雨强对华北土石山区坡面侵蚀及其颗粒富集过程的影响

为研究雨强对华北土石山区坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分布规律的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区2种典型土壤为研究对象,在4种雨强(30,60,90,120mm/h)条件下,分析了径流的变化过程和侵蚀泥沙的颗粒组成及其颗粒富集率的变化规律。结果表明:(1)随着雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土和石灰性褐土的产流时间均逐渐减小,分别缩短了79%和85%;(2)在60,90,120mm/h雨强条件下,黄土性褐土的径流强度和泥沙浓度均随降雨时间先减小后增大,而后趋于稳定状态,石灰性褐土仅在120mm/h雨强条件下出现相似规律;(3)当雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土泥沙流失朝粗颗粒化发展,侵蚀泥沙的砂粒和粗粉粒含量分别增加了86%和21%,而石灰性褐土的变化不明显;(4)在降雨初始阶段,粒径较小的黏粒和细粉粒明显富集,而粒径较大的粗粉粒和砂粒不易流失,但随着降雨历时的延长,不同粒径泥沙颗粒的富集率趋于1,这种现象在大雨强下表现得尤为明显。     

坡度对侵蚀产沙及其粒径分布的影响

利用人工模拟降雨试验,分析北京山区普通褐土在不同坡度条件下的产流产沙状况和侵蚀泥沙的粒径分布规律。结果表明,随着坡度的增大,侵蚀模数呈现先增加后减少的趋势,临界坡度为25°,对应的侵蚀模数为19.7t/hm~2。在研究的5个坡度条件下,侵蚀泥沙都以粉粒为主。当坡度从0增大至30°,0.002mm的粘粒含量无明显变化;0.002~0.02mm的细粉粒含量先减少后增加;0.02~0.25mm粗粉粒、极细砂粒和细砂粒含量则呈现先增加后减少的趋势。临界坡度为20°,此时细粉粒含量最少,极细砂粒和细砂粒含量最多。与原土相比,侵蚀泥沙在不同粒级存在富集。主要富集粒径随坡度增加先增大后减小。20°坡度时富集粒径最大,为细砂粒(0.1~0.25mm)。     

黄土土质对溅蚀特征的影响

土壤质地是土粒溅蚀量及溅出方式的重要影响因素。以黄土高原4种土壤(土、黑垆土、砂黄土、黄绵土)为试验用土,通过人工模拟降雨试验研究了黄土土质对溅蚀量、溅出土粒颗粒组成的影响。结果表明:(1)溅蚀量随降雨历时增加呈幂函数趋势增加。降雨开始时溅蚀量取决于土表松散颗粒含量及土粒均匀程度。随后溅蚀量增加速率则取决于黏粒(0.002mm)、细粉粒(0.002~0.02mm)及吸湿性黏土矿物含量,二者综合作用使得溅蚀量增加幅度减小。(2)溅蚀过程中溅出土粒的粒径组成决定于供试土壤的颗粒组成,0.25mm颗粒含量高的土壤溅出土粒粒径分布均匀,而0.25mm颗粒含量低的土壤溅出土粒集中分布于粗粉粒、细砂粒粒级内。(3)通过溅出土粒实际与原始颗粒含量的比值可判断土壤颗粒溅出方式。供试土壤黏粒、细粉粒、粗粉粒(0.02~0.05mm)的实际与原始颗粒含量比值1,均以团粒形式溅出,不受土壤类别影响;而土、黑垆土砂粒的实际与原始颗粒含量的比值1,以团粒形式溅出;砂黄土、黄绵土土壤砂粒实际与原始颗粒含量比值≈1,以单粒形式溅出。     

不同雨强和坡度下侵蚀性风化花岗岩母质坡地产流产沙特征

为研究解决南方侵蚀性风化花岗岩地区的水土流失问题,该文采用室内人工模拟降雨方法研究了不同降雨强度(30,60,90,120,150 mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下的风化花岗岩残积坡地的土壤侵蚀过程。结果表明:1)坡面径流的初始产流产沙时间都随着坡度和雨强的增大而提前;2)坡面径流量与坡度之间不呈简单的正相关关系,径流系数随雨强的变化呈现指数相关关系,入渗率在雨强为30~120 mm/h之间在坡度8°左右出现极大值;3)侵蚀产沙量随坡度和雨强的增大而增大,其与坡度之间的关系可以用幂函数表示,决定系数均达到0.815,与雨强之间为指数函数关系,决定系数均达到0.889以上;4)水力侵蚀对泥沙具有分选性,径流侵蚀挟带泥沙中的粉粒、黏粒以及细砂粒含量较多;5)坡度和雨强对于侵蚀产沙量的综合影响可以用线性相关方程来比较准确地描述,对产沙量的影响权重排序为:含沙量雨强径流系数坡度。     

人工降雨条件下不同粒径泥沙中氮磷流失特征分析

针对香溪河流域农业面源污染严重以及坡耕地传统耕作模式造成的氮磷流失等问题,选取库区典型石灰性土壤进行人工模拟降雨试验,研究地表径流和不同粒径泥沙中氮磷等养分流失特征。结果表明:地表径流中不同形态氮素养分的流失过程,均表现为降雨初期出现浓度峰值,之后随降雨的进行迅速降低,TP输出浓度先有一个较小幅度的下降过程,之后随产流时间的延长而增加,最后趋于稳定;流失泥沙颗粒组成表现为粘粒(2μm)与细砂粒(20~200μm)含量随降雨过程进行有一定增加,而粉粒(2~20μm)和石砾(2000μm)含量却有所降低,粗砂粒(200~2 000μm)含量则几乎不变;不同粒径径流泥沙中各养分流失浓度最大的均为粒径2μm粘粒,粒径200μm的颗粒各养分流失贡献率均高达70%以上,表明水土流失导致土壤中大量细小颗粒与养分流失,其中流失泥沙携带的养分含量与细小颗粒含量呈明显的正相关。     

不同降雨强度下地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响

通过室内模拟降雨试验,研究了不同降雨条件下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,红壤坡面起始产流时间随坡度的增加有所提前,但不明显,坡面起始产流时间的早晚主要受降雨强度控制;坡面径流量随雨强的增大而增大,随坡度的变化比较复杂,在雨强为50mm/h时,径流量随坡度的增加而减小,在雨强为75mm/h时,径流量随坡度的增加先增大后减小;不同降雨强度下各坡度的侵蚀产沙率都是在降雨初期急剧上升,随后以指数下降,形成一个向左倾斜的曲线。坡度对坡面侵蚀产沙的影响随雨强的增大而增强;红壤坡面土壤侵蚀量随雨强的增大明显增大,随坡度的增加,在50mm/h小雨强时呈现先增加后减小的变化趋势,在坡度20°附近存在临界坡度;在75mm/h雨强下,侵蚀量随坡度增大而增大。     

降雨强度和坡度对土壤氮素流失的影响

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强(30,50,65,100mm/h)和坡度(0°,5°,10°)下粘质土坡面土壤氮素流失过程,以及雨强、坡度对单位面积土壤氮素流失量的影响。结果表明:(1)降雨过程中,随着雨强和坡度的增大,氮素流失的浓度和总量都会相应增加,且雨强和坡度越大,氮素流失浓度变化越快,径流浓度稳定时间越早;(2)不同雨强下坡度与单位面积土壤氮素流失量呈线性相关,且随着雨强的增大,坡度对单位面积土壤氮素流失量的影响变小;不同坡度下雨强与单位面积氮素流失量的线性关系显著,当雨强一定时,坡度的改变对氮素流失量的变化速率影响不大;(3)雨强和坡度与单位面积氮素流失量之间有显著的线性关系,相关系数达到0.978 9~0.982 0;(4)相同条件下,雨强对氮素流失量的影响比坡度大;(5)在降雨过程中,累积径流量与3种形态氮的累积流失量之间有显著的线性关系,相关系数达到0.914 5~0.961 1。     

坡面小区土壤流失过程中粒径组成变化及其影响因素

利用北京密云水库上游的石匣坡面径流小区进行野外坡面产流产沙监测,探究坡地褐土土壤流失过程中土壤粒径组成变化及其影响因素.主要结论如下:坡面上部均发生土壤粗化现象.在坡度较大且无植被覆盖的坡面,坡上部土壤粗化程度强于坡中和坡下.雨季前土壤中粘粒和粉粒的含量最大,砂粒的含量最小;其次是雨季中,雨季后粘粒和粉粒的含量最小,砂粒的含量最大.在坡度较小且有植被覆盖的坡面,坡上部存在微弱的土壤粗化现象,坡下部表层土壤未现粗化.雨季前后,土壤中粘粒、粉粒和砂粒的含量变化均呈现相反的规律,即雨季前土壤粘粒、粉粒含量最小,砂粒的含量最大;而雨季后土壤粘粒、粉粒含量最大,砂粒的含量最小.随着降雨次数的增加,无论是与土壤分离的泥沙,还是坡面的产沙,粘粒含量均在减小,砂粒含量均在增多.降雨、坡度、坡长等均对泥沙起动产生促进影响,而植被覆盖会减弱土壤侵蚀和流失.     

粤北岩溶峰丛自然坡面与梯田土壤侵蚀特征分析

选择广东省英德市岩背镇典型峰丛洼地坡面为调查样地,系统调查自然坡面与梯田不同海拔的岩石裸露率、土层厚度、坡度,并测定其土壤粒度。结果表明:1峰丛洼地自然坡面的岩石裸露率与高程、高程与坡度之间存在极显著正相关关系,土层厚度与岩石裸露率、坡度、高程之间均为极显著负相关关系,岩石裸露率与坡度之间为显著负相关关系,而梯田由于人为平整,土层厚度与高程的关系规律不明显。2峰丛洼地自然坡面土壤中砂粒含量最高,平均含量为75.79%,其次是粉粒和黏粒,含量分别为6.73%²2.35%、1.21%22.35%、1.21%¹5.44%,随海拔降低细砂粒、粉粒含量有增加趋势,粗砂粒含量有降低趋势;梯田地表土壤中粗粉粒含量最高,分别为29.53%15.44%,随海拔降低细砂粒、粉粒含量有增加趋势,粗砂粒含量有降低趋势;梯田地表土壤中粗粉粒含量最高,分别为29.53%³7.71%,其次是细砂粒、黏粒,含量分别为25.58%37.71%,其次是细砂粒、黏粒,含量分别为25.58%⁴1.66%、14.55%41.66%、14.55%¹9.37%,粗砂粒和石砾含量较低,分别低于8.11%和2%。3峰丛洼地地貌的复杂性和岩溶环境的土—石二元结构形成的地表非均质性极大地影响了地表侵蚀与土壤物质搬运过程,地表侵蚀与垂直渗漏共存。4梯田改造了坡面地形,在一定程度上降低了土壤地表侵蚀的程度,减少了土壤细粒物质的流失,但无法阻止垂直渗漏现象的发生。     

黄土坡面薄层流侵蚀过程试验研究

研究黄土坡面薄层流侵蚀过程对于深化黄土坡面土壤侵蚀过程有重要意义.采用人工模拟降雨试 验方法,对黄土坡面薄层流侵蚀过程进行了研究.(1)不同雨强条件下,薄层流侵蚀随降雨过程的变化相似,都随降雨历时的增长呈递增趋势,可用幂函数方程进行描述;(2)不同坡度条件下,薄层流侵蚀模数皆随雨强的增大而增大,可用线性相关方程进行描述;(3)不同雨强条件下,薄层流侵蚀模数随坡度的增加总体呈先增大后减小的趋势,侵蚀模数随坡度变化的关系可以用对数线性相关方程进行描述;(4)不同雨强条件下,薄层流侵蚀随坡长的增加可用对数线性方程进行描述;(5)不同雨强、坡度、坡长条件下,坡面薄层流侵蚀变化可用三元线性经验方程表述.其中降雨强度对侵蚀的影响最大,其次是坡度,坡长对其的影响最小.     

鄱阳湖沙山地区沙化土地特征及成因分析

鄱阳湖沙山地区土地沙化属于南方荒漠化的一种典型类型,是在湖滨沙质阶地的基础上形成的,它既有别于北方的土地沙漠化,又区别于南方其它类型的荒漠化.基于野外调查的基础上对该地区土地沙化特征进行描述,同时从历史背景、当代气候特征以及鄱阳湖水位变化等几个方面对沙化的成因进行了分析.分析结果表明:(1)目前该地区土地沙化趋于变好态势;(2)历史上的海平面变化及气候特征成为鄱阳湖沙山形成的主要因素,而沙山又为该地区当代土地沙化提供了丰富的物质来源.(3)当代气候特征下,流水及固定风向的长期侵蚀为土地沙化提供了动力因素,而鄱阳湖水位的周期性变化,为土地沙化的物质循环提供了有利的环境.总的来说,鄱阳湖沙山地区的土地沙化是在历史地质地貌变迁、当代气候条件、湖泊变化以及人为活动等因素的共同作用下形成的独具特色的亚热带土地荒漠化.     

雨型和坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响

为揭示降雨和坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响,以不同坡长野外观测试验小区为对象,结合82场降雨资料,以降雨量(P,mm)、最大30 min雨强(I₃₀,mm/h)和降雨侵蚀力[R,MJ·mm/(hm²·h)]为降雨特征指标,利用系统聚类法进行雨型划分(A雨型：大雨量、高雨强、高侵蚀力;B雨型：中雨量、小雨强、中等侵蚀力;C雨型：低雨量、中雨强、中低等侵蚀力),分析了11场降雨事件中侵蚀泥沙的粒径分布特征。结果表明：(1)研究区侵蚀泥沙粒径特征受不同雨型影响,有效黏粒和最终黏粒含量在C雨型下最高,有效砂粒和最终砂粒含量在B雨型下最高,而有效粉粒和最终粉粒含量分别在A和C雨型下最高。(2)坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响存在临界坡长效应(14 m),小于临界坡长时,黏粒级和粉粒级颗粒含量随坡长增加而降低;超过临界坡长后,黏粒级和粉粒级颗粒含量随坡长增加而增加,该效应在最终粒径下更为显著。(3)有效砂粒输移形式受雨型和坡长影响较大,在B雨型下主要以团粒形式输移,在A,C雨型下达临界坡长时以单粒形式输移。侵蚀泥沙的有效粒径颗粒比原坡面土壤细,而最终粒径颗粒则...     

模拟降雨下覆沙坡面侵蚀颗粒特征研究

风水交错侵蚀是风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要形式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于进一步研究风水交错侵蚀耦合机制及其对环境的影响有重要意义。采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强和覆沙厚度及长度)条件下覆沙坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征。结果表明:不同降雨条件下侵蚀泥沙颗粒中粉粒和砂粒的含量较高,分别达到了48.86%、42.77%;坡面覆沙后,侵蚀泥沙中以粗颗粒居多,以黄土作为供试土壤,表层覆盖沙物质以后,仅有黏粒的富集率大于1;侵蚀泥沙的分形维数随着覆沙厚度和长度的增大而减小,d50则随着覆沙厚度和长度的增大而增大;覆沙厚度和长度对分形维数和d50的影响大于雨强。     

天然降雨下紫色土和第四纪红黏土坡面侵蚀过程研究

选取南方红壤区紫色土和第四纪红黏土两种典型土壤类型,通过天然降雨试验,在同等试验条件下对紫色土和第四纪红黏土两种土壤的坡面侵蚀过程中径流量变化、产沙量变化、土壤团聚体以及粒径分析来阐述我国南方红壤区的土壤坡面侵蚀过程。结果表明:（1）降雨是造成土壤坡面产生径流的主要原因,随着降雨的不断增大,土壤坡面径流量不断的增加,紫色土的总径流量较第四纪红黏土大。（2）雨强是造成土壤坡面产沙量的主要原因,特别是在中雨强降雨和大雨强降雨时,土壤侵蚀泥沙量的产生比较明显,紫色土与第四纪红黏土的土壤侵蚀泥沙量比例关系为:1.14∶1.0。（3）紫色土和第四纪红黏土均以 < 0.25 mm的微团聚体占优势,均占65%以上,而紫色土达到90%之多,紫色土微团聚体流失较第四纪红黏土严重。（4）通过两种土壤的降雨前后土壤颗粒对比分析,紫色土减少的土壤颗粒主要是黏粒和粉粒,砂粒相对增加,变化量大,而第四纪红黏土相对较少。     

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。     

红壤丘陵区坡地土壤颗粒组成的空间分布特征研究

通过分析红壤丘陵区农田坡面14个0~100 cm剖面的土壤颗粒组成,结合研究区土壤侵蚀等相关资料,拟阐明坡面尺度土壤砂粒、粉粒和黏粒含量的空间分布特征,揭示自然条件下土壤颗粒组成在水平和垂直方向上的分布规律。结果表明:坡面尺度土壤砂粒、粉粒和黏粒均呈现出中等的空间异质性,变异系数分别介于17.6%~23.2%、10.7%~15.8%和13.5%~17.0%。由于粗颗粒的沉积,花生地和橘园地均表现出坡下的砂粒含量显著高于坡上和坡中(P0.05),黏粒含量坡下显著低于其他坡位(P0.05);由于黏粒更容易随入渗过程向深层运动,两种植被类型均表现出土壤砂粒含量随深度增加而降低(P0.05)、黏粒含量随深度增加而增加的趋势(P0.05)。无论在水平方向还是垂直方向上,粉粒含量均无明显变化规律(P0.05)。砂粒含量随坡位和土壤深度的变化程度均大于粉粒和黏粒。植被类型及相应的耕作制度影响土壤颗粒的分布,土壤砂粒在水平方向上的运动在花生地表现得强于橘园地;橘园地土壤黏粒含量在垂直方向上的迁移速率大于花生地,而对粉粒含量的分布规律影响不大。     

沂蒙山区小流域坡耕地土壤颗粒结构与养分退化特征

为探讨坡耕地土壤退化程度及其与坡度的关系,在沂蒙山区选择典型小流域,通过测定流域内不同坡度坡耕地、弃耕地与生态林地的土壤颗粒组成、分形维数、土壤养分质量分数的变化及其相关性,研究坡耕地土壤颗粒结构与养分退化特征。结果表明：1）所有土地利用类型,土壤砂粒体积分数最高,黏粒体积分数最低,平均值分别为70．81％、0．75％;2）土壤颗粒分形维数、有机质质量分数为生态林地〉弃耕地〉坡耕地;3）坡耕地土壤颗粒分形维数随坡度增加而减小,其大小与土壤粉粒和黏粒体积分数分别呈极显著、显著正相关;4）所有土地利用类型,土壤有机质质量分数与砂粒体积分数显著负相关,与粉粒和黏粒体积分数显著正相关,土壤氮、磷、钾养分质量分数与土壤颗粒体积分数相关性不显著;5）研究区土壤具有粗骨性砂土的物理特性,坡耕地耕作或坡度加大会增强土壤粉粒和黏粒的流失,导致土壤颗粒分布的均匀性及其分维数下降,水肥保蓄性能和养分质量分数降低。     

Effect of rainfall intensity and slope steepness on the development of soil erosion in the Southern Cis-Ural region (A model experiment)

The effect of rainfall intensity on the erosion of residual calcareous agrogray soils and clay-illuvial agrochernozems in the Southern Cis-Ural region on slopes of different inclination and vegetation type has been studied by simulating with a small-size sprinkler. It has been shown that soil loss linearly depends on rainfall intensity (2, 4, and 6 mm/min) and slope inclination (3° and 7°). When the rainfall intensity and duration, and the slope inclination increase, soil loss by erosion from agrogray soils increases higher than from agrochernozems. On the plowland with a slope of 3°, runoff begins 12, 10, and 5 min, on the average, after the beginning of rains at these intensities. When the slope increases to 7°, runoff begins earlier by 7, 6, and 4 min, respectively. After the beginning of runoff and with its increase by 1 mm, the soil loss from slopes of 3° and 7° reaches 4.2 and 25.7 t/ha on agrogray soils and 1.4 and 4.7 t/ha on agrochernozems, respectively. Fallow soils have higher erosion resistance, and the soil loss little depends on the slope gradient: it gradually increases to 0.3–1.0 t/ha per 1 mm of runoff with increasing rainfall intensity and duration. The content of physical clay in eroded material is higher than in the original soils. Fine fractions prevail in this material, which increases their humus content. The increase in rainfall intensity and duration to 4 and 6 mm/min results in the entrapment of coarse silt and sand by runoff.