黄土耕作坡面溅蚀过程中微地形响应特征

[目的]探究60mm/h雨强下不同耕作坡面在溅蚀阶段的微地形变化特征,为黄土坡地水土保持耕作方式布设提供科学依据。[方法]在室内人工模拟降雨试验的基础上,采用激光扫描量测方法分别获取溅蚀前后4种不同耕作方式(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作、耙磨整平)黄土坡面微地形相对高程,并对能反映微地形变化的高精度M-ΔDEM进行了分析。[结果]不同耕作措施下坡面微地形均具有较弱的空间变异,其空间分异主要受耕作措施的影响;降雨对微地形具有一定的夷平效应,且不同耕作坡面在1~1.3m尺度范围内均表现出侵蚀平衡现象;不同耕作微地形对溅蚀均具有阻滞作用,其中人工掏挖和等高耕作具有较强的水土保持作用。[结论]微地形水系分维能较好地反映复杂的微地形特征,而坡面耕作方式是溅蚀过程中微地形时空变异分布状况的控制性因子。     

耕作微地形单元对溅蚀的影响

探究不同微地形特征对溅蚀的影响,为黄土高原水土保持耕作方式提供科学布设依据。选取杨凌塿土为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验,降雨强度分别为20,40,60,80,100,120 mm/h,降雨历时10 min,研究不同耕作措施(平整地、点种、条播)下造成的微地形单元对溅蚀的影响特征。结果表明:(1)不同坡度条件下(0,6°,10°,13°,20°,26°)耕作微地形单元内的溅蚀总量随着降雨强度的增加呈线性增加(R² ≥ 0.95)。(2)微地形单元内的向下坡溅蚀量随着坡度和降雨强度的变化呈二元一次函数关系(R² ≥ 0.90)。(3)耕作微地形单元内微坡向影响溅蚀发生的方向和分布情况。研究结果为揭示溅蚀发生的原因和完善溅蚀机理提供了参考。     

溅蚀研究进展

溅蚀是水蚀的初始阶段,是雨滴对地表击打直接作用的结果,是一个动能减少,地表土壤颗粒发生位移的过程.溅蚀主要发生在坡面产生径流之前和刚产生径流时,是水蚀的主要形式之一.国内外学者对溅蚀的影响因素的研究主要集中在降雨特征、土壤特性以及地形因素等方面,其中主要影响因子包括:坡度、降雨特征、植被覆盖和土层结构.溅蚀量随坡度的增大逐渐增多,但是坡度超过临界坡度时,随坡度增大而减小;随降雨强度和雨滴大小增大而增大;地表植被对降雨有直接的再分配的过程,主要表现为截流、透流和于流3方面,当地表覆盖物超过1 cm时,溅蚀可以完全消失;不同级配的土壤颗粒抗溅蚀能力不同,粒径在0.15 mm附近的颗粒最容易被溅蚀,溅蚀同时随着土壤结皮厚度增大,土壤抗溅蚀能力增强.然而目前国内外对溅蚀的研究主要是在实验室模拟条件下完成的,较少有野外实地的研究,更缺乏在实际农业生产条件下的研究.所以需要在前人的基础上结合我国有些地方坡耕地较多的情况,在不同作物、作物生产方式和土地耕作方式等条件下,探讨坡耕地溅蚀规律.     

降雨条件下耕作方式对地表糙度的溅蚀效应

地表糙度是影响坡耕地土壤侵蚀的主要因素之一,为了进一步明确耕作方式对地表糙度的侵蚀效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就单雨强与组合雨强条件下耕作方式对溅蚀的作用以及地表糙度的变化进行了研究。结果表明,从对照坡面,经耙耱地、人工锄耕、人工掏挖到等高耕作方式的坡面,在雨强0.62 mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡溅蚀量呈先增加再减小的变化,向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;除耙耱地外,其他耕作方式坡面的地表糙度呈减小的变化。在雨强1.53 mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡、向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;地表糙度与对照坡面相反,均呈增加的变化。组合雨强条件下,随降雨强度的增加,耙耱地总溅蚀量与地表糙度呈一直增加的变化趋势;其他耕作方式下,随降雨强度的增加,坡面总溅蚀量呈先增加后减小的变化趋势,地表糙度却呈先减小后增大的变化。这为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地的水土流失治理。     

不同农业耕作措施下坡耕地填洼量特征与变化

洼地蓄水是坡耕地重要的水文要素,由于它与坡耕地产流、土壤入渗能力有关,故也是坡面水土流失研究的重要对象之一。为了进一步认识坡耕地洼地蓄水作用,该研究通过人工模拟降雨试验方法,对3种常用农业耕作措施(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作)条件下地表填洼量特征与变化进行了深入研究,以平整坡面为对照措施。研究结果表明,实施农业耕作措施的粗糙坡面平均填洼量较平整坡面提高4~13倍,洼地蓄水量依次为等高耕作人工掏挖人工锄耕平整坡面;坡度对填洼量具有重要影响,洼地蓄水量随着坡度的变化可以用幂函数关系表达(R~20.70)。对于粗糙坡面,当坡度从15°增大到25°过程中,洼地蓄水量逐渐趋于稳定,受坡度的影响变小;在耕作坡面上,由于降雨侵蚀造成地表微地形变化,地表糙度减小,洼地蓄水量减小,地表填洼量变化可以通过地表糙度变化进行计算。     

人工降雨条件下坡耕地地表糙度的时空变异分布研究

水蚀过程中地表糙度变化研究,特别是微地表条件下水蚀过程中地表糙度的分布及变化特征的研究是土壤侵蚀学科领域的前沿问题,目前仍处于不断的探索与发展阶段.本文试图通过对陕西省杨凌区农耕地土壤进行固定坡度和雨强下不同耕作措施的室内人工降雨试验,建立微地形条件下高精度的DEM并进行分析,探讨地表糙度在水蚀过程中的时空变异分布.结果表明:(1)人为耕作对坡面地表糙度的整体分布状态和坡面高程空间分布状况的影响显著;(2)降雨对等高耕作、人工锄耕、人工掏挖耕作措施的高程分布有一定的影响,并且高程变化量的最大值均出现在坡面的下部;(3)在降雨侵蚀的产流前后,坡面糙度的空间变化最大,而产流后糙度的空间变化趋于平稳.研究结果初步揭示了微地表条件下地表糙度的时空变异状况,并可为进一步分析不同坡度、不同雨强条件下地表糙度的综合研究奠定基础.     

基于M-DEM的黄土人工锄耕坡面水系分维特征研究

该文旨在微观尺度上对地表微地形水系形成过程及其几何分形特征进行研究与分析,为研究坡面流水侵蚀过程及其防治提供科学依据。通过构建90mm/h雨强、15°坡度下不同水蚀阶段(雨前—溅蚀—片蚀—细沟侵蚀)黄土人工锄耕坡面微地形数字高程模型,设置不同集水面积阈值提取微地形水系,并基于格网法计算相应的水系分维值。结果表明:(1)分形理论用于研究微地形水系及其形成过程具有可行性;(2)降雨前、溅蚀、片蚀和细沟侵蚀阶段的最适集水面积阈值分别为15,20,25,30cm2,对应的最佳分维值分别为1.067,1.088,1.068,1.079;(3)人工锄耕坡面在各侵蚀阶段均处于侵蚀发育的幼年期。该研究不仅为微观层面研究黄土耕作坡面水系分维提供方法指导,也可为进一步揭示土壤侵蚀机理提供数据支持。     

雨滴侵蚀特征分析

引起水土流失发生的侵蚀营力是多方面的,其中雨滴的侵蚀作用不可忽视.雨滴击溅可分为干土溅散、泥浆溅散、层状侵蚀三个阶段.溅蚀具有明显的分带性,坡面上部的土壤溅蚀量大于坡面下部的土壤溅蚀量,雨滴击溅中约有75%的土粒向坡下迁移.雨滴中数直径D_(50)、降雨强度、雨滴终点速度与雨滴动能成正比关系,雨滴动能是地表径流动能的256倍,EI_(30)乘积是较好的表示雨滴侵蚀力指数的方法.     

地表坡度对雨滴溅蚀的影响

采用人工模拟降雨的试验方法,分别研究了地表坡度对向上坡,侧坡及下坡溅蚀量的影响。结果表明:向上坡、侧坡溅蚀量与地表坡度的关系大致为抛物线型,临界坡度在10°～15°与20°～25°之间,但当i=2.037mm/min时,向侧坡溅蚀量与地表坡度为幂函数关系,临界坡度消失。向下坡溅蚀量与地表坡度成线性递增关系,其递增速率随雨强的增加而增大。最后给出了雨滴溅蚀总量与EI及地表坡度S的复因子关系式。ST=5.985（EI）^0.544S^0.471式中:ST=——单位面积上的溅蚀总量（g）;E——雨滴动能（J/m²）;I——降雨强度（mm/min）;S——地表坡度（°）     

坡度对降雨溅蚀影响的研究

利用可以分别收集不同方向溅蚀土样的土槽装置,选取9个坡度(5°~45°),采用北京的普通褐土,借助人工模拟降雨手段研究了降雨溅蚀的发生过程及溅蚀量与坡度的关系。结果表明,随着坡度的不同,各方向的溅蚀过程呈现三种形式:(1)产流前溅蚀率较小,产流后迅速达到峰值,之后逐渐减小并逐渐达到稳定,峰值与稳定溅蚀率相差2倍以上;(2)产流前溅蚀率最大,产流后迅速减小并趋于稳定;(3)整个降雨过程中没有明显起伏。各个坡度下,次降雨溅蚀量均为上坡最小,下坡最大。上坡和侧坡溅蚀量与坡度成负相关,可分别用直线和指数函数拟合。下坡溅蚀量、溅蚀总分散量和溅蚀净搬运量均随着坡度的增大而先增大后减小,且为线性关系,临界坡度为35°。本研究将有助于深入理解降雨溅蚀侵蚀机理,并可为布设水土保持措施提供理论依据。     

关于中国土壤侵蚀类型与侵蚀类型区的划分

根据中国土壤侵蚀的实际及当前对侵蚀类型、类型区等的不同理解与应用状况,提出了中国土壤侵蚀类型、侵蚀形式、侵蚀形态与侵蚀类型区等的基本概念、划分依据及初步划分成果。本文还对水土流失类型的提法与应用作了分析。     

Basics of effective erosion control in German agriculture

Present research in Germany on water, wind, and tillage erosion is examined. Existing soil‐protection strategies, laws, and guidelines are outlined. These are the result of extensive scientific investigations and the adoption of existing international knowledge. The most common methodologies currently used in Germany are reviewed. They allow an estimation of the water‐ and wind‐erosion risks as well as methods for their reduction. The results enable an aim‐orientated, site‐specific, risk‐adequate approach to implementing control measures in an easily understood framework. The most important remaining research problems are explained.     

韭园沟流域坝系建设调查

韭园沟流域坝系建设调查马小哲，田永宏，郭玉梅，张庆伟（黄委会绥德水土保持科学试验站，陕西绥德县７１８０００）一、流域概况韭园沟流域位于陕西省绥德县城北约５ｋｍ处，是无定河中游左岸的一条支沟，流域面积７０．７ｋｍ２，主沟长１８ｋｍ，沟道平均比降为１．２...     

地表侵蚀与地貌相互关系的研究

地表侵蚀与地貌相互关系的研究郭耀文（青海师范大学，西宁８１０００８）杨军（青海省土地管理局）王满堂（青海省科技情报所）ＳｔｕｄｙｏｎＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎＳｕｒｆａｃｅＥｒｏｓｉｏｎａｎｄＬａｎｄｆｏｒｍｓ￥ＧｕｏＹａｏｗｅｎ；Ｙａｎｇ...     

风水两相侵蚀研究现状及我国今后风水蚀的主要研究内容

土壤侵蚀的主要方式是风蚀和水蚀 ,对其研究历史较长 ,已经有了初步的认识。在我国 ,由于独特的季风气候和地理位置 ,风水两相侵蚀面积广布。风水两相侵蚀不是简单的风蚀加水蚀 ,而是一个相互作用呈周期循环的复杂体系 ,国内外关于风水两相侵蚀的研究较少。在阐述风水驱动因素的基础上 ,说明了我国一些基本的风水两相侵蚀类型 ,并对风水两相侵蚀的复杂性进行描述。今后在对这些类型研究的基础上 ,可进一步确立风水侵蚀交错带的范围及分布 ,并将其作为一个特殊的区域对待 ,这对全国生态环境的整治和西部大开发战略的实施有十分重要的意义     

冻融侵蚀的类型及其特征研究

冻融侵蚀的季节性和侵蚀作用的特殊性 ,使得国内外对这方面的研究开展很少。探讨了冻融侵蚀的概念 ,将冻融侵蚀分为融雪径流侵蚀、沟壑冻融侵蚀、寒冻石流、冻融风蚀、冻融泥流、冰川侵蚀 6类 ,并对各类型的侵蚀过程和特征进行了介绍     

坡面土壤细沟侵蚀自组织分析

坡面土壤细沟侵蚀过程是坡面土壤颗粒的一种宏观定向有序运动，这种现象在耗散结构中称为自组织现象。细沟侵蚀愈剧烈，对土地生产力的破坏愈严重。本文利用耗散结构理论对坡面土壤细沟侵蚀进行了分析，对细沟侵蚀的防治进行了探索，提出了一些新的治理思路。     

城镇侵蚀及其防治

城镇侵蚀是土地侵蚀的一个类型,包括城镇建设过程中的侵蚀、城镇诱发侵蚀和城镇垃圾侵蚀.城镇侵蚀以人为侵蚀为主,侵蚀强度大,对下游危害严重,治理投资大.城镇侵蚀的防治原则是以防为主,防治结合,治管结合.     

神府东胜矿区侵蚀营力及风、水蚀相互作用特征

神府东胜矿区主要侵蚀营力有风力、水力、重力和人为活动。侵蚀营力具有随季节周期性交替和空间分布上相互交错、渗透的特点。风力、水力相互作用及对地表物质的侵蚀、搬运和堆积过程，形成了风、水蚀地区特有的坡面徽地貌形态和垂直分带。     

中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究

国家重点基础研究发展计划（973）项目＂中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究＂针对国家对土壤侵蚀防治对策基础理论的迫切需求和国际学科前沿重大问题,选择东北黑土漫岗丘陵区、西北黄土高原区、南方红壤丘陵区和西南紫色土山丘区等4个主要水力侵蚀区,从侵蚀过程、侵蚀模型和侵蚀调控3个层面进行了系统研究。揭示了不同方式和不同尺度下土壤侵蚀发生发展的过程及其空间格局、影响因子和作用机制;构建了中国多尺度水蚀预报模型;提出了水土流失与水土保持的环境效应评价指标体系与方法;综合集成了适应自然生态过程和人类活动的水土流失调控范式。该项研究成果丰富和发展了具有中国特色的水土保持科学,为国家制定水土保持战略和规划提供了理论依据。