花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率定量研究

针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,利用钢制变坡冲刷水槽在不同坡度(8.8%,17.6%,26.8%,36.4%,46.6%)和不同流量(0.2L/s,0.4L/s,0.6L/s,0.8L/s,1.0L/s)组合下,研究花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率与流量、坡度的关系。结果表明:花岗岩崩岗区各层次土壤分离速率与流量和坡度均呈线性相关(R~2=0.958),随着流量和坡度的增大,各层次土壤分离速率逐渐增大,且增加速率呈上升趋势;花岗岩崩岗区崩壁垂直结构上,随着土体深度的增加,土壤分离速率逐渐增大,且各层次土壤分离速率差异显著,在一定坡度和流量下,碎屑层的分离速率最大,是砂土层的34.24倍,红土层的76.27倍,表土层的711.58倍;各层次土壤分离速率的流量—坡度模型可以用二元一次函数方程很好的拟合(R~20.933),且流量、坡度2个因子的叠加效果对碎屑层分离速率的影响最大,砂土层次之,表土层最小;采用Nash模型效率系数对拟合的流量—坡度模型效果进行检验后发现:各层次的效率系数均较高,预测值与实测值的贴近度较好,研究所得流量—坡度模型能很好的模拟南方花岗岩崩岗区的土壤分离速率。该研究对于解释崩岗侵蚀机理、建立崩岗侵蚀模型具有重要的指导意义。     

花岗岩崩岗区不同土层的侵蚀水动力学特征

土壤剥蚀率是单位时间单位面积水流剥蚀土壤的质量,定量研究崩岗不同土层土壤剥蚀率对预测土壤剥蚀过程及建立崩岗侵蚀物理模型具有重要的理论和实践意义。针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,采用不同坡度(8.8%、17.6%、26.8%、36.4%、46.6%)和不同流量(0.2 Ls~(-1)、0.4 Ls~(-1)、0.6 Ls~(-1)、0.8 Ls~(-1)、1.0 Ls~(-1))相结合的室内放水冲刷试验,分析表土层、红土层、砂土层、碎屑层土体土壤剥蚀率与水动力学参数之间的关系,初步探讨花岗岩崩岗侵蚀的水动力学机制。结果表明:在一定坡度条件下,土壤剥蚀率随径流流量的增大而增大,且各土层土壤剥蚀率存在很大差异,碎屑层土壤剥蚀率最大,砂土层次之,表土层最小;在相同流量条件下,各土层土壤剥蚀率均随冲刷时间的延长逐渐降低并趋于稳定;径流剪切力、水流功率对崩岗各土层土壤剥蚀率的影响均可采用线性方程很好地描述(R~20.926),相比用单位水流功率拟合的多项式方程的相关性(R0.830)要高,径流剪切力和水流功率均可作为描述崩岗各土层土壤侵蚀的水动力学参数。表土层、红土层、砂土层、碎屑层的临界径流剪切力依次减小,分别为0.28Pa、0.13Pa、0.10Pa、0.07Pa,各土层土壤细沟可蚀性参数差异明显,碎屑层的最大,砂土层次之,表土层最小。因此,在崩岗垂直结构上,随着土层深度的增加,土体抵抗径流剥蚀的能力逐渐减弱。     

坡度和流量对崩积体坡面细沟水流输沙能力的影响

为探究坡度及流量对崩岗崩积体土壤坡面细沟侵蚀输沙能力的影响,精确计算细沟水流输沙能力,建立坡面细沟输沙能力因子模型,以崩岗崩积体土壤为研究对象,进行室内水槽模拟试验研究。结果表明:(1)不同流量条件下,坡面细沟输沙能力随坡度的增大而增大,且增幅随坡度的增加而增大,可用一元线性方程表示;(2)不同坡度条件下,坡面细沟输沙能力随着流量的增大而增大,可用幂函数表示;(3)崩岗崩积体坡面细沟输沙能力因子模型为二元幂函数方程,其中流量(q)和坡度(S)的指数分别为1.054和0.617,流量对细沟输沙能力的影响大于坡度;(4)通过模型对比发现,Wu模型、ANSWERS模型及Zhang模型方程都无法很好地预测崩岗崩积体坡面细沟输沙能力。     

鄂东南花岗岩崩岗岩土抗剪强度与含水量的关系

崩岗是我国南方特殊的一种土壤侵蚀现象,其形成主要是由于岩土稳定性降低所致;土壤抗剪强度是表征崩岗岩土稳定性的重要指标,而土壤含水量是影响抗剪强度的关键因子.以通城县2处崩岗为研究对象,采集淋溶层(A)、淀积层(B)、过渡层(BC)和母质层(C)原状土样,通过室内直剪试验,研究崩岗岩土不同层次抗剪强度与含水量的关系及变化规律.结果表明:A层抗剪强度随含水量增加呈现先增大后下降趋势,其余各土层抗剪强度整体上随含水量增加呈现而下降,B层抗剪强度较大,C层抗剪强度最小,且B层抗剪强度受含水量影响最大;土壤黏聚力变化幅度较大,A层随含水量增加先增大后减小,其余各层均随含水量增加而减小,B层黏聚力在4个层次中最大,同时其衰减幅度也较大,C层因黏粒质量分数低、缺少胶结物质而黏聚力极低;土壤内摩擦角4个土壤层次均随含水量增加而减小.研究结果可为崩岗侵蚀机理研究以及进一步防治崩岗侵蚀提供理论依据.     

晋西黄土高原不同地类土壤抗冲性研究

以晋西黄土高原不同林龄的油松林地为研究对象,以荒草地和农地为对照,以地表径流的泥沙含量为指标,采用野外实地放水冲刷法,对不同林龄油松林地的土壤抗冲性进行研究,分析坡度、林龄、枯落物、生物多样性指数对土壤抗冲性的影响.结果表明:(1)油松林地的土壤抗冲性大于荒草地和农地的土壤抗冲性;(2)坡度对油松林地的土壤抗冲性有较大影响,土壤抗冲性随着坡度的增加而减弱;(3)在一定坡度下,随着林龄的增加土壤抗冲性增强;(4)枯落物对油松林地的土壤抗冲性有显著影响,去除枯落物的油松林地土壤抗冲性明显小于有枯落物的油松林地,土壤抗冲性随着枯落物厚度的增加而增强;(5)生物多样性和土壤抗冲性关系密切,林地土壤抗冲性随多样性指数的增大而增强.     

晋西黄土区退耕林地土壤抗冲性研究

以晋西黄土区相同林龄的刺槐×侧柏混交退耕林地为研究对象,以农地和荒草地为对照,采用野外实地放水冲刷法,以地表径流的泥沙含量为指标,对刺槐×侧柏混交退耕林地的土壤抗冲性进行研究,分析坡度、枯落物、生物多样性对土壤抗冲性的影响以及相关关系。结果表明:刺槐×侧柏混交退耕林地的土壤抗冲性强于农地与荒草地的土壤抗冲性;坡度是影响刺槐×侧柏混交退耕林地土壤抗冲性的重要因子,土壤抗冲性随坡度的增加而减弱;相同坡度下,有枯落物的退耕林地土壤抗冲性强于去除枯落物的退耕林地,去除枯落物的退耕林地土壤抗冲性明显强于农地,退耕林地的土壤抗冲性随枯落物厚度的增加而增强;生物多样性对退耕林地的土壤抗冲性有显著影响,土壤抗冲性随多样性指数的增大而增强;坡度、枯落物、生物多样性与土壤抗冲性呈显著相关,相关性系数由大到小为生物多样性坡度枯落物。     

喀斯特高原山地土壤抗冲性与土壤物理性质的关系

为探究喀斯特高原山地不同土地利用类型土壤抗冲性及其与土壤物理性质的关系,以马尾松人工林地(PMP)、桂花人工林地(OFP)、天然乔灌混交林地(ASL)、天然草地(NGL)、撂荒地(AL)、农地(CL)为研究对象,采用原状土水槽冲刷试验法,根据研究区地形及气候特点,设置3个坡度(5°,15°,25°),3个冲刷流量(3.2,4.8,6.4 L/min),冲刷时间均为15 min,结合土壤物理性质(容重、孔隙度、水稳性团聚体、机械组成等),定量分析不同土地利用类型下土壤抗冲性及其与土壤物理性质的关系。结果表明:(1)在原状土冲刷试验过程中,各地类初始径流含沙量较高,但随着冲刷时间的延长,径流含沙量呈先降低后趋于稳定趋势,且随着坡度和冲刷流量的增大,径流含沙量趋于稳定的时间有所提前;(2)土壤抗冲系数随坡度和冲刷流量的增大而减小,且坡度对土壤抗冲性的影响比冲刷流量更明显。在同等条件下,各地类土壤抗冲系数依次为NGL＞PMP＞ASL＞AL＞OFP＞CL,土壤抗冲系数分别为13.44~87.84,[JP]8.14~93.15,2.93~45.36,1.21~10.01,1.25~5.48,0.17~1.27(L·min)/g;(3)土壤抗冲性与土壤容重、砂粒含量、水稳性团聚体含量呈极显著正相关(P＜0.01),与总孔隙度、黏粒含量呈显著负相关(P＜0.05),其关系均可用幂函数表示(R²＞0.78)。研究结果可为喀斯特区土壤侵蚀研究和水土保持防治提供科学依据。     

桂东南花岗岩崩岗土壤界限含水率空间变异及影响因素

界限含水率是土壤水理性质的重要参数,可表征土体状态随含水量变化而变化的能力,与崩岗土体稳定性密切相关,对预测降雨和崩岗侵蚀关系具有重要意义。本研究选取桂东南区活动型、半稳定型和稳定型3种花岗岩崩岗为研究对象,分析各崩岗土壤界限含水率空间变异规律并利用通径分析方法揭示其影响因素。结果表明：崩岗各部位土壤界限含水率在空间上存在差异,活动型和半稳定型崩岗土壤液塑限在崩壁上部有最大值(液限分别为54.45%和57.08%,塑限分别为32.84%和34.04%),洪积锥顶部有最小值(液限分别为35.39%和30.72%,塑限分别为21.92%和20.23%);稳定型崩岗崩壁下部土壤液塑限最小(液限为33.78%,塑限为22.47%);随着崩岗发育逐渐稳定,各部位土壤界限含水率总体呈增加趋势。黏粒、有机质、总孔隙度和毛管孔隙度与土壤液塑限及塑性指数呈极显著正相关关系,其中,总孔隙度对土壤液塑限的影响最显著。总孔隙度、黏粒、有机质、毛管孔隙度对界限含水率变化起主导作用,总孔隙度、黏粒和毛管孔隙度分别是土壤液塑限、塑性指数和液性指数的主要影响因子。此研究结果可进一步明确崩岗侵蚀危害并确定高侵蚀风险部位,为崩岗危害预防与治理提供相关理论支撑。     

初始含水率对崩岗土体抗拉特性的影响

针对花岗岩发育的崩岗土体崩壁失稳等问题,通过单轴抗拉试验,研究了湖北通城地区不同初始含水率的崩岗土体抗拉强度特性。结果表明:初始含水率对崩岗土壤抗拉强度影响明显。土壤抗拉强度特征曲线为单峰型,表土层、红土层和红砂过渡层抗拉特征曲线在含水率W_C(24.4%)附近出现抗拉强度峰值,而砂土层在W_C(25.8%)出现抗拉强度峰值。崩岗不同层次土壤轴向拉伸长和径向收缩长随初始含水率呈现正相关关系,且土壤轴向拉伸率和径向收缩率与初始含水率拟合出相关系数较高的线性函数关系(除砂土层的径向收缩率与初始含水率呈指数函数关系)。低(18%～22%)、中(22%～30%)、高(30%～饱和)3种初始含水率区间下崩岗土壤持水机制分别为土壤毛细管持水机制、团粒水桥联结持水机制与团粒持水机制。研究结果可为崩岗科学防治提供一定的科学依据。     

基于分形理论模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线

崩岗是我国南方花岗岩地区特殊的土壤侵蚀现象,给山区经济造成了严重的影响.为了探索南方花岗岩地区崩岗侵蚀剖面的水分特性,明确水分与崩岗发育的关系,本研究采用野外调查采样与室内分析的方法,运用土壤粒径分形理论,并结合Brooks and Corey模型,模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线.选择通城县花岗岩崩岗剖面5个层次(表土层、红土层、过渡层、砂土层和碎屑层)采集土样,通过对土壤粒径分布和土壤含水量的测定,分析分形维数与土壤粒径之间的关系.同时,应用土壤粒径分形理论,模拟土壤水分特征曲线,基于估算结果与实测结果的比较,探讨分形方法估算土壤水分特征曲线的可行性.结果表明:崩岗剖面土壤黏粒质量分数越大,土壤粒径分维值越大;土壤粒径分维值越大,土壤水分特征曲线的分维值则越大,两者之间线性关系较好;运用分形理论,模拟土壤水分特征曲线的预测值与实测值具有良好的一致性,模拟结果的精度随土层的深度增加而增加,模拟效果以土壤黏粒和粉粒质量分数较少、砂粒质量分数较多的土壤效果较好.研究结果为花岗岩崩岗机理的探索奠定了基础,对崩岗水分的研究具有指导意义.     

黄土高原典型流域土壤抗冲特性研究

以黄土高原吕二沟流域为研究对象,采用原状土冲刷水槽法对研究区梯田耕地、坡耕地、草地、梯田果园、刺槐林共5种土地利用类型的土壤进行了抗冲试验。结果表明:(1)研究区不同土地利用类型的土壤抗冲性大小依次为:刺槐林>草地>梯田>果园>坡耕地;(2)根系对土壤抗冲性具有显著影响,有根系土壤相对无根系土壤的抗冲性有明显提高,平均提高了44.02%;(3)研究区土壤随坡度的增大抗冲能力减弱,其中22°～25°减少幅度最大;(4)对研究区不同土地利用类型土壤抗冲指数在流域尺度进行了空间异质性模拟,总体表现出越靠近流域上游和侵蚀沟坡上位置的土壤抗冲性越大的特性,其中刺槐林地和草地表现更为明显。     

元阳梯田不同土地利用类型表层土壤的抗冲性

为了研究云南省元阳县梯田核心区土壤的侵蚀特性和保水机制,采用原状土冲刷槽法和实地放水冲刷试验法,结合有林地、灌木林地、荒草地和坡耕地的物理性质等,对元阳梯田核心区上述4种土地利用类型表层土壤抗冲性及其主要影响因素进行研究。结果表明:研究区表层土壤抗冲性由强到弱表现为荒草地>灌木林地>有林地>坡耕地;含沙量随着坡度(15°、30°和45°)和冲刷流量(1.5、2.5和3.0 L/min)的增加而增加,坡耕地具有较弱的抗冲性;土壤中的须根能够增强土壤的抗冲能力,特别是直径<1.0 mm的须根具有较强的固结性;土壤的水稳性团聚体越多土壤的抗冲性也就越好,荒草地和灌木林地表层土壤直径>3 mm的土粒,其结构水稳度为93.33%。     

鄂东南花岗岩红壤不同土层侵蚀过程

为了探讨不同降雨动能条件下花岗岩红壤各层次(淋溶层、淀积层、母质层)在坡面侵蚀过程中的产流产沙特征,研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对其水动力学参数变化特征及其与土壤侵蚀速率之间的定量关系进行了研究。结果表明:(1)降雨动能对各层次土壤坡面的产沙产流特征影响显著。随着降雨动能增加,各层次土壤初始产流时间不断递减,且径流含沙量和总产沙量均不断增大;(2)各层次土壤之间的侵蚀规律差异显著。初始产流时间、径流含沙量及总产沙量均表现出显著差异; 通过回归分析,发现土壤侵蚀速率与降雨动能之间有良好的线性关系;(3)水流功率和单位水流功率与土壤侵蚀速率均呈显著的相关性,且能够用幂函数准确地描述它们之间的关系,引入土壤黏粒含量可使得模型更加可靠,在实际应用中有更广的应用范围和现实价值。综上,降雨动能和土壤质地对花岗岩红壤坡面侵蚀的形成和发展过程具有显著影响。     

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。     

不同生长期大豆坡耕地土壤抗侵蚀能力特征

土壤抗侵蚀能力特征是土壤侵蚀预测预报的重要依据之一,为了分析黄土区不同生长期大豆坡耕地土壤抗侵蚀能力特征,采用原状土冲刷槽和静水崩解法,分别在大豆不同生长期测定坡耕地不同土层土壤抗冲性和抗蚀性,并对大豆根系特征与土壤抗侵蚀能力的关系进行分析。结果表明:随着大豆生育期的推进呈现出先增强后减弱的趋势,始粒期土壤抗侵蚀能力最强,苗期最弱;在大豆苗期与分枝期,土壤抗侵蚀能力随土层深度的增加而减弱;大豆开花期以后10~20 cm土层土壤抗侵蚀能力最强,其次为0~5 cm土层;土壤根重密度、根系表面积、根系体积及根系长度对土壤抗侵蚀能力影响均达到极显著水平(p0.01),且根径在0~0.5 mm之间根系的增多会更加有效地提高土壤的抗侵蚀能力。这表明在大豆生长初期加强对坡面的有效防护,避免地表长期裸露,培育根系发达的大豆品种将有助于对坡耕地土壤侵蚀的防控。     

花岗岩红壤丘陵区崩岗土体界限含水量的温度效应研究

水分和温度会显著影响花岗岩红壤的力学状态,是崩岗发生和发展的两大驱动因素.以崩壁三个土层土壤:红土层、砂土层和碎屑层为研究对象,在15、25、40和60℃温度条件下对三个土层土壤的液塑限和结合水含量开展研究.结果表明:红土层的液限、塑限和塑性指数均高于砂土层和碎屑层,碎屑层土壤的液塑限最小.崩岗土壤的液塑限与细黏粒、有...     

侵蚀性花岗岩坡地不同地貌部位土壤剖面风化特征研究

为揭示发育于侵蚀性风化花岗岩坡地上不同地貌部位土壤剖面的风化发育特征,在浙江省选择了典型的风化花岗岩坡地:浙江省嵊州市水土保持监测站为研究区,在监测站同一坡面不同侵蚀强度的坡顶、坡中、坡底选取3个典型的土壤剖面(140 cm),从下至上等距离(20 cm)采集土壤样品,共采集21个土样。进行了各层土壤基本理化特性和化学全量的分析,并分别计算了3个剖面不同层次的主要化学风化系数及总的风化强度,结果表明:(1)在强烈侵蚀的花岗岩风化残积坡地发育的土壤,总体发育成熟过程较弱,其进一步的发育与典型的地带性土壤的发育有很大的差异,侵蚀过程严重地影响了土壤的进一步成熟,侵蚀强度越大,则土壤发育越差。(2)土壤剖面总的风化强度不大,上下层的递变差异很小,脱硅富铝化过程随着剖面深度的增加风化程度越来越弱。(3)土壤剖面的化学分层不明显,各种风化指标均在60 cm左右形成了一个分界层,其上受水力侵蚀影响明显,其下呈现出的特性以继承残积母质为主。(4)不同地貌部位的风化发育程度排序为:坡底坡中坡顶,其与采样坡面的侵蚀强度排序正好相反。(5)风化程度与有机质和黏粒含量具有较为明显的正比关系,在侵蚀环境下,土壤的物理特性对风化的影响明显,在沉积环境下土壤有机质的影响大于黏粒含量的影响。总之,由于受侵蚀的影响,坡地土壤剖面的淀积层不发育,剖面呈现出的假淀积层不是由淋溶作用形成的,而是具有一定风化程度的风化残积层,结果导致发育于山地丘陵侵蚀性坡地的土壤层次划分不同于常规的土壤层次划分。     

水蚀风蚀交错区土壤养分特征与土壤质地及水分关系

黄土高原水蚀风蚀交错区在强烈的水蚀风蚀作用下,土壤养分流失严重,土壤退化明显。但不同的土地利用方式,这种退化规律有较大的差异。以位于黄土高原水蚀风蚀交错区的六道沟小流域为研究区,分析坡耕地和荒草坡地土壤养分特征,探讨土壤养分与土壤质地及水分的相关性。结果表明:(1)水蚀风蚀交错区各养分含量都较低,其养分含量表层均高于下层,坡耕地高于荒草地;土壤各养分上下层比值越大,土壤的供肥持续能力越差;(2)坡耕地土壤养分含量表现出与坡地水土流失相似的规律,从坡顶部到坡底呈现先减小后增大的趋势;(3)土壤水分含量影响土壤质地变化,并与土壤有机质和全氮关系最好,与有效态氮的关系较密切;(4)土壤养分含量与土壤质地的吸附作用有关,组成物质越细,吸附能力越强,但这种吸附能力还与不同粒级组成的比重有关,其机理有待于进一步研究。