等高反坡阶对坡耕地土壤碳库的影响

[目的]研究坡耕地等高反坡阶措施的蓄水保土和固碳减排效应,为改善云南山区红壤坡耕地土壤侵蚀状况提供科学依据。[方法]自然降雨条件下,通过松花坝迤者小流域1a的野外径流小区定位观测,对有、无等高反坡阶措施条件下的坡面产流产沙和土壤有机碳流失进行对比分析。[结果](1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,因其流失所致的流失量占总有机碳流失量的85%以上,最高达95.38%;(2)等高反坡阶具有显著的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率在5.56%~53.91%,减沙率在18.84%~83.11%,产沙调控作用更优;(3)雨季前后,原状坡面小区土壤碳储量减少率达9.90%,明显高于等高反坡阶小区土壤碳储量的减少率3.99%;(4)通过相关分析发现,2个小区土壤有机碳的流失率与降雨量均未达到显著相关,但与降雨侵蚀力显著相关(p0.05)。径流、泥沙与2个小区有机碳的流失率均达到了显著正相关(p0.05)。[结论]等高反坡阶通过改变地表微地形,减少了坡耕地有机碳的输出。     

等高反坡阶对坡耕地产流产沙和氮磷迁移的作用研究

在云南抚仙湖尖山河典型小流域,建立标准径流场并挖设等高反坡阶,采用野外田间试验定点监测的方法,以烤烟坡耕地为研究对象,从水平和垂直两个方向研究2007-2008年氮磷的迁移特征.结果表明:(1)等高反坡阶作用下,坡耕地径流控制率和土壤侵蚀控制率分别为61.90％和77.40％,雨季地表径流产生次数减少18次,次降雨下径流控制率为71.27％,土壤侵蚀控制率为84.13％,等高反坡阶对土壤侵蚀量的控制效果较好;(2)地表径流总氮、硝态氮和总磷迁移通量控制率分别为51.04％,45.77％和57.40％,径流泥沙全氮迁移通量较原状坡面减少了81.10％,碱解氮迁移通量较原状坡面减少了90.93％,全磷迁移通量较原状坡面减少了92.37％,速效磷迁移通量较原状坡面减少了88.00％;(3)坡面0-110 cm内壤中流总氮浓度与土壤深度之间无显著关系,阶面0-200 cm内总氮浓度与土壤深度有明显的关系,0-50 cm等高反坡阶阶面总氮浓度明显增加,是原状坡面的1.03～2.19倍,壤中流总氮浓度在050 cm土层对等高反坡阶响应较高;等高反坡阶措施增加或者削减坡耕地氮磷含量,且在各土层深度间有差异.     

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...     

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%。     

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。     

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。     

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。     

草被减流减沙效应及其力学机制分析

 利用人工模拟降雨试验,定量研究不同降雨强度下20°坡面草地的减流减沙效应,探讨草被坡面固土作用的力学机制。结果表明:在45、87和127mm/h降雨强度下,草地坡面土壤的平均入渗率是裸地坡面入渗率的2.1～4.2倍;与裸地相比,草地径流流速减少77.3%～79.8%,径流量减少51.9%～99.1%,产沙量减少93.6%～99.2%;从力学角度分析坡面土壤颗粒的受力情况,建立的坡面产沙量与径流切应力的关系模型可用于草被坡面土壤流失量预测;试验条件下,草地临界径流切应力值为2.857N/m2,裸地临界径流切应力值为0.861N/m2,坡面产沙量随径流切应力的增大而增大。研究结果对定量评价草被减流减沙作用和深化土壤侵蚀力学过程有一定的参考意义。     

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。     

东北黑土区水土保持措施减沙效益初步分析

东北黑土区是我国重要的商品粮基地。由于百余年的开垦,导致水土流失十分严重。为保护黑土资源,2003~2005年国家实施了东北黑土区水土流失综合防治试点工程,同时开展了水土保持监测。通过对项目区5条重点小流域内的径流小区径流泥沙监测,对比分析各种措施的减沙保土效益。2004年监测数据分析表明:“试点工程”坡面治理中的几种主要措施保土效益十分明显。与裸地相比,减沙保土效益最好的是水平台田,可减少土壤流失量高达99.8%,其次是地梗植物带为93.0%,荒山荒坡灌木梗为87.6%,等高耕作为78%。若与顺坡垄相比,等高耕作比顺坡耕作的保土效益高,达93.2%。     

大棚梯田侵蚀规律及其防蚀措施

通过对陕西省安塞县马家沟流域龙泉寺的典型黄土高原丘陵沟壑区大棚梯田定位监测,研究了大棚梯田的侵蚀规律。结果表明,大棚梯田侵蚀与棚面面积、降雨量、产流量及梯田防护措施有关,其中产流量起决定作用;发生侵蚀的临界月累计降雨量为198mm;大棚梯田在无相应防蚀措施情况下,单位面积梯田上大棚面积所占比例应小于0.5(平均土壤侵蚀量小于469.7t/km2)。根据大棚梯田的侵蚀特点,提出了相应的防护对策。     

水土保持措施对密云板栗林坡面产流产沙的影响

以北京市密云板栗林为研究对象,设置植物措施、工程措施和植物+工程措施处理(裸地作为对照)分析不同水土保持单一措施及其组合措施对坡面产流产沙及水沙关系的影响,以期为密云区板栗林水土保持措施的制定提供科学依据。结果表明:植物措施方面,卷柏处理的减流率和减沙率分别为62.8%,88.3%,减流减沙效果优于椰丝毯、狗牙根和结缕草处理;工程措施方面,水平阶处理的减流率和减沙率分别为83.2%,92.9%,减流减沙效果优于鱼鳞坑处理;组合措施方面,水平阶+卷柏处理的减流率和减沙率分别为86.7%,96.1%,水土流失防治效果最好。不同水土保持措施对径流量和产沙量的影响还取决于降雨量和降雨强度。综上,考虑到植物+工程组合措施的减流减沙效果略强于工程措施,但差异不显著,因此在综合考虑经济效益和生态效益的基础上,建议采用工程措施进行板栗林水土流失防治,具体采取水平阶作为研究区的主要水土保持措施。     

南小河沟流域不同措施处理下的水土流失规律

以南小河沟流域长期定位试验场为研究对象,研究了10种不同措施处理下水土流失规律。结果表明,泥沙流失量与径流量变化规律并不一致。一般坡度越大,侵蚀量的增量越大。由于坡度越大,需要坡长越长才能和坡度较小的的坡面受水面积相等,这时即使因为坡度加大,入渗率减少,但实际入渗水量也有较大增加,即坡面水流的径流量并不会随着坡度的加大而无限的加大,20°为径流量临界坡度;采用水平阶整地的油松沙棘混交林地,植被覆盖度达到65%,水土流失治理效果显著,平均含沙量2.377kg/m3,比裸地减少了57.77%以上;平均径流量0.121m3,比裸地减少了19.74%以上;以生物措施为主进行水土保持治理的杨家沟小流域与原始生态环境下的董庄沟小流域相比较,2012年侵蚀模数减少了2 589.95t/(km2·a)。     

半干旱区微集水系统土壤水分调控效果研究

分析了定西市安定区以隔坡水平阶为主体的径流调控工程和梯田(对照)的土壤水分与植被生长状况及11a累积土壤水分水量平衡特征。结果表明,隔坡水平阶工程保存完好,产流区(25m²)年均产流0.3m³,产沙3.96kg,被蓄水区全部拦蓄,有效控制了水土流失,增加了水资源量,缓解了林草植被水分供应不足状况。2m土层含水量与植被生长成反比。梯田土壤含水率最高,但农作物受旱减产最大;隔坡水平阶产流区土壤含水率较低,紫花苜蓿减产较大,蓄水区土壤含水率最低,但侧柏林生长旺盛。隔坡水平阶(林草带状混交)年均蒸散量为428.6mm,较梯田高2.2mm。     

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%。     

佳芦河流域特大暴雨洪水对下垫面治理的响应

根据实测水文资料,从下垫面治理入手,对佳芦河流域“2012-7-27”暴雨洪水进行了实地调查和成因分析。采用回归分析方法分析了流域洪水泥沙关系和汛期降雨产流关系及其变化,采用“指标法”计算了流域水土保持措施减洪减沙量,并分析了水土保持措施减沙能力和植被措施对流域洪水泥沙的削减作用。结果表明:（1）“2012-7-27”暴雨的雨量、雨强和笼罩面积都很大,但洪峰流量、最大含沙量、洪水量和洪水输沙量却明显减小;流域汛期降雨产流关系具有明显的分区特征,以场次洪水对应的面平均雨量为参数,可以分为暴雨区、大雨区和一般降雨区等3个区。（2）流域水土保持措施削洪减沙作用十分明显。“2012-7-27”暴雨中水土保持措施减洪减沙效益分别达到26.8%和38.3%,其中坝地减洪减沙所占比例最大,分别为71.0%和51.9%,林草等植被措施（包括封禁治理）减洪减沙所占比例其次,梯田减洪减沙所占比例位居第三。（3）植被措施对流域洪水泥沙削减作用显著,但梯田、林地减沙能力均未达到其最大减沙能力,抵御暴雨洪水的空间仍然很大,草地减沙能力约为其最大减沙能力的1.8倍,需要继续加大植被措施建设力度。同时,在流域治理中要继续加大治沟骨干工程建设力度,大力实施“坡改梯”工程。     

渭河流域水利水保措施减沙水代价分异特征与水沙调节模拟

 不同水利、水保措施减沙水代价研究,对于评价水利、水保措施减水、减沙效应和解决流域水沙问题,有着重要意义。通过对渭河流域梯田、造林、种草和坝地等坡面和沟道水土保持措施、洪水期和年均灌溉及水库等水利措施减流减沙比的比较,分析了渭河流域1970—1996年,不同措施减沙水代价的差异和区域分异特征,并根据不同假设,模拟了通过措施数量和区域调整,对渭河径流量的影响。研究表明,灌溉措施的减沙水代价最大,其次是种草、造林和梯田等坡面措施,水库和坝地的减沙水代价较小。措施减沙水代价,区域分异特征非常明显,除坝地外,各类措施的减沙水代价,均与洪期输沙模数呈显著负相关。模拟研究表明,在假定各区间水利措施不变,通过不同水保措施面积变化和不同区间水保措施调整,可以在减少泥沙量不变时,明显增加渭河径流量。     

赣江流域水土保持生态建设减水减沙效益评价

利用赣江流域1956-2008年年降雨量和赣江控制站外洲水文站年径流量和年输沙量资料,采用水文分析法计算赣江流域近30a水土保持生态建设的减水减沙效益。结果表明,赣江流域治理后期1984-2008年水土保持生态建设年均减沙量为5.70×10⁶t,年均减沙效率为48.57%。随着水土保持措施的生效,减沙率有逐年上升而后稳定的趋势,2008年减沙率达80.54%;赣江流域水土保持生态建设对流域年径流总量减少不明显,后期径流量反而会有所增加。水土保持生态建设能增加流域土壤入渗,减少地表径流,削减洪峰流量,延长汇流时间,起到防洪减灾效果。     

红壤坡地坡改梯水土保持效应分析

应用江西典型红壤坡地梯田与坡耕地小区的观测资料,对坡改梯的水土保持效应进行了分析研究。结果表明:坡耕地改梯田后蓄水保土效益显著提高,蓄水效益高达67.6%,保土效益达85.0%以上;梯壁植草能大大提高梯田的蓄水保土效益,采取前埂后沟+梯壁植草方式的水平梯田与梯壁不植草的对照水平梯田比较,其蓄水效益达59.7%,保土效益达98.2%,适宜在南方红壤坡地广泛推广。