东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特征与多营力复合侵蚀的研究重点

[目的]分析东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特征,为该区复合土壤侵蚀研究及其有效防治提供重要科学依据。[方法]基于大量野外调查和理论研究以及文献资料,概述了复合土壤侵蚀的研究现状,分析了东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特征。[结果]东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特点主要为:多营力复合侵蚀的季节更替和空间叠加作用,农田沟蚀严重,坡面汇流引起的土壤侵蚀更加突出,雨滴打击作用和壤中流形成是坡面土壤侵蚀的主要驱动力。当前复合土壤侵蚀研究的主要内容为:冻融作用对风蚀和水蚀的影响,风水复合侵蚀,东北黑土区多外营力复合侵蚀研究。[结论]复合土壤侵蚀的研究重点为:①多种外营力相互作用的坡面复合侵蚀过程机制;②冻融作用对土壤抗侵蚀能力的影响机制;③量化冻融作用、融雪、降雨径流和风力侵蚀对坡面侵蚀和沟蚀的贡献;④多外营力作用的流域尺度泥沙来源诊断;⑤复合土壤侵蚀预报模型研发;⑥复合土壤侵蚀防治措施的有效性评价;⑦东北黑土区复合土壤侵蚀防治分区。     

土壤可蚀性在WEPP模型中的应用

影响土壤侵蚀过程的关键因素是侵蚀力和土壤可蚀性。土壤可蚀性是定量计算土壤流失的重要指标和土壤侵蚀预报模型中的必要参数。WEPP是由美国农业部开发的新一代水蚀预测模型 ,该模型以土壤可蚀性为必要参数 ,并将其分解为细沟间可蚀性 (Ki)、细沟可蚀性 (Kr)和临界剪切力 (τc)来预报流域径流形成与土壤侵蚀过程     

高海拔寒区融水侵蚀研究进展

对比不同侵蚀类型侵蚀过程、机理,阐述冻融侵蚀和融水侵蚀的区别与联系;探讨并界定融水侵蚀概念,指出融水侵蚀是季节性冻土在冰川积雪融水径流作用下的土壤侵蚀过程。分析融水侵蚀过程机理,反复的冻融作用和不透水冻结层降低土壤抗蚀性,二者同时促进坡面融水集流冲刷加速侵蚀。分析融水侵蚀主要影响因素,气温、辐射和降水是影响冻融作用和融水径流的直接因素,植被、风和地形通过影响雪的分布及辐射而间接影响融水侵蚀过程。评述融水侵蚀GIS定性评价方法和评价模型,融水侵蚀评价研究需参考GIS的定性评价,借鉴USLE/WEPP等土壤侵蚀模型方法。最后对融水侵蚀未来的研究方向进行了展望。     

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。     

水蚀过程的土壤可蚀性研究述评

土壤可蚀性是建立土壤侵蚀预报模型的重要参数,在土壤侵蚀研究中占有重要地位.该文基于土壤内在性质和侵蚀动力对土壤可蚀性评价指标与体系、土壤可蚀性的测定与计算方法以及土壤可蚀性动态变化等方面进行阐述,全面评述了目前国内外土壤可蚀性的研究进展,分析了当前土壤可蚀性研究存在的问题,指出了尚需加强的研究领域,包括土壤可蚀性评价指标体系、土壤可蚀性动态变化规律和土壤侵蚀机理研究等.     

冻融对土壤团聚体特征以及可蚀性K值的影响

为明确冻融作用对土壤团聚体特征的影响,并探讨冻融破坏机理下土壤可蚀性变化,以河北省深州市土壤为研究对象,分析研究了0—10,10—20 cm深度土壤水稳性团聚体中各粒径团聚体含量、0.25 mm水稳性团聚体含量WSA、团聚体平均质量直径MWD、团聚体几何平均直径GMD、分形维数D和可蚀性K值之间变化。结果表明:含水量是影响土壤水稳性团聚体含量的直接因素之一;冻融作用使大团聚体破解、分离,导致团粒结构比例失调,土层自上而下团粒呈逐渐细化状态;分形维数D表明2～1 mm粒径团聚体含量对0—20 cm深度土壤稳定性起关键因素;可蚀性K值表明,冻融作用降低了土壤抗侵蚀能力,沿土层深度方向,土壤可蚀性K值逐渐增加,抗侵蚀能力逐渐降低。冻融作用使团聚体破碎,土壤可蚀性增加。本研究为冻融作用机理下土壤侵蚀预报提供科学参考。     

中国土壤可蚀性值及其估算

土壤可蚀性是评价土壤对侵蚀敏感程度的重要指标，也是进行土壤侵蚀预报的重要参数。本文运用野外观测资料，研究了我国不同水土流失区的土壤可蚀性值问题。根据实测资料，计算给出了一组土壤可蚀性实测值。并利用这组实测值。对我国土壤可蚀性估算问题进行了探讨。结果表明，国外现有的可蚀性估算模型不能直接应用于我国土壤的可蚀性计算，估算值明显大于实测值。但估算值与实测值之间存在有良好的线形关系。最后提出了我国不同地区及不同资料占有情况下的土壤可蚀性估算方法。本文研究结果可以直接用于我国土壤侵蚀预报中土壤可蚀性计算。     

冻融侵蚀研究进展

 介绍国内外冻融侵蚀研究的主要成果。首先探讨并明晰了冻融侵蚀的定义与研究范畴。介绍并简要分析冻融作用对土壤性质的改变及对土壤可蚀性影响的主要研究成果;介绍并分析国内外主要冻融侵蚀预报模型与冻融侵蚀防治方法的研究成果。最后,结合我国冻融侵蚀研究的实际情况,提出了我国今后一定时期内,在冻融侵蚀研究方面的发展设想。     

坡面流输沙能力与土壤可蚀性参数对细沟土壤侵蚀过程影响的有限元计算模型研究

土壤侵蚀预报模型对于定量评价水土保持效果,合理制定水土保持措施等具有重要意义。细沟侵蚀模型是土壤侵蚀预报模型的重要组成部分。本研究建立了一个以物理概念为基础的细沟侵蚀预报模型,模型包括水流连续性方程、水流动力学方程和泥沙运移方程;同时,模型改进了部分参数的计算方法,以线性形式的水流输沙能力计算方法取代原有的对数形式方法,将土壤最大剥蚀率用于土壤可蚀性参数的计算;采用有限元方法对模型进行顺序求解;Visual C++语言数值计算程序被用来模拟细沟侵蚀产沙变化过程,并进行了一系列室内试验验证该数学模型、模型参数及数值计算方法。结果表明,模型预测值和实测值具有很好的一致性,改进的模型参数计算方法能够准确地反映土壤可蚀性参数与水流输沙能力对细沟侵蚀过程的调控作用。     

四川自然土壤和旱耕地土壤可蚀性特征研究

应用美国通用土壤流失方程 (USLE)和土壤侵蚀预报模型 (WEPP)中的土壤可蚀性K值 ,对四川各类自然土壤和旱耕地土壤可蚀性特征进行了研究。结果表明 :土壤可蚀性K值与土壤理化性质直接相关 ,自然土壤和旱耕地土壤可蚀性K值在 0 2 68～ 0 3 44之间 ,紫色土的分布面积和K值较大 ,是易遭受侵蚀的土壤。应采取增施有机肥、实行坡改梯等措施 ,加强对耕地、高可蚀性土壤侵蚀的综合防治     

东北坡耕地春季融雪侵蚀观测研究

为研究东北地区坡耕地的春季融雪侵蚀特征及其影响因素,选取吉林省吉兴小流域内坡耕地进行原位观测,通过分析融雪过程中径流量和含沙量的变化,以及融雪径流、土壤解冻深度等指标对融雪侵蚀的影响,探讨坡耕地融雪侵蚀过程及变化规律。结果表明,在日平均温度0~3.8℃的气象条件下,春季融雪侵蚀较为集中,径流与含沙量变化均先增加后减少。融雪径流与表层土壤解冻深度是影响融雪侵蚀的重要因素,初期融雪产流,土壤未解冻,径流急剧增加,径流量占融雪期总径流量的59.15%;中期积雪融化趋于稳定,土壤表层开始解冻,径流减少含沙量增加,侵蚀量达到最大且占融雪期总侵蚀量的41.74%;末期融雪产流停止,土壤解冻深度增加,含沙量达到最大(8.00kg/m~3)。坡耕地融雪侵蚀受垄作区域与集水洼地地形变化的影响,产流产沙具有较强规律性,二者峰值出现频次一致时,径流—泥沙呈"8"字循环滞后关系,反之呈复式循环滞后关系。     

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。     

降雨、积雪以及土地利用复合影响下的额尔齐斯河流域土壤侵蚀分析

在我国西北高寒山区,冰冻圈环境导致土壤侵蚀过程更为复杂。因此,以新疆阿尔泰山额尔齐斯河流域为例,构建模型模拟典型流域降雨、融雪和土地利用变化(LUCC)综合影响下的土壤侵蚀过程,并揭示复合因素影响下土壤侵蚀的放大作用。为此采用InVEST模型分别对2000年、2005年、2010年和2015年土壤侵蚀空间分布进行了详细模拟,并建立了3种情景用于复合影响的分析,分别为降雨和土地利用变化、降雨和融雪变化以及降雨、融雪和土地利用变化对土壤侵蚀的复合影响。结果表明:(1)相较于2000年,2005—2015年3种情景土地利用分别发生1.67%,2.02%和4.19%的变化,使整个流域土壤侵蚀量比单一降雨侵蚀分别增加3.49%,3.02%和3.31%。(2)尽管2000—2015年降雪量仅占年降水量的30.49%,23.10%,38.46%和35.26%,但是融雪的出现致使流域土壤侵蚀量分别增加249.00%,88.00%,843.00%和566.00%,年平均侵蚀量增加了2 008.03万t,降雨和融雪情景下侵蚀量是单一降雨侵蚀量的4.2倍。(3)在融雪的背景下进一步考虑土地利用影响,2000—2015年土壤侵蚀量在此基础上又分别增加了2.99%,2.16%和3.50%。研究结果为寒区融雪影响土壤侵蚀提供了新的证据,为后续寒区水土保持提供了基础理论认知。     

Simulation of rill erosion in black soil and albic soil during the snowmelt period

Snowmelt-induced rill erosion could bring serious harm for soil quality and agricultural productive conditions of slope farmland in the black soil zone of Northeast China. In this study, we conducted laboratory experiments to investigate the effects of the freeze-thaw (FT) temperature, number of FT cycles, water content, flow rate, and thaw depth on rill morphology and erosion amount in two common soil (black soil and albic soil). The thaw depth obtained the maximum range, which was the primary factor for the width-to-depth ratio of rills in the black soil; whereas, the flow rate obtained the maximum range as the primary factor for rill erosion in black soil and albic soil. The number of FT cycles had a minor effect on rill erosion in the two soils. Under the same conditions, the rill morphology showed a large difference between the two soils, and higher rill erosion occurred in albic soil than black soil. Rill erosion was relatively high in black soil and albic soil when the FT temperature fluctuated around 0°C during freezing-thawing. The water content exhibited a greater effect on rill erosion in black soil than in albic soil. The unthawed frozen layer could promote rill erosion during snowmelt period to some extent. The results could provide some reference for future study snowmelt-induced rill erosion mechanism and preventive measures.     

新疆融雪洪水特征分析及防洪措施研究

对新疆融雪洪水的特征及其形成原因进行了详细的分析,由于融雪洪水的形成机理、发生发展过程不同于其他类型洪水,融雪洪水具有其独自特点,主要表现在：①洪水出现时间相对集中,规律性强;②洪水持续时间长,洪峰宽缓;③洪水量级多变,相差极大;④昼夜变化明显;而积雪深度、热力条件、降水状况等对其产生直接影响,是影响洪水形成的主要因子。文章还据此提出了相应的防洪措施,对新疆融雪洪水的防治以及干旱区水资源的可持续利用有重要意义。     

坡面降雨侵蚀和径流侵蚀研究

降雨侵蚀过程包括径流侵蚀作用和雨滴打击作用两个方面,传统的单径流小区降雨试验难以区分二者对坡面侵蚀的贡献。通过双土槽人工降雨试验,研究了降雨侵蚀和径流侵蚀的关系及二者对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明;在坡度和降雨强度一定时,坡上方来水量引起坡下方侵蚀产沙量随着上方来水量的增大而增大;在坡度一致和坡面径流量基本相同时,降雨侵蚀产沙量大于供水径流的侵蚀产沙量,降雨强度增大１倍时,坡面侵蚀产沙量增大约５０     

松花江流域融雪径流及其影响因素

[目的]定量分析松花江融雪径流变化过程,并探讨降雪量、温度、辐射等因素对融雪径流的影响,为松花江流域融雪径流调控和利用提供依据。[方法]采用Mann—Kendall检验、移动平均、斜率估计等方法,对松花江流域1956—2010年的降雪、气温、辐射、径流量等进行分析。[结果](1)春季解冻期松花江径流量介于1.26×108~1.20×1010 m3/a,且呈减小趋势;(2)该时段流域内气温上升明显,增加幅度达0.047℃/a,大于年平均温度变化幅度0.036℃/a;(3)辐射值在研究期内呈现减小趋势,多年平均及解冻期辐射值降幅分别为5和8J/(m2·a);(4)降雪量逐年增加,从流域降雪量分布来看,松花江干流自东向西递减,松花江上游支流嫩江流域降雪量自北向南降雪量逐渐减小。降雪量与融雪径流变化一致。[结论]温度升高为融雪创造条件的同时也增强了蒸发作用,而降雪量的增加并不足以抵消温度对融雪的影响。     

东北地区春季融雪期非点源污染负荷估算方法及应用

针对我国东北地区春季融雪期非点源污染的形成特点,提出了基于现场监测的径流浓度法估算春季融雪期非点源污染。该方法主要包括监测频次确定、监测点位布设、现场监测、融雪径流计算、非点源污染产生量估算、典型子流域入河系数估算和非点源污染入河量估算等7个过程。其中,监测点布设于不同土地利用类型的平均坡度与该种土地利用类型的主要土壤类型重合的区域,监测频次通过分析融雪过程和融雪径流特征确定。将该方法应用于东北地区的阿什河流域,计算出春季融雪期阿什河流域非点源污染COD的产生量为1 637.03 t,入河量为151.11 t。     

Characteristics of nutrient load in a stream flowing through a livestock farm during spring snowmelt

We investigated the stream water quality during the snowmelt period in a livestock farm, located in Shizunai, southern Hokkaido, Japan. The water quality was very different between the early stage of the snowmelt period (March 15–21) and the later stage (March 22–April 5) in 2001. The load of nutrients (NH₄ ⁺-N, T-P, K⁺) was large along with the increase of the flow rate and nutrient concentrations during the early stage of the snowmelt period. The molar ratios of Si / T-N and Si / T-P of the stream water, as an index of eutrophication, were also under the threshold values (2.7, 64.3, respectively) during the early stage of the snowmelt period. In addition, the relationship between the Si and nutrient concentrations (NH₄ ⁺-N, T-P, K⁺) showed a significantly negative correlation (R ² = 0.65), which indicated that the amount of nutrient load might be derived from surface runoff. Consequently both the quantity and quality of the stream water during snowmelt may exert an adverse effect on coastal waters, leading to eutrophication. Furthermore, since the main effluent source appeared to be surface runoff at the early stage of the snowmelt period, attention should be paid to land management before and during the snow covering period.     

水蚀对风蚀影响的室内模拟试验

为了揭示黄土高原水蚀风蚀交错区风水复合侵蚀机制,利用室内风洞,在一定的风速(9.3m/s)、坡度(20°)下,人工模拟不同沟宽、沟深、沟密度对风蚀过程的影响。结果表明,在一定的水蚀沟宽度与密度范围内,风蚀量随着宽度与密度的增加而增加,并且两者与风蚀量都呈线性关系;侵蚀沟深度在4～8cm范围内,风蚀量随着沟深度增加而增加,当沟深大于8cm时,随着沟深度增加,风蚀量有所减少;水蚀沟发生风蚀的部位主要在沟壁和沟头,风沙流的磨蚀作用可能是主要作用力,水蚀沟形成会显著影响风蚀量。