冻融侵蚀研究进展

 介绍国内外冻融侵蚀研究的主要成果。首先探讨并明晰了冻融侵蚀的定义与研究范畴。介绍并简要分析冻融作用对土壤性质的改变及对土壤可蚀性影响的主要研究成果;介绍并分析国内外主要冻融侵蚀预报模型与冻融侵蚀防治方法的研究成果。最后,结合我国冻融侵蚀研究的实际情况,提出了我国今后一定时期内,在冻融侵蚀研究方面的发展设想。     

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     

我国冻融区划分与分区侵蚀特征研究

在综合分析土壤冻融影响因子的基础上,探讨我国气候环境条件中的温度、降水对冻融作用与冻融侵蚀的影响关系,初步确定我国冻融区的总体分布。在以往研究基础上,探讨并细化土壤冻融分级标准,据此进一步探讨我国冻融区的一级、二级分区范围,阐述各冻融区的分布规律、分布特点及各区的冻融作用与冻融侵蚀特征。研究结果可为我国冻融区侵蚀的防治提供指导作用。     

基于GIS的三江源区冻融侵蚀强度评价

在GIS技术的支撑下实现了三江源冻融侵蚀区范围的界定,然后选取气温年较差、坡度、坡向、植被覆盖度、年降水量等因素作为强度评价指标,提出了适合三江源区的冻融侵蚀强度评价标准,并借助GIS技术完成了三江源区冻融侵蚀强度评价。结果表明:三江源冻融侵蚀区分布范围广,区域分异特征明显;冻融侵蚀强度分布不一,高强度冻融侵蚀主要分布在地形起伏较大的山区,而低强度冻融侵蚀则主要分布在地势较平坦区。     

西藏冻融侵蚀空间分布规律

西藏是我国冻融侵蚀最主要的分布区,也是受冻融侵蚀危害最为严重的区域。以影响冻融侵蚀主要因子为指标所建立的评价模型对西藏冻融侵蚀进行分级评价所得出的结果为依据,分析了西藏冻融侵蚀的空间分布规律。分析结果表明：（1）西藏冻融侵蚀分布范围广大,冻融侵蚀总面积达664 317.4 km^2,占该区国土面积的55.3%;（2）西藏冻融侵蚀的区域分异明显,不仅不同强度冻融侵蚀具有不同的区域分布特征,而且冻融侵蚀地区分布差异明显,每个地区都有不同于其他地区的冻融侵蚀空间分布特点;（3）西藏冻融侵蚀垂直分异明显,不同强度冻融侵蚀的百分比构成随海拔高度的升高而呈现有规律的变化,冻融侵蚀在垂向上的分布具有在海拔较低区域和较高区域分布面积小、强度大,中间区域分布面积大、侵蚀强度小的特点。     

不同土地利用背景下土壤侵蚀空间分布规律研究

在 RS与 GIS技术的支持下 ,对不同土地利用背景下的土壤侵蚀空间分布规律进行了定量研究。具体表现为通过空间分析 ,对不同土壤侵蚀下的土地利用类型、不同地貌特征下的土壤侵蚀状况、不同土地利用结构下的土壤侵蚀进行了动态分析。研究结果表明 :我国的土壤侵蚀以水力侵蚀为主 ,其次为风力侵蚀和冻融侵蚀。我国的水力侵蚀以微度水力侵蚀为主 ,随着侵蚀强度的增加 ,侵蚀面积在逐渐减少 ;我国的风力侵蚀以剧烈风力侵蚀为主 ,随着侵蚀强度的增加 ,侵蚀面积逐渐增加 ;在冻融侵蚀区以微度冻融侵蚀为主 ,随着侵蚀强度的增加 ,侵蚀面积逐渐减小。对我国威胁最大的是风力侵蚀 ,因此 ,研究如何防治风力侵蚀 ,阻止土壤沙漠化 ,在目前是一项十分紧迫的任务。     

基于多源地空耦合数据的青藏高原冻融侵蚀强度评价

[目的]分析和探讨青藏高原冻融侵蚀成因及其空间分布格局,为研究区水土保持研究和生态环境保护提供数据支撑和决策参考。[方法]引入冻融侵蚀动力因子(冻融期降雨侵蚀力和冻融期风场强度)和冻融期降水量(表征冻融期土壤相变水量)构建冻融侵蚀评价模型,进而对青藏高原冻融侵蚀状况开展了定量评价和空间格局分析。[结果]构建的冻融侵蚀评价模型在青藏高原地区具有较高的适用性,总体评价精度为92%;青藏高原冻融侵蚀面积分布广泛,占总面积的63.68%,而非冻融侵蚀区则主要分布于柴达木盆地、雅鲁藏布江流域下游以及横断山区;冻融侵蚀强度随着坡度的上升而增加,15°~24°和≥24°坡度带上冻融侵蚀剧烈,而≤3°坡度带冻融侵蚀强度相对较小;不同植被类型区的冻融侵蚀强度空间分布格局差异显著,其中草甸的冻融侵蚀强度最小。[结论]青藏高原冻融侵蚀状况总体上属于中度侵蚀,其空间分布格局受地形、植被类型和气候影响显著。     

黑龙江省冻融侵蚀强度分级评价及空间分布特征

黑龙江省肩负维护国家生态安全、保障国家粮食安全的重任,近年来因冻融侵蚀影响,自然环境和黑土资源受到严重威胁。为了定量揭示黑龙江省冻融侵蚀强度的空间异质性及其影响因素,该研究选取10个冻融侵蚀强度评价指标,并确定其权重。通过构建多元回归模型得到冻融侵蚀下限,将权重和赋值结果代入综合评价指数模型,利用自然断点法对冻融侵蚀强度进行分级。研究结果表明：1）黑龙江省冻融侵蚀总面积为1.917×10⁵ km2,占全省面积的40.53%,其中强烈和极强烈侵蚀分别占冻融侵蚀总面积的20.66% 和10.54%。2）黑龙江省中度冻融侵蚀以上的区域呈现三区一带的特征。三区分别为大兴安岭地区、小兴安岭地区和张广才岭地区;一带为西北—东南走向的“三岭一平原”廊道。3）黑龙江省冻融侵蚀强度在空间上表现出明显的正相关和集聚性特征,强度相近的冻融侵蚀区在空间上积聚,高强度和低强度的冻融侵蚀区在空间上分异,产生了多个高强度和低强度的冻融侵蚀区。4）植被覆盖度的增加可以降低冻融侵蚀强度,在植被覆盖度小于20%的地方,冻融侵蚀尤为剧烈;冻融侵蚀主要发生在土壤含水量为0.2～0.3m³/m³的区域,而极少发生在土壤水分含量小于0.2m³/m³的区域。研究结果通过对比验证显示出较高的可靠性,可为该地区冻融侵蚀的防护和管理提供依据,并为类似区域提供借鉴方法和技术参考。     

我国冻融侵蚀的调查方法

冻融侵蚀是我国仅次于水蚀和风蚀的第3大土壤侵蚀类型,也是第1次全国水利普查水土保持情况普查的土壤侵蚀类型之一,其普查方法的制定和正确运用对普查结果有重要影响.通过介绍冻融侵蚀范围的确定方法和冻融侵蚀强度评价方法,阐述冻融侵蚀分级评价中涉及到的年冻融日循环时间、日均冻融相变水量、年均降水量、坡度、坡向和植被盖度等6个因子的计算流程、赋值标准和权重,以及普查过程中各个环节的质量控制措施.研究结果对于完善我国冻融侵蚀的调查方法以及科学评价冻融侵蚀的现状、发展趋势和预测预报等具有重要意义.     

基于RS和GIS的甘肃省冻融侵蚀敏感性评价

作为三大侵蚀类型之一的冻融侵蚀在高原地区作用明显,在破坏土壤性质威胁工程安全的同时,阻碍着区域经济社会的发展,但由于起步较晚相关研究很少。为了充实对冻融侵蚀强度与分布规律的研究,以甘肃省为研究对象,选取气温年较差（℃）、冻结期平均最低温度（℃）、解冻期平均降雨量（mm）、坡度、植被覆盖度（%）和年降水量（mm）作为冻融侵蚀影响因子分级评价指标,在RS和GIS技术支持下,采用综合评价指数与相对分级评价的方法,对研究区内的冻融侵蚀进行了侵蚀强度分级评价,同时利用多年实测气象数据对气温年较差进行多元线性回归分析,得出了更适用于甘肃地区的经验回归方程,并在此基础上完成了对甘肃地区冻融侵蚀区边界的界定和冻融侵蚀强度分布图,加深了对甘肃地区冻融侵蚀现状的认识。结果表明:甘肃地区冻融侵蚀敏感区主要集中在北部东南方向和南部的西南角,分别分布在酒泉东南部、嘉峪关、张掖西南部和甘南西部地区,全省冻融侵蚀面积为3.88万km²,占全省总面积的8.6%,省内冻融侵蚀下界海拔3 300～4 400 m,冻融侵蚀强度总体上从西南向东北逐步减弱。     

黄土丘陵区冻融对土壤抗冲性及相关物理性质的影响

在股状水流侵蚀比较发育的黄土丘陵区,土壤可蚀性主要依赖于土壤抗冲能力。为了揭示季节性冻融对土壤抗冲性的影响,该文借助模拟冲刷试验,设置了裸地对照(CK)、黑麦草传统密度(LD)和加倍密度(HD)3种处理,测定并分析了冻融前后土壤物理性质及其抗冲性。结果表明,与冻融前相比,表层土壤容重、团聚体含量和根系密度在3个处理中均未发生显著变化(P<0.05),土壤黏聚力略有下降,而崩解速率在处理CK、LD和HD中分别增加了20.6%、18.8%和7.3%。冻融作用延后了3个处理的主要产沙时间,降低了土壤抗冲能力,增加了冲刷中途泥沙流失速率。与未冻融相比,冻融作用增加了处理CK和LD泥沙流失量为19.41%和6.70%,但对处理HD影响较小(P<0.05)。冻融和根系共同作用在LD和HD处理上分别减少土壤流失量为3.72%和49.39%。该研究期望对完善土壤侵蚀机理提供一定的参考价值。     

Responses of soil organic matter and microorganisms to freeze-thaw cycles

Soil organic matter (SOM) biomarker methods were utilized in this study to investigate the responses of fungi and bacteria to freeze-thaw cycles (FTCs) and to examine freeze-thaw-induced changes in SOM composition and substrate availability. Unamended, grass-amended, and lignin-amended soil samples were subject to 10 laboratory FTCs. Three SOM fractions (free lipids, bound lipids, and lignin-derived phenols) with distinct composition, stability and source were examined with chemolysis and biomarker Gas Chromatography/Mass Spectrometry methods and the soil microbial community composition was monitored by phospholipid fatty acid (PLFA) analysis. Soil microbial respiration was also measured before and during freezing and thawing, which was not closely related to microbial biomass in the soil but more strongly controlled by substrate availability and quality. Enhanced microbial mineralization (CO₂ flush), considered to be derived from the freeze-thaw-induced release of easily decomposable organic matter from microbial cell lyses, was detected but quickly diminished with successive FTCs. The biomarker distribution demonstrated that free lipids underwent a considerable size of decrease after repeated FTCs, while bound lipids and lignin compounds remained stable. This observation indicates that labile SOM may be most influenced by increased FTCs and that free lipids may contribute indirectly to the freeze-thaw-induced CO₂ flush from the soil. PLFA analysis revealed that fungal biomass was greatly reduced while bacteria were unaffected through the lab-simulated FTCs. Microbial community shifts may be caused by freezing stress and competition for freeze-thaw-induced substrate release. This novel finding may have an impact on carbon and nutrient turnover with predicted increases in FTCs in certain areas, because fungi and bacteria have different degradation patterns of SOM and the fungi-dominated soil community is considered to have a higher carbon storage capacity than a bacteria-dominated community.     

土壤复合侵蚀研究进展与展望

土壤复合侵蚀是在两种或多种以上侵蚀营力交互作用或耦合作用下发生的侵蚀现象,也是最难治理的生态环境问题之一。近年来,在复合侵蚀发生机理、复合侵蚀对土壤退化作用及多动力侵蚀交互作用的模拟技术等方面取得了明显进展。该文基于前人研究成果,系统总结了复合侵蚀类型与特征、复合侵蚀发生机理、复合侵蚀研究方法等若干方面的研究进展,分析了研究中存在的主要问题,提出了今后在复合侵蚀规律与模拟试验方法等研究中需要重点解决的若干关键科学问题,以及应关注的基于多源数据融合的降雨-风洞-冻融等多动力交替循环试验模拟技术、复合侵蚀系统中驱动因子作用的定量评估技术与方法、多动力不同耦合状态下产沙过程辨识及量化等研究方向,以期为开展相关研究提供参考。     

土壤侵蚀预报模型及其在中国发展的考虑

土壤侵蚀的研究对国土利用、土壤侵蚀的治理十分重要。叙述了我国土壤侵蚀研究的成就。详细说明经验统计模型研究在预报方面的不足。介绍了美国土壤侵蚀预报模型的研究情况。特别途述了ＵＳＬＥ及ＷＥＰＰ的基本情况：理论基础、模型的适用性与局限性。阐述了模型研究了重要性和在我国进行土壤侵蚀模型研究的必要性。提出了建立我国土壤侵蚀模型所必须进行的研究工作和需要解决的科学问题。     

近30年来磁性示踪技术应用于土壤侵蚀领域的文献计量分析

  目的  土壤侵蚀是全球性环境问题,土壤磁性示踪技术已应用到土壤侵蚀领域,但少有专题综述。本文梳理相关文献,并分析国内外土壤侵蚀磁性研究的发展进程和前沿热点。  方法  利用Web of Science核心数据库和中国知网（CNKI）筛选近30年国内外相关文献,借助CiteSpace软件绘制研究热点、作者等网络知识图谱,分析不同时期土壤侵蚀磁性研究的发展脉络。  结果  （1）国际土壤侵蚀磁性研究的发文量在2018年达到峰值。中国英文论文发文量在2020年达到最大值,中文论文数量逐渐减少。（2）国际土壤侵蚀磁性研究集中在量化土壤侵蚀、确定侵蚀泥沙来源和人工磁性示踪技术等。国内研究集中在土壤磁性机理、坡面土壤侵蚀和磁性示踪技术等。（3）美国发文量居全球首位,其次是中国,且近3年发文量高于美国。（4）国内外研究机构均存在合作程度低的状况。  结论  国际土壤侵蚀磁性研究处于增长阶段,研究内容较丰富,各国合作日益紧密。国内对研究者发表的英文论文重视程度高,研究进展快,但对中文论文重视程度低,中国学者发表的中文论文数远低于英文论文数;研究方法多从国外引进、创新性不够。因此,我国要发挥磁性示踪技术优势,深入理解土壤侵蚀内在机理,强化土壤侵蚀定量化研究。     

切沟侵蚀监测与预报技术研究述评

切沟侵蚀作为一种常见的土壤侵蚀现象,不仅破坏土地资源,也是河流泥沙的主要来源之一;但是,由于切沟侵蚀机制复杂,研究手段欠缺,切沟侵蚀研究进展缓慢。切沟侵蚀监测技术是研究切沟不同发育阶段侵蚀速率和构建切沟预报模型的基础。近年来,高精度GPS、三维激光地形测量以及RS和GIS等切沟侵蚀监测技术取得了新进展,尤其是高分辨率遥感的应用为较大时空尺度的切沟侵蚀监测提供了可能性。世界范围的切沟侵蚀监测成果表明不同地区切沟侵蚀速率主要为0.16～15 m/a。切沟侵蚀预报技术进展缓慢,现阶段还没有广泛应用的切沟侵蚀预报模型。利用高分辨率航空和卫星影像及三维激光测量等新技术,开展较大尺度的切沟侵蚀监测是近期的研究热点和主要发展趋势,而从长远来看,发展切沟发育和侵蚀的经验和机制模型、进行不同时间尺度的切沟侵蚀预报是切沟研究领域的发展方向。     

遥感技术在土壤侵蚀研究中的应用述评

[目的]对遥感技术在土壤侵蚀研究中的应用进行述评,探索土壤侵蚀遥感研究的发展方向,并为研究者快速选择适宜的遥感数据源和研究方法提供参考。[方法]通过文献查阅,从不同研究方面开展综述和分析。[结果]针对不同研究区域和主题,总结了土壤侵蚀研究中常用遥感平台和数据源,综述了遥感技术在区域土壤侵蚀特征识别、监测与尺度效应研究中的应用。以及遥感技术在通用土壤流失方程关键因子获取中的应用。同时分析了目前研究中存在的问题并提出相应建议。[结论]遥感技术作为开展大范围、长时间序列土壤侵蚀研究的重要技术手段,在我国土壤侵蚀研究中发挥了巨大作用。但实际应用中也存在基层遥感数据时效性不强、数据源单一和识别因子针对性不强等问题。其高效应用和推广需要技术层面和人员、经济支持层面共同发展与创新。     

对土壤侵蚀研究的几点思考

土壤侵蚀是现代地理环境条件下改变地貌景观的主要过程,也是引起土壤质量退化、沙漠化与石漠化的核心因素,与土壤、生态、水文等多个地表过程密切相关。虽然土壤侵蚀研究需要气候、地质、地貌、土壤、水文、生态等相关学科的基本知识,分析土壤侵蚀发生、发展过程的动力机制,但需要明确界定土壤侵蚀研究的时空尺度。土壤侵蚀与水土保持之间相互联系、相互促进。土壤侵蚀研究的时间尺度以次降雨、月、年为主,研究主题为次降雨侵蚀过程、土壤侵蚀季节变化与年际变化,时间尺度不宜超过100年。土壤侵蚀研究的空间尺度以小流域为主,基于土壤侵蚀垂直分带性,可以进一步分为样点、坡面、沟坡与小流域。在不同空间尺度上,研究内容与研究方法差异明显。土壤侵蚀过程包括土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积,各个过程的主控因素存在差异,研究成果积累差异明显,研究重点会随着时空尺度的变化而有所不同。在土壤侵蚀过程研究中,应充分理解分离控制和输移控制及其时空转换阈值。虽然土壤侵蚀研究已经取得了大量成果,但在细沟网络结构及其时空变化、泥沙沉积过程、沟蚀形成与演变动力机制、重力侵蚀发育过程动力学机理、小流域土壤侵蚀过程模型等诸多方面,亟待加强研究。     

我国土壤侵蚀研究工作的新进展

本文从土壤侵蚀的危害和保护土地资源的重要性出发,系统地总结了近十年来我国土壤侵蚀研究工作所取得的新进展:土壤侵蚀历史过程研究的突破,为决策者提供了有关的历史依据。对人类活动在增加、减少河流泥沙中作用的估计,标志着土壤侵蚀研究已达到新的深度;土壤侵蚀动力机理研究的深化,加深了人们从本质上对于侵蚀现象的认识;一批新数据、新概念的提出,不但增强了人们对土壤侵蚀威胁人类生存危机感的认识,而且对土壤侵蚀研究产生了极其深远的影响。文章还就近十年来土壤侵蚀研究内容、手段、方法方面的成就进行了阐述,指出了研究工作存在的问题。