用人工模拟降雨研究不同土壤类型的产沙特征

以新疆伊宁、玛纳斯县3种土壤类型为研究材料,采用室外人工模拟降雨试验、野外调查采样与土壤样品室内理化性质测定相结合的方法,比较了相同降雨条件下3种类型土壤的坡面侵蚀特征。结果表明:(1)土壤的颗粒组成和有机质含量是影响土壤可蚀性差异的主要因素。土壤中粉粒的含量越高,其含沙量、可蚀性K值愈大,越易发生侵蚀;土壤中粘粒含量越高,土壤含沙量、可蚀性K值越小,越易抵抗侵蚀。(2)相关性分析发现土壤的径流速率和产沙量的相关系数为0.56,没有显著的相关性。(3)土壤的有机质和累积含沙总量相关性分析,发现两者显著相关,相关系数为0.73。(4)通过打破土壤结构体,发现2 mm结构体土壤中,灰钙土的产流速率、产沙量及可蚀性K值均最小;2 mm土壤结构体中,棕钙土的产流速率、产沙量及可蚀性K值均最小,且2 mm土壤结构体比2 mm结构体的土壤抵抗侵蚀的能力大。     

黑麦草对黄土坡面降雨产流产沙过程的影响

为研究草地对土壤侵蚀过程的影响,选用黄绵土人工种植草地,采用室内模拟降雨试验研究黑麦草不同覆盖度（0、25%、50%和75%）对3种降雨强度（60、90和120 mm/h）坡面产流产沙过程的影响。结果表明：黑麦草覆盖可以显著减小侵蚀产沙。在坡面土壤预饱和的条件下,坡面产流、产沙与时间呈线性关系;累计产流量随降雨强度线性增加;同一降雨强度条件下,草地覆盖度对累计产流量影响不显著;草地坡面水流含沙量、输沙率、次降雨产沙量均随覆盖度增大而降低,随降雨强度增大而增加;3种降雨强度条件下,无黑麦草覆盖坡面水流含沙量差异不显著,次降雨产沙量和输沙率随着降雨强度的增加而增大。研究结果可为土壤侵蚀预报模型建立及水土保持措施的制定提供理论参考。     

秸秆覆盖对种植烤烟坡耕地土壤侵蚀的影响

【目的】探讨秸秆覆盖对种植烤烟坡耕地土壤侵蚀的影响,为坡耕地可持续利用提供理论依据。【方法】采用室内人工模拟降雨法,以烤烟K326为材料,分别设3个降雨强度(40、80和120 mm/h)和3个秸秆覆盖量(3750、7500和15000 kg/ha),以无秸秆覆盖为对照,观测烤烟不同生育期径流量和产沙量,并进行不同因素与径流量和产沙量的相关性分析及回归分析。【结果】随着降雨历时的推移,产流速率先上升而后趋于稳定;随着秸秆覆盖量的增加,产流速率和产沙速率逐渐降低,当秸秆覆盖量达7500和15000 kg/ha时,两者水土保持效果较接近,其平均产流速率和平均产沙速率分别为0.19、0.14 L/(m2·min)和0.05、0.03 g/(m2·min);径流量和产沙量随降雨强度的增加而上升,两者均与降雨强度呈极显著正相关(P0.01,下同);秸秆覆盖量越高,径流量和产沙量越低,3个秸秆覆盖处理的径流量和产沙量较对照分别降低48.67%～81.62%和57.63%～89.98%;无秸秆覆盖时,径流量和产沙量随叶面积指数的增加而降低,径流量和产沙量与叶面积指数呈负相关,但仅产沙量达显著水平(P0.05);双因素方差分析结果表明,秸秆覆盖量、叶面积指数及两者交互作用对径流量和产沙量均有极显著影响,以秸秆覆盖量对产流产沙的贡献最大;基于降雨强度(RI)、秸秆覆盖量(ST)和叶面积指数(LAI)建立径流量(Yr)和产沙量(Ys)的最优回归方程分别为Yr=19.136-0.003×ST+0.356×RI-1.216×LAI和Ys=7.711-0.001×ST+0.152×RI-0.854×LAI,对应的决定系数(R2)为0.630和0.577,方程拟合度均达极显著水平。【结论】秸秆覆盖或烤烟冠层均能有效降低坡耕地径流量和产沙量,当两者同时存在时秸秆覆盖起主导作用,以7500 kg/ha秸秆覆盖量对土壤侵蚀的抑制效果较好。     

黄土丘陵区坡面薄层水流动力学特性及其对土壤侵蚀的影响

为奠定基于运动力学参数构建土壤侵蚀模型的理论基础,通过不同降雨强度(25、50和75 mm/h)、不同坡长(1、5、10、15和20 m)下径流小区内人工模拟降雨试验,对不同处理下坡面薄层水动力学特性进行分析,并对水动力学参数与土壤侵蚀之间的关系进行初步探讨。结果表明:当坡度一定时,坡面平均流速主要受坡长及单宽流量影响,降雨强度通过影响单宽流量的大小间接影响坡面平均流速;在试验设计范围内,当坡长1 m时,整体上呈"层流-急流态",当坡长为1 m时,整体上呈"层流-缓流态";当降雨强度一定时,雷诺数随着坡长的增加线性增加,佛汝德数随着坡长的增加以幂函数形式增加;降雨强度对坡面流有明显的"增阻"效应;坡面阻力系数随着坡长的增加呈幂函数减小趋势;坡面平均土壤侵蚀率与单宽流量间呈一元线性趋势增加,与水流平均流速间呈指数函数增加,与雷诺数间呈二次函数增加。     

川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀特征

通过径流小区定位观测,研究了川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀特征。结果表明,坡面径流量和土壤侵蚀量年际间存在差异;随着坡度的增加,坡面径流量和土壤侵蚀量呈增加的趋势。多元回归分析表明,降雨量与坡面径流深、土壤侵蚀量之间存在显著的线性关系;而降雨强度、降雨历时与土壤侵蚀量分别存在着显著的幂函数和二次函数关系。主成分分析表明,降雨量和降雨强度为坡耕地主要的土壤侵蚀因子,降雨历时对土壤侵蚀的贡献率随坡度的增加逐渐加强。     

自然降雨条件下不同水土保持措施对坡耕地土壤侵蚀的影响

吉林省是坡耕地较多的省份之一,坡耕地土壤侵蚀是东北主要面临的持续性自然灾害,是人们关注的生态环境问题。在自然降雨条件下,采用收集径流的方式得到产沙量与径流量,探讨不同水土保持措施对坡耕地土壤侵蚀的防治效应。结果表明：地埂植物带、土坎水平梯田与顺坡垄作的土壤侵蚀量表现为顺坡垄作>地埂植物带>土坎水平梯田;在5°和10°坡度下采用地埂植物带措施对土壤侵蚀治理效果明显;坡度为10°的土坎水平梯田的年径流量为7.83 mm,保土率为98.09%;2种措施与顺坡垄作相比,地埂植物带与土坎水平梯田的产沙量和降雨侵蚀力均达到极显著相关。可见,说明地埂植物带与土坎水平梯田措施有良好的保土、保水效应。地埂植物带和土坎水平梯田措施可显著降低土壤侵蚀量,有效地拦截地表径流,减慢径流流速和拦蓄水流,因而减少径流量。     

黄土高原陡坡耕地土壤侵蚀对土壤性质的影响

以137Cs示踪技术和室内分析的方法研究了黄土高原北部陡坡耕地土壤侵蚀对土壤养分流失的数量、变化规律及影响因素。结果表明,黄土高原陡坡耕地的土壤侵蚀对土壤中有机质、有效P的含量变化有很大影响,即随着土壤侵蚀速率的增大,土壤中有机质、有效P的含量也明显降低,对有效N的影响无明显规律,土壤侵蚀对土壤养分含量变化的影响规律是:有机质>有效P>有效N。土壤中较大颗粒(1—0.25mm)及细颗粒(<0.001mm)的含量随着土壤侵蚀的增加而呈下降趋势。坡度变化是影响该地区土壤养分流失变化的主导因子,在整个山坡的坡度范围内,随着坡度的增加,土壤的侵蚀速率也增大,土壤中有机质及有效P的含量也逐渐降低。     

模拟降雨条件下自然堆土流失特征研究

探讨沈阳草甸土区不同植被类型与降雨强度对自然堆土产沙量、径流量的影响,为研究区水土流失防治与土地利用规划提供理论依据。采用两因素、三水平、三重复平行试验,利用人工降雨装置对3种植被类型(农田、荒地、林地)自然堆土进行3种降雨强度(0.64,1.05,1.52mm·min-1)的降雨试验,并对自然堆土泥沙侵蚀量、径流量进行对比分析。结果表明:在植被类型相同时,降雨强度与产沙量、径流量呈显著正相关(与产沙量相关系数分别为0.718,0.639,0.644;与径流量相关系数分别为0.676,0.682,0.628);在降雨强度相同时,不同植被类型堆土流失量差异明显,呈农田荒地林地,农田径流量最大,土壤侵蚀也最剧烈,相关分析表明产沙量与容重、黏粒含量具有显著正相关(与容重相关系数分别为0.593,0.724,0.692;与黏粒含量相关系数分别为0.592,0.729,0.704),产沙量与孔隙度、入渗率具有呈显著负相关(与孔隙度相关系数分别为-0.590,-0.715,-0.679;与入渗率相关系数分别为-0.582,-0.699,-0.658),说明影响土壤理化性质的植被类型是流失量差异的主要原因。因此,沈阳草甸土区自然堆土流失易受降雨强度与植被类型的影响,合理的规划利用土地能够有效控制水土流失。     

前期含水量对坡耕地产流产沙及氮磷流失的影响

土壤前期含水量是影响土壤入渗、产流以及溶质迁移、淋失的重要因素之一。通过人工模拟降雨实验,对5%、9%、13%、17%和20%这5个不同前期含水量水平下的黄土高塬沟壑区黑垆土坡耕地土壤侵蚀及氮磷流失情况进行了研究。结果显示:在同一雨强和坡度条件下,随着土壤含水量的增加,坡面达到稳定入渗率的时间缩短,开始均匀产流时间也减小;在5%~17%前期含水量的范围内,径流量、泥沙量随前期含水量增加而增加,17%~20%时径流量和产沙量为递减的变化趋势;产沙量与径流量呈显著的线性关系,相关系数为0.889。前期含水量为17%时,径流中水溶性磷、硝态氮、铵态氮浓度最大,总流失量最大,3种养分在湿润层内发生积累的深度随含水量增加而减小,前期含水量17%是影响径流中养分浓度变化的一个临界值;在前期含水量范围为5%~9%时,养分流失量变化不大,且流失量较小;硝态氮平均流失总量最大,分别是铵态氮和水溶性磷的1.32和2.46倍。该项研究结果可为当地农业生产、减少水分损失、提高水分和养分利用率提供有效的指导。     

草篱对坡耕地水土流失和土壤养分的影响

[目的]研究不同草篱对坡耕地水土流失和土壤养分的影响。[方法]采用人工模拟降雨法研究狼尾草和野古草2种草篱对坡耕地水土流失和土壤养分的影响。[结果]与对照相比,在坡耕地上狼尾草的水土保持效果优于野古草,平均减少地表径流52%,减少土壤侵蚀量为76%。在0~60 cm土壤中野古草和狼尾草处理的铵态氮含量接近,均超过对照;0~100 cm土壤中野古草处理的硝态氮和速效磷的平均含量分别为11.51和5.30 mg/kg,均显著高于狼尾草和对照处理;各处理土壤各层次全量养分含量随土壤深度增加而降低,但差异不大。草篱对土壤各层次全量养分含量的影响不明显,但对土壤速效养分含量及其分布的影响显著。[结论]草篱能有效地减少坡耕地地表径流和土壤侵蚀量。     

次强降雨下不同植被类型产流产沙对比分析

设置径流观测场,观测次强降雨下不同植被恢复5年后产流、产沙特征。结果表明,苦竹＋牛鞭草植被类型在此次强降雨106.3mm下,产流、产沙量占其全年的15.24%和17.07%,调节降雨和抑制土壤侵蚀的能力最强;农耕地产流、产沙量占其全年的22.05%和31.65%,其中产沙量达其他3种植被类型的4.6～13.3倍,水土保持能力最弱;桦木＋牛鞭草、杂交竹＋牛鞭草植被类型因桦木生长和杂交竹间歇性采伐的原因水土保持能力居于中等水平。对比农耕地来说,3种植被恢复后土壤侵蚀得到了有效控制,但此次强降雨下地表径流控制程度还较弱,需继续加强对土壤和植被的培育。     

模拟降雨条件下林下枯落物层减流减沙效应

通过室内模拟降雨试验,研究了不同坡度、雨强条件下枯落物覆盖对坡面产流过程和侵蚀过程的影响。结果 表明:1)枯落物单位面积生物量越大,坡面产流越迟,并且枯落物覆盖延迟地表径流产生的作用在30 mm/h 雨强下 较60 mm/h 更为突出;2)坡面总径流量随枯落物单位面积生物量增大而减小,30 mm/h 雨强下减少率在4.8% ~ 54.8%之间,60 mm/h 雨强下减少率在4.2% ~ 26.8% 之间,30 mm/h 雨强下枯落物的减流效应要优于60 mm/h 雨 强;3)坡面产沙率和总产沙量均随枯落物单位面积生物量的增大而减小,当枯落物生物量为50 g 时,坡面的总产沙 量相比裸坡可降低56.2% ~68.0%,枯落物生物量达到200 g 之后坡面总产沙量相比裸坡能降低92.2%以上,即使 在60 mm/h 雨强下枯落物层仍能发挥良好的减沙效果;4)枯落物层拦截泥沙的效应要强于其减少径流的效应,有 枯落物覆盖的坡面,在径流量较大的情况下,产沙量也可能较小。实验表明,要发挥枯落物层良好的水土保持功 能,枯落物单位面积生物量需达到250 g 以上。      

黄土高原典型流域次降雨径流侵蚀产沙规律研究

【目的】研究黄土高原地区小流域次降雨径流侵蚀产沙规律,建立适宜于该地区的侵蚀产沙预报模型。【方法】根据岔巴沟流域32年实测的水沙资料,采用径流侵蚀功率、地貌分形信息维数的计算模型及多元非线性回归方法,分析了黄土高原地区岔巴沟流域的次降雨径流侵蚀产沙规律。【结果】岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙模数Ms与径流侵蚀功率E、地貌形态分形信息维数Di有很好的相关性,模型具有较高的精度和一定的适用性。【结论】基于流域径流侵蚀功率与地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙预报模型,能够近似反映不同尺度流域次降雨径流侵蚀产沙特性及水沙传递的关系,为建立具有广泛适用性和较高预报精度的黄土高原流域次降雨径流侵蚀产沙预报模型提供了理论依据。     

黄土区土壤结皮和垄高对坡面产流产沙的影响

通过室内人工模拟降雨方法,研究不同坡面处理(有结皮、无结皮)和垄高(7、10和13 cm)产流产沙情况,为黄土区等高耕作水土流失治理提供理论依据。结果表明,同一垄高下,土壤结皮使坡面初始产流时间提前,径流强度增大,径流总量增加;同一坡面处理下,随垄高增加,坡面径流总量和泥沙总量减少。垄高通过蓄积雨水能力影响土壤结皮对坡面泥沙总量作用。垄高7 cm时,蓄积雨水能力较小,坡面径流量较大,土壤结皮增大坡面产沙量,相比无结皮坡面增加38.70%;垄高为10 cm和13 cm时,蓄积雨水能力较强,坡面径流量较小,土壤结皮减少坡面产沙量,相比无结皮坡面分别减少21.10%和65.70%。坡面土壤侵蚀过程中,土壤结皮首先抑制坡面产沙,但随着降雨历时增加,土壤结皮促进坡面产沙。因此,在黄土区等高耕作中,应合理设置垄高,抑制结皮,以降低土壤侵蚀程度。     

紫色土旱坡地土壤团聚体稳定性特征对侵蚀过程的影响

 【目的】研究紫色土旱坡地土壤团聚体稳定性特征及其对侵蚀过程的影响。【方法】利用野外人工模拟降雨与土壤团聚体特征分析的研究方法,对4种紫色土旱坡地土壤团聚体稳定性特征及其对侵蚀过程影响进行研究。【结果】（1）快速湿润使大部分团聚体崩解为细小的团聚体,慢速湿润和湿润振荡2种处理对5—2 mm大团聚体的影响最大,崩解后集中分布在2—0.5 mm范围内。（2）4种土地利用类型团聚体稳定性大小为桑园地＞苜蓿地＞荒草地＞菜地,快速湿润作用下4种土地利用类型团聚体的平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）都较小,慢速湿润处理的MWD和GMD总体较大,紫色土旱坡地土壤团聚体崩解机制主要是快速湿润时孔隙内封闭的空气压力作用,而黏粒膨胀对团聚体破坏的作用最小。（3）在持续模拟降雨下,4种旱坡地产流产沙量大小为：菜地＞荒草地＞苜蓿地＞桑园地,产流产沙过程与不同土地利用土壤团聚体稳定性特征相耦合;团聚体稳定性指标与产流率和产沙率在第1小时降雨历时相关系数大于第2 小时,快速湿润下MWD值分别和径流总量与侵蚀泥沙总量呈显著负相关,降雨侵蚀产沙过程中土壤团聚体孔隙内部空气压力对土壤团聚体的破碎是侵蚀产沙的主要形式。【结论】土壤团聚体稳定性越差,紫色土旱坡地侵蚀产沙量和径流量越大,降雨前期土壤团聚体稳定性特征与侵蚀产流产沙相关性最高,MWD能更好反映紫色土土壤团聚体与侵蚀产沙和产流间的关系,紫色土旱坡地土壤团聚体内部空气压力破坏是土壤团聚体破碎侵蚀产沙的主要形式。     

雨前土壤含水量对紫色土坡耕地地表产流过程的影响

[目的]为紫色土侵蚀的相关研究提供参考。[方法]试验在盐亭站7个不同坡度、不同土层厚度的径流小区进行,每小区进行两种土壤含水量(10%和20%)的降雨试验,研究雨前土壤含水量对紫色土坡耕地地表产流过程的影响。[结果]当雨前土壤含水量较高时,地表产流较快且径流上升较快,在降雨6 min后开始产流,产流10 min后地表径流达到稳定;而土壤含水量较低时,降雨10 min后才开始产流,产流25 min后地表径流达到稳定;当产流稳定后,2种土壤含水量条件下的稳定入渗率差异不明显,相对偏差小于10%。雨前土壤含水量较高时,地表径流量较大。[结论]雨前土壤含水量对地表产流过程的影响主要体现在降雨初期。     

土壤结皮对西南横断山区土壤坡面产流产沙及养分流失的影响

采用人工降雨方法,模拟在无结皮和有结皮不同发育程度下,研究结皮对横断山区土壤坡面产流形成、侵蚀过程及养分流失过程的影响.结果表明,结皮促使坡面产流提前发生,但对坡面产流量的影响不甚明显;对坡面产沙量却有明显的作用;5°坡面有结皮处理的坡面产沙量较无结皮减少54％,而10°坡面有结皮处理的坡面产沙量则增加16％,表明土壤结皮对坡面侵蚀的影响与地面坡度有密切关系.坡面土壤磷钾流失过程均呈幂函数衰减趋势,无结皮坡面衰减速率较快,随着结皮不断发育,钾素流失形式以浸提态为主,逐步被溶解态所取代,磷素始终以泥沙浸提态流失占优势;与无结皮相比较,结皮坡面K+流失总量降低62.39％,径流样溶解态磷(DP)、泥沙浸提态磷(SEP)和泥沙浸提态钾(SEK)的流失总量分别降低33.33％ 、37.10％和78.36％.土壤结皮具有减少土壤养分流失和延缓坡面土壤质量退化的作用.     

宁南山区不同降雨强度下坡地的产流产沙特征分析

采用人工模拟降雨方法,分设3种不同的降雨强度,研究了宁南山区人工草地和坡耕地的产流产沙特征。结果表明：人工草地与坡耕地的径流量最高分别为14.55、14.21 mm;侵蚀模数坡耕地最高为15.5 t/km^2,人工草地最高为10 t/km^2。人工草地和坡耕地的径流量、侵蚀模数均随降雨强度的增加而增加,并与降雨强度呈指数函数或幂函数。