典型黑土区陡坡植草水土流失防治效果研究

[目的]研究陡坡生物防治与影响因素的变化关系,为侵蚀沟治理、水土保持植被措施配置等决策提供科学依据。[方法]设置2个坡度,7种草本植被配置模式,于2018年6—9月开展了自然小区水土流失监测。[结果] 1∶1.5和1∶1.2坡比边坡草本建植当年分别较裸地平均减流27%和26%,减沙52%和21%,坡度由34°增加到40°,地表径流虽未增加,但土壤侵蚀量明显增加;影响产流产沙的降雨因子主要有雨量,I_(30),E,EI_(30),坡度变陡,相关性增强;建植草无芒雀麦和紫花苜蓿混播减流减沙效果最好,紫花苜蓿、无芒雀麦、早熟禾3种草种混播减流效果优于单播;1∶1.2坡比边坡随着植被盖度的增加减沙效果逐渐增强,且在植被盖度大于50%时减沙效果接近1∶1.5坡比边坡。[结论]在无芒雀麦和紫花苜蓿混播草本配置下,1∶1.2坡比削坡在侵蚀沟治理时可采用,能减少20%的削坡占地面积。     

土壤表面固定剂的研制及其对坡面侵蚀的防治

为进一步降低东北黑土区坡耕地水土流失,研制了一种施用于较陡坡地且具有良好水土保持效益的新型覆盖材料土壤表面固定剂。通过单因素试验和响应面试验确定最优合成参数比例;采用室内模拟降雨法进行地面覆盖效果的对比试验,探讨其在坡面土壤侵蚀中的作用机理及防治效应。制备条件验证试验结果表明:固定剂中添加淀粉4.0%、甘油35.0%(甘油占淀粉的比例,下同)、柠檬酸4.0%、碱化玉米秸秆粗纤维2.0%时,土壤表面固定剂的平均抗拉强度、断裂伸长率分别为(6.91±0.12) MPa,(60.55±0.95)%。经SEM表征,土壤表面固定剂表面明显比较粗糙,且其与土粒间明显形成的双层结构粘结层共同起到固土透水作用。对2种覆盖处理的坡面地表径流、产沙量指标进行测定,土壤表面固定剂覆盖下径流量与液体地膜覆盖相比最大可减少3 7.9%;土壤表面固定剂覆盖和液体地膜覆盖处理抑制产沙作用明显,减沙率分别在74.5%和86.6%以上。所以土壤表面固定剂覆盖的抗水蚀效应优于裸地;透水能力优于液体地膜覆盖。     

不同降雨强度下旱地农田氮磷流失规律

为阐明旱地农田径流氮磷流失规律，以种植空心菜的旱地为研究对象，采用人工模拟降雨方式，设计10、15、25 mm·h^-1三个降雨强度，研究不同雨强下旱地氮磷流失特征和径流拦截效果。结果表明：在相同降雨量条件下，旱地径流量随降雨强度的增大而增加，10、15、25 mm·h^-1雨强下产生的径流总量分别为197.07、381.92、649.45 m³·hm^-2，对应的径流系数分别为0.20、0.38、0.65。总氮（TN）浓度变化随产流时长呈现出先上升后下降的趋势，峰值明显，氮的流失形态以硝酸盐氮（NO₃^--N）为主；TN流失量随着降雨强度的增大而增加，10、15、25 mm·h^-1雨强下分别为0.67、2.48、9.74 kg·hm^-2。总磷（TP）流失浓度随降雨强度的增大而降低，流失过程相对平缓，磷的流失形态以颗粒态磷（PP）为主；10、15、25 mm·h^-1雨强下TP流失量分别为0.061、0.050、0.030 kg·hm^-2。通过田间沟渠水位的管控，可有效减少TN的径流排放，不同雨强下减少比例分别为100.00%、63.56%、33.98%。研究表明，氮的拦截是控制旱地面源污染的重点，在拦截能力有限的情况下，选择污染负荷较高的时段可有效提高面源污染拦截效果。     

喀斯特地区坡面不同土地利用方式水土流失及磷素输出对次降雨特征的响应

为探究喀斯特地区坡面不同土地利用方式下水土流失及磷素输出对次降雨特征的响应,对喀斯特地区不同土地利用方式(水保林、耕地、自然草地、裸地、经果林)坡面场次降雨的水土流失和磷素输出进行了分析。结果表明:5种土地利用方式的径流系数由大到小整体表现为裸地自然草地耕地水保林经果林,而单位面积产沙量、单位面积磷流失量整体表现为耕地裸地经果林水保林自然草地。其中耕地和裸地在大雨量、高强度降雨事件的影响下径流系数、单位面积产沙量、单位面积磷流失量急剧增大。雨强是影响水土流失、磷素输出的重要因素,可以很好地拟合水土流失量。径流中磷素输出以颗粒态磷(PP)为主,占总磷(TP)的比例介于75.47%~97.91%之间。降雨引起的耕地径流[0.73 mg·L-1ρ(TP)2.49 mg·L-1]、裸地径流[0.10 mg·L-1ρ(TP)0.50 mg·L-1]和经果林径流[0.13 mg·L-1ρ(TP)0.46 mg·L-1]磷输出对受纳水体磷的含量有增加的风险,而自然草地径流[0.03 mg·L-1ρ(TP)0.09mg·L-1]影响较小。坡面水土流失和磷素输出与降雨过程、土地利用方式关系密切,可以通过优化土地利用结构、减少人为扰动有效防治水土流失,减轻流域面源污染。     

不同含水率条件下非饱和边坡的稳定性

[目的]试图改进现有初始条件考量方法,重点分析不同初始含水率条件下降雨入渗对边坡稳定性的作用机制,为滑坡预警提供参考。[方法]以甘肃省天水市廖集村滑坡为例,基于无前期降雨和有前期降雨作用下实测土层含水率结果,将其分别定义为天然和湿润状态,作为初始条件建立渗流与应力的流—固耦合物理力学模型。[结果]天然状态下,非饱和入渗迅速,但入渗仅局限于浅表层1—2m,稳定系数在入渗初期显著下降,但随着下渗的停滞而缓慢变化,往往形成浅表层滑坡;湿润条件下,土体持水缓慢,但能下渗到3—4m以下的较深部位,随着入渗深度的增大,土体软化作用加强,形成深部滑坡。所以,土体干燥状态时,进行7d的雨量预警是有效的防灾方法。对于连阴雨天气,土层较湿润,要注重对滑坡体4m以下部位孔隙水压力和坡脚位移形变的监测。[结论]土体初始条件对非饱和入渗和稳定性变化过程具有显著影响,是降雨触发型滑坡稳定性分析中不可忽略的因素。     

砾石覆盖条件下盐碱土边坡降雨侵蚀水动力学特征

为了探究砾石覆盖对盐碱土坡面侵蚀的减沙效应,通过室内模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下降雨径流水动力学特征及产沙受砾石覆盖的影响。试验坡度选取15°和30°,雨强选取92,119mm/h,坡面砾石覆盖度分别为0,10%,20%,40%,60%,80%,采用染色示踪法测定坡面径流流速。结果表明:不同坡度和雨强条件下,水流产沙率随坡面砾石覆盖度增大先增后减;雷诺数与弗劳德数均随砾石覆盖度增大呈先增后减的抛物线趋势,曼宁糙率、Dracy-Weisbach阻力系数、坡面径流剪切力和径流功率均与坡面砾石覆盖度呈线性正相关;径流功率预测产沙率效果较好,二者呈对数关系(R2=0.47)。     

胶东铁路弃土弃渣体产流产沙特征

通过人工模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对胶东铁路弃土弃渣体产流产沙的影响。根据青荣铁路沿线降雨和弃土弃渣体堆积特点,设计3种雨强(20,40,60mm/h)和3个坡度(20°,30°,40°)。结果表明:(1)当降雨强度由20mm/h增加到60mm/h,产流开始时间可缩短11~20s;当坡度由20°变化到40°,产流开始时间可提前17~22s。(2)径流量、产沙率在降雨初期剧增到峰值,之后径流量逐渐趋于稳定,而产沙率波动减小后逐渐趋于稳定。(3)相同坡度条件下,雨强40 mm/h下的径流量较20 mm/h时增加37.3%~122.6%,产沙率约为20mm/h时的1.5~19.5倍;而雨强60mm/h下的径流量较40mm/h时仅增加19.1%~26.7%,产沙率仅为40mm/h时的62.5%~151.8%。(4)相同雨强条件下,坡度对径流量、产沙率的影响存在临界坡度(30°~40°),径流量、产沙率随坡度的增大先增加后减小。(5)弃土弃渣体坡度为30°时坡度对坡面侵蚀量的贡献率大于雨强贡献率;而40°时雨强贡献率明显超过坡度。研究结果可为胶东半岛区域铁路项目建设期间弃土弃渣体的水土流失监测及防治提供技术支撑。     

小陇山林区锐齿栎林降雨再分配及矿质元素输入特征

【目的】研究甘肃小陇山林区65 a锐齿栎林的有效降雨分配及其矿质元素输入特征,为科学评价小陇山林区森林生态系统服务功能及水土流失程度提供科学依据.【方法】在固定样地内布设林冠截流观测设施,收集水样进行测定及计算.【结果】观测期林外总降雨量为1 508.22 mm,其中林内穿透雨1 204.40 mm,树干茎流112.09 mm,林冠截留191.73 mm,分别占降雨量的79.86%、7.43%和12.71%.当降雨量<1.8 mm时,林冠截留全部降雨,穿透雨量为0;当降雨量>4 mm时,树干开始产生茎流.通过数学方程拟合,穿透雨量与降雨量呈线性关系,树干茎流量、林冠截留量与降雨量呈幂函数关系.通过对水质进行化学测定得出,锐齿栎林中的矿质元素平均含量排序为:穿透雨>树干茎流>大气降雨,矿质元素不同输入方式中,K元素含量都是最大的.【结论】锐齿栎林分林冠截留直接影响地表径流的产生,减少当地的水土流失;同时林分可富集K、N、Ca等矿质元素,有效补充林分土壤肥力.     

海南省东方市60年来降雨量及降雨侵蚀力变化趋势

[目的]分析海南省东方市降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力在不同时间尺度上的趋势变化及其相关性,为该区生态环境建设、水土流失治理及土壤侵蚀机理研究提供科学支持。[方法]根据该地区1956-2015年60a的逐日降雨量数据资料,采用变异系数、趋势系数和气候趋势率分析不同时间尺度的降雨、侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的变化趋势。[结果](1)东方市1956—2015年60a来年均降雨量、年均侵蚀性降雨量、年均降雨侵蚀力分别为982.9±36.9mm,816.1±37.6mm和9 441.7±554.2 MJ·mm/(hm~2·h·a),变异系数分别为29.1%,35.7%,45.5%。(2)60a来降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力年际变化均呈一定的增加趋势,趋势系数分别为0.129,0.156,0.198。季、月尺度上变化差异较大,但总体变化格局相似,均呈单峰型分布。(3)降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力两两之间有极强的线性相关性,且乘幂方程较线性回归方程能更好的反映两两之间的关系。[结论]60a来降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力均呈现较明显的年际增加趋势,且两两之间呈幂函数关系。