下垫面变化对喀斯特坡地地下产流产沙的影响

通过人工模拟降雨试验,探索表土剥离对喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响。采用钢槽装填土石模拟喀斯特坡地的"二元结构",通过正交试验分析了下垫面类型(坡耕地、裸坡地)、雨强(0.5,0.8,1.3mm/min)和地下孔(裂)隙度(1%,2%,3%,4%,5%)对坡地地下产流、产沙的影响。结果表明:表土剥离导致下垫面土壤物理性质改变,是影响坡地产流、产沙特征变化的主要因素。降雨强度主要影响坡地地下产流量和产沙量,地下孔(裂)隙度主要影响径流和泥沙在地表和地下的分配比例。表土剥离后表层土壤的容重和土壤颗粒分形维数呈显著性增大,导致土壤透水性、孔隙大小等发生改变。相比之下,在0.5mm/min雨强下,裸坡地的地下产流量、产流系数、产沙比重均大于坡耕地,雨强增大至0.8,1.3mm/min后,则是坡耕地大于裸坡地。同时,随着降雨强度的增大,坡耕地产流量和产沙量随雨强的变化顺序为0.5mm/min雨强0.8mm/min雨强1.3mm/min雨强。而裸坡地的产流量大小随雨强的变化顺序为0.8mm/min雨强1.3mm/min雨强0.5 mm/min雨强,产沙量大小随雨强的变化顺序为0.5 mm/min雨强0.8mm/min雨强1.3mm/min雨强。增大地下孔裂隙度能显著(p0.05)的增大两种坡地的地下产流、产沙的贡献量。地下孔裂隙度为1%~3%条件下,2种坡地地下侵蚀产沙比重存在极显著差异(p0.01),随着地下孔(裂)隙度增大至4%和5%,两者间的差异缩小。虽然裸坡地的地下侵蚀产沙量小于坡耕地的,但是其地下产沙比重更大。在喀斯特地区进行开发建设时,应注重地下漏失的防治工作。研究成果能够为喀斯特坡地土壤侵蚀研究和水土流失防治提供重要参考。     

喀斯特坡地裸露心土层产流产沙模拟研究

通过人工降雨探索表土剥离后喀斯特坡地侵蚀产沙特征及机制,为该地区开展地下水土流失研究及指导水土流失防治工作具有重要的理论和现实意义。试验采用钢槽装填土石模拟喀斯特地区表土剥离后坡地的"二元结构",通过人工模拟降雨揭示了雨强(30、50、80mm h~(-1))、坡度(10°、15°、20°、25°)和地下孔(裂)隙度(1%、2%、3%、4%、5%)对坡地土壤侵蚀的影响,并在此基础上进一步讨论了各因子对剥离表土后的坡地造成的影响。结果表明:(1)表土剥离后地下漏失的隐蔽性增强,小雨强的坡地土壤侵蚀容易被忽视,30、50 mm h~(-1)雨强条件下,仅当坡地坡度≥15°时地表出现径流,坡地侵蚀产沙以地下流失为主,地下产流量、产沙量随雨强先增大后减小。(2)喀斯特地区坡地土壤侵蚀治理不应只重视地表水土流失,更应关注垂直方向上的土壤侵蚀——地下漏失,低坡度(坡度≤15°)条件下,地表近乎无产流产沙,坡地侵蚀产沙集中在地下孔(裂)隙,而坡度为20°、25°的坡地,其地下产沙比重仍分别高达0.85~0.97、0.59~0.84。剥离表土后的坡地水土保持应从地表、地下两个方向进行,避免由地下漏失引起的岩溶塌陷。增大地下孔(裂)隙度能显著提高地下产流量和产流系数,并促进地下孔裂隙产沙量和产沙比重的增加。     

喀斯特石漠化区治理措施对土壤质量演变的影响

为进一步探明喀斯特石漠化综合治理区不同治理措施对土壤质量演变的影响,选取3种治理措施:封山育林、人工造林和坡改梯,并以撂荒地为对照,通过长期定点监测,探索了治理措施与时间对土壤理化性质、土壤质量演变的影响特征。结果表明:治理措施和治理时间对土壤理化性质有明显的影响。封山育林、人工造林和坡改梯均能显著改善土壤理化性质,提高土壤肥力质量。随着时间的推移,土壤养分含量和土壤质量指数亦得到显著的改善。封山育林和人工造林对土壤质量的改善效果总体上优于坡改梯。此外,封山育林和人工造林能够明显优化土壤碳氮比例。但是这两种措施中土壤碳磷比(C/P)相对较高,且土壤碳磷比(C/P)随时间的推移逐渐增大,这反映出封山育林和人工造林的土壤面临土壤磷素缺乏的风险。石漠化综合治理措施中封山育林和人工造林对土壤质量的改善效果最佳。但是随着时间的推移,这两种措施可能会因土壤磷素缺乏导致植被恢复效果不佳。石漠化治理是一个漫长的过程,在其过程中需要通过人工干预以实现石漠化治理的可持续发展。     

喀斯特坡耕地及其浅层孔(裂)隙土壤侵蚀响应试验研究

通过模拟喀斯特坡耕地地貌特征和喀斯特地下孔(裂)隙构造,采用人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度、不同坡度、不同地下孔(裂)隙度及降雨历时条件下地表及地下的土壤侵蚀响应。结果表明,(1)地表径流与降雨强度、坡度的变化呈极显著正相关关系,与地下孔(裂)隙度的变化呈显著负相关关系;地下孔(裂)隙流与坡度、降雨强度的变化呈极显著负相关关系,与地下孔(裂)隙度的变化呈极显著正相关关系。(2)地下孔(裂)隙流流量、累积产沙量均随雨强的增大呈先增大后减小的变化规律。(3)总体上,地表径流随坡度的增大呈增大趋势,地下孔(裂)隙流随坡度的增大呈减小趋势;地表累积推移质和悬移质流失量随坡度的增大总体呈增大趋势,地下孔(裂)隙流的累积悬移质流失量随坡度的增大总体呈减小趋势。(4)地表产流、产沙随地下孔(裂)隙度增大而减小,而地下产流产沙则相反。(5)降雨强度、坡度和地下孔(裂)隙度等因子对地表径流及地下径流的影响程度依次是坡度降雨强度地下孔(裂)隙度。     

土石混合工程堆积体土壤理化性状与物种多样性的响应

为了探讨喀斯特区土石混合工程堆积体植被恢复过程中物种多样性与土壤理化性状的互作关系,以不同恢复时段恢复时间(1,2,4,6 a)依坡倾倒型工程堆积体为研究对象,采用“空间代替时间”的研究方法,研究了不同恢复时间土壤理化性状和植物物种多样性的特征及相互之间的响应机制。结果表明:随恢复时间增加,土石混合堆积体台面和坡面植物种类呈现先上升后下降的趋势,且坡面植物种类(99种)多于台面(74种),植物群落逐渐由草本向草灌混交转变。台面和坡面的物种丰富度、多样性、优势度和均匀度指数随恢复年限恢复时间增加均表现为先增加后减小。随植被恢复时间增加,土壤理化性质得到不同程度的改善,其中土壤全氮(TN),全磷(TK),速效磷(AP)和有机质(SOM)含量显著增加,土壤养分含量呈上升趋势,坡面土壤理化性质优于台面。冗余分析(RDA)表明,土壤含水量(MC),容重(BD),TN,TK和速效钾(AK)在不同恢复时段恢复时间内对植物物种多样性有较大影响;钾素在较短的恢复时间内对物种多样性影响较大,氮素随恢复时间延长影响逐渐增加,MC和BD对台面物种多样性的影响大于坡面,而土壤养分因子对坡面影响较大。因此对土石混合堆积体进行植被恢复时,恢复前期采取添加覆盖物等措施减少水分流失的同时施用钾肥尽量保证植物存活,植物物种种类上选择既能保水保土又能与土壤微生物相互作用补充土壤中营养元素的豆科类植物。     

喀斯特浅层裂隙土壤垂向渗透性及影响因素

为探究喀斯特浅层裂隙所赋存土壤各土层渗透性特征及影响因素,测定了喀斯特典型的浅层裂隙中赋存土壤0—10,10—20,20—30,30—50,50—70,70—100 cm土层的饱和导水率、机械组成、容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度和有机碳含量等土壤属性。结果表明:(1)喀斯特浅层裂隙中各土壤属性均随着土层深度变化呈现出递增或递减的趋势,其中容重、黏粒含量、毛管孔隙度均随着土层深度而增长,饱和导水率、有机碳、非毛管孔隙度等土壤属性随土层深度的变化规律相反,呈递减趋势。(2)喀斯特浅层裂隙中土壤饱和导水率变异系数高于非喀斯特地区,且随土层深度变化呈波动增长趋势;其随土层深度变深而减小的趋势可用对数函数进行模拟(R^2=0.9462)。(3)通过Pearson相关性分析,裂隙中所赋存土壤的饱和导水率除了与机械组成中黏粒含量、粉粒含量为显著性相关(P<0.05),与砂粒含量相关性不显著以外(P>0.05),与其余各土壤属性均呈极显著性相关(P<0.01),且非毛管孔隙度相关性最高(P=0.898)。浅层裂隙土壤非毛管孔隙是影响其渗透性的主要因子,而裂隙中深层土壤拥有较多善于贮存植物所需水分的毛管孔隙。因此,对于土地资源匮乏的喀斯特地区,充分合理利用裂隙中深层土壤的水分成为今后研究的重点。研究结果可为喀斯特地区水分运移、石漠化治理及植被恢复提供科学依据。     

短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响

探索短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响,为喀斯特区坡耕地应对极端天气的水土流失防治提供理论依据。研究采用人工室内模拟降雨试验的方法,对喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征在短历时强降雨作用下的影响因素开展研究。结果表明:(1)短历时强降雨导致喀斯特坡耕地地表输沙模数和产沙量随降雨强度的增大而增大,而地下输沙模数和产沙量与降雨强度无明显变化规律,坡耕地土壤侵蚀以地表为主。地表产沙临界雨强为30～50 mm/h。(2)坡度增大时地表产沙比重大于地下产沙比重,地表土壤侵蚀以地表为主。产沙比重发生转折的坡度值为15°～20°。70 mm/h降雨强度和5°坡度下,降雨强度对地下土壤侵蚀可能存在"负效应"。(3)喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征与降雨强度和坡度密切相关,但降雨强度因子起主导作用。强降雨主要影响地表土壤侵蚀,因此,对喀斯特坡耕地土壤侵蚀治理应以地表为主。研究结果有助于深入了解短历时强降雨对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响,为对喀斯特坡耕地应对极端天气和水土流失防治以及维持生态环境健康持续发展提供理论依据。