春季解冻期白浆土融雪侵蚀模拟研究

采用室内人工模拟融雪水冲刷试验,研究了春季解冻期冻融温差、循环次数、土壤初始含水率、融雪水流量和解冻深度这5个控制因子对白浆土侵蚀的影响。结果表明,影响土壤侵蚀的首要因素为融雪水流量。春季解冻期土壤发生侵蚀主要集中在前15次冻融循环过程中,之后即使冻融循环次数增加,侵蚀量增幅也不明显。土壤含水率变化与侵蚀量之间线型关系不明显,初始含水率较小的土壤侵蚀量大于初始含水率较大的侵蚀量。在径流冲刷过程中,融雪流量的大小和土壤冻层的存在,共同影响解冻深度与侵蚀量大小之间的关系。当融雪流量较小时,土壤解冻深度越小侵蚀量越大,二者间呈负相关关系;反之,当融雪流量较大时,土壤解冻深度与侵蚀量之间呈正相关关系。     

草甸土近地表解冻深度对融雪侵蚀影响模拟研究

采用室外人工模拟融雪水冲刷试验,研究了春季解冻期近地表草甸土解冻深度对坡面融雪水冲刷侵蚀过程的影响。结果表明:土壤解冻深度对产流及侵蚀有较大影响。由于冲刷过程中冻土层逐渐向下移动,解冻土层厚度增加,坡面产流和侵蚀也随之经历着此消彼长的复杂过程。对同一冲刷强度,解冻深度愈小,坡面初始产流时间愈早,前期侵蚀率愈大,冲刷后期侵蚀率增幅减小。初始解冻深度越大,坡面初始产流时间愈晚,前期侵蚀率较为稳定,但随冲刷时间的延长,坡面随解冻深度不同发生不同程度的细沟侵蚀,侵蚀量急剧增大,冲刷过程中侵蚀率大小的变化受细沟发育程度的影响较大。     

上坡融雪径流对下坡融雪影响的模拟试验

东北低山丘陵区土地利用复杂,常有上坡积雪优先融化产流现象,不同产流模式融雪侵蚀过程不同.为深入了解上坡积雪优先融化条件下坡面融雪产流过程,采用室内模拟融雪试验,研究解冻期上坡融雪径流、坡度、坡长及积雪密度对坡面融雪产流过程的影响.结果表明：1）影响积雪融化速率的主要因素为上坡融雪径流,上坡融雪径流量为0.1L/s时,融雪速率为591 g/min,上坡融雪径流量增加至0.5 L/s时,融雪速率提高到1 121 g/min,融雪速率加快近2倍;2）坡度与积雪融化速率呈正相关关系,坡度为2°时,融雪速率为766 g/min,坡度提高至14°时,融雪速率增大到1 002 g/min;3）融雪速率随坡长增加整体呈上升趋势;4）积雪密度变化与积雪融化速率之间线型关系不明显.研究结果可为融雪侵蚀预报模型研究提供参考.     

前期含水量对喀斯特山地石灰土坡面产流产沙的影响

为了探讨前期含水量对喀斯特山区坡耕地坡面产流产沙过程及机制的影响,以该区域广泛分布的石灰土为研究对象,通过人工模拟降雨的试验方法,系统研究了干态、稍湿态和湿态石灰土坡面产流产沙过程。结果表明:（1）坡面初始产流时间随土壤前期含水量的增加而减少,初始产流时间与土壤前期含水量呈线性负相关关系。（2）在0~25 min期间,径流量呈逐渐增大的趋势,变化率呈现稍湿态 > 干态 > 湿态。25 min之后,径流量逐渐趋于稳定,随土壤前期含水量与坡度的增大,径流量增大。（3）稍湿态土壤坡面径流含沙量变化较小,基本趋于稳定;干态土壤坡面径流含沙量变化较大,呈开始增大,在第20分钟之后减小并趋于稳定;湿态土壤坡面径流含沙量变化最大,总体呈陡降、缓增,最后逐渐减小并趋于稳定的趋势。（4）径流平均含沙量与土壤前期含水量的关系呈近似抛物线变化,径流平均含沙量湿态 > 干态 > 稍湿态。     

地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响研究

通过室内模拟降雨试验,研究了地面坡度对红壤坡面产流过程和侵蚀过程的影响,结果表明:坡面总径流量随坡度的增大呈减小趋势,其中25°坡面比5°坡面的径流量减小22.3%;随坡度的增加,坡面产流达到稳定的历时减少.径流含沙量和坡面侵蚀产沙量随坡度的变化在5°～20°呈增大趋势,而当坡度由20°增加到25°时,径流含沙量和侵蚀产沙量随坡度的增加呈减少的趋势,即在红壤坡面,坡度对侵蚀产沙量影响存在着临界坡度,其值变化于20°～25°之间.     

具有未完全解冻层坡面产流历时的影响因素

春季解冻期土壤坡面包含解冻土层和冻结土层,产流过程有别于非冻融土壤.以我国东北白浆土、黑钙土、棕壤、褐土为研究对象,通过室内降雨模拟试验,分析具有未完全解冻层坡面产流历时的影响因素.结果表明：1）初始土壤含水率是影响产流历时最重要的因素,产流历时随初始土壤含水率的增加而明显缩短,其中,白浆土达到了显著水平;2）产流历时与含水率呈对数函数关系;3）在4种土壤坡面上,降雨强度对产流历时影响不大;4）土壤初始解冻深度对产流历时的影响没有表现出规律性;5）多元回归分析后,推荐春季解冻期产流历时采用指数函数回归;6）侵蚀量峰值出现的时间与产流历时呈负相关;7）白浆土、黑钙土和棕壤侵蚀总量与产流历时呈负相关.     

嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应

利用嫩江流域控制站大赉水文站的春季解冻期径流量和输沙量资料和同期嫩江流域16个气象站的气象资料,分析了1963-1988年嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应。结果表明:随着春季解冻期平均气温的升高,温差呈明显减少趋势,降水呈增加趋势;平均气温和降水量均对径流量的增加有正向作用,但降水较气温对径流的影响更为显著;通过对平均气温、降水量、径流量（包括融雪径流）和输沙量进行偏相关分析,春季解冻期的降水量和径流量对输沙量的影响显著,且为正相关,与平均气温成负相关,但影响不显著。     

东北黑土区横垄坡面融雪期细沟侵蚀特征研究

融雪期土壤由于受到融雪径流、冻融作用及未完全解冻层影响,细沟发育有别于降雨期。基于野外实地测量,对东北典型黑土区横垄坡面融雪期细沟侵蚀形态及空间分布进行分析。结果表明,横垄坡面融雪侵蚀产生的细沟主要为顺垄型、断垄型和复合型三种。顺垄型细沟平均长度和宽度较大,深度小于其他两种类型;断垄型细沟平均长度最小且变异程度最低、深度最大;复合型细沟平均长度最大、宽度最小。均匀坡面下部细沟侵蚀量最大,占坡面总量的85%,形态以顺垄型和断垄型细沟为主;坡面中部存在起伏区域,低洼处细沟侵蚀量最大,占坡面总量的64%,三种类型细沟均有发育。融雪期细沟发育的形态受微地形及未完全解冻层等因素影响,细沟分布则主要受坡位及融雪径流量等因素影响。     

白浆土春季解冻期降雨侵蚀模拟

地球上中纬度大部分地区都经受季节性冻融过程,而春季解冻期是土壤季节性冻融过程发生强烈的时期,一般极易发生侵蚀作用。有研究表明,土壤侵蚀在春季解冻期最严重[1],在温带地区土壤流失量的50%以上都发生在冻土层解冻时期[2],在美国俄勒冈东北部地区土壤流失中有86%侵蚀是由于融雪径流和冻融作用造成的[3],在美国南部库贝克观察的2a时间里春季土壤流失占每年土壤流失总量的90%[4],在美国和加拿大部分地区50%以上的土壤侵蚀发生在晚冬和初春季节[5],在我国东北漫岗黑土区春季融雪及强降水易造成强烈的浅沟侵蚀[6]。可见,春季解冻期是部分地区土壤侵蚀发生的主要阶段,而表层土壤含水率高和未完全解冻层的     

土壤水蚀模型中的融雪侵蚀模拟研究

在季节性或常年积雪地区,春季积雪融化产生的径流及其造成的侵蚀占全年总侵蚀量的比例很大,同时反复进行的冻融过程会影响土壤的物理性质,如团聚体稳定性、水分传导率、抗剪切力、可蚀性等,进而加重土壤侵蚀。因此在这些地区进行融雪侵蚀预报十分必要,它主要包括融雪径流的产生,及其形成的土壤侵蚀量,冻融过程导致土壤性状的变化,以及由此造成的对土壤可蚀性的影响。本研究总结了国内外融雪侵蚀的研究现状,并分析了几个代表性土壤水蚀预报模型中的融雪侵蚀过程,提出我国部分地区土壤侵蚀模型中考虑融雪侵蚀的必要性。     

融雪与降雨侵蚀条件下水土保持措施因子值对比研究

东北地区融雪条件下水土保持措施因子缺乏针对性研究。选择吉林梅河口吉兴径流小区2015年、2016年春季融雪侵蚀观测结果和已有降雨侵蚀数据,对比融雪与降雨条件下水土保持措施因子值、产流产沙次数、径流深、侵蚀模数,探讨了不同水土保持措施对降雨侵蚀和融雪侵蚀的防控效果。结果表明:融雪条件下P值范围为0.001~0.46,其中生态修复措施对于融雪侵蚀的防控效果最好,在融雪时期表现出周期短,融水量少的特点;水平坑措施对融雪侵蚀的影响主要体现在对融水的拦控上;融雪条件下耕作措施中地埂植物带侵蚀模数及径流深大于横垄。融雪侵蚀地区（尤其是坡耕地）在进行水土保持措施规划设计时,应兼顾降雨和融雪两种侵蚀类型。     

Effects of soil crust and crop on runoff and erosion in Loess Plateau

Soil crust formed after rainfall has a strong influence on soil erosion, water use, and crop growth on sloping farmland. To study the effect of soil crust on sloping farmland on runoff amount and erosion sediment yield, the soil crust on sloping farmland has been studied in this paper for plantings of corn, soybeans, millet, and winter wheat. Using an outdoor rainfall simulator, the influence of soil crust on runoff rate and sediment yield on sloping farmland covered by crops has been observed. The results revealed that soil crust thickness was increased after rainfall and soil crust coverage showed little change after rainfall. Soil crust had a significant impact on runoff and sediment yield on sloping farmland. Slopes with soil crust showed higher runoff rate and less soil loss than slopes without soil crust. On slopes planted with four crops (corn, soybeans, millet, and winter wheat), runoff rates on slopes with soil crust were respectively 20%, 25%, 25%, and 21% higher than on slopes without soil crust; sediment yield on slopes with soil crust was respectively 15%, 14%, 14%, and 8% lower than on slopes without soil crust. Crops enlarged the runoff difference between the two kinds of slope and decreased the sediment yield difference between them. Crop growth enhanced these differences in runoff and sediment yield between slopes with and without soil crust.     

草带宽度对紫色土坡面细沟形态及水土流失特征的影响

为了解不同草带宽度对紫色土坡耕地水土流失的影响,以铺设四季青草带的紫色土坡面为研究对象,采用放水冲刷模拟试验,以裸坡为对照组,研究不同放水冲刷流量和草带宽度条件下坡面细沟形态变化和减沙减流效应.结果表明:(1)沟深随草带宽度增大呈先减小后增大趋势,而沟宽、沟长和沟宽深比均随草带宽度呈先增加后减小趋势;此外,沟宽、沟深和...     

Experimental study on the effects of multiple factors on spring meltwater erosion on an alpine meadow slope

Meadow degradation provides a major indication of increased soil erosion in alpine regions. Serious soil erosion is observed during the spring in particular because soil thawing coincides with the period of snowmelt and the meadow coverage is very low at this time. Studies relating to soil erosion caused by spring meltwater are, however, limited and controversial. Therefore, a field experimental study was conducted in a typical meadow in the Binggou watershed on the northern edge of the Tibetan Plateau to assess the impact of multiple factors on spring meltwater erosion on an alpine meadow slope. The multiple factors included three flow rates (1, 2, and 3 L/min), four slope gradients (10°, 15°, 20°, and 25°), and three underlying surface conditions (meadow, disturbed meadow, and alluvial soil). An equal volume of concentrated meltwater flow was used in all experiments. The results showed that rapid melting at a high flow rate could accelerate soil erosion; as the flow rate increased from 1 to 3 L/min, the total surface runoff increased by a factor of 0.7 and the total sediment yield increased by more than 6-fold. The influence of the slope gradient on the amount of runoff was positively linear and the influence was relatively low; when the slope increased from 10° to 25°, the total runoff only increased by 16%. However, the slope gradient had a strong impact on soil erosion. The total sediment yield doubled when the slope increased from 10° to 20° and then slightly decreased at 25°. The meadow could effectively reduce soil erosion, although when the meadow was disturbed, the total runoff increased by 60% and the sediment yield by a factor of 1.5. The total runoff from the alluvial soil doubled in comparison to the meadow, while the sediment yield increased nearly 7-fold. The findings of this study could be helpful to understand the characteristics and impact of multiple controlling factors of spring meltwater erosion. It also aims to provide a scientific basis for an improved management of alpine meadows as well as water and soil conservation activities in high-altitude cold regions.     

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。     

大豆调节坡耕地径流和泥沙作用研究

黄土高原地区坡耕地面积占该区总耕地面积的75%,产生严重的水土流失,治理坡耕地水土流失对该地农业生产和生态环境建设具有重大意义。大豆是黄土高原坡耕地的重要作物,然而,目前对于大豆在该地区调节径流和泥沙的能力还缺乏深入了解。以种植大豆的坡耕地为研究对象,研究在不同坡度和不同降雨强度下大豆调节径流和泥沙能力。试验设计包括大豆的5个生育期(幼苗期、始花期、盛花期、结荚期和始粒期),5个坡度(3°,5°,10°,15°,20°)和2个降雨强度(40,80 mm/h)。将大豆调节径流和泥沙的作用分为2部分:减少产流和减少产沙。采用产流时间、降雨初损量、径流量、产沙量、减流效益(RRB)和减沙效益(SRB)6个指标进行综合对比分析。结果表明:大豆在调节径流和泥沙方面作用显著。与裸地相比,大豆从幼苗期到始粒期,坡面径流量减少10.75%~64.94%,产沙量减少15.38%~84.24%。大豆的RRB和SRB值从整个生育期来看整体均呈增大趋势,且均与坡度成反比。同样,随着降雨强度增加,大豆的RRB和SRB略有降低且差异不显著,并且SRB值始终大于RRB值,因此发现大豆在减少泥沙方面比减少径流更有效。综上,黄土高原坡耕地上种植大豆对坡耕地土壤侵蚀具有积极的作用,并且对泥沙的拦截作用强于对径流的拦蓄作用。     

黑土区治理后侵蚀沟道融雪侵蚀观测研究

融雪侵蚀是季节性积雪区水土流失的重要组成部分,融雪作用对侵蚀沟发育的影响对侵蚀沟防治有重要意义。通过野外实地监测和测量,对东北黑土区治理后侵蚀沟融雪侵蚀过程及沟坡细沟形态特征进行分析,探讨水土保持措施对融雪侵蚀的防控效果。结果表明:除侵蚀沟G2未产流外,侵蚀沟G1和G3在融雪中期径流率和泥沙含量明显高于融雪末期和融雪初期。融雪径流率和泥沙含量的日动态变化过程均呈先增加后下降的趋势。融雪期3条侵蚀沟沟坡细沟平均宽度变幅为6.7~9.4cm,平均深度变幅为3.3~4.3cm。阳坡出现细沟的条数,细沟密度,细沟割裂度,平均细沟复杂度和细沟侵蚀平均深度明显高于阴坡,说明阳坡的破碎程度及细沟侵蚀程度大于阴坡。细沟主要以宽浅槽型为主,宽深比为1.91~2.18。水土保持措施在融雪期间作用明显,侵蚀沟G2水土保持措施的拦水拦沙效果达到100%,侵蚀沟G1和G3大部分融雪侵蚀的泥沙也在沟道内沉积。     

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度（60、90、120 mm/h）和4种碎石含量（0、10%、20%、30%）,开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明：1）碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强（P<0.05）;2）泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3）不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4）不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失...     

东北黑土区融雪径流对流域产沙的贡献及因素分析

[目的]揭示流域融雪期径流产沙特征及对全年总产沙的贡献,阐明东北黑土区影响融雪期产沙贡献的主控因素,并进而为东北黑土区流域综合治理提供科技支撑。[方法]基于东北地区203个气象站点数据以及15个流域水文站点径流泥沙资料,通过提取流域降水、地形、气候、土壤和土地利用等因子,采用多因素相关分析的方法,开展融雪期产沙贡献影响因素研究。[结果]东北黑土区不同流域年均降雪量占年均降水量的比例为3.7%～23.9%,空间分布差异较大,呈东南多、西北少的分布特点。融雪期径流深占全年径流深比例为13.7%～32.5%,融雪期产沙量对全年产沙量的贡献3.8%～23.47%,融雪期产沙模数占全年产沙模数的3.1%～35.9%,且它们空间分布规律性差。年均降水量、降雪量占降水量比例、融雪期径流深占全年径流深比例3个因素与融雪期产沙贡献在0.05的水平上呈显著相关。降雪量占降水量比例对流域融雪期产沙量和产沙模数的贡献率分别为25.41%和30.22%。最大高程对流域融雪产沙量和产沙模数的贡献率分别为24.36%和20.38%。[结论]东北区融雪期产沙对流域全年产沙有较大贡献,且受多重因素影响,未来应加强融雪期的侵蚀产沙观测研究。