稀土元素示踪法探究坡面侵蚀进展与热点——基于CiteSpace计量分析

稀土元素示踪法从上世纪90年代开始逐渐被相关学者重视,并在坡面土壤侵蚀的研究中得到越来越广泛的应用。笔者采用CiteSpace软件和文献计量学方法,以Web of Science数据库核心合集和中国知网(CNKI)数据库核心期刊为数据源,分析了近30年国内外稀土元素示踪法在坡面侵蚀研究的发展历程。研究发现:①总体而言,国内稀土元素示踪法在坡面侵蚀中的应用在理论和实践层面已经从初步探索走向了成熟;②随着研究的深入,稀土元素示踪法的研究与相关学科交叉更加密切,并在微观探索和宏观调控方面取得一定进展;③未来发展趋势来看,宏观方面趋向和生态系统、气候变化等互相作用机理的研究,微观方向趋向对团聚体等微观颗粒的迁移研究;④在国际相关研究方面,对于稀土元素示踪法在坡面侵蚀的应用从多个方面和角度做了大量的研究,我国的相关研究相较于国外顶尖水平的研究仍存在一定差距。     

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。     

油茶林不同水保措施径流及产沙特征研究

通过5年的径流小区的野外定位观测,研究了油茶林不同水保措施的产流产沙特征。研究表明:产流降雨峰值和谷值出现的时间与自然降雨出现的时间基本一致,表明降雨的季节动态是产流降雨动态变化的主要驱动力;前埂后沟模式有最小的产流产少量和径流系数,其次为内斜式模式,正常小平台则最大;不同水保措施采用梯壁植草措施均能有效减少产流产沙量。前埂后沟和梯壁植草的水保措施适宜在红壤侵蚀区油植种植过程中推广。     

不同植被措施下排土场边坡细沟发育时空特征

为明确不同恢复年限植被措施对煤矿排土场边坡水土流失的防治效应,采用样方调查法,以内蒙古准格尔旗永利煤矿矿区排土场边坡为研究对象,以裸露边坡(CK)为对照,研究不同恢复年限(1a、3a、5 a)的沙柳方格+沙棘+沙打旺(SHA)和沙柳方格+沙打旺(SA)2种措施对细沟发育的影响。结果表明:(1)1a时CK、SHA与SA措施细沟宽度均集中分布在4～8 cm,细沟深度均集中分布在2～4 cm;3 a时CK、SHA与SA措施细沟宽度则集中分布在4～8 cm、8～12 cm、4～8 cm,细沟深度均集中分布在4～6 cm;5 a时CK与SHA措施细沟宽度均集中分布在8～12 cm,而细沟深度则集中分布在4～6 cm和8～14 cm;(2)CK(1～5 a)、SHA措施(1～5 a)和SA措施(1～3 a)的细沟平均宽分别为7.57～11.35 cm、7.58～13.31 cm和5.57～6.14 cm,细沟平均深分别为3.38～6.23 cm、4.19～10.34 cm、2.59～4.24 cm,三者的细沟平均宽深比分别为2.39、2.12和2.05,平均细沟密度分别为1.52～5.25 m·m–2、1.42～1.68 m·m–2和1.88～2.25 m·m–2;(3)1 a时CK、SHA和SA措施的细沟宽深比随坡长变化幅度较大,随着恢复年限增加,宽深比则呈下降趋势,CK、SHA措施和SA措施的细沟密度和细沟侵蚀量均随坡长增加呈增大趋势;(4)与CK相比,1 a时SHA和SA措施边坡细沟侵蚀模数分别减小25.0%和25.86%,两种措施减蚀效果差别不大,而3 a时则分别减小了61.73%和35.31%,SHA措施减蚀效果显著增强。研究结果可以为矿区排土场边坡的植被合理布设提供科学依据与理论指导。     

土壤管理措施对坡耕地侵蚀退化耕层的恢复作用

【目的】紫色土坡耕地土壤侵蚀严重,研究土壤管理措施对不同侵蚀程度坡耕地耕层侵蚀恢复作用,为紫色土坡耕地耕层质量调控和坡耕地持续利用提供理论及实践依据。【方法】采用单因素方差分析（One-way ANOVA）检验各指标的差异显著性,研究不施肥（CK）、施化肥（F）、施生物炭+化肥（BF）3种土壤管理措施对侵蚀0 cm（S_-0）、侵蚀5 cm（S_-5）、侵蚀10 cm（S_-10）、侵蚀15 cm（S_-15）、侵蚀20 cm（S_-20） 5个不同侵蚀程度坡耕地耕层土壤属性的恢复作用。【结果】（1）随侵蚀程度增加,土壤砂粒含量由38.1%—42.4%逐渐增至44.2%—46.4%,土壤黏粒含量由12.6%—14.8%逐渐减少至9.6%—11.0%;与S_-0、S_-5、S_-10相比,S_-15、S_-20土壤容重显著增大;S_-10侵蚀程度下,土壤抗剪强度最大,在8.71—9.56 kg·cm^-2之间;F、BF处理下S_-15侵蚀程度的土壤稳定入渗率、平均入渗率降幅均最大。（2）不同管理措施下坡耕地耕层土壤属性差异显著,BF处理下土壤砂粒含量小、黏粒含量最大,0—10 cm、10—20 cm土层土壤容重显著低于CK（P<0.05）,土壤总孔隙度、毛管孔隙度均显著高于CK、F处理;BF处理下土壤初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率均最大,CK处理最小;与CK处理相比,BF处理土壤抗剪强度显著增大。（3）随侵蚀程度增加,土壤可蚀性K值显著下降,与S_-0相比,S_-20侵蚀程度下土壤可蚀性K值下降0.1960%—0.2192%;BF处理下土壤可蚀性K值最大,F处理次之,CK最小;S_-10侵蚀程度下F、BF处理的K值均较CK增加幅度最大,分别增加0.0684%、0.1404%。【结论】施加生物炭+化肥在改善土壤物质组成、结构特征、提高土壤蓄渗性能等方面较单施化肥效果更为显著,可有效减轻紫色土坡耕地耕层土壤侵蚀,对侵蚀10 cm条件下的坡耕地耕作层（0—20 cm）土壤的改良效果最佳。     

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.     

基于作物-水模型的不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度研究

以不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度为研究目标,以地下滴灌不同土壤含水量下限控制试验为基础,通过对不同降雨年型苜蓿生长、水分利用及产量指标的系统分析,建立产量-耗水量-水分生产效率的作物-水模型,推求各茬苜蓿最优耗水量,结合典型年降雨在苜蓿生产各茬内的分布特点,提出宁夏引黄灌区苜蓿草田不同降雨年型地下滴灌灌溉制度。结果表明:不同降雨年型下,地下滴灌苜蓿土壤含水量≥50%田间持水率时,各茬株高呈现先升高再下降的2段式变化过程;分枝数随收获茬次的延续逐步下降,茎叶比在丰水年型随灌溉定额增加而升高,在平水年型随收获茬次延续逐步下降;各处理干草产量在不同降雨年型均随收获茬次的延续逐步下降,且土壤含水量下限高于60%田间持水率的各处理间产量差异达不到显著水平;苜蓿草田各茬灌水量通过影响耗水量而影响苜蓿茎叶比、株高和分枝数,进而影响干草产量,并据此建立了苜蓿草田产量-耗水量-水分生产效率间的作物水模型,计算苜蓿草田各茬兼顾产量和水分生产效率的最优耗水量,结合自然降雨分布特征,提出宁夏引黄灌区不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度:枯水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为5 000 m~3/hm~2,灌水20次;平水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为4 600 m~3/hm~2,灌水19次;丰水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为4 132 m~3/hm~2,灌水17次。     

山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征和健康风险评估

[目的] 了解山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征及雨水径流中重金属元素对于人体的健康风险，为山地海绵城市建设提供径流污染控制参考和人员健康保护基础数据。[方法] 2019年7月22日在重庆交通大学针对屋顶、道路、停车场和广场4种典型的下垫面进行了雨水径流的取样监测，并统计分析场次降雨平均浓度（EMC）、电导率（EC）、钠吸附率（SAR）、危险商（HQ）和危险指数（HI）。[结果] 广场径流过程中重金属元素整体变化波动较大，道路雨水径流的重金属健康风险最大而屋顶健康风险最小；大多重金属污染物在产流后的10 min内出现了降幅，其中Fe和Mn的降幅较大，Zn的降幅中等，Cu的降幅最低；As和Cr是雨水径流中健康风险最高的重金属污染物。[结论] 山地校园重金属污染物冲刷速度较快，人流大的下垫面雨水径流中重金属元素变化波动较大，但健康风险较低；车流大的下垫面雨水径流中重金属元素波动较为稳定，但健康风险较高。     

河北省山区降雨侵蚀力的时空变化特征

[目的] 探究河北省山区降雨侵蚀力时空变化特征，为该区水土流失治理措施的制定和实施提供科学依据。[方法] 应用时间变化分析和空间分布分析对河北省山区2000-2018年降雨侵蚀力进行分析。[结果] 时间趋势中燕山山区年降雨侵蚀力呈波动上升趋势，主周期为11 a，在2009年发生突变，春、秋两季呈波动下降趋势，主周期分别为8和11 a，春季无突变点，秋季在2001年发生突变，夏季呈波动波动上升趋势，9 a为主周期，在2010年发生突变；太行山区年降雨侵蚀力呈波动下降趋势，主周期为6 a，无突变点，夏、秋两季呈波动上升趋势，主周期分别为8和10 a，均无突变点，春季呈波动下降趋势，主周期为8 a，在2006年发生突变；空间分布中，年均降雨侵蚀力范围为1 063.39~5 127.44 MJ·mm/（hm²·h），燕山山区由西到东年及夏季平均降雨侵蚀力先增长后降低再增长，太行山区中由南向北年、夏季平均降雨侵蚀力逐渐降低，春、秋两季降雨侵蚀力分布规律较为多变。[结论] 通过对河北省山区降雨侵蚀力的分析，得出河北省山区夏季水土流失最为严重，燕山山区部分地区尤为突出。