喀斯特生态系统土壤表面电化学特征及其影响因子

以西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤为研究对象,采用空间替代时间的方法,研究石漠化演替过程中土壤表面电化学特征演变规律及其与土壤理化性质的相关性。采用物质表面联合分析法对不同石漠化等级土壤表面电化学属性及进行测定。结果表明,土壤表面电荷密度、表面电场强度、比表面、表面电荷数量随石漠化强度的增加而下降,其变化范围分别为0.34 C·m-2~0.42 C·m-2、4.85×108 V·m-1~5.86×108 V·m-1、47.11 m2·g-1~53.16 m2·g-1、16.86 cmol·kg-1~22.82 cmol·kg-1,土壤表面电位随石漠化强度的增加而上升,其变化范围为-113.74 mV~ -115.10 mV;研究区黏土矿物组成为伊利石、高岭石、绿泥石、伊蒙混层、绿蒙混层,且以绿蒙混层为主;土壤黏粒、砂粒、非晶质氧化铝、胡敏酸是影响喀斯特石漠化地区土壤表面电化学属性变化的主要因素,解释率分别为48.3%、38.1%、13.0%、12.0%;土壤粒径组成、有机质组分和金属氧化物对土壤表面电化学特征影响由强到弱依次分别为：土壤黏粒>砂粒>粉粒,胡敏酸>有机碳>富里酸,非晶质氧化铝>游离氧化铁>非晶质氧化铁。本研究对中国西南喀斯特石漠化土壤管理与调控、退化植被恢复重建具有重要意义。     

自然降雨对广西赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

[目的] 探讨自然降雨对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响,为赤红壤地区水土保持综合治理提供理论依据。[方法] 基于野外径流小区原位观测试验,测定2020年5—10月次降雨下广西壮族自治区赤红壤坡耕地（蔗地）、撂荒地和裸地的产流产沙量,结合降雨特征分析,探讨降雨特征及分布对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响。[结果] ①2020年5—10月,坡面径流和侵蚀量整体上表现为：裸地>蔗地>撂荒地,不同处理下坡面径流和侵蚀均主要集中在8月,其中撂荒地径流和侵蚀各月差异相对较小。②不同处理次降雨降雨量与坡面径流量和侵蚀量呈极显著的正相关关系,降雨历时显著影响蔗地和撂荒地坡面径流量。中雨和暴雨降雨等级占观测期内侵蚀性降雨总量的70.9%,其产生的径流量占蔗地、裸地和撂荒地处理坡面径流量的68.2%,78.6%和67.8%;暴雨降雨等级是坡面侵蚀量的主要来源,占不同处理下总侵蚀量的63.8%～83.4%。[结论] 在广西壮族自治区的赤红壤坡地区域,与裸地相比,蔗地和撂荒地能够有效减小坡面产流产沙量,且撂荒地的降低效果更为明显;降雨量是影响坡面产流产沙最关键的因子,中雨和暴雨降雨等级是坡面径流和侵蚀的主要来源,坡面径流和侵蚀分布特征受降雨分布和降雨频次等因素的综合影响。     

不同植物配置模式对人工边坡减流减沙效益的影响

[目的] 探讨不同植物模式（混草、花草、灌草、乔草）及配置比例对生产建设项目人工边坡水土流失的影响,为人工边坡植被恢复提供参考。[方法] 采用径流小区定位观测法,记录2019年1—12月自然降雨,研究4种植物模式的产流产沙特点,揭示4种植物模式的减流减沙效益。[结果] ①观测期内总降雨量为1 052.73 mm,总降雨历时为845.1 h,7月降雨量最大,2月降雨历时最长,降雨集中在1—7月,以中雨、大雨、暴雨为主。②每场降雨产流差异大,产流月季差异大,集中在2—4月及7月,多发生在中雨、大雨和暴雨情况。③每场降雨及月、季降雨之间产沙差异大,3月产沙最大,产沙集中在2—4月及7月,多发生中雨、大雨和暴雨。④以花草模式为对照,每场降雨条件下灌草模式的减流率最大,乔草模式的减沙率最大,月降雨累计条件下,混草模式减流率最大,乔草模式减沙率最大,不同降雨等级累积和全年累积条件下,乔草模式的减流减沙率最大。[结论] 植被恢复初期,受植被覆盖度差异影响,乔草模式、混草模式的减流减沙率较大,具有较好的固土保持效益。     

基于Google Earth Engine的典型峰丛洼地石漠化时空演变与驱动因子分析——以西畴县为例

石漠化是岩溶地区阻碍经济可持续发展、影响生态环境的重大问题,随着近几十年石漠化治理的开展,石漠化扩张的趋势已经得到了极大遏制。以我国典型峰丛洼地地貌的云南省文山州西畴县为研究区,基于遥感云计算平台Google Earth Engine(GEE)以1990年、2000年、2010年、2020年四期Landsat遥感影像为数据源,利用转移矩阵分析西畴县近30年石漠化动态变化,并采用地理探测器分析了西畴县石漠化形成的驱动因子。主要结论如下:(1)30年间西畴县石漠化演变总体呈现先小幅减少,再扩张,然后大幅减少的趋势,从时间上来看1990—2000年,石漠化类型转变主要是轻度和潜在石漠化向无石漠化转移,2000—2010年石漠化类型转变主要是无石漠化向潜在和轻度石漠化转移,2010—2020年石漠化类型转变主要是潜在、轻度和中度石漠化向无石漠化转移; 从空间上来看,西畴县石漠化分布北重南轻,在石漠化治理成效上,整体都呈现好转,石漠化改善面积为850.183 km²,在莲花塘乡西北部、新马街乡的东北部、鸡街乡和西洒镇的交界处也存在零星恶化,恶化面积为51.715 km²。(2)1990—2020年30年间,西畴县石漠化治理取得了巨大成效,到2020年西畴县无石漠化土地面积已经达到940.854 km²,共有648.476 km²的石漠化土地转化成无石漠化土地;(3)地理探测器分析结果表明西畴县石漠化形成的主要驱动因子为坡度和GDP交互作用(q=0.645),人口密度和GDP交互作用(q=0.639)这两对组合。(4)通过编程在遥感计算云平台Google Earth Engine(GEE)上在线获取和处理遥感数据,可以较大限度地提高工作效率。利用云计算实现石漠化表征因子的提取,解决相关地学问题,可为后续相关研究提供强有力的技术支撑。     

黄土丘陵区冻土坡面侵蚀过程特征研究

为了探究黄土丘陵区未冻坡面和冻土坡面在不同径流坡长条件下侵蚀之间的差异,在室内进行模拟冷冻和放水冲刷试验,采用3种径流坡长(2 m,4 m和6 m)和2种坡面类型(未冻坡面和冻土坡面),定量研究了未冻坡面和冻土坡面的产流产沙过程和水沙关系。结果表明:(1)未冻坡面和冻土坡面的初始产流时间均随着径流坡长的延长而缩短,在相同径流坡长条件下,冻土坡面的初始产流时间较未冻坡面减少;(2)未冻坡面的平均产流量与平均产沙量和冻土坡面的平均产沙量均随着径流坡长的延长而增大,而冻土坡面的平均产流量随着径流坡长的变化无显著差异;(3)未冻坡面产流率和产沙率的关系分为缓慢和急速增加两个阶段,而冻土坡面的产沙率则随着产流率的增大而增大;(4)累积产流量与累积产沙量之间呈正相关关系,参数c的绝对值与径流坡长呈正比,并且冻土坡面大于未冻坡面。土壤冻结后使初始产流时间大大缩短,径流量的增加伴随着冻结土壤的不断融化导致冻土坡面侵蚀加剧。     

砒砂岩区坡面微地貌变化与侵蚀产沙的响应关系

为了定量描述坡面微地貌变化与侵蚀的响应关系,通过三维激光扫描仪,以严重侵蚀的砒砂岩区裸露坡面为研究对象,在自然降雨条件下进行野外原位监测,试验分析了两个雨季13次有效降雨下坡面微地貌与坡面侵蚀的空间变化特征。结果表明:(1)13次降雨中,重度侵蚀3次、中度侵蚀5次、轻度侵蚀3次、微度侵蚀2次,且均与降雨强度密切相关。(2)各地形因子均在R₄降雨时达到变化峰值,且其变化规律因坡位不同而有所差异,其中坡中与坡下变化规律基本一致,而上坡部地形因子波动起伏较为明显。(3)各地形因子间均存在一定的相关性,且坡位不同与产流产沙关系也不尽相同,其中产流量与微坡度相关性显著,随着坡位越靠下相关性越强。产沙量则在坡上及坡中与地表粗糙度表现为极显著相关,在下坡部与地表起伏度呈现出极显著相关。综上,坡面微地貌的变化一定程度上可以反映坡面侵蚀强度。     

典型黑土区坡耕地退化程度诊断与评价

为了对黑土区坡耕地退化程度进行全面、综合、客观的诊断与评价,通过文献计量法和频度分析法对国内外耕地退化评价文献内的高频指标进行了统计分析,建立了适用于东北典型黑土区坡耕地退化程度诊断与评价的指标体系(TIS)。同时以拜泉县为研究区域,通过聚类分析建立了土壤退化程度诊断与评价最小指标集(MIS)。结果表明:(1)TIS共包括物理、化学、生物和侵蚀特征因子4类共11项指标:腐殖质层厚度、黏粒含量、有机质含量、pH值、坡度、垄坡角、沟壑密度、容重、水稳性大团聚体含量、土壤阳离子交换量和作物产量,其中前6项指标组成了MIS。(2)研究区未退化土壤占12%,轻度退化土壤占12%,中度及以上退化土壤占76%。坡度可能是影响研究区土壤退化的主要因素之一,坡度与垄坡角之间存在协同关系。此外,施用农药、化肥以及连作导致土壤酸化问题突出。     

多因素影响下的喀斯特山区坡耕地分布特征——以贵阳市花溪区为例

为研究喀斯特山区坡耕地在岩性、土壤类型、坡位和居民点影响下的分布特征,为区域水土流失治理提供参考,以贵州省贵阳市花溪区为研究对象,结合花溪区高清影像图、高程图(DEM)、地质图和土壤类型图为主要数据源,利用ArcGIS 10.2平台,基于其空间叠加分析、数理统计等功能,对多因子影响下的喀斯特山区坡耕地分布特征进行了分析。结果表明:花溪区坡耕地面积占全区总面积的21.07%,占全区耕地面积的63.85%,是花溪区主要耕地类型; 在各岩组上,坡耕地的分布面积从大到小依次为:石灰岩组>白云岩组>普通砂页岩组>紫色砂页岩组,其中在普通砂页岩组和石灰岩组上分布较为集中连片,在白云岩组和紫色砂页岩组上分布较为零散; 坡耕地的各土壤类型面积依次表现为:水稻土>黄壤>石灰土>紫色土>潮土,其中黄壤最为集中连片,水稻土则较为分散; 不同坡位区域中,坡耕地面积依次表现为; 下坡位>中坡位>上坡位,其中在下坡位区域分布最为集中连片,上坡位区域分布最为零散; 同时坡耕地和居民点在空间分布上具有显著相关性,距离居民点越远,坡耕地分布越稀疏。综上所述,在多种因素共同作用下,花溪区坡耕地呈现出“西部多东部少”的空间格局,其中普通砂页岩组和石灰岩组上的坡耕地连片区可优先考虑进行治理。     

气候变化和人类活动对西南喀斯特地貌区植被NDVI变化相对作用

定量厘定气候变化和人类活动对西南喀斯特地貌区植被NDVI变化的相对作用,可为揭示喀斯特地貌区植被NDVI时空演变特征及其驱动机制提供依据。以MODIS NDVI、SRTM DEM、基于站点的气象数据为数据源,建立Theil-Sen Median斜率估计、残差分析、相对作用分析等多数学模型,分析了2001—2019年西南喀斯特地貌区气候变化和人类活动对植被NDVI变化的相对作用,揭示植被NDVI与降水、气温、相对湿度和日照时数的相关性。结果表明:研究时段内西南喀斯特地貌区植被NDVI总体上呈上升态势,植被NDVI变化趋势呈现明显的空间异质性,植被NDVI增加的区域面积远大于减少的区域面积; 研究区植被改善和植被退化均受人类活动的主导。研究时段内西南喀斯特地貌区植被NDVI与降水、气温以及相对湿度整体呈正相关,相关程度依次递减,与日照时数呈负相关。综上可知,研究时段内西南喀斯特地貌区植被覆盖呈改善态势,人类活动可被认为是影响西南喀斯特地貌区植被NDVI变化的主要驱动力,植被NDVI与降水、气温、相对湿度和日照时数的相关系数在空间上呈现明显的异质性。     

单颗粒液滴飞溅对颗粒起动的影响

通过室内模拟降雨试验,探究单颗粒液滴飞溅对泥沙颗粒起动的影响。试验共设计4种地表坡度（0,15°,25°,35°）及4种粒径的均匀沙（0.098~0.104,0.104~0.5,0.5~0.78,1~1.4 mm）,选取当量直径为4.5 mm的液滴进行模拟试验,同时利用高吸水树脂材料泡发后的水球作为对照组。结果表明,颗粒直径和坡度的变化对颗粒起动的影响较为显著,飞溅子液滴对液滴溅蚀具有重要意义。随着颗粒直径的增大,颗粒的起动逐渐由液滴冲击和子液滴飞溅裹挟共同作用转变为液滴冲击动能传递为主,飞溅携带为辅。当颗粒直径相同时,坡度的增大导致飞溅沙粒不再均衡,斜坡下方的颗粒飞溅量和位移随坡度的增大而增大。坡度越大,下方颗粒溅蚀深度与上方的差距也越大,导致上方颗粒失去支撑,整体失稳垮塌,发生微小滑坡。同种粒径时,树脂水球溅蚀坑的宽深比明显小于相同直径的液滴溅蚀坑,液滴溅蚀量远大于树脂水球直接撞击作用下起动的颗粒量,子液滴的拖曳对颗粒起动具有重要意义。