粤北石漠化地区土壤退化过程研究

通过在野外试验地和室内模型上进行模拟降雨试验,研究粤北地区不同石漠化阶段的土壤退化特点和变化过程。结果表明:随着石漠化程度的加深,不同石漠化阶段的土壤理化性质差异显著,并与地上生物量和植被盖度呈相关性;当雨强大于60mm/h时,中度和重度石漠化土地的土壤地表侵蚀量呈现较大的波动性,产流后35min内重度石漠化样地的地表土壤侵蚀总量是轻度石漠化样地的7倍多;坡度和雨强对中度石漠化土地的土壤漏失量影响不大,体积越大的裂隙、漏斗产生的土壤漏失量反而越小;重度石漠化阶段是石漠化地区土壤退化过程中一个重要的转折阶段,在这个阶段中,形成多种水土流失的运移途径,土壤退化进入到一个突变的状态。     

不同放牧强度对流域降雨径流中氮磷流失的影响

在呼伦贝尔草原克鲁伦河流域选取轻度放牧、重度放牧及不放牧草场,利用降雨模拟器进行降雨模拟试验,研究了不同放牧强度草场的地表物理性质、植被类型对降雨产流、营养元素流失等因素的影响。结果表明:在20,45,65 mm/h降雨强度下重度放牧草场产流时间最短,不放牧草场产流时间最长。径流量及径流系数总体规律显示为重度放牧草场 > 轻度放牧草场 > 不放牧草场。3种放牧强度草场的氮磷流失量均随雨强的增加而增大。降雨产流初期氮磷浓度相对较高,随径流时间增加逐步下降,最后达到稳定。径流量与氮磷含量之间存在二项式显著相关关系。     

喀斯特典型坡耕地模拟降雨条件下的土壤侵蚀响应

为了定量研究不同降雨强度、坡度和孔(裂)隙度条件下坡耕地土壤侵蚀响应和空间分布特征,采用人工模拟降雨试验,通过模拟喀斯特典型坡耕地耕作层和微地貌特征以及孔裂隙构造特征,研究土壤侵蚀响应和空间分布特征。结果表明:(1)15,30mm/h降雨强度时地表不产流,水土流失形式为地下漏失;50mm/h降雨强度时地表产流产沙,水土流失也以地下漏失为主,地下径流出现最大值。50mm/h以上降雨强度时,土壤侵蚀逐渐向地表侵蚀转变,地表、地下径流泥沙分配呈负相关;(2)在一定条件下,坡度增大,地表径流泥沙量增加,地下径流量减小,当坡度在10°~15°时地表径流泥沙量急剧增加,25°时坡面产流产沙量达到最大值,其中20°坡面径流泥沙与25°接近;地下泥沙与坡度、孔(裂)隙度间变化规律不明显。(3)径流空间分配特征以地下径流为主,其中90 mm/h降雨强度以地表侵蚀为主。(4)降雨强度、坡度和孔(裂)隙度等因子对地表径流及地下径流的影响程度依次为降雨强度坡度孔(裂)隙度。总之,喀斯特坡耕地以地下漏失为主,地表产流之前随雨强增大而增大,地表径流产生后则反之,极端暴雨(90mm/h)下以地表侵蚀为主;降雨强度对水土流失影响程度最大,其次坡度,再次孔(裂)隙度。     

嵌套砾石红壤坡面壤中流对降雨强度的响应

为研究嵌套砾石红壤坡面的壤中流动态过程及降雨产流分配,以红壤缓坡(10°)和陡坡(25°)坡面为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(60,90,120 mm/h)和不同砾石含量(0,10%,20%,30%)条件下壤中流的初始产流时间、产流速率和径流过程。结果表明:(1)不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流初始产流时间在雨强60 mm/h时接近15 min,在雨强90,120 mm/h时差别较大;雨强从60 mm/h增大到120 mm/h,不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流量和产流速率基本上表现为降低,其中25°嵌套20%和30%砾石坡面的壤中流产流速率均值分别下降86.7%和89.0%,雨强120 mm/h时壤中流峰值仅为60 mm/h条件下的10.7%和10.2%。(2)10°和25°各试验坡面,雨强60 mm/h时地表径流所占比例为8.0%~66.3%,雨强120 mm/h时地表径流所占比例为76.1%~93.5%,地表径流所占比例均随雨强的增大而提高32.8%~1 009.4%;雨强60 mm/h时壤中流所占比例为7.3%~30.0%,雨强120 mm/h时壤中流所占比例为1.1%~9.6%,壤中流所占比例随雨强增大而减小46.1%~93.9%。(3)回归结果显示,壤中流峰值流量Ip、壤中流系数It、壤中流消退速率K和降雨强度、砾石含量的二元线性回归效果都达到了显著水平(P<0.05);坡度10°时,降雨强度和砾石含量对壤中流过程参数所起的作用是相反的,而坡度25°时,砾石含量和降雨强度对壤中流各参数的作用相同。     

雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响

地表径流和壤中流是坡面重要水文过程,雨强和坡度是影响坡面地表径流和壤中流产流主要因素。为研究降雨强度和地表坡度对坡耕地地表径流和壤中流的影响,该文采用人工模拟降雨试验法,在长3.0 m、宽1.5 m、深0.5 m土槽,设计4个不同坡度(5°、10°、15°、20°)和3个不同雨强(30、60、90 mm/h)对红壤坡耕地地表径流及壤中流产流过程进行模拟试验。结果表明:1)壤中流开始产流时间滞后于地表径流,降雨强度从30到90 mm/h,地表径流、壤中流产流开始时间均随雨强增大而减小,壤中流比地表产流开始滞后时间随着雨强增大先增大后趋于稳定;2)地表径流强度随雨强增大而增大,壤中流初始径流强度随雨强增大而增大,不同雨强下壤中流径流峰值相近;3)地表径流和壤中流产流过程曲线有明显差异,地表径流产流过程线先增大后趋于稳定,壤中流产流过程线呈抛物线型即先增大后减小;4)从5°到20°,地表产流开始时间随坡度增大而减小,壤中流产流开始时间随坡度增大先减小后增大;5)从5°到20°,地表径流强度先增大后减小,10°为转折坡度,壤中流产流峰值随坡度增大而减小,并且随着坡度增大达到壤中流峰值时间不断减小。     

桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园降雨侵蚀特征

为探究桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园的降雨侵蚀特征，通过室内人工模拟降雨试验，研究3种降雨强度(30,60,90 mm/h)下，石灰土与红壤坡地幼龄橘园的产流产沙特征。结果表明：(1)降雨强度为30,60 mm/h时，红壤橘园的产流总量分别为石灰土橘园的2.46,1.83倍，且红壤橘园主要以地表产流为主，石灰土橘园主要以壤中流产流为主；当降雨强度为90 mm/h时，二者产流总量无显著性差异(p>0.05),均以地表产流为主。(2)石灰土橘园与红壤橘园地表径流强度随降雨强度增大而增大；但随着降雨强度增大，石灰土橘园的壤中流径流强度呈先增大后减小趋势，红壤橘园壤中流径流强度却在减小。(3)降雨强度为60 mm/h时，红壤橘园产沙总量为石灰土橘园的3.74倍，当降雨强度为90 mm/h时，石灰土橘园产沙总量为红壤橘园的2.86倍；在降雨过程中，石灰土橘园产沙量随着降雨历时增大上下波动较为剧烈，红壤橘园产沙量随降雨历时增大波动幅度较小。(4)当降雨强度≥60 mm/h时，石灰土橘园与红壤橘园累积产沙量与累积产流量存在显著线性关系，且降雨强度越大线性关系越明显。研究结果可为喀斯特地...     

模拟降雨条件下岩溶坡耕地产流产沙特征

采用室内人工模拟降雨的方法,开展了翻耕措施下不同雨强(63mm/h和100mm/h)对岩溶坡耕地产流产沙过程影响的试验研究,结果表明:同一雨强下,坡度越大,产沙量越大;同一坡度下,雨强越大,地表以及地下孔隙流产流越快发生,而壤中流在坡度小于5°时的63mm/h雨强产流较快,坡度大于5°时则100mm/h雨强产流较快;同一坡度时,不同的雨强下产流均以壤中流为主,雨强越大,径流量越大,其中壤中流最大,地表径流最小。以上研究能够为揭示西南喀斯特地区坡耕地土壤水蚀原理和石漠化防治提供理论支撑。     

喀斯特裸露坡耕地径流养分流失试验研究

为揭示雨强对喀斯特坡耕地养分流失的影响,运用可调坡度、地下孔(裂)隙度试验钢槽装填土石模拟喀斯特裸露坡耕地,采用人工模拟降雨的方法研究不同雨强下喀斯特裸坡径流养分流失特征。结果表明:(1)雨强为15,30mm/h时地表不产流,雨强为50mm/h时地表有产流;试验雨强下地下孔(裂)隙均有径流产生。(2)地表径流中全氮和全钾流失量均随雨强增大而增大,全磷流失量则先增大后减小;地下径流中全氮流失量随雨强增大呈先增大后减小趋势,全钾流失量与雨强正相关,全磷流失量与雨强关系不明显。(3)雨强为30,50mm/h时养分以地下孔(裂)隙流失为主,其贡献率为100%;地下径流中全氮流失量对其总流失量的贡献率表现为:15mm/h30mm/h50mm/h70mm/h90mm/h,全磷与全钾为:15mm/h30mm/h50mm/h90mm/h70mm/h。(4)地表径流量、全氮、全钾流失量和地下全钾流失量与雨强均呈显著正相关,相关系数分别为0.926,0.919,0.982和0.955。15,30mm/h雨强下,径流养分仅通过地下孔(裂)隙流失,50mm/h及以上雨强时养分伴以地表径流流失,且地下流失量大于地表流失量。     

喀斯特裸坡地径流对降雨强度与坡度的响应

为探究喀斯特裸坡坡面在不同降雨强度与坡度组合下径流过程及其径流总量特征。将表层岩溶带中孔(裂)隙视为可透水的"筛孔",设定地下"二元"结构中孔(裂)隙度(5%)一致的情况下,探索裸坡地在不同降雨强度与坡度组合下地表/地下径流过程与总径流量的特征,并以此为基础揭示降雨强度、坡度对喀斯特坡面水文特征的影响。结果表明:(1)在较小降雨强度条件下(≤30 mm/h),裸坡地表并未出现产流迹象,以地下所产生的径流为主。在中大雨强(≥50 mm/h)条件下,裸坡地地表产流,且在设计降雨30 min时长内其径流过程并未出现规律性变化,而地下径流过程则在不同坡度与雨强下均呈现出先增加后趋于平缓的趋势,且其转折点多居于9～12 min时段内。(2)30 min内裸坡地地下总径流量在15 mm/h降雨强度且坡度为5°,10°,15°,20°这4个坡度条件下变化并不显著(P0.05),而其余降雨强度下地下/地表径流量均随着坡度增加差异显著(P0.05);同时除地下径流量与坡度呈极显著负相关(P0.01)外,其余地表/地下径流均与降雨强度与坡度均呈现出极显著正相关(P0.01);(3)降雨强度为大雨强(90 mm/h)条件下首次出现了地下径流系数0.5的情况,证明大雨强(90 mm/h)条件下存在着临界坡度使得地表与地下径流量相接近。研究成果能够为喀斯特坡地水土流失防治提供参考和合理意见。     

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为"上升—下降—略有上升—平稳",总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。     

粤北石漠化地区坡地入渗产流规律试验研究

在粤北山区石漠化地区的裸地、草坡地和耕地等3种类型土地的坡面上,采用0.3,0.48,0.72,1.08mm/min4种降雨强度进行了36场人工降雨模拟试验。结果表明：在岩溶发育的石漠化地区,受基岩的非均质性因素影响,出流过程均呈现出具有一定波动性质的较为曲折的峰谷相间的特点;初期波动性较大,后渐趋稳定;达到稳定的坡面径流量与雨强之间具有十分明显的线性正相关关系。3种土地利用类型的坡面径流量的增幅随雨强增大而显著增加;增幅最为明显的是裸地。其入渗率虽也随雨强的增加而增加,却在增幅上明显小于前者,其中,裸地的增幅最小,基本上能保持稳定。在土壤前期含水量影响较小的情况下,产流时间均随着雨强的增大而迅速缩短,表现为十分明显的幂函数关系,3种土地利用类型均需达到一定降雨量后才能产流。     

贵州省喀斯特地区坡面产流产沙特征

土壤侵蚀和石漠化严重影响了贵州喀斯特地区的可持续发展。为了有效防治该地区的土壤侵蚀,利用径流小区观测法,通过布设经济林地(梨树)、水保林地(香樟、柏树)、坡耕地(农作物)和裸地(对照)5种径流小区,对该地区不同地类坡面产流产沙特征进行研究。结果表明:坡度为13°的坡耕地和经济林地减流减沙效果显著,产流量分别减少了47.5%和25.8%,产沙量分别减少了78.5%和58.9%,香樟、柏树减流效果不明显,但产沙量分别减少了44.7%和79.3%;坡度为18°时,经济林地(梨树)、水保林地(香障)、水保林地(柏树)、坡耕地(农作物)4种地类的产流量减少45.8%,4.9%,3.8%,16.6%,产沙量分别减少了91.3%,81.1%,77.4%,61.6%。25°的坡耕地产沙量是对照的8.9倍,土壤侵蚀量大幅度增加。产流产沙量与降雨量(P)、最大30min雨强(I30)和坡度(s)均呈幂函数关系,产沙量与产流量呈线性关系。     

城市高羊茅草坪绿地水沙调控效应

通过人工模拟降雨试验,研究了60%覆盖度城市高羊茅草坪绿地(种草当年)在不同坡度(5°,10°)、不同雨强(30,60,90mm/h)条件下的产流、产沙过程以及径流携带泥沙的作用机制,并用裸地作为对照,同时定量化分析城市高羊茅草坪绿地的水沙调控作用。结果表明:(1)高羊茅草坪绿地能够有效延缓初始产流时间,但随着雨强及坡度的增加其延缓效果降低,当雨强90mm/h、坡度10°时草坪绿地几乎没有延缓初始产流时间的效果;(2)各试验条件下高羊茅草坪绿地与裸地产流率差异性显著,但雨强90 mm/h、坡度10°时二者差异性不显著;(3)各试验条件下高羊茅草坪绿地总径流量是裸地的0.8倍左右,总产沙量是裸地的1/244.68~1/28.34倍;(4)60%盖度城市高羊茅草坪绿地能够有效削减径流量和土壤侵蚀量,但削减程度有差异,雨强为30,60,90mm/h时草坪绿地的平均减流效益分别为33.23%,23.04%,13.78%,在各场次降雨条件下减沙效益均可达95%以上;(5)试验条件相同时,高羊茅草坪绿地和裸地的径流挟沙能力有差异,同一径流量下草坪绿地的土壤侵蚀量远远低于裸地;(6)分别建立城市高羊茅草坪绿地、裸地的径流量与泥沙侵蚀量之间的水沙关系。     

不同雨强条件下工程措施对坡地产流产沙影响

基于试验站不同坡地措施（坡耕地和坡改梯）2016年和2017年的逐日降水、产流产沙数据，研究不同坡地措施和雨强下产流产沙规律特征，定量揭示坡改梯和坡耕地对产流产沙的影响。结果表明：（1）7月平均雨强I、最大雨强I₃₀及坡地产流量最大，8月最大雨强I₆₀与坡地产沙量最大，表明坡地产流产沙高峰期与雨强高峰期一致。（2）春夏两季产流、产沙量与I、I₃₀和I₆₀相关性显著（超过95%置信度检验）。其中坡耕地产流产沙量与I、I₃₀、I₆₀的相关系数整体高于坡改梯。春夏季坡耕地产沙量分别是坡改梯的3.91，7.85倍。（3）降雨主要集中在I（1~3 mm/h）、I₃₀（3~29 mm/h）、I₆₀（2~27 mm/h）之间，且坡地产流产沙量与最大雨强I₃₀、最大雨强I₆₀在95%置信度水平呈现显著正相关。当I₃₀达到29.0 mm/h、I₆₀达到26.6 mm/h时，坡地产流产沙达到最大，坡耕地产流产沙峰值是坡改梯的2.43，7.52倍以上，并且坡耕地全年产流产沙变异系数总体高于坡改梯，因此坡改梯工程在一定程度上防治了水土流失，使产流产沙变化减小。     

黔西北乡土植物篱对典型石漠化区石灰土侵蚀动力学过程的调控

在自然降水条件下,定量研究黔西北喀斯特石漠化区典型乡土植物刺梨在坡耕地产流产沙的变化规律,分析该植物篱控制侵蚀产沙的水动力学机理。结果表明,刺梨植物篱截流、分流作用延缓径流产生及汇流时间,增加喀斯特坡面径流入渗量,减小坡面侵蚀动力。在不同降雨强度条件下,喀斯特坡面入渗率与径流量和产沙量呈负线性相关。植物根系缠绕串连黏结根土,改变土壤的入渗特性,增强土壤抗冲性与抗蚀能力。根系密度随土层深度增加而减少,减沙效应亦变小。土壤抗侵蚀能力与d<1mm的须根密度呈极显著正相关关系,与d≤2mm须根的根量、根长与土壤抗冲指数存在线性回归关系。当I30雨强为2.41mm时,植物篱小区几乎无流水侵蚀,而对照样地侵蚀产生较多泥沙;当I30为4.72,8.35mm时,研究小区皆已侵蚀产沙,并在对照样地侵蚀产生细沟,显示雨强加大,坡面产流动力加强,冲沙携沙能力加大。说明植物篱起到保水固土减沙和对土壤侵蚀水动力过程的调控。喀斯特坡面流侵蚀产沙水动力主要受降雨强度和雨滴动能影响,雨滴侵蚀力的大小取决于雨量、雨强、雨滴大小。侵蚀产沙量与雨强、降雨历时呈显著的幂函数关系。揭示了植物根系固土减沙和提高土壤抗侵蚀水动力的调控机理。     

紫鹊界梯田区坡面产流产沙特征的模拟试验研究

通过野外模拟降雨试验,研究了紫鹊界梯田区红薯地与裸地土壤入渗及坡面产流产沙特征。结果表明,与裸地坡面相比,红薯地坡面由于覆盖度高,土壤疏松,其土壤入渗率比裸地高。在小雨强(0.65mm/min)条件下无径流产生,中(1.15mm/min)、高(1.65mm/min)雨强下坡面产流产沙速率以及径流系数均有很大程度的降低,表现出较强的减流减沙效益,但径流含沙量分别为裸地的1.3和2.8倍试验条件下的坡面产流产沙和土壤入渗过程均符合幂函数关系,产流率与产沙率之间呈线性关系。     

秸秆覆盖对西南喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响

喀斯特坡地幼龄橘园人为扰动剧烈,容易发生土壤侵蚀。秸秆覆盖是坡地常用的水土保持措施,但其在喀斯特坡地橘园的水土保持效益还不清楚。通过人工土槽模拟降雨试验,研究了水稻秸秆覆盖对喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响,试验设置了2个雨强(60 mm/h和120 mm/h)和4种水稻秸秆覆盖度(0,20%,50%和80%)。结果表明:(1)秸秆覆盖减小地表径流的效果受降雨强度控制。在中雨强(60 mm/h)条件下,秸秆覆盖可以有效降低地表径流系数。在大雨强(120 mm/h)下,只有20%覆盖度可以减少地表径流系数;(2)在中雨强(60 mm/h)条件下,20%和50%的秸秆覆盖显著增加壤中流和地下径流量; 在大雨强(120 mm/h)条件下,20%的秸秆覆盖显著增加了壤中流量,50%和80%秸秆覆盖度对壤中流量影响不显著;(3)秸秆覆盖可以有效减少地表土壤侵蚀总量,地表土壤侵蚀总量与秸秆覆盖度呈负相关。(4)秸秆覆盖减弱了地表径流的携沙能力,在50%和80%秸秆覆盖度时地表径流的携沙能力得到显著减弱。结果可为喀斯特坡地幼龄橘园合理布设秸秆覆盖措施提供科学依据。     

连续降雨作用下褐土坡面侵蚀及其水动力学特征

为研究在长时间降雨侵蚀过程中北京褐土坡面侵蚀特征及其水动力学机制,通过室内人工模拟降雨试验,分别在60,90 mm/h雨强下对褐土坡面进行连续10场次降雨试验,探讨了坡面侵蚀过程中的产流产沙特征及其与水动力学参数间的关系。结果表明:(1)在雨强及次降雨量较一致的条件下,随降雨场次增加坡面次降雨产流量变动较小,而次降雨产沙量变化较大,60,90 mm/h雨强下次降雨产沙量的变异系数为23.94%和59.88%,且第10场降雨的产沙量仅为第1场降雨的59.74%和22.28%;(2)连续降雨条件下,平均次降雨产沙速率随雨强增大而增大,径流含沙量随降雨时间呈幂函数下降趋势;(3)受褐土坡面细沟形态变化和土壤粗化的影响,60,90 mm/h雨强下坡面径流平均流速分别随降雨时间呈指数函数和幂函数下降趋势,弗劳德数亦表现出相同趋势;坡面径流阻力系数随降雨历时均呈对数函数增加;(4)长时间降雨侵蚀条件下径流含沙量与平均流速、弗劳德数、阻力系数、径流功率相关关系极显著,其中平均流速是径流含沙量变化过程中与其关系最为密切的水动力学参数,径流含沙量的变化深刻受到坡面径流平均流速的动力作用过程影响。     

香根草植物篱带宽对紫色土坡地产流产沙的影响

为研究植物篱篱带宽度对紫色土坡地产流产沙过程的影响,寻求有效控制水土流失的最优植物篱带宽度,采用人工模拟降雨试验对3种篱带宽度(20,30,40cm)、不同雨强(30,60,90mm/h)下的紫色土坡地产流产沙过程进行研究。结果表明:(1)植物篱能有效延缓紫色土坡面产流时间,坡面产流量与篱带宽度能拟合为二次方程(R2=0.99)。随篱带宽度的增大,流速减小,且篱带内部的流速下降最明显,流速变化曲线波动幅度变小。(2)植物篱在产沙过程前期有效抑制坡面产沙量的增长,坡面产沙量随篱带宽度的增大而减少,且当雨强为30,90mm/h时,二者拟合的二次方程R2达到0.99。(3)篱带宽度对产流、产沙量的影响均为极显著。30mm/h雨强下、宽度为30cm的篱带可达到显著的减流减沙效益,是能有效控制水土流失的最优植物篱带宽度。