利用地基激光雷达估算不同地表条件下土方量

不同地表条件下土方量估算对土壤侵蚀量监测以及高标准农田工程建设具有重要意义,但基于地基激光雷达（Terrestrial Laser Scanning,TLS）的估算精度尚需求证。在江西省鹰潭市红壤生态实验站获取了7种不同地表条件下（植被覆盖度、砾石含量、地形起伏）填/挖土前后两期TLS数据,采用移动曲面拟合滤波与反距离加权插值方法计算填/挖土方量并验证,分析了TLS测站数量、位置与点云间距对计算精度的影响。结果表明：1）TLS在不同地表条件下估算土方量误差为1.69%～18.17%;2）在保证土方量计算精度的前提下,植被覆盖度小于1%、20%～30%的样方可分别将测站数量减少至2个和3个,低地势测站位置更有利于获取地表完整信息;3）TLS计算土方量的精度随点云间距增加而降低,近地表无覆盖、有覆盖的样方最优点间距分别为1～8和1～4 cm。研究为估算厘米级土体三维时空变化研究提供技术支持,为TLS野外观测设置提供依据。     

植被叶面积指数与覆盖度定量表征红壤区土壤侵蚀关系的对比研究

选择较合理的植被指标,对提高植被水土保持效益评价精度具有重要理论与现实意义。本研究基于福建省长汀县河田镇12个土壤侵蚀试验小区2007年和2008年2 a的降雨、径流、泥沙数据及各小区的植被叶面积指数(LAI)、植被覆盖度(VFC)资料,利用对比与统计分析方法,研究了2种植被覆盖类型(纯马尾松林、马尾松林草)和不同覆盖度(80%、60%、45%、30%、15%和5%)的红壤水土流失特点,探讨了LAI与VFC定量表征水土流失关系的稳定性和可靠性。结果表明,与裸地小区比较,马尾松纯林覆盖一定程度上降低了土壤侵蚀模数,对径流的减少作用并不明显;而马尾松林草覆盖可显著减少25%左右的径流,土壤侵蚀模数减少也在90%以上,林草结合的植被覆盖结构具有更强的水土保持功能。以LAI表征2种植被覆盖类型的土壤侵蚀模数,均能达到显著水平(p0.05);而以VFC来表征土壤侵蚀模数,仅马尾松林草覆盖类型达到了显著水平。选择LAI表征土壤侵蚀模数来评价植被水土保持效益,将更为稳定和可靠。     

红壤缓坡花生地不同水土保持措施效果分析

采用径流小区试验,以花生常规种植为对照,研究红壤荒坡花生地花生+草篱、花生+覆盖+草篱、花生+覆盖3种种植措施的水土保持效果.试验从4月份花生种植后开始测定,8月底花生收获结束.结果表明:1)3种种值措施地表径流量均随日降雨量的增大而增大;2)3种种植措施地表径流量、土壤侵蚀量均与对照差异显著(P＜0.01).表明,花...     

黄土退耕坡地工程治理与林草优化配置模式研究

为使黄土退耕坡地植被快速恢复，减少水土流失，根据不同植物的生性特点，结合坡地不同的工程治理措施，研究提出了以草为主，草、树间作的治理模式，解决了退耕坡地当年裸露地表水土流失严重的问题。指出对于15°～20°的坡地，以大台田＋艹律草＋经济林治理模式最好，当年植被盖度可达47.2％，4年后可达75.9％，土壤侵蚀量较对照下降34.30％；对于20°～25°坡地，以隔坡梯田+艹律草+乔木生态林的治理模式最好，当年植被盖度可达33.9％，4年后达49.4％，土壤侵蚀量比对照下降67.04％；对于25°以上坡地宜采用大鱼鳞坑+冰草+灌木组合治理模式，当年植被盖度可达28.7％，4年后达36.3％，土壤侵蚀量比对照下降68.17％。三种模式均能有效地减轻雨滴对疏松表土的溅蚀，提高了土壤含水率和植被覆盖度，利于形成林草和谐共生的稳定群落。     

稻草覆盖和香根草篱联合调控红壤坡耕地土壤团聚体粒组碳钾分配规律

土壤有机碳可以通过影响土壤矿物钾释放以及解钾菌特性而对土壤钾素产生影响，本文基于稻草覆盖和香根草篱控制红壤坡耕地水土流失长期定位试验，通过对比常规管理(CK)、稻草覆盖(S)、稻草覆盖+香根草篱 (S+V)处理，研究稻草覆盖及香根草篱措施对土壤主要化学性质的影响，并分析土壤团聚体粒组分布及碳和钾在土壤团聚体粒组中的分配规律。结果表明，在所有处理中，S+V处理的土壤pH、有机碳、全钾和速效钾含量显著较高，与CK处理相比，S+V处理的土壤pH提高了0.23，有机碳、全钾和速效钾含量分别提高了6.52%、11.60% 和11.49%。不同处理下土壤团聚体粒组分布无显著差异，所有土壤团聚体粒组中均以>0.25 mm土壤团聚体粒组的比例最高。与CK处理相比，S和S+V处理的 >2 mm土壤团聚体粒组有机碳含量分别提高了9.42% 和40.03%。与CK处理相比，S+V处理下 >2 mm、0.25 ~ 0.053 mm和 <0.053 mm土壤团聚体粒组中全钾含量分别提高了3.67%、4.92% 和5.14%。同时，S+V处理下 >2 mm和 <0.053 mm土壤团聚体粒组中速效钾含量分别比CK处理增加了20.10% 和12.28%。因此，在红壤坡耕地上，稻草覆盖和香根草篱联合措施是有效改善土壤团聚体粒组碳钾分配的水保措施，一方面提升了>2 mm土壤团聚体粒组的有机碳含量，另一方面也显著增加了>2 mm和 <0.053 mm土壤团聚体粒组的速效钾含量，从而有利于维持土壤结构，为保障作物高产奠定基础。     

草篱对坡耕地水土流失的影响

在华北地区采用人工模拟降雨的方法研究了狼尾草和野古草两种人工草篱在不同雨强(22,36,63 mm/h)和不同坡度(5%,10%,15%,20%)条件下对坡耕地水土流失的影响。结果表明:野古草草篱可减少7%~37%的地表径流和49%~63%土壤侵蚀,狼尾草草篱可减少30%~72%的地表径流和69%~89%的土壤侵蚀,数据显示两种草篱均能减少坡耕地地表径流和土壤侵蚀,且狼尾草草篱的水土保持作用明显好于野古草草篱;多元回归分析结果表明,地表径流量和土壤侵蚀量与草篱、坡度和降雨强度均呈显著相关,其中草篱带是影响坡耕地水土流失的主要因子。     

有机覆盖对城市森林土壤有机碳矿化及其氧化稳定性特征的影响

为探究有机覆盖对城市森林土壤有机碳矿化及其氧化稳定性特征的影响，采集北京市鹫峰国家森林公园土壤，进行室内培养，研究不覆盖(CK)、木片覆盖(M_w)、堆肥覆盖(M_c)、上层木片覆盖+下层堆肥覆盖(M_w+c) 4种条件下土壤有机碳矿化特征及氧化稳定组分变化。结果表明，不同有机覆盖方式均显著影响了土壤有机碳(SOC)矿化(P<0.05)，M_c、M_w+c、M_w处理的有机碳累积矿化量分别是CK的1.77倍、2.93倍和3.98倍，M_w处理累积矿化量分配比和Cp/SOC值(土壤有机碳矿化潜能占土壤有机碳含量的比重)显著高于M_c和M_w+c处理(P<0.05)，说明M_c和M_w+c处理的固碳潜力好于M_w处理。不同有机覆盖方式显著提升了土壤有机碳及其氧化稳定组分含量(P<0.05)，M_w+c处理的增幅最明显，土壤有机碳含量比CK提高了29.14%；高活性有机碳组分和低活性有机碳组分含量较CK分别提高了20% 和37.14%。有机覆盖提高了土壤有机碳稳定指数，降低了活性指数，表明有机覆盖增强了土壤有机碳稳定性。有机碳累积矿化量与高活性有机碳组分呈极显著正相关(P<0.01)，与土壤有机碳和低活性有机碳组分呈显著正相关(P<0.05)。综合土壤有机碳矿化特征及其氧化稳定组分的变化来看，上层木片+下层堆肥的覆盖模式，既能提高土壤的固碳潜力，又能协调有机碳矿化与稳定性特征。     

模拟降雨对工程建设区裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响

为揭示不同降雨强度下工程建设区裸露坡地土壤侵蚀过程和氮素流失特征,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度(1,1.5,2mm/min)和处理(裸地、坡面覆盖纱网)对工程裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响。结果表明:(1)径流强度、径流含沙量、土壤剥蚀率都与降雨强度呈正相关关系,土壤入渗率与降雨强度呈现负相关关系。(2)累积泥沙量与累积径流量在裸地处理中呈现线性函数关系,在纱网处理中呈现幂函数关系。(3)地表径流中氮素流失浓度随降雨历时呈现"下降—稳定"趋势,氮素流失量随降雨强度的增加而增大,其中NO_3~-—N流失量占总氮比重高于NH_4~+—N。(4)土壤坡面覆盖纱网后能有效控制水土流失量和氮素流失量,其中径流量和NO_3~-—N流失量在小雨强处降低效果显著,分别降低了60.21%和56.74%;TN流失量和NH_4~+—N流失量在小、中雨强处降低效果较好,均达到59.26%以上;侵蚀泥沙量在小、中、大雨强处均降低了79%以上。说明土壤坡面覆盖纱网这一措施对降低工程建设区裸露坡地土壤侵蚀量和氮素流失量具有效果显著,可以作为工程建设区水土流失防止措施。     

不同植被种植模式对红壤坡面侵蚀影响试验研究

采用天然降雨试验,研究南方典型花岗岩红壤坡面土壤侵蚀过程及不同植被种植模式、降雨量和降雨强度对红壤坡面产流、产沙的影响,定量研究了不同种植模式的拦沙蓄水效益,并建立了天然降雨试验下土壤侵蚀模型。结果表明:(1)相同降雨条件下,不同植被种植模式土壤侵蚀量的大小关系为:全裸露条带播草全覆盖条沟播草;(2)当平均雨强为0.3mm/min时,全覆盖种植模式优于条沟播草种植模式;当平均雨强为0.6mm/min时,条沟播草种植模式的蓄水能力更显著;(3)土壤侵蚀量的粒径大小主要集中于0.25mm,是形成土壤侵蚀的主要原因,不同植被种植模式各个粒径泥沙含量集中在0.25mm,泥沙颗粒量大小总量的变化规律为:裸露模式全覆盖种植模式条带种植模式条沟种植模式。通过对比得出条沟播草种植模式的拦沙蓄水效果最佳,以期为南方丘陵区治理水土流失提供参考。     

稻草覆盖和草篱对红壤缓坡旱地水土流失及作物产量的影响

以红壤缓坡旱地为对象,研究稻草覆盖和香根草篱对水土流失及花生产量的影响。2011—2012两年的研究结果表明,不同处理产生的径流量大小排序为:对照稻草覆盖、草篱草篱+稻草覆盖。水土保持效果最好的是草篱+稻草覆盖处理,与对照相比,径流量显著减少了47.1%~79.8%(P0.05),土壤侵蚀量显著减少了79.2%~99.5%(P0.05)。2011—2012年作物产量最高的分别是稻草覆盖和草篱+稻草覆盖处理,与对照相比,这两种处理可分别增产26.6%~50.9%、15.5%~37.7%(P0.05)。因此稻草覆盖、草篱+稻草覆盖结合是红壤缓坡旱地水土保持的有效措施。     

基于无人机影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法

[目的]探究无人机高清影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法,为无长期地形监测地区的土壤侵蚀强度估算提供了新方法。[方法]通过无人机和RTK-GPS分别获取研究区影像及地面控制点坐标,利用Agisoft PhotoScan Professional 1.1.2软件生成研究区空间点云,利用ArcGIS 10.3生成高精度DEM,通过目视遥感解译和现场调查,快速估算研究区土壤侵蚀速率。[结果]本研究区排土场边坡土壤流失面积11 052.53m2,土壤侵蚀总体积835.41m3,土壤侵蚀速率为4 043.82t/(km2·a)。使用普通克里金法插值生成DEM数据精度为0.26m。[结论]通过本研究方法计算出的排土场土壤侵蚀强度属于中度侵蚀,土壤侵蚀速率较为符合实际情况,精度也满足了本研究的需要,同时,在高密度点存在的情况下,各种插值方法生成DEM数据误差相差不大,使用普通克里金法能够使结果最优。     

基于PS-InSAR技术监测土壤侵蚀可行性研究

近年来,永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术(Persistent Scatterer Synthetic Aperture Radar Interferometry,PS-InSAR)快速发展,为宏观尺度的地表形变监测提供了契机,但该技术在国内尚未应用于土壤侵蚀监测研究。该研究尝试利用PS-InSAR方法监测内蒙古和林格尔县的土壤侵蚀情况。首先通过Sentinel-1A卫星数据时序差分干涉,获取地表累计形变点云;然后基于土壤侵蚀物候特征,构建时间域和空间域的多尺度滤波流程,从地表累计形变点云中筛选出土壤侵蚀点;最后将土壤侵蚀点与多源数据叠加分析,评价区域土壤侵蚀分布的时空特征。方法运行结果表明,研究区2017至2018年共计有10596处土壤侵蚀点。侵蚀点云主要分布在山区平原过渡区域,平均侵蚀速率为15mm/a,侵蚀营力为风力水力混合。经实地验证,监测侵蚀点与实际侵蚀发生地的对应准确度为86.4%,高程方向总体监测精度为厘米级。研究表明,改进后的PS-InSAR技术可以用于监测土壤侵蚀,且具有宏观性、精确性、长期性、经济性的优点。     

Effect of ground cover on splash and sheetwash erosion over a steep forested hillslope: A plot-scale study

The contributions and relationships of erosion by splash and overland flow over a steep slope in a Japanese beech forest in plots with different percentages of ground cover were examined. Three erosion plots (2 m wide × 5 m long) with average understory coverage of 1%, 45%, and 94% were installed. Sediment transported by rain splash and by overland flow was sampled separately. For the plots with sparse, moderate, and high understory coverage, the average proportions of splash soil to total soil erosion during the monitoring period were 16%, 32%, and 18%, respectively. A significant correlation between the amount of splash soil and precipitation was found in the plots with 1% and 45% understory coverage, whereas no statistical relationship was identified for the plot with high understory coverage. At the sparse ground cover plot showing the largest sediment movement, the contribution of splash transport decreased with increasing precipitation. The amount of sheetwash erosion was significantly correlated with the amount of splash soil under the condition of sparse ground cover. This relationship was more pronounced during high precipitation events and the rainy season. Splash contribution to the sediment transport was in the range of 0.8%–76.7%, 2.8%–81% and 2.1%–60.8% for plot with high, moderate and low ground cover, respectively. The sparse ground cover showed the largest variation of splash and sheetwash contribution in soil erosion. This variability was due to variation in ground cover and soil surface wetness condition which led to a variation of detachment and non-linear relationship of sheetwash splash.     

不同比例尺数字高程模型对土壤侵蚀强度分级的影响

基于1∶5万和1∶50万2种不同比例尺的数字高程模型(DEM),结合土地利用类型、植被覆盖度等指标,对试验区土壤侵蚀强度进行了分级,并对不同比例尺DEM求算的坡度差异及其对土壤侵蚀强度分级的影响进行了分析。结果表明:1∶50万DEM较1∶5万DEM综合了大量信息,求算的坡度整体上偏小而使分级结果多集中在微度侵蚀区;不同地貌单元受DEM信息综合的影响不同,地形平坦的山前岗地区受影响最大,而地形复杂的中山区受影响相对较小。     

降雨侵蚀因子和植被类型及覆盖度对坡耕地土壤侵蚀的影响

为探讨降雨和植被对辽西褐土区农耕坡地土壤侵蚀的影响,2006-2010年采用坡面径流小区观测法研究了天然降雨条件下降雨侵蚀因子、植被覆盖度、植被类型对坡耕地地表径流量、土壤侵蚀量的影响。设5°和10°两个坡度水平,以甘薯和谷子为供试作物,2006-2007年对照区为天然荒草地,2008-2010年为裸坡地。结果表明,甘薯地径流量和侵蚀量与降雨量(R)、最大30 min雨强(I_(30))、R×I(平均雨强)、R×I_(30)正相关显著(P0.05);裸坡地径流量与R、R×I_(30)正相关显著(P0.05),侵蚀量与I_(30)、R×I_(30)正相关显著(P0.05),与降雨量相关不显著(P0.05)。甘薯地和裸坡地的径流量和侵蚀量与平均降雨强度正相关均不显著(P0.05)。回归分析表明,降雨量主要影响径流量,最大30 min雨强主要影响侵蚀量。中、高雨强下,侵蚀量与径流量显著正相关(P0.01)。甘薯地径流量和侵蚀量与植被覆盖度呈显著负指数关系(P0.05)。5°坡耕地,不同植被类型侵蚀量为甘薯地荒草地谷子地;10°坡耕地,荒草地侵蚀量总体最少。多元回归分析表明,对土壤侵蚀的影响为地表径流降雨侵蚀力(R×I_(30))植被覆盖度。通过连续5 a坡面径流小区观测,初步探明降雨和植被对辽西褐土区农耕坡地土壤侵蚀的影响,可为该区坡耕地土壤侵蚀的有效防治提供一定的理论依据和技术支撑。     

黄土裸坡土壤侵蚀过程研究

黄土地区的土壤侵蚀严重地影响了当地和黄河下游地区的可持续发展,研究黄土地区的土壤侵蚀对于该地区的水土保持工作具有重要意义。采用人工模拟降雨试验的方法对黄土裸坡土壤侵蚀过程进行了研究,取得了如下结果:（1）不同雨强条件下,坡地土壤侵蚀随降雨过程的变化相似,可用幂函数相关方程进行描述,侵蚀强度变化的转变点在降雨开始后的10～15min之间;（2）不同雨强条件下,坡度对土壤侵蚀的影响相近且可用抛物线相关方程进行描述,侵蚀强度变化的临界坡度在25～30°间;（3）不同雨强条件下,坡地土壤侵蚀总量随坡长的     

基于GIS/CSLE的四川省水土流失重点防治区土壤侵蚀研究

掌握四川省省级水土流失重点防治区水土流失情况、空间分异规律及其内在驱动因素对生态预警和土壤侵蚀治理等具有重要意义。应用中国土壤流失方程(CSLE)计算四川省省级水土流失重点防治区土壤侵蚀状况,通过不同土壤侵蚀敏感性评价方法识别中国土壤流失方程(CSLE)敏感因子,借助地理探测器探究重点防治区土壤侵蚀空间分异规律及其内在驱动力。结果表明:四川省省级水土流失重点防治区水土流失面积占比27.16%,平均土壤侵蚀模数为806.08 t/(km^2·a),属于轻度侵蚀,但区内土壤侵蚀差异明显,局部存在严重水土流失;土壤侵蚀敏感性分析表明,生物措施因子B是中国土壤流失方程(CSLE)中最敏感的因子;不同水土保持分区土壤侵蚀定量归因表明,土地利用方式是土壤侵蚀空间异质性的主要驱动力,且影响因子两两交互均能增加对土壤侵蚀空间分布的解释能力,各因子在不同水土保持分区作用程度存在显著差异。因而,在应用中国土壤流失方程(CSLE)计算土壤侵蚀量时,基于不同研究区针对较为敏感因子建立区域化算法是提高计算精度的关键。     

南方复合地貌区DEM内插算法的对比研究

数字高程模型是数字地形分析的重要数据基础,在土壤、水文、地貌、生态环境、地质灾害、农业等领域均有广泛应用。插值生成的DEM精度与插值算法本身特性、插值区域地貌类型都密切相关,研究插值算法对不同地貌类型的拟合精度差异,对提高DEM插值精度具有重要意义。以平原丘陵兼有、水网密集分布的南方复合地貌区为研究区,对ANUDEM,IDW,Kriging,Spline,NNI,TIN六种插值算法生成的DEM分别从总体、丘陵岗、平原3方面进行误差评价,结果表明:在丘陵岗地区,ANUDEM精度最高,对地形因子拟合程度最为准确;在平原地区,ANUDEM,TIN精度较高,能准确刻画水网等细节信息;总体而言,ANUDEM插值生成的DEM更能够精确地模拟南方复合地貌区的真实地形。     

基于RUSLE模型的青藏高原土壤保持功能定量评价

土壤保持功能是青藏高原生态系统的主要调节功能之一,准确评估青藏高原土壤保持功能的时空变化规律,是确保该地区顺利开展水土保持和生态环境治理工作的前提。本研究通过收集气象、土壤、土地利用、DEM和NDVI等数据,利用RUSLE模型对1982—2020年青藏高原土壤保持功能的时空特征进行动态评估。结果表明:1982—2020年青藏高原的土壤保持量呈波动增加趋势,土壤保持能力由南向北逐渐减弱,高值区主要集中在青藏高原东南部的川西和藏东的高山深谷;在过去的近40 a中,青藏高原土壤侵蚀强度发生明显转换,其主要特征是由高一级的中度侵蚀强度向低一级的轻度或微度侵蚀强度转换,说明青藏高原近40 a内土壤保持状况不断改善;不同地形条件下青藏高原土壤保持能力也有明显差异,主要表现为起伏度小的高海拔地区土壤保持能力普遍较弱;就不同的土地利用类型而言,林地区域的土壤保持能力最强,而未利用地土壤保持能力最弱。近40 a来,青藏高原土壤保持能力不断增强,但仍存在部分区域的土壤保持能力较弱。未来在重视和保护土壤保持能力较强的林地区域的同时,应加强起伏度小的高海拔地区水土治理工作,制定分级分区的土壤侵蚀防治措施,进一...