南方花岗岩红壤区不同土地利用类型坡地产流与侵蚀产沙研究

基于自然坡面径流小区,分析了南方花岗岩红壤区5种典型土地利用下坡面地表径流与侵蚀产沙规律.结果表明,不同地类地表径流与侵蚀产沙分异规律明显.裸露荒地、坡耕地、早地和疏林地的地表径流分别是典型林分林地的1 354.9%,1 099.9%,712.3%和285.4%;不同地类土壤侵蚀强度排序为裸露荒地＞坡耕地＞旱地＞疏林地＞典型林分林地,说明植被能较好地调蓄地表径流和减少侵蚀产沙.在不同降雨强度和雨型条件下,不同土地利用的坡面产流与侵蚀产沙也表现出显著的差异.裸露荒地、坡耕地、旱地、疏林地是研究区主要的侵蚀产沙地类.基于径流小区次降雨条件下径流和侵蚀产沙观测资料,建立了不同地类坡面径流与侵蚀产沙的回归方程.     

长江三峡花岗岩区不同地类土壤流失量研究

 研究长江三峡库区泥沙来源,并以此为依据开展水土保持工作,对于保障长江三峡水利枢纽工程安全运行和效益发挥,具有重要意义。在长江三峡花岗岩地区选定的典型小流域内,采用土壤剖面法及土壤侵蚀调查、坡面径流小区等方法,分析不同土地利用现状下的土壤物理特性及其与土壤侵蚀的关系,不同土地利用坡面及沟道的土壤侵蚀量。结果表明:研究区域不同土地利用状况土体内,土壤颗粒特性与土壤流失程度密切相关。随着土壤流失程度的增大,流域不同土地利用状况下的A层土壤颗粒粒径分选系数降低。不同土地利用状况下,土壤颗粒粒径组的对称性均较低;长江三峡花岗岩区的泥沙,主要来源于坡面土壤侵蚀;坡面侵蚀的泥沙主要来源于坡耕地,25°以上陡坡耕地侵蚀的泥沙量,约占坡面产沙总量的50%。     

表层土壤结构对红壤坡耕地产流及产沙过程的影响

针对南方红壤区坡耕地水土流失严重与表层结构退化的现状，采用室内模拟降雨的方法，分析表层土壤结构和雨强对降雨再分配、坡面产流及产沙过程的影响。结果表明：（1）表层土壤结构显著改变降雨的再分配过程，深耕作层可以降低地表径流比例，增加壤中流比例，60和90 mm·h-1雨强下，随耕作层深度增加，地表径流平均比例依次为70.5%，62.9% 和 56.8%，壤中流平均比例依次提升为7.1%，12.3％和18.1%；（2）土壤流失率随雨强增加而增大，90 mm·h-1雨强下土壤流失率是60 mm·h-1雨强下的4.4倍，土壤流失率随耕作层深度增加而显著减小，依次为36.8、21.1和13.1 g·m-2 min-1；（3）雨强和表层土壤结构显著影响坡面侵蚀形态的演变，随耕作深度增加坡面侵蚀由细沟侵蚀逐渐转变为面蚀。表层土壤结构显著改变坡耕地降雨-径流关系和侵蚀过程，合理增加耕作层深度，对降低地表侵蚀、促进土壤水分的深层下渗、增加土壤深层持水量具有积极作用。     

黄土丘陵区不同降雨格局下土地利用的水土流失效应

研究不同类型降雨事件下土地利用／覆被对水土流失过程的影响，对于科学指导植被建设和控制水土流失具有重要意义。基于14a径流小区观测数据，依据降雨量．降雨历时和最大30min雨强3个指标。利用快速聚类的方法将定西市安家沟内产流性降雨事件划分为3种格局。总体而言，降雨格局2为雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨事件的集合；降雨格局3为雨量分散、雨强小而历时很长的一类降雨事件的集合；而降雨格局1则为雨强、历时等特征值都介于格局3和格局2之间的降雨事件的集合体。在此基础上，着重研究了5种土地利用类型在不同降雨格局下的径流侵蚀规律。（1）从静态观点来看，5种土地利用类型抵抗径流侵蚀的能力依次为沙棘〉荒草〉油松〉苜蓿〉小麦。苜蓿地的土壤侵蚀严重。可能跟人为干扰破坏和苜蓿自身生长习性有关。（2）3种降雨格局中，以降雨格局2下各土地利用类型的径流侵蚀最为严重，降雨格局1次之，降雨格局3最弱。即雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨类型是影响该地区水土流失的主导因素。（3）多年生植被（如沙棘，油松等）的径流侵蚀有随生长年数增长而减弱的趋势，以生长初期最为严重，随后逐渐减弱并稳定在一个较低的水平上。因而认为，不同土地利用类型下的径流侵蚀不仅取决于该植被类型，更重要的是决定于该植被所处的生长发育阶段。     

不同土地利用方式坡面径流侵蚀强度模拟试验

采用人工模拟降雨的方法,对南方红壤丘陵区3种土地利用方式下(经济林坡地、坡耕地及荒坡地)坡面侵蚀强度及其影响因素进行对比分析.结果表明,次降雨坡面土壤侵蚀模数大小顺序为坡耕地＞荒坡地＞经济林坡地;90 mm/h雨强是经济林坡地侵蚀性降雨的临界雨强,60 mm/h雨强是荒坡地及坡耕地侵蚀性降雨的临界雨强;建议在坡耕地上以4m为间隔设置水土保持措施;雨强30～120 mm/h时,侵蚀模数随坡长延长相同长度增速大小顺序为坡耕地＞荒坡地＞经济林坡地,雨强150 mm/h时,其顺序为经济林坡地＞坡耕地＞荒坡地;3种土地利用方式下侵蚀模数与径流深均呈正相关关系,可用幂函数拟合(R2＞0.75),侵蚀模数随径流深变化速率大小顺序为坡耕地＞荒坡地＞经济林坡地;3种土地利用方式下雨强与侵蚀模数的相关性均较坡长大.     

坡耕地细沟侵蚀影响因素的研究

本文利用人工降雨试验和野外调查资料分析研究了黄土高原坡耕地细沟侵蚀发生发展的影响因素.其结果表明:降雨径流能量(尤其是径流能量)、土壤抗侵蚀性能、坡度、坡长、坡形、土地管理是影响细沟侵蚀的主要因素.作者认为防治坡耕地土壤侵蚀的关键是削弱降雨能量和提高土壤的抗侵蚀性能.     

不同坡面草被格局下的侵蚀产沙量及其连通性指数表征

为探寻植被格局的定量表征参数,并建立其与侵蚀产沙的关系,深入揭示植被格局阻蚀减沙作用机制,该研究采用室内人工模拟降雨试验,以40%盖度的高羊茅草被坡面为研究对象,探讨了不同坡度（5°、15°和25°）和植被分布格局（裸地、带状横坡、带状顺坡、块状镶嵌、点状均匀格局）下的坡面侵蚀产沙过程变化,并分析了不同草被格局下平均汇流路径长度指数（Mean Flow Length Index,MFLI）、连通性指数（Index of Connectivity,IC）变化及其同坡度和土壤侵蚀量的关系。结果表明：带状顺坡、点状均匀、块状镶嵌和带状横坡的草被坡面平均侵蚀量分别较裸地减小42.9%、55.7%、62.4%和78.0%,带状横坡的阻蚀减沙作用最优。不同草被格局坡面间的MFLI和IC总体也与平均侵蚀量的差异关系一致,从小到大依次为：带状横坡、块状镶嵌、点状均匀、带状顺坡、裸地。MFLI和IC可分别与坡度结合用于模拟评价不同草被格局坡面的侵蚀产沙,决定系数（R2）达0.84以上。其中,IC与坡度的协同性更佳、依赖性更小,是表征植被格局对坡面侵蚀产沙影响的较佳参数。结果可为快速优选水土保持型植被格局、促进生态脆弱区林草植被格局优化和提质增效提供依据。     

不同草被格局坡面水土-养分流失动力过程试验研究

利用模拟降雨试验研究不同草被格局对坡面水土-养分流失过程及径流侵蚀动力的影响,分析水土-养分流失量与径流侵蚀功率、草被格局、盖度及坡面坡度等因素之间的关系。结果表明:径流侵蚀功率随着草被盖度的增大呈幂函数减小,且28°坡面的径流侵蚀功率大于相同条件下的21°坡面;在相同植被盖度、坡度和降雨条件下,径流侵蚀功率随草被覆盖格局不同而不同,表现为坡下聚集格局径流侵蚀功率坡中坡上;坡面水土-养分流失量随径流侵蚀功率的增加呈对数递增关系,径流侵蚀功率可作为坡面水土-养分流失过程的驱动力指标。     

7Be示踪坡耕地次降雨细沟与细沟间侵蚀

对于坡面细沟与细沟间侵蚀过程的了解是建立侵蚀预报模型的基础,但传统方法难以对其进行深入研究。利用7Be示踪技术并结合人工模拟降雨,考虑坡脚沉积作用,研究了25°坡耕地径流小区次降雨过程中细沟与细沟间侵蚀动态。结果表明：根据流出径流小区泥沙7Be含量变化计算坡面明显细沟出现时间,由于坡脚沉积作用使得A、B两试验小区这一时间比实际细沟出现分别延迟了45 min和11 min;根据坡面-侵蚀泥沙中7Be总量守恒和泥沙质量平衡原理,坡面细沟间侵蚀及细沟侵蚀在坡面总侵蚀、坡脚沉积区泥沙及流出径流小区泥沙中的比例被定量区分开;总体上,细沟间侵蚀量在径流泥沙中的比例逐渐减少,而细沟侵蚀量逐渐增加。两试验小区中7Be示踪计算坡面细沟侵蚀量和坡脚沉积量与实测值相比相对误差均较小,因此7Be示踪技术可以对土壤侵蚀进行较为准确地定量研究。     

等高反坡阶对坡耕地土壤碳库的影响

[目的]研究坡耕地等高反坡阶措施的蓄水保土和固碳减排效应,为改善云南山区红壤坡耕地土壤侵蚀状况提供科学依据。[方法]自然降雨条件下,通过松花坝迤者小流域1a的野外径流小区定位观测,对有、无等高反坡阶措施条件下的坡面产流产沙和土壤有机碳流失进行对比分析。[结果](1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,因其流失所致的流失量占总有机碳流失量的85%以上,最高达95.38%;(2)等高反坡阶具有显著的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率在5.56%~53.91%,减沙率在18.84%~83.11%,产沙调控作用更优;(3)雨季前后,原状坡面小区土壤碳储量减少率达9.90%,明显高于等高反坡阶小区土壤碳储量的减少率3.99%;(4)通过相关分析发现,2个小区土壤有机碳的流失率与降雨量均未达到显著相关,但与降雨侵蚀力显著相关(p0.05)。径流、泥沙与2个小区有机碳的流失率均达到了显著正相关(p0.05)。[结论]等高反坡阶通过改变地表微地形,减少了坡耕地有机碳的输出。     

黔中喀斯特区典型土地利用方式及耕作措施的水土流失调控效应

[目的]探讨贵州省中部喀斯特地区坡面几种典型土地利用类型及耕作措施对土壤水分、土壤侵蚀及坡面径流的调控效应,探明其差异显著性,为区域坡面水土流失防治提供参考。[方法]采用野外径流小区定位观测法,以贵州省龙里县羊鸡冲小流域及贵阳修文龙场小流域为研究对象,开展坡面不同土地利用及耕作方式水土流失调控效应的研究。[结果]林地、撂荒地及农耕地对土壤水分的调控效应差异不显著(p0.05),对土壤侵蚀的调控效应差异显著(p0.05)。3种土地利用方式对径流的调控效应相对复杂,具体为撂荒地显著低于林地(p0.05),但林地与农耕地间、撂荒地与农耕地间均无显著差异(p0.05);两种典型耕作措施研究结果显示,蔬菜种植(春甘蓝)对土壤水分、水土流失的调控效应优于玉米种植(单作),但两者对土壤水分及水土流失的调控效应均无显著差异(p0.05)。[结论]黔中喀斯特区3种土地利用方式中,撂荒地水土流失调控效应显著高于林地和耕地;蔬菜种植水土流失调控效应高于玉米单作,但是两者无显著差异(p0.05)。     

黄丘区典型灌木和荒草地土壤含水量变化对降雨的响应

为了研究不同土地利用方式下土壤水分的变化特征及其对降雨的响应,以黄丘区辛店沟流域坡面径流小区灌木和荒草地为研究对象,利用多探头土壤水分监测仪对研究对象0—50 cm土层土壤水分进行了连续定位观测,对不同下垫面下土壤水分的变化特征进行了系统的分析和研究。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分表现出明显的季节变化特征,观测期内荒草地的平均土壤含水量为0.099,大于灌木地0.091,荒草地的土壤含水量总体要高于灌木地。(2)不同土地利用方式土壤含水量垂直变化趋势相似,总体上随着土层深度的增加而减少,具有明显的垂直变异性,灌木地对深层土壤含水量的消耗比荒草地多。(3)土壤含水量在垂直方向上对降雨的响应程度随着土层深度的增加而减小,灌木地和荒草地垂直方向上0—30 cm土层与30—50 cm土层对降雨响应表现为相反的规律。研究认为相比荒草地,灌木地土壤水分消耗更严重,且深层土壤水分受降雨补给有限,易引发土壤干层。     

不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量深层变化的影响

[目的]黄土高原地区水资源短缺,探究不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量变化的影响对区域水资源优化配置理论探索具有重要意义。[方法]基于甘肃省庆阳市南小河沟径流场自然降雨条件下的实测数据资料及4种土地利用方式(农、林、草、裸)覆盖下的降雨前后观测数据,分析了不同土地利用方式下5种不同次降雨等级的土壤含水量深层变化特征。[结果](1)土壤含水量的动态变化与土地利用方式关系较为密切。在4种土地利用方式中,林地比裸地的蓄水能力好,但裸地的土壤含水量在不同等级降雨影响下的波动最大。随着土层深度的增加,表层土壤含水量对降雨的响应比较明显,中间层和深层具有一定的滞后性。(2)特定降雨条件下,土壤不同深度的水分交换存在明显的水分活跃层分界点。大雨和暴雨条件下,在40 cm土层深度处出现明显的水分活跃层分界点;中雨条件下,除了农地雨后含水量差异较大之外,其他土地利用方式下,从60 cm处开始土壤含水量出现明显的水分活跃层分界点。(3)不同土地利用方式下降雨特征因子与表层土壤含水量的关联性都最小,与中间层和深层土壤含水量的关联性都较高;4种土地利用方式中相对于裸地,林地、草地和农地对土壤水分的调控作用较...     

土地利用格局对半干旱黄土区土壤水分的影响

半干旱黄土区不同土地利用的土壤水分效应是农业生产、植被恢复和土地合理利用的重要依据.通过对孙家岔流域不同土地利用格局实测土壤水分资料分析,结果表明,梯田区阴坡的土壤含水率高于阳坡;梁峁顶区封闭荒地不同累积深度的土壤含水率均高于农地;缓坡区(＜15°)农地土壤平均含水率高于荒地;灌木林地表层(0-80 cm)土壤含水率高于荒地,而较深层(80-180 cm)低于荒坡;松树林地平均土壤含水率高于杏树林地.说明在半干旱黄土区,梯田的保水效益最好;杏树林相对于松树林耗水量更大,不适宜在无灌溉条件的半干旱黄土区大面积种植;柠条灌木林改善地表土壤水分状况的效应明显,并且能充分利用较深层的土壤水分;缓坡区种植农作物比荒地更有助于土壤水分的改善.     

EFFECTS OF LAND USE ON SOIL MOISTURE VARIATIONS IN A SEMI‐ARID CATCHMENT: IMPLICATIONS FOR LAND AND AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT

Knowledge of the effects of land use on soil moisture variations is necessary to improve land and agricultural water management in the semi‐arid Chinese Loess Plateau. However, previous studies are insufficient to guide management practice in this area and improvement is needed to help with the development of the ‘Grain for Green’ programme. As part of the ‘Grain for Green’ programme, we examined the effects of five land uses (fallow, grassland, cropland, 3‐year and 8‐year jujube orchards) on soil water variations in a small catchment on the Loess Plateau. Soil moisture at 0–160 cm depth was monitored approximately weekly at 47 sites from 17 August to 19 October 2009 and from 4 April to 27 September 2010 using a portable time domain reflectometer. Results indicated that mean soil water profiles in different land uses varied with time, land use induced spatial variations of soil water but exerted negligible influence on soil water temporal patterns, and soil water content was of the greatest spatial variability with moderate means (approximately 20 per cent). Furthermore, the relationship between standard deviation and mean water content was dependent on soil depth, although it was negligibly affected by land use. Profile soil water for five land uses was different in various seasons, precipitation infiltration depth exhibited a positive correlation with precipitation, and the whole profile soil moisture (0–160 cm) was complemented following a 93·5‐mm rainfall event. The findings presented here provide helpful information for land and agricultural water management in this area. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

干热河谷不同土地利用类型坡面土壤水分时空变异

为探究干热河谷区不同土地利用类型坡面土壤水分的时空变化规律,以元谋干热河谷老城小流域水土保持综合治理示范区内的银合欢人工林地、扭黄茅草丛地和坡耕地为研究对象,采用经典统计学和地统计学克里格插值相结合的分析方法,对3种土地类型坡面土壤水分的时间和空间异质性进行研究。结果表明:元谋干热河谷区土壤含水量较低(林地旱季7.56%,雨季12.80%;草地旱季8.05%,雨季12.66%;坡耕地旱季19.37%,雨季22.95%),雨季显著大于旱季。旱、雨季均表现为坡耕地草地林地,呈中等至强度变异(0.14~0.72之间);不同土地利用类型下各层土壤水分的自相关系数均由正向负转化的相同趋势,但拐点有所不同,且雨季大于旱季;不同土地利用类型下旱、雨季土壤水分的最佳拟合模型林地与草地相同(林地与草地旱雨季均为球状模型,坡耕地旱雨季为指数模型),均呈中等或强等空间相关性(0.05~0.39之间),且旱季大于雨季;同一土地类型下旱、雨季不同土层的土壤水分空间分布相似,不同土地利用类型下相同土层分布格局则不同。     

人为干预下喀斯特峡谷区不同土地利用类型对土壤理化性质的影响

[目的]探究人为干预下喀斯特峡谷区不同土地利用类型对土壤理化性质的影响,为岩溶山区的生态环境保护和可持续发展提供科学依据。[方法]以贵州省花江喀斯峡谷示范区生态系统土壤为研究区,选取典型喀斯特石漠化治理区域进行野外定点取样,通过室内分析的方法进行不同土地利用石漠化地区土壤理化性质比较研究。[结果](1)土壤含水量随着土层深度的增加递增,土壤含水量大小依次为:封山育林径流场坡改梯自然灌丛撂荒地,形成土壤水分的垂直变化;(2)经过改良后坡改梯通过种植花椒的田间持水量明显比草地含量高,相对于进行石漠化治理并合理耕作的坡改梯花椒地来说,荒草地的持水能力明显下降;(3)石漠化环境下土壤颗粒分散、土体结构破坏,土壤通透能力下降,孔隙的变化规律为:林地坡改梯灌草丛耕地撂荒地;(4)示范区土壤总钾偏高,与pH值呈正相关,总氮普遍低于全国农田氮含量,土壤养分不足。[结论]不同土地利用条件下土壤特征有显著差异,这种差异是基于不同石漠化等级下不同土地利用的治理措施造成的。花江示范区土壤持水效益低,土壤养分不足,不利于耕作,农业产量不高,建议花江示范区应减少耕地,多种植经济林和草地,保护天然林地。     

半干旱区不同土地利用方式下土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法测定了盐碱地、撂荒地和苜蓿地三种土地利用方式下的土壤呼吸速率,并结合水热因子,对不同土地利用方式下土壤呼吸速率的差异性以及其和温度、含水量之间的关系进行了分析。结果表明:三种土地利用类型土壤呼吸速率日变化均呈现单峰型曲线,与气温变化趋势一致,一天中气温最高时的土壤呼吸速率均显著高于其他时间;不同土地利用方式土壤呼吸与水热因子均呈正相关,采用线性关系式来分析土壤呼吸速率与土壤水分含量的关系。不同土地利用方式下土壤呼吸速率与近地面气温、不同深度土壤温度的关系可以用指数方程得到较好的拟合（p < 0.05）,撂荒地土壤呼吸的温度敏感性系数Q₁₀值变化较大,从而对土壤温度的响应更为敏感,且不同深度土壤的Q₁₀值存在较大差异,盐碱地和苜蓿地不同土层的Q₁₀值均在2.0左右变化,与全球Q₁₀的平均水平接近。盐碱地、撂荒地和苜蓿地土壤呼吸与土壤温度和湿度的双变量模型关系显著,比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

退耕还林还草过程中不同土地利用方式土壤呼吸作用及其碳收支评估

采用动态密闭气室法对黄土高原水蚀风蚀交错区9种土地利用方式植物生长季节内（2010年6—10月）土壤呼吸速率及其主要影响因子进行测定,分析不同土地利用方式间土壤呼吸的差异性和土壤呼吸对温度、土壤水分、叶面积指数等因子的响应,对7种土地利用方式土壤碳收支进行了估算。结果表明,植物生长季节内,不同土地利用方式下土壤呼吸速率呈多峰型变化趋势。裸地、农地、梯田农地、苜蓿地、撂荒地、长芒草地、荒草地、沙柳地、沙蒿地的土壤呼吸速率季节变化范围分别为0.18～1.05、0.30～2.08、0.50～1.71、0.53～2.78、0.26～1.08、0.39～1.93、0.30～2.27、0.43～1.43、0.39～1.26μmol·m-2·s-1。9种土地利用方式下土壤呼吸速率均与气温和5、10、15cm地温呈显著相关（P〈0.05）或极显著相关（P〈0.01）,而与0～6cm土壤水分相关性不显著。9种土地利用方式下地温对应的Q10值均表现为15cm地温〉10cm地温〉5cm地温。研究区域内土壤呼吸速率与其地上植被叶面积指数呈极显著线性相关关系（r=0.679,P〈0.01）。     

Soil Moisture Variations with Land Use along the Precipitation Gradient in the North–South Transect of the Loess Plateau

Knowledge of soil moisture spatial variation with land use along the precipitation gradient is necessary to improve land management and guide restoration practice in the water‐limited Chinese Loess Plateau. This study selected 45 sampling points at 11 sites across the north–south transect of the Loess Plateau based on the precipitation gradient and land use. Results showed that the vertical profiles of soil moisture revealed large variations with the precipitation gradient changing, especially in the surface layer (0–100 cm). Significant linear correlation existed between the average soil moisture of the profile and the mean annual precipitation (MAP) for each land use type (p < 0·05). Hereinto, the soil moisture under the grassland was affected more greatly by precipitation. The soil moisture under each land use commonly revealed the trend as farmland > grassland > shrubland > woodland, while it might be higher under the woodland than the shrubland in the surface layer in regions with MAP <500 mm. The soil moisture of woodland or shrubland at the selected points was below or approximate to the permanent wilting point in regions with MAP <520 mm. Covariance analysis confirmed the effects of land use and MAP on the soil moisture in depth of 100–300 cm, and it showed land use did not pose significant effects in the surface layer. In addition, our study indicated that it is necessary to reconsider and re‐evaluate the current vegetation restoration strategy in the perspective of vegetation sustainability and soil water availability, in which woodland and shrubland were selected on a large scale in the arid and semi‐arid regions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.