基于RUSLE的蔗区小流域土壤侵蚀特征研究

[目的] 探讨广西壮族自治区典型赤红壤集约化蔗区小流域的土壤侵蚀状况,以及土壤侵蚀强度与不同坡度、土地利用类型的关系,为广西集约化蔗区小流域防治土壤侵蚀提供科学参考。[方法] 在GIS空间分析技术支持下,利用修正的通用土壤流失方程（revised universal soil loss equation,RUSLE）对其进行定量估算。[结果] ①那辣小流域坡度在0°~35°之间,坡耕地（甘蔗）、林地（桉树）分别占土地利用总面积的82.85%,10.99%,道路和沟渠共占6.16%。2020年流域平均土壤侵蚀速率为22.97 t/（hm²·a）,属轻度侵蚀水平,是水利部规定的南方红壤丘陵区土壤允许流失量5 t/（hm²·a）的4.6倍;②流域土壤侵蚀主要发生在5°~25°的坡度范围内,是预防和治理水土流失的重点区域;③不同土地利用类型中,平均侵蚀速率最大的是林地（桉树）,为53.59 t/（hm²·a）,分别是坡耕地（甘蔗）、道路、沟渠的2.84,2.12,27.91倍。[结论] 应用RUSLE模型通过借助软件输入相关参数和处理数据,即可估算出蔗区土壤侵蚀及不同坡度、土地利用类型的土壤侵蚀强度分布特征,应合理规划并利用管理好流域的坡耕地（甘蔗）、林地（桉树）、道路等土地利用类型,采取具有针对性的、有效的水土保持措施。     

梯田对黄土区降雨径流过程的影响及SCS-CN模型应用与改进

梯田改变了流域下垫面,对降雨径流过程势必产生影响,径流曲线模型（Soil Conservation Service Curve Number,SCS-CN）在中国黄土区,特别是梯田分布广泛流域的适用性仍存争议。为此,该研究以位于甘肃天水的罗玉沟流域为研究对象,利用梯田修建前后2个时段（1985-1990年、2000-2010年）的降雨径流实测资料,分析梯田修建对降雨-径流过程的影响,验证SCS-CN模型的适用性,进一步考虑梯田修建的影响针对不同降雨类型分别提出了基于降雨量和平均雨强的模型改进方法。结果表明：1）梯田修建对流域径流过程的影响与降雨强度关系密切。当雨强较小时,梯田显著削减流域洪峰和径流总量,削减幅度均在55%以上;而当降雨量和雨强较大时,梯田削减洪峰和径流总量效果并不显著。总体上,梯田修建后流域平均降雨径流系数显著减小至0.06,减小幅度约54%。2）基于最小二乘法优化与考虑前期土壤含水率修正的SCS-CN模型并不适用于梯田分布广泛流域的径流预报。引入降雨量和平均雨强改进后的模型模拟效果显著提高,此时流域暴雨量级以下和以上降雨事件的初损率分别为0.29和0.02。该研究基于降雨因子改进的模型在梯田分布广泛流域具有一定的适用性,可为流域产流计算及水土保持规划提供参考依据。     

三峡库区典型流域水质时空特征及污染防控策略

为了解三峡库区典型小流域不同土地利用类型下水质的变化特征,于2015-2020年对三峡库区长坪小流域开展水质监测,对不同土地利用类型下水体中的总氮（Total Nitrogen,TN）、硝态氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、总磷（Total Phosphorus,TP）、可溶态总磷（Dissolved Total Phosphorus,DTP）和颗粒态总磷（Particulate Phosphorus,PP）浓度的时空变化规律进行研究,识别流域内主要氮磷污染源,从而提出针对性的污染防控策略。结果表明：1）不同土地利用类型氮磷输出浓度从大到小依次为村庄、坡耕地、林地和水库,其TN平均浓度分别为8.29、2.88、1.57和1.43 mg/L,TP平均浓度分别为0.25、0.13、0.09和0.07 mg/L。2）不同土地利用类型的水质在汛期和非汛期存在差异,村庄氮磷输出浓度为非汛期高于汛期,坡耕地、林地和水库则表现为汛期高于非汛期。3）内梅罗综合污染指数评价结果表明林地和水库的污染程度均为清洁水平,坡耕地污染程度为轻污染水平,村庄受散养生猪数量的影响,污染程度从污染水平转变为重污染水平。4）长坪小流域TN和TP年输出负荷总量分别为4 278.59和364.93 kg/a。畜禽养殖源是小流域氮磷最主要的污染源,其TN和TP的输出负荷分别占流域总负荷的45.69%和71.77%。坡耕地的TN和TP单位面积污染负荷分别是村庄的7.58%和1.79%,与村庄相比,坡耕地具有显著的低污染特征,因此,以坡耕地消纳村庄污水和畜禽粪便,可促进流域内粪污的就地消纳,达到多源共治的效果。基于小流域不同土地利用类型的水质特征和生态系统服务功能,将流域划分为林草水源涵养区、村庄污染控制区和坡耕地水土保持区,并进行分区协同防控,促进流域农业面源污染系统高效治理。     

晋西北黄土丘陵区小流域土壤团聚体稳定性及其分异特征

土壤团聚体是土壤结构的基本组成部分,在影响水分入渗和转移、土壤肥力方面起到重要作用。分析土壤团聚体结构特征及其稳定性影响机制,对揭示黄土高原退耕还林还草生态环境效应具有重要意义。研究以晋西北朱家川流域内7个坝控小流域不同土地利用方式(林地、草地、农地)下土壤团聚体为研究对象,利用GIS平台空间分析模块提取样点地形因子,用湿筛法分析水稳性团聚体粒径组成,借助通径分析法分析各理化因子对于分形维数的影响。结果表明:晋西北朱家川流域不同土地利用方式下,土壤团聚体稳定性存在显著差异,团聚体稳定性从高到低顺序为:林地>草地>农地。分形维数和小粒径团聚体含量呈显著正相关,而与大粒径团聚体含量呈显著负相关。处于流域下游的后会沟流域土壤团聚体稳定性最低,中游柳树咀沟流域土壤团聚体结构稳定性最优。对土壤团聚体分形维数影响最大的因子是有机质含量,其次是海拔高度,直接通径系数分别为-0.427和-0.229,决策系数分别为0.168 0,0.085 6。研究结果可为黄土高原生态恢复和土地合理利用提供科学依据。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

基于水文连通性的流域输沙量评估——以堵河流域为例

水文连通性是指泥沙、营养盐等各种物质以水为载体,在空间异质景观或斑块间进行迁移、传输或扩散的便利程度,对流域产沙具有重要影响。为评估基于水文连通性模拟流域输沙量的可行性,以堵河流域为研究对象,分析了1990—2010年流域土壤侵蚀、水文连通性的时空变化特征,并以此估算了流域输沙量。结果表明:1990—2000年流域土壤侵蚀模数与连通程度不断增加,连通性等级主要由低和中低连通性转变为中高和高连通性。2000—2010年流域连通程度和土壤侵蚀模数均呈现不断减小的趋势。此外,输沙量估算值与实测值具有显著的线性关系(R²=0.92),但由于未考虑水库、湖泊等对泥沙输移的拦截效应,输沙量估算值要高于实测值,后续研究需将其纳入模型以更准确地评估流域输沙量。研究结果对于提高模型的适用性以及理解流域泥沙输移过程具有重要意义。     

“稻转旱”对低山丘陵区氮素流失通量的影响——以三峡库区渠溪小流域为例

为探究“稻转旱”的土地利用变化对区域氮素流失的影响,以三峡库区渠溪小流域为研究对象,利用土地利用转移矩阵揭示了该流域2001—2019年的土地利用变化,基于输出系数模型并利用流域氮负荷实测数据进行模型参数修订后,对该流域2001年和2019年氮负荷进行了估算并比较。结果表明:该流域2001—2019年土地利用总体演变趋势为水稻田向旱地转化、旱地向林地转化,且以“稻转旱”为主。这种演变使流域氮素流失增加,2019年相对于2001年氮流失量增加了26%,平均每公顷氮流失量增加了约7.8 kg。这种变化表明在农业结构调整时应考虑到水稻田对面源污染物氮素良好的净化拦截作用,控制其面积的缩减以及在小流域氮素输移关键节点上的布局。     

宁化县小流域水土流失综合治理效益分析——以常丰里和石壁溪小流域为例

以宁化县常丰里和石壁溪小流域为例,从宏观监测和微观监测2个层面监测了常丰里和石壁溪小流域水土流失动态变化、植被自然演替状况、植被覆盖度、林草生长量,以及经济效益和社会效益等指标。该流域治理水土流失面积2 675 hm2,治理程度达到80.4%;综合治理措施保存率达80%以上;宜草宜林面积达80%以上;林草植被覆盖率从50.4%提高到56.0%;提高了防洪减沙效益,减沙率达70%以上;小流域土壤侵蚀模数从2 533 t/(km2·a)降低到1 500 t/(km2·a)以下。经过综合治理,流域内的水土流失面积、强度都已明显下降,取得了良好的治理效果。     

赤水河流域毛竹林生产力对尿素和不同配方系列复合肥的响应1）

采用随机区组设计,试验了氮、磷和钾水平不同组合的复合肥配方系列及尿素对赤水河流域毛竹林生产力的影响。结果表明：①不同处理对毛竹林出笋成竹量和成竹率、新竹平均胸径和胸高断面积、以及竹秆、枝叶等地上生物量有增产效应,差异不显著。综合效应指数排序为复合肥F （271．34％）＞尿素（228．33％）＞复合肥G （160．46％）＞对照（100．00％）。②复合肥F的出笋量、成竹量、新竹平均胸径、胸高断面积,秆材量和枝叶生物量分别为对照的110．53％、107．22％、103．61％、113．62％、114.93％和109．70％。除出笋量增幅仅中下水平外,成竹量、新竹质量和生物量增幅较大,适宜于毛竹林大径材培育。③复合肥G和尿素的出笋成竹量增幅较大,复合肥G的新竹质量和生物量增幅较小,不及尿素的中上水平,前者可作为笋用林和笋材兼用林培育肥种、肥效较低,后者肥效应较高、不利于地力维护,生产上宜慎用。     

威宁县沙河小流域坡耕地土壤的养分特征

为掌握威宁县沙河小流域坡耕地本底资料,为草海湿地保护提供数据支持,采用野外调查与室内分析相结合,研究沙河小流域坡耕地土壤养分含量及分布特征。结果表明：沙河小流域坡耕地全氮（0．06 g/kg）、水解氮（17．90 mg/kg）、全磷（0．02 g/kg）均处于国家六级水平;全钾（20．53 g/kg）、有效钾（512．96 mg/kg）分别处于国家二级和一级水平;有机质含量表现下部（23．32 g/kg）＞中部（17．93 g/kg）＞上部（14．41 g/kg）,差异显著;氮、磷、钾及有机质之间存在着明显的相关性。结论：沙河小流域坡耕地养分含量低,水土流失严重。