红壤表土团聚体稳定性对坡面侵蚀的影响

通过野外人工模拟降雨试验,研究了第四纪红粘土、泥质页岩和花岗岩三种母质发育的红壤团聚体稳定性对土壤坡面侵蚀和侵蚀泥沙特性的影响.结果表明：坡面土壤侵蚀量和径流强度与土壤团聚体稳定性存在显著负相关关系,且不同团聚体稳定性指标与二者相关程度存在差异,其中湿筛团聚体平均重量直径（MWD）和》0.25 mm水稳性团聚体含量（WSA0.25）与侵蚀量和径流强度相关程度最高,快速湿润中1～0.5 mm团聚体和湿润振荡中2～1 mm团聚体标准化平均重量直径（NMWD）与二者的相关性也达到了显著;泥沙粒径与湿筛MWD和WSA0.25之间相关关系（偏相关分析）呈显著正相关（r=0.8283^＊,r=0.8209^＊）;快速湿润中1～0.5 mm团聚体和湿润振荡中2～1 mm团聚体的NMWD与泥沙粒径也存在较好正相关关系（r=0.7458,r=0.6859）.泥沙粒径和水流功率在本研究中未表现出较好相关性（r=-0.1852）.     

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。     

激光微地貌扫描仪测定侵蚀过程中地表糙度

为研究激光微地貌扫描仪用于测定南方红壤地区地表微地貌的演变特征和规律的可行性,该研究应用亚毫米级高精度激光扫描和计算机数字图像处理相结合的方法,在野外原位研究了鄂南3个典型红壤(泥质页岩发育红壤、第四纪红黏土发育红壤1和第四纪红黏土发育红壤2)模拟降雨条件下坡面侵蚀过程中的地表糙度变化过程,初步探讨了降雨和径流对红壤坡面微地貌形态演变作用。结果表明:1)随着降雨进行,雨滴打击和径流搬运的联合作用导致地表糙度降低,间歇式降雨后,供试土壤泥质页岩发育红壤、第四纪红黏土发育红壤1和第四纪红黏土发育红壤2的地表糙度分别降低了18.2%、18.4%和11.8%;2)地表糙度变化主要发生在降雨初期,第1场降雨前后,泥质页岩发育红壤、第四纪红黏土发育红壤1和第四纪红黏土发育红壤2的地表糙度降低幅度分别为16.1%、19.7%和9.6%,均达到显著水平。采用亚毫米级高精度激光扫描和计算机数字图像处理相结合的方法,能很好地定量化研究坡面水蚀过程中地表糙度的演变特征和规律。研究为南方红壤区坡面水蚀过程中地表微地貌的研究提供一定的参考,对土壤侵蚀过程模拟与预测模型的研究具有一定的参考价值。     

天然降雨条件下3种土壤坡面的侵蚀过程及颗粒组成

选取南方红壤侵蚀区3种典型的侵蚀土壤坡面和3场具有代表性的天然降雨,在同等试验条件下对其产流产沙规律及降雨前后坡面土壤颗粒组成进行对比。结果表明：在相同的侵蚀条件下,3种土壤的径流量表现为紫色土〉花岗岩红壤〉第四纪红黏土;产沙量表现为花岗岩红壤〉紫色土〉第四纪红黏土;通过降雨前后3种土壤表面的颗粒组成比较发现,3种土壤表面颗粒均有粗化的趋势。大量细颗粒的流失,是造成土壤退化乃至生态恶化的重要原因。     

三峡库区紫色土坡地土壤颗粒流失特征

选取20°长期耕作紫色土坡面径流小区进行模拟降雨试验,分析坡面土壤的颗粒组成及其变异,比较侵蚀泥沙颗粒组成的过程变化及其与坡面土壤颗粒组成的差异。结果表明,紫色土具有较宽变幅的颗粒组成,0.002～0.25mm的颗粒含量最高,坡面土壤存在较大的异质性;降雨初期侵蚀泥沙中<0.05mm的单粒和微团聚体含量都在65%以上,富集率分别为1.30,1.44,整个泥沙中的富集率分别为1.12,1.10,是侵蚀泥沙的主体,这其中又主要是0.002～0.05mm的粉粒和微团聚体;泥沙中<0.01mm的物理性粘粒及>0.25mm的水稳性团聚体富集率分别为1.10,1.16;随着降雨时间延长,单个泥沙样的颗粒组成逐渐接近雨前表土。     

鄂南第四纪粘土红壤团聚体的稳定性及其稳定机制初探

用湿筛法和LeBissonnais法研究了鄂南第四纪红粘土母质发育的两种侵蚀程度的红壤团聚体的稳定性,并且分析了影响供试土壤团聚体稳定性的土壤性质。结果表明,轻度侵蚀的耕作土壤团聚体的稳定性较低,在水的作用下易崩解成较小粒径的水稳性团聚体;强度侵蚀的土壤表层团聚体的稳定性较高,崩解后产生较多的水稳性大团聚体。引起土壤团聚体破坏的主要作用机制是土壤团聚体中的闭蓄空气爆破引起的消散作用;研究区第四纪红壤团聚体的主要胶结物质是土壤中的粘粒、游离氧化铁铝和无定形铁。由于供试土壤中有机质含量很低,在本研究中,有机质含量与土壤团聚体稳定性之间没有显著正相关关系。     

农田暴雨径流侵蚀泥沙流失及其对氮磷的富集

利用室内模拟降雨径流试验(降雨强度72mm/h),研究侵蚀泥沙的粒径分布特征及其对氮磷的富集作用。结果表明,侵蚀泥沙的团聚体组成和原来土壤有很大差异,<0.25mm团聚体占侵蚀泥沙重量的81%,而在原土壤中只有16%;>0.25mm的团聚体只有19%,远远低于原土壤中的84%。颗粒态氮磷分别占径流流失氮磷的94%和91%以上,而78%的颗粒态氮和69%的颗粒态磷是通过小于0.25mm团聚体流失的;44%的颗粒态氮和32%的颗粒态磷是通过<0.045mm团聚体流失的。侵蚀泥沙氮磷富集系数随时间而下降,并与侵蚀泥沙累积流失量之间呈显著的对数线性相关。侵蚀泥沙中<0.25mm团聚体,尤其是氮磷含量较高的<0.045mm团聚体的富集是侵蚀泥沙对氮磷富集的原因。     

亚热带地区几种红壤坡面侵蚀泥沙的物质组成特性

以三种母质发育的5个红壤为研究对象,在人工降雨条件下,研究不同降雨动能条件下坡面侵蚀泥沙的颗粒分布特征及物质组成状况。结果表明:侵蚀泥沙的颗粒分布受土壤母质和降雨侵蚀力影响差异较大,相同母质红壤产生泥沙的颗粒组成特征相似,纱网覆盖条件下泥沙中细颗粒(0.02 mm)相对含量普遍高于裸地,泥质页岩发育红壤(HS)和花岗岩发育红壤(TG1和TG2)泥沙(分散后)表现为黏粒和粉粒的富集,富集率为1.15~3.14,第四纪红黏土发育红壤(HQ1和HQ2)泥沙中(分散后)砂粒富集比较明显,富集率最高为3.84;对于HS、TG1和TG2土壤而言,泥沙中有机质(OM)、游离氧化铁铝(Fed和Ald)主要分布在0.05 mm粒径中,而对于HQ1和HQ2土壤而言,则主要分布在0.25 mm和0.05 mm两个粒级的泥沙颗粒中,其中有机质(OM)富集最明显;泥沙中OM、Fed和Ald之间达到极显著相关(r≥0.82),而且它们与土壤中阳离子交换量(CEC)、Fed、Ald、非晶形氧化硅(Sio)、黏粒含量的相关性也达到极显著水平(r≥0.81),说明泥沙中这些物质间相互影响,而且很大程度上取决于供试土壤的自身物质含量。     

基于模拟降雨的土壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应

土壤表土结皮对坡面侵蚀过程具有重要影响,利用模拟降雨条件下土壤贯入和产流产沙试验,对不同降雨场次紫色土和黄壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应进行研究。结果表明：（1）PT型贯入仪测定的贯入数值（P）与含水率（θ）成标准指数函数关系。（2）不同降雨场次表土结皮存在＂无结皮→弱结皮→强结皮→弱结皮→新结皮＂的动态发育过程,相同降雨条件下黄壤表土结皮强度大于紫色土的。（3）持续降雨过程不同降雨场次土壤表土结皮对溅蚀影响不明显,而与产流存在显著的动态响应关系,结皮强度越大产流量也越大,结皮对产流的影响随着降雨进行而有增大趋势,黄壤表土结皮的径流增加量大于紫色土的,而紫色土坡面结皮对产流量变化敏感程度大于黄壤。不同场次降雨过程土壤表土结皮对坡面侵蚀产沙影响存在差异,前4场降雨表土结皮强度与坡面侵蚀产沙有相同的变化趋势,4次降雨后土壤表土结皮表现为对坡面侵蚀有抑制作用。     

黄麻土工布覆盖对花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性的影响

[目的]探究黄麻土工布覆盖条件下花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性,为花岗岩红壤区坡面土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,在2个坡度(5°和15°坡度)、3种密度(无覆盖,6 cm×6 cm及3 cm×3 cm网格)的黄麻土工布覆盖条件下,研究极端降雨条件下(90 mm/h)花岗岩红壤表土的坡面侵蚀特性,并观测径流系数、土壤侵蚀速率、泥沙颗粒变化规律及富集率等指标。[结果]坡面径流随降雨历时增加而增加,土壤侵蚀速率则相反,表明侵蚀过程是一个分离受限的过程。和对照组相比,黄麻土工布覆盖在不同试验条件下都具有明显的减流减沙作用。另外,由侵蚀泥沙的粒径分选规律可知,坡面土壤中的黏粒和粉粒大小的颗粒倾向于被优先选择性搬运,其结果致使坡面石英粗颗粒富集,在缓坡(5°)与高密度黄麻土工布覆盖条件下(3 cm×3 cm网格)尤为突出。坡面石英粗颗粒随降雨历时增加不断富集进一步增加了原位坡面的侵蚀抗性,产生了土壤侵蚀速率随降雨历时不断降低的现象。[结论]高密度黄麻土工布的覆盖能够有效地减流减沙,增加原位坡面抗蚀性,是一种有效的水土保持措施,在今后的土壤侵蚀防治和劣地恢复工作中应该被重视。     

不同用量猪粪对红壤花生坡地水土流失和磷素流失的影响

通过田间径流微区定位试验,以中亚热带3种典型母质(花岗岩、红砂岩、红黏土)发育红壤花生坡地为研究对象,以当地常规化肥用量处理为对照,连续3年研究了在常规化肥用量减半条件下配施6个不同用量腐熟猪粪(猪粪含有0,0.5,1,2,4,8倍的对照处理磷用量)对红壤花生坡地水土流失和磷素流失的影响,以期为典型红壤地区合理施用猪粪提供科学依据。结果表明:化肥减半配施猪粪处理能有效降低红壤坡地的产流产沙,但随着猪粪用量的增加,径流水和泥沙磷含量均呈线性增加,环境风险增大。径流量和泥沙量均为花岗岩红壤红砂岩红壤红黏土红壤。配施3 500kg/(hm~2·a)猪粪,花岗岩红壤的径流量减少了28.0%、泥沙量减少了6.3%,红砂岩红壤的径流量减少了23.2%、泥沙量减少了37.1%;而配施7 000kg/(hm~2·a)猪粪,红黏土红壤的径流量减少了40.7%,泥沙量减少了12.8%。当花岗岩红壤、红砂岩红壤、红黏土红壤的猪粪用量分别达到14 000,28 000,28 000kg/(hm~2·a)时,径流水总磷平均含量超过地表水环境质量标准V类限值。径流水总磷含量为花岗岩红壤红黏土红壤红砂岩红壤,而泥沙总磷含量则为红黏土红壤花岗岩红壤红砂岩红壤。在减半化肥用量条件下花岗岩红壤和红砂岩红壤配施与常规化肥处理等磷量[P含量40kg/(hm~2·a)]的猪粪、红黏土红壤配施2倍常规化肥处理磷含量[P含量80kg/(hm~2·a)]的猪粪,可有效减少水土流失,且3年内不会增加磷素流失风险。     

湿润速率和粘粒含量对红壤沟间侵蚀的影响

An aggregate stability test and a simulated rainfall test were conducted on four representative Ultisols from southeastern China. The soils selected, with clay contents ranging between 117 and 580 g kg-1 , were derived from shale and Quaternary red clay. The stability of aggregates (2–5 mm in diameter) obtained from the soil samples were determined by the Le Bissonnais method. For determination of infiltration, runoff, and erosion, the soil samples were packed in 30 cm × 60 cm trays, wetted at rates of 2, 10, and 60 mm h-1 , and then exposed to simulated rainfall at 60 mm h-1 for 1 h. The results indicated that both aggregate stability and slaking caused by fast wetting increased with increasing clay content. The effect of wetting rate (WR) on infiltration and seal formation varied with clay contents. In the soil with low clay content (sandy loam), the infiltration rate was affected slightly by WR due to low aggregate stability and slaking. In the soils with medium clay content (silt clay loam and clay), WR affected infiltration significantly due to the high aggregate slaking force. In the soil with high clay content, the effect of WR on infiltration was significant, but not as evident as in the soils with medium clay content, which may be related to high aggregate stability by wetting partially compensating for slaking force. The effect of WR on soil loss was similar to that of runoff, but more pronounced. The findings from this study indicated that the relationship between wetting rate and clay content should be considered when predicting interrill erosion in Ultisols.     

湘东地区典型土壤团聚体稳定性的影响因素

[目的]揭示湘东地区土壤团聚体的分布规律及其影响稳定性因素,为研究南方土壤团聚体胶结机制提供一定的理论依据。[方法]在湘东地区选择3种常见成土母质(第四纪红土、花岗岩风化物、板岩风化物)上发育的典型自然林地、水田与旱地,采集表层土壤(0—20cm)与底层土壤(40—60cm),利用湿筛法测定土壤水稳性团聚体组成。[结果]土地利用方式、母质类型及土层部位显著影响土壤团聚体的组成及稳定性,且它们的交互作用也非常明显。不同利用方式下土壤团聚体稳定性总体表现为:水田林地旱地;但利用方式对团聚体稳定性的影响仅局限于表层土壤,同时在花岗岩风化物发育质地较砂的土壤上表现不明显。不同母质间土壤团聚体稳定性呈现出如下规律:第四纪红土板岩风化物花岗岩风化物,但表层土壤或旱地、林地利用下该规律不甚明显。同时,表层土壤团聚体稳定性一般要显著高于底层土壤,但对于第四纪红土发育质地较为黏重的土壤或水田利用方式下并非如此。[结论]成土母质、利用方式、土层部位通过对土壤质地、有机质、氧化物等的影响间接影响着湘东地区土壤团聚体的分布。     

中国亚热带红壤团聚体稳定性与土壤化学性质的关系

The stability of aggregates in the surface soil is crucial to soil erosion and runoff generation. Thus, to understand the stability and the breakdown mechanisms of soil aggregates as well as the relationship between aggregate stability and selected soil chemical properties, such as different forms of Fe and Al oxides, organic matter, CEC and clay content, the aggregates of slightly and severely eroded red soils derived from Quaternary red clay in subtropical China were analyzed using the routine wet sieving and the Le Bissonnais methods. The results indicated that the aggregates of the severely eroded soils were more stable than those of the slightly eroded soils. Different aggregate breakdown mechanisms resulted in different particle size distribution. The slaking from entrapped air in aggregates severely destroyed the soil aggregates, especially in the slightly eroded soils. Meanwhile, mechanical breakdown and microcracking had little effect on the aggregates compared to slaking. The fragments resulting from slaking were mainly microaggregates that increased in size with increasing clay content. The main fragment size of the slightly eroded soils was 1.0-0.2 mm, while for the severely eroded soils it was 5.0-2.0 mm and 1.0-0.5 mm. Overall, more than 20% of the fragments were smaller than 0.2 mm. In addition, aggregate stability was positively and often significantly correlated with Fe_d, Al_d, Fe_o and clay content, but significantly and negatively correlated to SOC.     

广东省赤红壤区土壤团聚体有机碳和铁氧化物特征及稳定性

通过野外采样和室内分析相结合,以广东省赤红壤区花岗岩(G)、第四纪红土(Q)和砂页岩(S)母质发育的林地(FL)、水田(PF)和旱地(UL)土壤为研究对象,分析了土壤团聚体有机碳及其组分和不同形态铁氧化物含量,探究了其对土壤团聚体稳定性的影响及贡献。结果显示:(1)3种母质发育的3种利用方式土壤团聚体均以>0.25 mm为主,2~5 mm团聚体以花岗岩母质发育林地土壤最高(58.51%),0.25~2 mm团聚体以花岗岩(62.93%)和第四纪红土(59.21%)母质发育水田和旱地土壤最高;土壤团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)以砂页岩母质发育林地土壤最高;(2)3种母质发育林地土壤团聚体有机碳及其组分主要分布在2~5 mm粒径中,水田和旱地土壤团聚体有机碳及其组分主要分布在<0.053 mm粒径中;3种母质发育林地土壤团聚体铁氧化物含量主要分布在<0.053,0.25~2 mm粒径中,水田和旱地土壤团聚体铁氧化物含量主要分布在<0.053 mm粒径中。(3)相关分析和主成分分析表明,MWD、GMD与团聚体HAC、HAC/FAC、Fe fr和Fe co呈显著相关(P<0.05);不同母质和利用方式以砂页岩母质发育的林地土壤团聚体胶结能力最好。研究表明,不同母质和利用方式土壤团聚体HAC、HAC/FAC、Fe fr和Fe co含量分布差异显著,进而影响了土壤团聚体分布和稳定性,同时砂页岩母质发育的林地土壤团聚体结构较稳定。     

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。     

前期土壤含水率对红壤团聚体稳定性及溅蚀的影响

为了探究前期含水率对南方红壤团聚体稳定性及溅蚀的影响,选取泥质页岩和第四纪红黏土发育的4个典型红壤为研究对象,就5个前期含水率(3%、5%、10%、15%、20%)条件下3~5 mm团聚体水稳定性特征及其与溅蚀的关系进行了初步的探讨。结果表明,消散作用是团聚体破碎最有效的机制,土壤前期含水率越大,团聚体破碎程度越小。随着前期含水率的升高,泥质页岩发育的2种红壤水稳性团聚体平均质量直径(MWDwa)显著增大;第四纪红黏土发育的2种红壤水稳性团聚体平均质量直径(MWDwa)先增大后减小,拐点出现在含水率为15%条件下。泥质页岩发育2种红壤溅蚀量随前期含水率的升高显著减小;第四纪红黏土发育2种红壤溅蚀量随前期含水率的升高呈现先减小后增大的趋势,在含水率为15%时达到最小。团聚体水稳性较高的土样,溅蚀粒径分布呈双峰曲线分布,主要分布1~0.5和0.05 mm范围内,且前期含水率越高,0.05 mm溅蚀颗粒含量越大;而团聚体水稳定性较差的土样,除前期含水率为20%外,溅蚀粒径分布呈单峰曲线分布,主要分布在0.25~1mm。该结果为红壤区农业水土工程及机侵蚀机理研究提供一定的参考,对完善坡面水蚀模型具有一定的参考价值。     

Aggregate Stability and Its Relationship with Some ChemicalProperties of Red Soils in Subtropical China

The stability of aggregates in the surface soil is crucial to soil erosion and runoff generation. Thus, to understand the stability and the breakdown mechanisms of soil aggregates as well as the relationship between aggregate stability and selected soil chemical properties, such as different forms of Fe and A1 oxides, organic matter, CEC and clay content, the aggregates of slightly and severely eroded red soils derived from Quaternary red clay in subtropical China were analyzed using the routine wet sieving and the Le Bissonnais methods. The results indicated that the aggregates of the severely eroded soils were more stable than those of the slightly eroded soils. Different aggregate breakdown mechanisms resulted in different particle size distribution. The slaking from entrapped air in aggregates severely destroyed the soil aggregates,especially in the slightly eroded soils. Meanwhile, mechanical breakdown and microcracking had little effect on the aggregates compared to slaking. The fragments resulting from slaking were mainly microaggregates that increased in size with increasing clay content. The main fragment size of the slightly eroded soils was 1.0-0.2 mm, while for the severely eroded soils it was 5.0-2.0 mm and 1.0-0.5 mm. Overall, more than 20% of the fragments were smaller than 0.2 mm.In addition, aggregate stability was positively and often significantly correlated with Fed, Ald, Feo and clay content, but significantly and negatively correlated to SOC.