基于分形理论模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线

崩岗是我国南方花岗岩地区特殊的土壤侵蚀现象,给山区经济造成了严重的影响.为了探索南方花岗岩地区崩岗侵蚀剖面的水分特性,明确水分与崩岗发育的关系,本研究采用野外调查采样与室内分析的方法,运用土壤粒径分形理论,并结合Brooks and Corey模型,模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线.选择通城县花岗岩崩岗剖面5个层次(表土层、红土层、过渡层、砂土层和碎屑层)采集土样,通过对土壤粒径分布和土壤含水量的测定,分析分形维数与土壤粒径之间的关系.同时,应用土壤粒径分形理论,模拟土壤水分特征曲线,基于估算结果与实测结果的比较,探讨分形方法估算土壤水分特征曲线的可行性.结果表明:崩岗剖面土壤黏粒质量分数越大,土壤粒径分维值越大;土壤粒径分维值越大,土壤水分特征曲线的分维值则越大,两者之间线性关系较好;运用分形理论,模拟土壤水分特征曲线的预测值与实测值具有良好的一致性,模拟结果的精度随土层的深度增加而增加,模拟效果以土壤黏粒和粉粒质量分数较少、砂粒质量分数较多的土壤效果较好.研究结果为花岗岩崩岗机理的探索奠定了基础,对崩岗水分的研究具有指导意义.     

鄂东南崩岗洪积扇土壤物理性质空间分异特征

【目的】研究崩岗洪积扇农田土壤颗粒组成、容重、土壤孔隙度、土壤持水情况、有机质并分析它们之间的相互关系,同时探索崩岗洪积扇农田土壤物理性质空间分异规律,不仅有利于农业用地规划,也为崩岗洪积扇农田土壤改良提供理论依据,对山区农林业生产具有重要的意义。【方法】运用野外调查结合室内分析的方法,以通城县杨垄小流域崩岗洪积扇农田为研究对象,选定水田和旱地两种洪积扇土地利用方式,分别采集洪积扇农田扇顶、扇中、扇缘以及对照4个区域测定其土壤物理性质,运用Pearson相关系数分析法对各指标之间的内在联系进行探究,研究崩岗对洪积扇农田的影响规律。【结果】崩岗侵蚀导致洪积扇农田土壤严重沙化,土壤结构性恶化。洪积扇农田土壤粗颗粒物质（砾石和砂粒）平均比对照区多75.89%,土壤细颗粒物质（粉粒和黏粒）平均比对照区减少39.13%。土壤有机质含量减少,洪积扇土壤有机质含量平均比对照区减少58.70%;容重增大,相对对照区平均增加0.25 g·cm^-3;土壤孔隙度均小于对照区,饱和持水性和毛管孔隙度显著低于对照区。同时,沿着洪积扇扇缘到扇顶,土壤砾石和砂粒含量呈现逐渐增加,而粉粒和黏粒含量逐渐减少,容重随之增大,土壤孔隙度减少,持水性能也逐渐减弱,有机质逐渐减少的趋势。相关性分析得出,土壤容重与有机质含量呈极显著的负相关（R=-0.907^**）,土壤容重与土壤孔隙性和土壤持水特性呈极显著的负相关,总孔隙度、毛管孔隙度与土壤持水特性均呈极显著的正相关,非毛管孔隙度与各物理性质之间没有明显的相关性。土壤各粒级大小与土壤容重、土壤持水性指标、总孔隙度和毛管孔隙度之间呈显著或极显著相关性。【结论】崩岗侵蚀发生后,洪积扇农田以土壤颗粒组成、有机质、土壤容重、孔隙度以及持水性能为代表的土壤物理性质退化严重。此外,崩岗洪积扇农田土壤物理性质存在空间分异规律,离扇顶越近,土壤物理结构性越差。洪积扇农田土壤指标间存在息息相关的联系,尤其是土壤颗粒组成和其他物理性指标之间的关系,突出了改良洪积扇土壤从土壤颗粒方面入手是可行的,如采取客土法和深耕法可有效改良被侵蚀的土壤结构。研究结果为明确洪积扇农田土壤物理性质提供了依据,为改良崩岗洪积扇土壤结构性奠定了基础,对农业生产和提高农业经济效益有重要意义。     

土壤侵蚀模拟试验的小型水槽设计

通过设计实例,介绍了用于土壤侵蚀室内模拟试验的小型冲蚀水槽的设计方法。该试验装置可用于土壤侵蚀的填土冲蚀试验、薄层水流的水流特性试验和薄层水流的夹沙输沙试验,并且可以进行绿篱拦挡条件下的浅沟侵蚀试验。试验坡度可在1°、5°、10°、15°、25°调节,冲水流量在0～0.2m3/min可调,泥沙浓度在0～100g/L可调。该试验装置的设计可为土工试验设计大型冲蚀水槽和更小型的冲蚀水槽提供一定的设计思路,从而更好地为土壤侵蚀的室内模拟试验服务。      

不同质地重塑土坡面细沟侵蚀形态与水力特性及产沙的关系

土壤质地对坡面侵蚀产沙与细沟形态具有重要影响。为明确不同质地土壤坡面的细沟形态与侵蚀产沙特征的关系,该研究以土沙混合配制不同颗粒组成的重塑土坡面为研究对象,采用室内放水冲刷动床试验,选取了平均沟深、平均沟宽及断面宽深比等作为细沟基本形态参数,分析了坡面细沟形态与水力学特性、侵蚀产沙的定量关系,并建立坡面侵蚀经验预测方程。结果表明:1)沟深随坡度增大而增大,沟宽随坡度增大而减小,两者随流量的变化不明显,细沟断面宽深比随坡度和流量的增加逐渐减小;2)同一试验条件下,坡面含沙量的增加使细沟断面形态整体由"窄深式"趋向"宽浅式";3)单位水流功率、水流功率与坡面细沟形态参数的关系最为密切(r0.784,p0.01),平均沟宽与水力学参数关系不显著;4)平均沟深与细沟形态综合量化参数对坡面产沙有较好的预测效果(R20.747,NES0.755,p0.01);5)引入坡面土壤黏粒含量参数后,基于细沟形态参数与坡面土壤黏粒含量的坡面侵蚀经验预测方程可信程度与预测精度显著提高(R20.879,NES0.887,p0.01)。该研究为坡面侵蚀预测与侵蚀机理研究提供参考依据。     

不同湿润速率对三种红壤坡面侵蚀过程的影响

以三种典型红壤为研究对象,采用室内人工模拟降雨方法,研究了湿润速率对坡面径流和侵蚀的影响以及泥沙特性。实验结果表明:在坡度为15°、降雨强度为60mmh-1条件下,湿润速率越大,产流时间越慢,稳定径流强度越大。供试三种红壤QP1、QP2和QP3快速湿润时稳定径流强度较慢速湿润分别增加60%、37%和21%。同样,坡面侵蚀量也随着湿润速率的增大而增加,供试三种典型红壤在快速湿润条件下侵蚀量较中速湿润分别增加23%、28%和61%,较慢速湿润分别增加112%、85%和159%。侵蚀泥沙的平均质量直径随着湿润速率的增大而减小。研究结果有助于深入理解团聚体破碎机制以及坡面侵蚀机理,为侵蚀模型提供必要的参数。     

退化生态系统植被恢复理论与技术探讨

植被恢复是退化生态系统恢复与重建的首要工作。在回顾国内外植被恢复研究进展的基础上, 提出了植被恢复的理论基础, 总结了植被恢复技术措施, 包括植被恢复目标的确定、植被恢复的步骤与途径及其采用的技术方法, 最后探讨了植被恢复研究尚存在的问题。     

砾石覆盖对土壤水蚀过程影响的研究进展

 土壤中砾石的存在对水蚀过程有着重要的影响,有关砾石特别是表土砾石覆盖对土壤水蚀影响的研究结果表明,表土砾石对溅蚀分散、细沟间及细沟侵蚀等坡面侵蚀过程有重要影响:1)泥沙溅蚀分散量与砾石覆盖度呈负相关关系;2)砾石覆盖与细沟间侵蚀的关系较为复杂,这取决于表土的结构、砾石的位置和大小以及坡度等因素,当砾石嵌入结皮表土时,二者呈负相关关系,当砾石置于表土之上或嵌入具有结构孔隙的表土时,二者呈正相关关系;3)砾石覆盖对细沟间侵蚀产沙的作用效率与砾石粒径呈负相关关系,砾石置于表土之上的表土产沙量总低于砾石嵌入表土的产沙量;4)表土砾石覆盖能抑制细沟的形成,增加细沟糙度,降低细沟径流速率以及径流的侵蚀速率。鉴于砾石对水蚀过程的重要影响,RUSLE、WEPP和EUORSEM等土壤侵蚀模型预报含砾石土壤流失量时对相关参数做了修正。     

几种作物的吸硼特点及模拟

以鄂南第四纪红色粘土发育的棕红壤为供试土壤,研究了大豆、芝麻、油菜、小麦、水稻、玉米等６ 种作物的吸硼规律。建立的植物吸硼模型ＡＰ＝ ＴＢ·ＲＥ·ＡＬ能较好地反映作物吸硼规律。结果表明根系吸硼强度ＡＬ与作物生育期呈非线性关系,根系的吸硼强度因作物和生育期不同而有差距,６ 种作物中以油菜、芝麻较强,不同生育进程中芝麻、油菜随时间推移吸硼强度加强,其它作物随时间推移吸硼强度减小。     

湖北省咸宁市土地利用/覆盖变化研究

基于1978、1991和2002年3期的MSS、TM与ETM遥感影像数据,对红壤丘陵北部边缘区的咸宁市1978～2002年20余年来土地利用变化及其驱动因素进行了研究.为充分揭示不同土地利用类型在土地结构整体变化中的地位和作用,利用ARCGIS数据集成分析平台,将不同时段土地利用图叠加,统计了不同土地利用类型在2个比较时段的转移概率矩阵.结果显示,20多年来咸宁市土地利用结构一直是以林地为主导的土地格局,林地、园地、建设用地、水域面积显著增加,耕地、未利用地则明显减少.在定量刻画土地利用变化的基础上,运用逐步回归方法对该市土地利用变化的人为影响因素进行分析,最终筛选出影响该区土地格局变化的主要驱动因素为:政策导向、科技投入、消费水平与人口因素.     

都市圈边缘区多尺度土地利用驱动力研究

都市圈边缘城市受圈层核心城市的影响,其土地利用的变化规律和驱动过程有着与一般城市不同的特征.笔者以位于武汉"8 1"都市圈边缘的湖北省咸宁市咸安区为例,在农户、乡镇、区域3种不同的尺度水平上分析其土地利用变化的时空过程和驱动力因子,并探讨LUOC驱动因素的空间尺度效应.结果表明,研究区的土地利用的变化在较大程度上受圈层核心--武汉市需求的驱动.不同尺度上的驱动因子和驱动过程存在差异,随着研究尺度的不断缩小,作用域较小或非普遍存在的驱动因子的影响力逐渐显现.在最微观的尺度,农户的主观选择对土地利用变更产生较大影响.