基于中文文献计量分析的生态清洁小流域研究现状及趋势

生态清洁小流域建设在新时期水土保持生态建设、流域健康管理等方面起着重要作用,关于其治理思路和技术途径等已有众多研究和实践,但是对于研究成果的系统性梳理与分析较为欠缺.本文基于文献调研,运用文献计量学方法分析生态清洁小流域研究的发展历程、研究群体、研究热点和发展趋势.结果表明:(1)近20年来与生态清洁小流域相关的科技论文数量整体呈增长趋势,发文数量在各期刊中的分布符合布拉德福文献离散定律,研究主题主要集中在治理模式、治理分区、技术措施等方面.(2)从事生态清洁小流域研究的机构有384个,主要是水土保持相关的水行政管理部门,发文量靠前的作者多为从事水土保持管理、规划和设计的人员,尚未形成稳定且产学研融合的合著群体.(3)未来生态清洁小流域研究应建立更加完善的评价体系,不断将新技术、新方法及新理念运用到建设实践中,构建水土流失与面源污染耦合控制技术体系,结合时代背景将生态清洁小流域的建设方针与乡村振兴、精准扶贫等国家发展战略相结合,优化措施配置,完善管理机制.     

水库消落带土壤颗粒组成分形及其空间分异特征

颗粒组成作为土壤的基本物理特性,对土壤结构、力学性质、肥力特征等均有明显影响。降雨径流、波浪和重力等多重营力作用下的消落带土壤侵蚀过程导致表层土壤颗粒发生了重新分布。为了研究水库消落带土壤颗粒组成的空间分异特征,以三峡水库典型消落带为研究对象,在不同海拔位置分别采集了0—10 cm和10—20 cm层的土壤用于测定颗粒组成,并利用分形理论计算出体积分形维数。结果表明:(1)三峡水库消落带土壤颗粒组成以粉粒为主,占总体积的72.6%～86.5%,且随着海拔的增加而升高; 从不同土层深度来看,0—10 cm层黏粒含量明显低于10—20 cm层。(2)消落带不同海拔位置的土壤体积分形维数具有明显异质性,且与海拔呈正相关(R²=0.74),而在不同土层之间具有弱变异性(C_v<2)。(3)体积分形维数与黏粒、粉粒含量均呈显著正相关(p<0.01),与砂粒含量呈显著负相关(p<0.01),且与黏粒的线性相关性最强。综上,消落带土壤颗粒组成在不同海拔存在较大差异(p<0.01),但在土层深度上无显著差异(p>0.01); 150～160 m海拔区间和0—10 cm层土壤具有明显的粗粒化现象。     

紫色土埂坎根-土复合体土水特性与抗剪强度

研究根-土复合体土-水特征曲线与抗剪强度的关系,可为紫色土埂坎根-土复合体强化机理的揭示与埂坎稳定性的维持提供科学依据。选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎草本植物根—土复合体为研究对象,结合Hyprop2土壤水分特征曲线测量仪、滤纸法与直剪试验,拟合土-水特征曲线,揭示基质吸力对根-土复合体抗剪强度的影响。结果表明:(1)根-土复合体土-水特征曲线明显分为边界效应区、过渡区与非饱和残余区,3种常用模型(B-C、VG、F-X)中F-X模型拟合该曲线效果最好,根-土复合体饱和含水率、进气吸力、残余区含水率以及相同体积含水率下的基质吸力均高于素土。(2)随着体积含水率降低,根-土复合体黏聚力先增大后减小,试验范围内黏聚力最大值51.25 kPa出现在体积含水率约23%时,内摩擦角则线性增大。相同体积含水率下,根-土复合体黏聚力较素土最大增加50%,内摩擦角提升不大。(3)基质吸力对根-土复合体抗剪强度的增强作用具有阶段性特征,各阶段临界吸力值与土-水特征曲线一致,过渡区(基质吸力为3~500 kPa)土体抗剪强度提高明显,进入非饱和残余区后(基质吸力>500 kPa)由于黏聚力下降,土体抗剪强度增速减慢,根-土复合体抗剪强度随基质吸力增大而提升的幅度大于素土。通过建立埂坎根-土复合体土-水特征曲线和抗剪强度的关系,可估测实际工况下的埂坎土体抗剪强度,进而为坡耕地埂坎的建设、维护管理以及坡耕地侵蚀阻控提供理论依据。     

嘉陵江流域水系形态特征与侵蚀产沙响应

流域水系形态指示着流域地貌发育和水文过程,研究其形态特征有助于流域水力开发、生态保护、水土流失治理等规划的制定。基于DEM数据,运用分形维数、河段蜿蜒度、灰色关联度和非线性响应模型分析了嘉陵江流域水系形态特征以及侵蚀产沙与水系形态的关系。结果表明:嘉陵江流域内各子流域水系形态差异显著,其中,渠江子流域水系形态分形维数为5.102,水系分叉总数增加最快,分枝形态最复杂,溯源侵蚀能力最强。其余4个子流域水系形态分形维数分别为白龙江子流域3.706,干流上游子流域3.605,干流中下游子流域3.576,涪江子流域3.548。各子流域河段均以低蜿蜒度为主,约占河段总数的73%~82%;中蜿蜒度河段数约占总数的12%~20%。平均输沙量和泥沙淤积量与水系分形维数间的关联度分别为0.618,0.641,与河段平均蜿蜒度的关联度分别为0.588,0.591。河段蜿蜒度和分枝结构复杂度对输沙量的相对贡献率分别为21%和79%,对泥沙淤积量的相对贡献率分别为18%和82%。     

农户参与水土保持的福利效应:概念、内涵与评价指标框架

[目的] 系统梳理农户参与水土保持的福利效应概念、内涵与评价指标框架,为水土保持福利效应的综合评价提供依据。[方法] 结合已有研究报道、相关标准等,阐释水土保持福利效应的概念与内涵,厘清水土保持效益与水土保持福利效应的逻辑关系,梳理水土保持福利效应的评价尺度并提出福利效应评价指标框架。[结果] 水土保持福利效应具有评价客体明确、价值可货币化、与参与程度高度相关、个体差异和群体一致等内涵特征。水土保持福利效应评价是对水土保持效益评估的深化和拓展,二者是被包含与包含的关系。水土保持福利效应评价应立足于水土保持效益综合评价,其指标框架包含经济福利、社会福利和生态福利等多个要素。[结论] 当前人们对农户参与水土保持的福利效应关注不够。水土保持福利效应的评价着眼于政策性水土保持工程,其评价指标和方法未形成统一认识,还需进一步研究水土保持福利效应的理论及方法体系,以便为新时代水土保持建设提供决策支持。     

紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪性能对含水率的响应

选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎进行试验,通过室内三轴试验研究不同含水率(质量分数6%、11%、16%、21%、26%和31%)对埂坎土壤抗剪强度指标的影响,以深化紫色土坡耕地埂坎力学性质研究。结果表明:1)试验含水率范围内,紫色土坡耕地埂坎土壤黏聚力受含水率影响显著(P0.05),且随着含水率增加呈现出先增大后减小的趋势,明显的峰值出现在含水率质量分数11%左右,黏聚力为85.52 k Pa;2)埂坎土壤内摩擦角随含水率增加而减小,呈非线性衰减,符合一阶指数衰减规律。高含水率时,衰减缓慢;3)紫色土坡耕地埂坎抗剪强度受含水率变化影响显著(P0.05),埂坎土壤极限主应力差随含水率和围压的变化明显且具有规律性。相同围压下,埂坎土壤极限主应力差随含水率增大而迅速减小,即土体的抗剪强度降低。相同含水率下,极限主应力差随围压增大而增大,低含水率时增加明显,高含水率时增加缓慢。当含水率质量分数达到26%左右,埂坎土壤抗剪强度趋于低值;4)紫色土埂坎土壤的应力-应变曲线随含水率递增依次呈现应变软化型、硬化型和弱硬化型。研究结果可为三峡库区高标准基本农田等工程的埂坎建设提供依据和技术支撑。     

一种土壤自动均匀润湿装置结构与原理

准确配制不同含水率的土样对于土壤抗剪强度的测定极其重要。以“均匀湿润和简单易操作”为理念设计了一种土壤自动均匀润湿装置，主要通过装置内部的振荡、雾化喷淋、密闭容置盒和自动控制来实现土壤的自动均匀润湿。该装置弥补了传统土样配制费时、操作精度不高和含水率不够精确的缺陷，有利于方便快捷地配制土样，应用前景较好。      

大桥水库消落带不同水位高程柳树林地土壤团聚体组成与分形特征

为研究植被恢复对水库消落带土壤团聚体组成及稳定性的影响,利用干筛和湿筛法,测定了大桥水库消落带不同水位高程下柳树林地土壤团聚体组成分布,并基于分形理论分析了土壤团聚体分形特征。结果表明:(1)消落带柳树林地土壤0.25 mm非水稳定性团聚体和水稳性团聚体分别为73.13%～93.69%和47.62%～82.06%,较对照无植被样地土壤均有所增加,但两者差异不明显;消落带土壤大团聚体含量随水位高程升高而降低,随土层深度增加而减少,但在不同水位高程和不同土层间均无显著性差异(p0.05)。(2)消落带柳树林地土壤水稳性团聚体分形维数(D)为2.51～2.82,平均值为2.67,低于对照的2.75;土壤水稳性团聚体分形维数(D)在不同水位高程和不同土层间均无显著性差异(p0.05),整体呈现出随水位高程升高而降低的趋势,且0—10 cm土层D值低于10—20 cm土层。(3)消落带柳树林地土壤MWD、GMD平均值分别为0.81,0.24 mm,高于对照的0.71,0.15 mm,柳树林地土壤团聚体稳定性高于对照;土壤团聚体稳定性在消落带内部具有一定空间差异,MWD与GMD均表现为高水位(2 016～2 019 m)中水位(2 010～2 013 m)低水位(2 007 m),且0—10 cm土层MWD与GMD大于10—20 cm土层的,但不同水位高程和不同土层间均无显著性差异(p0.05)。综上,大桥水库消落带植被恢复对土壤团粒结构有一定程度改善,且随淹水深度的增加,消落带柳树林地土壤团聚体稳定性降低。     

紫色土坡耕地不同规格土坎稳定性分析

土坎稳定性对其发挥水土保持效益具有重要意义,分析紫色土坡耕地土坎规格对稳定性的影响可为三峡库区乃至长江上游紫色土区坡耕地整治、中低产田改造等工程中土坎规划设计和建造提供依据。根据野外调查结果,设定0. 8、1. 0、1. 2和1. 4 m 4种高度和50°、60°、70°和80°4种外边坡坡度共组合成16种规格土坎。通过直剪试验获取紫色土埂坎土壤抗剪强度参数,利用极限平衡分析法计算稳定性系数、响应面分析法建立稳定性系数与高度和外边坡坡度响应模型。结果表明:土坎外边坡坡度一定时,稳定性系数随高度增加呈非线性衰减;高度一定时,稳定性系数随外边坡坡度变陡总体呈降低趋势。总体来看,土坎高度和外边坡坡度对其稳定性的影响极为显著(P 0. 01),但二者的交互效应对稳定性的影响不显著。研究规格范围内,土坎潜在滑动面最不稳定的土体条块基底抗剪力均大于运动剪切力。土坎稳定性系数随着运动剪切力和右侧剪切力的增加呈降低趋势,而基底法向力和右侧法向力变化对土坎稳定性系数没有明显影响。结合紫色土坎的稳定性特征、三峡库区紫色土坡耕地的条件和农民耕作的便利性,土坎高为1. 0～1. 2 m,外边坡约60°较为适宜。     

湖南省永顺县水土保持功能服务价值评价

有效估算水土保持功能服务价值,可为水土流失综合治理、水土保持补偿提供科学依据。为了全面评估武陵山山地丘陵区自然地貌植被的水土保持功能服务价值,探讨适合该区域的评价指标体系,选取湖南省永顺县为典型县,从保护水土资源功能、防灾减灾功能、改善生态功能等方面筛选评价指标,结合文献资料、统计年鉴、径流小区观测及实地调研等数据,采用市场价值法、影子工程法、机会成本法等手段进行了水土保持功能服务价值估算。结果表明:永顺县水土保持功能服务总价值为141.411 2亿元,单位面积水土保持功能价值为4.09元/m~2,其中,改善生态价值最大,为93.080 0亿元,占总价值的65.82%,其次为保护水土资源价值,为47.545 1亿元,占总价值的33.62%,防灾减灾价值最小,为7 861.07万元,仅占总价值的0.56%。受永顺县土地利用结构影响,各项水土保持功能服务价值大小依次为固碳释氧、改善生物多样性、提高土壤质量和土地生产力、拦蓄地表径流和提高水源涵养、预防和减少土壤流失、减少下游泥沙淤积。在各项功能中,永顺县自然地貌植被改善生态和保护水土资源功能价值最为突出,是水土保持功能价值的主要体现,符合国家重点生态功能区的实际功能定位。