降雨条件下灌草配置方式对褐土坡面径流泥沙特征的影响

为探究不同灌草配置方式对褐土坡面土壤侵蚀的影响,通过室内模拟降雨试验,以种植灌木胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)以及草本紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的褐土坡面为研究对象,设计3种降雨强度(30,60,90 mm/h)、3种灌草覆盖度(灌草覆盖度比例分别为1∶2(Ⅰ),2∶1(Ⅱ),1∶1(Ⅲ))以及3种灌草空间配置方式(灌木位于坡上(US)、坡中(MS)、坡下(LS)),分析降雨条件下不同灌草覆盖度及不同灌草空间配置交互作用下产流产沙及减流减沙特征。结果表明:(1)坡面产流产沙量在降雨初期大幅度增加,随后增加趋势逐渐减缓,最后趋于稳定。当灌丛位于坡下(LS)且灌草覆盖度为Ⅱ时,产流产沙量显著低于其他灌草配置方式。(2)不同灌草覆盖度减流减沙率大小关系为Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ;不同灌草空间配置下减流减沙率大小关系为LS＞MS＞US。其中最大减流率达61.58%,最大减沙率达93.27%。不同灌草配置方式间的减流率及减沙率具有显著差异。(3)通过双因素方差分析研究灌草空间配置方式对坡面总产流产沙量的显著性和贡献率发现,灌草覆盖度和灌草空间配置对总产流量和总产沙量均有显著性影响(p＜0.05),但是灌草覆盖度和灌草空间配置交互作用对坡面总产流量和总产沙量影响并不显著。(4)灌丛于坡下、灌丛覆盖度为50%、草本覆盖度为25%的灌草配置方式有最好的减流减沙率,能最好地削减径流泥沙。研究结果可为北京褐土地区水土保持措施布设提供支撑。     

砾石覆盖对坡面产流产沙的影响

采用人工模拟降雨试验的方法,试验中设置降雨强度为30mm/h和60mm/h,坡度为10°和20°,地表砾石覆盖度为0,10%,20%,30%,40%和50%,对北京山区褐土坡面产流产沙特征进行研究。研究结果表明:(1)坡面产流时间随砾石覆盖度的增大而延迟,且两者有着较好的线性关系。(2)坡面总产流量随砾石覆盖度的增大呈线性减小,在雨强为30mm/h,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面产流总量减少45.19%和49.87%;在雨强为60mm/h时,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面产流总量减少24.33%和33.46%。(3)坡面土壤侵蚀量随砾石覆盖度的增加呈负指数减小,在雨强为30mm/h,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总侵蚀量比砾石覆盖度为0的坡面总侵蚀量减少92.40%和68.21%;在雨强为60mm/h时,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面总侵蚀量减少69.65%和65.62%。(4)降雨强度和坡度不影响砾石覆盖影响坡面产流产沙的趋势。     

不同雨强和覆盖度条件下崩积体侵蚀泥沙颗粒特征

崩积体坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征及过程研究是揭示崩岗崩积体侵蚀机理的关键。基于崩岗崩积体土质疏松、粗颗粒含量高、极易被侵蚀的特性,通过室内人工模拟降雨试验,研究30°坡度条件下,不同覆盖度(0,25%,50%,75%,100%)和雨强(60,90,120 mm h-1)组合坡面侵蚀泥沙颗粒特征。结果表明:降雨过程中,坡面径流优先搬运的是粒径较小的泥沙颗粒;侵蚀泥沙中粗颗粒(砾石和粗砂)泥沙含量随着覆盖度的增加呈先减小后增大趋势;侵蚀泥沙颗粒的平均重量直径(MWD)与覆盖度之间呈极显著相关;当覆盖度达到50%时,坡面粗颗粒泥沙的减少效果最明显,75%覆盖度坡面较容易发生崩塌。以上结果表明,侵蚀泥沙颗粒的大小与坡面秸秆覆盖度的高低密切相关,50%左右的秸秆覆盖度可以达到较好的减沙效果。     

模拟降雨下草被坡面水沙调控效应及水分转化研究

以黄土丘陵区四种多年生牧草(鸡脚草、白三叶、小冠花、百脉根)为研究对象,采用人工模拟降雨试验方法,定量研究不同草被措施不同生长阶段(5月上旬、6月上旬、7月中旬和8月下旬)的坡面水沙调控效应及土壤水分转化特征。结果表明:在整个生长周期内,四种草被措施坡面产沙率和含沙量均表现为鸡脚草坡面白三叶坡面小冠花坡面百脉根坡面裸地坡面。随着生长时间延长,四种草被措施坡面减流效益、减沙效益、土壤稳定入渗速率和土壤平均含水量增量均呈现先增大后减小的趋势。其中,鸡脚草坡面和白三叶坡面在结实期达到最大,小冠花坡面和百脉根坡面在孕蕾期达到最大。在不同生长阶段,鸡脚草坡面和白三叶坡面减流效益、减沙效益、土壤稳定入渗速率和土壤平均含水量增量均大于小冠花坡面和百脉根坡面,其中以鸡脚草坡面最为显著。四种草被措施在不同生长阶段坡面减沙效益都远大于减流效益。黄土丘陵区坡面水土流失主要来自7—9月份频率较高的降雨所产生的坡面径流,鸡脚草和白三叶生长旺盛期与水土流失频发阶段吻合,使其调控坡面水沙能力得以充分体现。     

模拟降雨条件下灌草配置对坡面侵蚀泥沙颗粒分布的影响

为探究不同灌草配置方式对侵蚀泥沙颗粒的分布特征的影响,以种植胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）及紫花苜蓿（Medicago sativa L.）的灌草褐土坡面为研究对象,分别进行降雨强度为30、60、90 mm/h的室内模拟降雨试验。设计3种灌草覆盖度（灌草覆盖度比例分别为1：2(Ⅰ)、2∶1(Ⅱ)、1∶1（Ⅲ））及3种灌草空间配置方式（灌木位于坡上（US）、坡中（MS）、坡下（LS））,以裸坡作为对照组,分析降雨条件下灌草不同覆盖度及空间配置交互作用下侵蚀泥沙颗粒分布特征。结果表明：1）粉粒是侵蚀泥沙中的主要颗粒组成,均值为73%。随着降雨强度的增大,侵蚀泥沙逐渐粗化。90 mm/h雨强条件下,不同灌草配置方式下的粉粒含量值中Ⅱ-LS配置最大（84.8%）,Ⅲ-US最小（40.4%）。2）平均重量直径变化范围为0.023～0.078 mm,分形维数变化范围为2.184～2.740。分形维数和富集率大小规律与平均重量直径相反,细颗粒富集率均大于1。平均重量直径和分形维数的大小主要取决于粗颗粒（极细砂、细砂、中砂）的含量。3）灌草覆盖度和空间配置交互作用对泥沙颗粒分选的作用并不显著（P>0.05）。灌木位于坡下且灌木覆盖度50%、草本覆盖度25%时（即Ⅱ-LS）,对坡面径流泥沙起到较好的水土保持效果。该研究可为华北土石褐土区水土保持措施布设提供理论参考与技术依据。     

砾石覆盖条件下盐碱土边坡降雨侵蚀水动力学特征

为了探究砾石覆盖对盐碱土坡面侵蚀的减沙效应,通过室内模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下降雨径流水动力学特征及产沙受砾石覆盖的影响。试验坡度选取15°和30°,雨强选取92,119mm/h,坡面砾石覆盖度分别为0,10%,20%,40%,60%,80%,采用染色示踪法测定坡面径流流速。结果表明:不同坡度和雨强条件下,水流产沙率随坡面砾石覆盖度增大先增后减;雷诺数与弗劳德数均随砾石覆盖度增大呈先增后减的抛物线趋势,曼宁糙率、Dracy-Weisbach阻力系数、坡面径流剪切力和径流功率均与坡面砾石覆盖度呈线性正相关;径流功率预测产沙率效果较好,二者呈对数关系(R2=0.47)。     

砒砂岩区坡面产流产沙对土地利用方式的响应

[目的]研究坡面产流产沙过程对不同土地利用方式的响应于砒砂岩区生态保护与高质量发展具有重要意义。[方法]以十大孔兑罕台川流域的合同沟小流域为研究区，选取该区2016—2021年降雨产流产沙监测数据，应用聚类分析、双因素方差分析等，开展连续性动态监测研究，进而揭示砒砂岩区坡面产流产沙与不同土地利用方式的时空动态变化关系。[结果](1)次降雨按历时、雨强和雨量可分为3类，包括A类(历时短、雨量集中、高强度),B类(雨量较多、历时较短、中强度),C类(历时长、小雨强、雨量分散),C类导致水土流失能力最弱；(2) A,B类降雨产流产沙，排列顺序为乔木林地<灌草地<人工草地<天然草地<农作物地<裸地；C类降雨产流，排列顺序为乔木林地<天然草地<灌草地<人工草地<农作物地<裸地，产沙，排列顺序为人工草地<乔木林地<天然草地<灌草地<农作物地<裸地，且相同土地利用方式径流深和土壤流失量排序为C相似文献   

不同形态工程堆积体产流产沙对比研究

通过室内模拟降雨试验,研究了二维平面和三维锥状两种堆积体坡面在不同砾石含量条件下的产流产沙特征。结果表明:(1)坡面流速和单位面积径流率随产流时间呈“快速增大—缓慢增大—稳定波动”的变化过程;(2)平均流速和单位面积平均径流率随砾石含量的增加而减小;砾石含量相同时,二维平面坡面的流速和径流率大于三维锥状坡面;(3)二维平面坡面剥蚀率随产流时间呈“稳定—减小—稳定波动”的变化过程;三维锥状坡面剥蚀率呈“增大—稳定波动”的变化过程;(4)单位面积侵蚀量随砾石含量的增加先增大后减小;砾石含量相同时,二维平面坡面的侵蚀量大于三维锥状坡面。     

砾石覆盖对紫色土坡面流水动力学参数的影响

地表砾石覆盖可以促进降雨入渗,减少土壤侵蚀。然而,砾石覆盖对紫色土坡面流的影响尚缺乏深入研究。通过室内模拟冲刷试验,在3个冲刷流量(2,4,6 L/min)下,研究不同砾石覆盖度(0,10%,20%,30%和40%)对紫色土坡面流水动力学特性的影响。结果表明:(1)随着砾石覆盖度的增大,流速和弗劳德数呈减小趋势;径流深、水流剪切力、阻力系数和曼宁糙率系数呈增大趋势,雷诺数变化不明显。(2)坡面总侵蚀量随着砾石覆盖度的增加呈负指数减少,且砾石覆盖在冲刷流量较小的情况下,对坡面侵蚀量的减少效果越明显。(3)冲刷流量的大小并不影响砾石覆盖度和坡面总侵蚀量之间的关系。研究结果为探究紫色土坡面流侵蚀过程及机理研究提供一定的理论基础。     

植被对含碎石土壤坡面产流产沙的影响

在建立的径流小区内铺设三峡地区含碎石土壤,并配置不同种类和不同覆盖度的植被,通过人工降雨试验方法,研究了植被对含碎石土壤坡面产流产沙的影响。结果表明:产流量及产沙量均为裸坡灌木坡面草本坡面草灌混合坡面;80%覆盖度的灌木坡面产沙量小于覆盖度为60%的坡面,而产流量正好相反;60%覆盖度的草本坡面的减沙效益已经相当于80%的覆盖度;累计产流量和累计产沙量均随降雨历时的增加呈线性变化;当灌木覆盖度从80%降至60%时,含沙量有显著的升高,但当草本覆盖度从80%降至60%时,2个覆盖度对应含沙量差异很小,且含沙量都很低。     

碎石土坡地不同植被配置下的养分流失途径

为了解不同植被类型及覆盖度对碎石土壤坡地养分流失途径的影响,采用模拟径流小区降雨,研究了6种植被配置模式下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙氮、磷养分流失特征。结果表明:植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91~4.60倍,磷流失量减少了6.25~63.9倍,养分控制效果排序为草灌草本灌木裸地。6种植被配置下的地表径流、壤中流及侵蚀泥沙养分流失量存在显著差异,裸地氮、磷的主要损失途径是侵蚀泥沙,灌木是地表径流,草本与草灌结合处理则是地表径流和壤中流;而草本、灌木以及草灌结合土壤磷的主要损失途径是侵蚀泥沙与地表径流共同作用的结果。不同植物覆盖措施对含碎石土裸地氮、磷的流失起到显著的截留作用,主要通过由侵蚀泥沙向非侵蚀泥沙途径转化而实现对氮磷的截留。灌木覆盖度与地表径流的氮磷流失量、径流总量的氮磷流失量之间呈现显著的正相关性,与壤中流的氮磷流失量呈现显著的负相关性。     

Impacts of soil erosion on organic carbon and nutrient dynamics in an alpine grassland soil

The impact of soil erosion on the nutrient dynamics in alpine grassland soils is still an essential problem. Selecting a grass-covered hillslope in eastern Tibet Plateau, the cesium-137 (¹³⁷Cs) technique was used to determine the impacts of soil erosion on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and total potassium (TK). The ¹³⁷Cs data revealed that there were distinct soil redistribution patterns in different hillslope positions because of the influences of slope runoff, plant coverage and grazing activity. For the upper slope, soil erosion first decreased downward, followed by soil deposition in its lower part. In contrast, for middle and toe slopes, there was an increasing soil erosion along a downslope transect. Across the lower slope, soil erosion showed an irregular variation. Influenced by the selective transport of water erosion, SOC, TN and TP storage decreased with increasing soil erosion in upper, middle and toe slopes. In contrast, SOC, TN and TP storage varied little with soil erosion in the lower slope. On the whole hillslope, TK storage also varied little with soil erosion due to the large amount of potassium elements derived from soil parent materials. Particularly noteworthy was the greatest storage of SOC, TN and TP in the lower slope where most obvious net soil erosion occurred, which is closely related to the humus accumulation combined with gravel separation as well as weathering and pedogenesis of parent rocks induced by soil freeze-thaw.     

Interpreting soil and topographic properties to conceptualise hillslope hydrology

The sustainability of agricultural practices is enhanced when vegetation makes optimal use of natural hydrological processes. For example, planting tree belts where slope gradient sharply decreases can enable harvesting of run-on water. This can be beneficial for example in reducing water logging and enhancing tree production. There is a need for rapid and low cost identification of water flow paths and conceptualisation of hillslope hydrology so that local landuse planning can reflect such opportunities. The collection of detailed hillslope hydrological data is prohibitively expensive for such applications and so the use of soil morphology and visual observation of topography and surface condition is evaluated as an alternative.At a study site in south eastern Australia the soil physical profile was described down a hillslope with additional measurements of the hydraulic conductivity, bulk density, cation exchange capacity, electrical conductivity, and particle size distribution of the key horizons. This data was used to identify the perceived significant hydrological flow paths down the hillslope. Measurement of the surface runoff, subsurface lateral flow, and the distribution of saturation measured in piezometers were subsequently used to test the conceptual hydrological model.Soil morphology, particularly the soil colour and presence of redox concretions were useful in identifying the locations and depths where saturation and lateral flow occur. The morphology provides an integrated reflection of the dominant hydrological conditions, but care must be taken to ensure that the observations reflect the current hydrological environment and not relic conditions. Other collaborating information such as the history of geomorphological events at the site, a validation of plausible water sources for the potentially transmitting layers, surface soil condition and landholder observations give improved confidence. Combining soil morphological understanding with visual observations of other site characteristics enabled rapid conceptualisation of hillslope hydrological behaviour as needed for local landuse planning.     

不同覆盖措施对褐土养分流失的影响

为探究不同覆盖措施对养分流失及其粒径分布的影响,采用人工模拟降雨试验的方法,模拟了不同雨强(30,60mm/h)和不同覆盖物(枯落物、砾石)下,不同覆盖度对褐土坡面养分流失的影响,并对侵蚀土壤的粒径分布、养分流失浓度进行了分析。研究表明:(1)不同覆盖措施均能有效减少土壤流失,250g/m~2的枯落物和盖度为50%的砾石覆盖可减少91%~98%和68%~91%的土壤流失。(2)褐土坡面下,被侵蚀土壤中有机质、速效氮、速效磷的浓度基本不随覆盖条件的变化而变化,而速效钾的浓度随坡面覆盖度的增加可增至裸地对照组的144%~325%。(3)土壤中养分流失随坡面覆盖度增加而减少,250g/m~2的枯落物和盖度为50%的砾石覆盖可减少64%~96%和43.29%~94.39%的养分流失。(4)被侵蚀土壤的粒径显著小于侵蚀前土壤,并且侵蚀模数越大,被侵蚀土壤的粒径组成越接近于原状土。     

不同植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响,探讨有效控制水土流失的坡面植被临界盖度问题,利用人工模拟降雨试验与室内分析相结合的方法对紫色土坡面侵蚀过程进行分析。结果表明:(1)总体上,紫色土坡面产流量随植被覆盖度的增大而减小,二者之间呈线性负相关,但是植被覆盖度在25%以下,径流量变化不明显,植被覆盖度达75%时,径流量处于较低的稳定值,明显低于植被覆盖度0%,25%,50%;(2)坡面侵蚀泥沙量随植被覆盖度的增加而减少,二者呈二次项相关(R2=0.99),植被覆盖度25%以下对坡面减沙起到重要作用,50%的植被覆盖度是紫色土坡面有效控制水土流失的临界盖度;(3)侵蚀泥沙中以微团聚体(0.25mm)为主,各级团聚体基本上随着植被覆盖度的增加而呈现减少趋势;(4)通过统计分析,植被覆盖度对产流、产沙量的影响均为极显著(p0.01)。紫色土坡面植被覆盖度达到50%对涵养水源、保持水土起到至关重要的作用。     

高速公路边坡植被重建过程中群落组成特征

[目的]对河北省西柏坡高速公路4种不同边坡类型进行调查,旨在选择合适的边坡植被恢复技术。[方法]通过随机取样调查进行不同边坡群落组成结构分析。[结果]4种边坡类型的物种多样性差异显著。自然恢复土质边坡植被盖度最低,自然恢复石质边坡的物种多样性最差,人工恢复生态袋技术边坡的物种多样性和植被盖度最高。[结论]人工恢复生态袋技术和挂网喷播技术对高速公路边坡复绿都有明显的改善,而生态袋技术对边坡复绿改善最为明显。     

华南花岗岩侵蚀区不同植被类型坡面土壤有机碳分布和团聚体稳定性

植物是影响土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的重要因素。选取华南典型花岗岩侵蚀区荒草地、桉树林、湿地松林和木荷林4种植被类型径流小区的土壤为研究对象,分析测定不同坡位、不同土层深度的土壤有机碳特性和团聚体稳定性等指标,评价不同植被类型对土壤养分的分布特性以及团聚体稳定性差异,明确花岗岩侵蚀退化区较为理想的生态恢复措施,旨在为合理利用土壤、重建坡面植被和改善土壤结构提供科学依据。结果表明:土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)和溶解性有机碳(DOC)含量随土层加深逐渐降低,而林地小区土壤碳氮比(C/N)则相反,荒草地碳氮元素的坡面变异系数(CV)显著高于其他3种林地,其中桉树林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低40%,56.18%,68.5%和25.81%;湿地松林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低62.73%,33.71%,46.46%,58.06%;木荷林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低41.82%,38.2%,51.18%,48.39%,表明林地较荒草地更有利于土壤碳氮在坡面的均质化和有机质的积累。荒草地和木荷林地0.25 mm粒径以上的团聚体在上、中坡位的质量分数显著高于其他植被类型,而林下植被生物量较高的木荷林地的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)显著高于其他植被类型。其中木荷小区水稳性团聚体平均质量直径(MWD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.10%,19.58%,23.20%;几何平均直径(GMD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.00%,19.54%,22.23%,表明在花岗岩侵蚀区林地空间结构较好的林草模式有利于土壤有机碳的积累和土壤结构的稳定。     

黄土坡面下坡位片蚀过程试验研究

坡面片蚀强度具有沿程空间变化性,阐明坡面不同坡位的片蚀过程对于完善坡面土壤侵蚀理论具有重要意义。采用组合小区模拟降雨试验方法对黄土坡面下坡位片蚀过程进行了研究,结果表明：（1）坡面下坡位片蚀特征与坡面上坡位及全坡面片蚀特征存在差异,下坡位片蚀规律性较差;（2）坡面下坡位片蚀随降雨过程、雨强和坡度的变化均呈现波动性,总体上随降雨过程先增大后稳定,随雨强及坡度的增大而增大;（3）坡面下坡位片蚀随雨强和坡度的变化可用二元线性方程描述,雨强的影响远大于坡度;（4）坡面上坡位汇流和下坡位产流及上坡位输沙对下坡位片蚀的影响可用二元线性方程描述,其中前者贡献率为56.9%,后者贡献率为25.4%,水的作用显著大于沙的作用。采取增加坡面入渗、减少径流的水保措施可有效防治坡面下坡位片蚀。