坡面产流时间,坡面产流量与篱带宽度能拟合为二次方程(R2=0.99)。随篱带宽度的增大,流速减小,且篱带内部的流速下降最明显,流速变化曲线波动幅度变小。(2)植物篱在产沙过程前期有效抑制坡面产沙量的增长,坡面产沙量随篱带宽度的增大而减少,且当雨强为30,90mm/h时,二者拟合的二次方程R2达到0.99。(3)篱带宽度对产流、产沙量的影响均为极显著。30mm/h雨强下、宽度为30cm的篱带可达到显著的减流减沙效益,是能有效控制水土流失的最优植物篱带宽度。