黄土坡面细沟沟头溯源侵蚀的量化研究

沟头溯源侵蚀占坡面细沟侵蚀量的60%以上。该文运用立体摄影测量技术和人工模拟径流冲刷的方法,研究不同流量和坡度下沟头溯源侵蚀过程及其产沙特征,探讨沟头下切造成的地表形态变化对坡面产沙的影响。结果表明:1)坡面产沙率和沟头溯源侵蚀速率随流量和坡度的增加而增大。流量每增加1 L/min,产沙率增加0.59~5.34倍;坡度从15°增加到20°,产沙率增加14.0%~89.7%。2)当流量小于或等于2 L/min时,产沙率在试验初期增加较快,而后缓慢上升;当流量大于2 L/min时,产沙率始终保持快速上升趋势,沟头溯源长度达到100 cm所需时间较流量为1 L/min时缩短12 min以上。3)坡度对沟头溯源侵蚀速率的影响随流量的增加逐渐减弱。4)细沟长度随时间的变化受流量和坡度的影响,其值可由线性增函数表达;产沙率受沟头溯源侵蚀速率、沟头跌坎高度和沟头下方沟槽内发育的二级沟头数影响,其值可由多元非线性回归方程表示。研究结果可为沟头溯源侵蚀预报模型建立和坡面水土保持措施布设提供理论依据。     

地表粗糙度对黄土坡面产流机制的影响

为探明地表粗糙度对坡面产流机制的影响,该研究通过室内与室外径流小区模拟降雨试验相结合,分析在3种雨强(60、90、120 mm/h)下粗糙坡面与平整坡面(坡度5°、10°、15°、20°)产流点位空间分布和坡面产流时间特征,阐明地表粗糙度对坡面产流机制的影响。结果表明:粗糙坡面与平整坡面产流点位沿径流方向的变异系数分别为34.4%~52.9%、15.5%~31.1%,即粗糙坡面产流点位较平整坡面更为分散。相较于平整坡面,地表粗糙度具有推迟坡面产流效应,且推迟效应随坡度、雨强增大而逐渐减弱。表明地表粗糙度在小坡度、小雨强条件下具有较强延迟坡面产流能力。地表粗糙度影响坡面产流一方面通过地表填洼的直接作用;另一方面通过增加降水入渗水头,增强坡面入渗能力的间接作用。通过坡面地表填洼量预测的初始产流时间与实测坡面产流时间比值范围为2.2%~36.2%,表明地表粗糙度间接作用为延迟坡面产流的主导作用。因此,该研究结果阐明了粗糙坡面的点状产流与坡面产流特征,进一步为粗糙坡面产流机制的揭示及地表粗糙度对坡面土壤侵蚀机理的影响提供了科学依据。     

黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地土壤碳氮磷元素的影响

选取黄土丘陵区3种代表性植被恢复模式的沟谷地样地:人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林沟谷地(G-Rp),人工柠条(Caragana korshinskii)灌丛沟谷地(G-Ck)和天然草地沟谷地(G-Ng)。通过分析沟谷地5个坡位样带的土壤样品,评价了不同植被恢复模式对沟谷地土壤碳氮磷元素的影响。结果表明:3种植被恢复模式对沟谷地土壤有机碳和全氮的含量及储量具有显著的改善作用,对土壤全磷含量及储量略有减少的影响,其中柠条灌丛沟谷地土壤磷相对于对照(坡耕地)减少达显著差异(P0.05);土壤碳氮磷的含量及储量在沟谷地的空间分布存在显著差异(P0.05),总体呈由上到下递增趋势(除G-Rp沟底);沟谷地土壤碳氮元素间呈正向和极显著的线性相关关系(P0.0001)。在黄土丘陵区沟谷地地貌单元实施植被恢复,可显著地提高沟谷地土壤的碳汇和氮素储量。     

黄土丘陵区白羊草与达乌里胡枝子混播草地土壤呼吸日变化特征

土壤呼吸是反映土壤质量和肥力性状的重要指标,阐明禾―豆混播草地土壤呼吸作用的变化规律及其影响因素,可以为准确评估混播草地的环境效应及响应提供依据。在2011和2012年6月份,采用动态密闭气室分析法,比较了白羊草(Bothriochloa ischaemum)与达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)不同比例间作混播草地总土壤呼吸速率的日变化特征、混播植物贡献率以及温度敏感性等。结果表明,不同混播比例草地的总土壤呼吸速率日变化为单峰型曲线,峰值出现在12:00~14:00。总土壤呼吸速率日均值高低顺序为单播白羊草白羊草和达乌里胡枝子间作单播达乌里胡枝子。不同间作比例草地的总土壤呼吸速率与白昼气温相关显著(P0.05),而与5、10和15 cm土层白昼土壤温度关系不明显;单播条件下,白羊草草丛的土壤呼吸对温度的敏感性高于达乌里胡枝子;各草地土壤呼吸Q10值的变化范围为1.48~2.61,以单播白羊草最高,单播达乌里胡枝子和两者间作混播草地间无显著差异(P0.05)。     

电容法估测植物根系生物量研究

以玉米(Zea mays)和黄豆(Glycine max)为材料,通过对其根系电容的测量试验,结合根系收获法,探讨不同测试频率下根系电容值和根系生物量的关系,以期为进一步补充和完善植物根系特征快速无损检测技术提供一定的参考价值。结果表明:玉米、黄豆2种作物根系电容均随根系生物量的增加而增大;4种频率下(0.1,0.12,1和10 kHz)根系电容值与生物量均成极显著线性正相关(P0.01);回归分析表明,1 kHz频率下2种作物根系电容值随生物量变化趋势较稳定,分辨率较高,回归方程的拟合度最好(R0.9)。因此,4种频率条件下,玉米、黄豆根系的电容特性都能较好地反映根系生物量的变化,其中,1 kHz为最适测定频率。     

黄土高塬沟壑区道路排水沟侵蚀产沙试验

为给黄土高塬沟壑区道路排水沟水土流失测算及其防护提供科学依据,采用野外原位放水冲刷试验方法,在放水流量10~50 L·min~(-1)和坡度4°~10°条件下,对土质道路裸露排水沟和植被排水沟的侵蚀产沙规律进行试验研究。结果表明:放水流量和坡度增大,裸露和植被排水沟的径流含沙量和土壤剥蚀率均成倍数增大,与放水流量呈显著指数函数关系;同一试验条件下,裸露排水沟的径流含沙量和土壤剥蚀率分别是植被排水沟的1.3~1.7倍和1.4~2.2倍。放水流量和坡度对裸露排水沟径流含沙量的影响较为接近,而植被排水沟径流含沙量主要受放水流量影响;不论裸露还是植被排水沟,放水流量对土壤剥蚀率的影响都远大于坡度。     

生物多样性与地形及土壤因素对坡面产流产沙的耦合影响

生物多样性关系到生态系统的功能,而坡度和土壤因素是影响坡面产流产沙的重要因子。本研究基于黄土丘陵区生物多样性,并引入坡度、降雨前土壤含水量和土壤容重,探究其与坡面产流产沙总量的耦合关系。通过野外人工降雨试验,记录草本、灌木和乔木群落下的产流时间和产流产沙总量,并开展土壤植被调查。结果表明,与草本和乔木群落相比,灌木群落在延长产流开始时间和降低产沙总量上表现更优;植被群落功能离散度指数(FDiv)对产沙总量影响最大,Simpson指数(D)对产流总量影响最大,坡度仍然是不可忽视的第二重要影响因素;产流总量与坡度、土壤容重、D和功能丰富度指数(FRic)的回归关系优于产流总量分别与其的回归关系;产沙总量与坡度和FDiv指数的回归关系优于产沙总量分别与其的回归关系。植被保护与坡度改善将是该区水土保持规划工作的重点。     

丹江口库区及上游水土保持工程实施效果评估指标体系研究

丹江口库区及上游水土保持工程是南水北调中线工程水质保护的重要措施。工程实施效果对保障南水北调中线工程水质安全,促进该区域经济社会可持续发展,实现全面建成小康社会目标具有重要意义,而构建科学的评价指标体系对工程实施的综合效果进行评估是目前迫切需要的。运用文献分析法深入分析了CNKI数据库中近十年有关水土保持工程效益评价及效果评估指标体系的成果报道,从筛选的120篇文献中,归纳总结、聚类分析出已有重点工程实施效果评估14项常用指标及水土保持工程效益评价常用指标9项。基于此,针对丹江口库区及上游水土保持工程"多拦沙、多输水、输好水"的特点,结合同行专家咨询意见,构建了工程实施效果评估指标体系,包括计划任务完成率、调蓄水能力变化、基本农田粮食增产、人居环境改善等指标,可为今后同类工程的效果评价提供一定借鉴。     

干旱胁迫对四翅滨藜幼苗根系生长的影响

为评价优良引进树种四翅滨藜(Atriplex canescens)的抗旱适应性,采用模拟长时间持续干旱的控水盆栽方法进行试验,生长季末测定处理幼苗的单株生物量及根系形态性状,通过分析干旱胁迫(中度和重度干旱)下较适宜水分条件(CK)的变化,重点探讨根系的生长反应及关联性。结果表明:随着土壤含水量的下降,幼苗根系生物量、主根长度和粗度、一级侧根数都减少,根生物量比例、根冠比、主根长度与粗度的比值均增大;二级侧根数在中度干旱下增加而在重度干旱下减少。所受影响,根系在植株整体及其组成中最低,且一级侧根低于二级侧根,主根长度低于其粗度。幼苗通过促进根系发育或生物量在土壤中的分散分布来应对旱情,同时也具有构成上的协同自适应性。对干旱胁迫没有表现出显著的敏感性,可见四翅滨藜较强的抗旱性。     

陕西省农田土壤紧实度空间变异及其影响因素

为探明陕西省农田土壤紧实度现状及区域差异,2013年在全省选取228个调查点,对1 100多块地的农田土壤紧实度进行调查。结果表明:陕西省农田耕层土壤紧实度为250.0~2 080.0kPa,平均为781.3kPa,变异性中等;全省各区犁底层紧实度为716.0~5 650.0kPa,平均为2 900.5kPa,中等变异。耕层土壤紧实度以关中东部和陕南东部较大,1 000kPa以上,陕北大部分县区耕层比较疏松;犁底层紧实度以关中地区及陕南东部较大,在3 000kPa以上,陕北地区犁底层紧实度普遍较低。耕层土壤紧实度主要受区域位置、农田利用类型、地形、作物类型、耕作方式及土壤类型影响(P0.05);犁底层紧实度受区域位置、作物类型、地形、耕作方式、熟制、机耕年限、灌溉情况、土壤类型以及土壤含水量等因素影响(P0.05)。