伊犁河谷5种土壤管理措施减流减沙效果分析

伊犁河谷区域水力侵蚀等级中等偏强,分析土壤管理措施的减流减沙效果为土地资源的可持续利用和防治水土流失提供参考.本文采用野外人工模拟降雨试验,研究在10、20和36 mm/h 3种降雨强度条件下裸地、角果藜覆盖、木地肤覆盖、鱼鳞坑、水平沟等5种典型土壤管理措施的产流产沙过程,并分析比较不同土壤管理措施的减流减沙效果.结果表明:不同降雨强度下,裸地初始产流时间最短,水平沟未产流;降雨强度是影响产流产沙的关键因素之一,径流速率和含沙量随降雨强度的增大而增大;减流减沙效果由高到低的顺序为:水平沟＞木地肤覆盖＞鱼鳞坑＞角果藜覆盖＞裸地,木地肤覆盖、鱼鳞坑措施减沙效果明显.水平沟、木地肤覆盖措施减流减沙效果较好,可以在该区域防治水土流失中推广应用.     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

暴雨下川东黄壤区不同径流路径调控措施对坡面侵蚀特征的影响

为研究川东区不同径流路径调控措施对黄壤坡面侵蚀特征的影响,设置3种坡度(25°,30°,35°)的稀疏型菱形网格(R1)、密集型菱形网格(R^2)和对照(R0)的裸坡坡面,基于人工模拟降雨试验,对比分析3种降雨强度(60,90,120 mm/h)下坡面的侵蚀过程与特征。结果表明:(1)相同坡度下,2种处理和对照组坡面在60,90 mm/h的雨强下初始产流耗时表现为R0R1>R^2,当坡度增大至35°和雨强增大至120 mm/h时,R1、R^2坡面的产流产沙速率逐渐接近甚至有稍微超过R0坡面的趋势。(4)与产流产沙过程相对应,R1、R^2坡面在不同坡度和降雨强度组合中,通常减沙效益大于减流效益,累积产沙量与累积径流量均成幂函数关系。研究结果可为揭示川东黄壤区坡面的侵蚀过程研究提供参考,为该区域的水土流失治理提供科学依据。     

不同工程堆积体坡面治理措施对土壤抗冲刷侵蚀能力的影响

为量化不同区域堆积体坡面水流分离土壤能力,评价植被恢复模式、恢复年限和削坡分级治理对堆积体土壤抗冲刷侵蚀的调控作用。选取秦巴山区、关中平原、黄土丘陵沟壑区（陕西省境内）高速公路不同工程堆积体,通过在堆积体坡面原位采集土壤样品,室内水槽冲刷试验进行系统研究土壤分离能力大小。结果表明,秦巴山区、关中平原、黄土丘陵沟壑区典型堆积体土壤分离能力变化范围分别为0.034～1.659、0.311～0.816、0.346～1.042 kg/(m2·s)。相比冰草,堆积体坡面自然恢复植被为小冠花可以显著降低土壤分离能力,其降低幅度高达94.97%。相比未复垦,在石渣土堆积体坡面短期人为复垦种植玉米和黄豆对土壤分离能力均无显著调控效益。相比恢复1 a,恢复2 a未能显著降低堆积体土壤分离能力,恢复5 a可以显著降低堆积体土壤分离能力,其降低幅度为57.35%,相比耕地,恢复5 a土壤分离能力降低60.41%。黑垆土堆积体短坡长（<60 m）坡面土壤分离能力空间变异不显著。相比未治理坡面,削坡分级治理可以显著降低堆积体坡面土壤分离能力,治理后堆积体平台和坡面土壤分离能力显著降低66.79%和49.04%。根重密度、粘结力、含水量、中值粒径、黏粒含量与土壤分离能力之间存在极显著负相关关系,可用指数函数关系表达,并建立了基于根重密度和水流剪切力土壤分离能力预测模型。该研究不仅可为堆积体水土流失预测提供基础数据支撑,也可为堆积体坡面治理措施配置提供指导。     

伏牛山东麓不同植被恢复类型土壤入渗性能及产流预测

为了研究不同植被恢复类型对土壤入渗与产流的影响,采用双环入渗法测定了伏牛山东麓六种植被恢复类型土壤水分入渗过程,通过对比稳渗率与不同重现期的暴雨强度,判断不同植被类型地表径流产生的可能性。结果表明:(1)不同植被类型土壤初渗率、稳渗率和前60min入渗量均表现出栓皮栎次生林>栓皮栎人工林>刺槐人工林>侧柏人工林>灌丛>裸地的规律;(2)土壤入渗特征参数与土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、有机质含量、细根生物量和团聚体含量显著相关(p<0.05),其中土壤容重、总孔隙度是影响土壤入渗的主导因子;(3)栓皮栎次生林能抵御10a一遇的暴雨,栓皮栎人工林能抵御1a一遇的暴雨,而其它植被类型均不能低御1a一遇的暴雨,易产生暴雨径流。说明封育天然次生林和运用乡土树种造林进行植被恢复,有利于提高土壤的入渗性能。     

降雨对黄土区主要管理措施坡耕地水沙动态过程的影响

通过室内人工模拟降雨的方法,分析了降雨对管理措施坡耕地水沙动态过程的影响。研究结果表明:在降雨条件下,实施管理措施坡耕地初始产流时间有所不同。耙耱地措施和人工锄耕,不同雨强条件下的径流强度过程线从开始产流都呈现出先波动上升、后下降的变化趋势。人工掏挖,在雨强1.50mm/min条件下径流强度过程线从开始产流呈现出先上升、后下降的变化趋势,波动性较大;而雨强0.68mm/min条件下径流强度过程线从开始产流却一直呈增加的变化趋势。等高耕作,在雨强1.50mm/min条件下径流强度过程线从开始产流呈现出一直增加的变化趋势,起始波动性较大;而雨强0.68mm/min条件下径流强度过程线从开始产流却呈先增加、后降低的变化趋势。降雨强度对实施管理措施坡面累积产流产沙过程影响较大,随雨强的增大,累积产流产沙也随之增加,但各管理措施对水沙动态过程影响程度不同。这为揭示人为管理措施的水保效应提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土区坡耕地水土流失的治理。     

黄土丘陵区不同盖度生物结皮对坡面产流及SCS-CN模型CN值的影响

以黄土丘陵区典型退耕地不同盖度的生物结皮坡面为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,研究不同盖度生物结皮对坡面产流的影响,解析了生物结皮盖度与SCS-CN径流模型参数CN值的关系。结果表明:(1)在90 mm/h雨强条件下,初始产流时间随生物结皮盖度增加而降低,低盖度(0~20%)生物结皮坡面初始产流时间分别为中盖度(40%~60%)和高盖度(80%~100%)的1.64,2.46倍;(2)降雨前15 min,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮促进产流,15 min后,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮抑制产流,降雨45 min后各处理小区径流系数趋于稳定;(3)径流深随生物结皮盖度增加呈对数函数降低(y=-13.87ln x+73.515,R^2=0.7614);(4)生物结皮盖度(CBSC,%)与CN值呈极显著负相关关系,CN=-0.2672×CBSC+79.0166,R^2=0.6800,通过调整CN值可使SCS-CN模型适于生物结皮坡面的径流估算。研究结果揭示了生物结皮对SCS-CN径流模型参数CN值的影响,对建立考虑生物结皮的水文模型奠定了基础。     

藏东南高寒土坡面细沟水流输沙能力变化特征

为探究高寒土坡面细沟侵蚀过程机理,建立科学的坡面细沟输沙能力因子模型,服务高寒坡面水土流失治理工作,以藏东南高寒土壤为研究对象,采用室内径流放水冲刷试验,探讨不同流量和坡度条件下细沟水流输沙能力特征。结果表明：（1）高寒土坡面细沟水流输沙能力的临界坡长随输沙能力的增加而变短,范围为3.27~8.31 m;坡度在15°~25°时,临界坡长大约稳定在5.0 m;（2）不同坡度下,高寒土细沟水流输沙能力与流量表现为明显的线性正相关关系（T_c=Aq）;小坡度的输沙能力受流量的影响程度大于大坡度;（3）高寒土细沟水流输沙能力与坡度可以用指数方程较好地表示（T_c=-ae^（-S/b）+c）,输沙能力随坡度的增大先快速增大,后逐渐过渡到平稳,当坡度达到15°时增幅平缓;（4）坡面细沟水流输沙能力可以用二元幂函数方程T_c=1697.83S^0.491q^1.043表示。通过本模型与其他模型的比较分析,ANSWERS模型在计算高寒土的坡面细沟水流输沙能力还值得商榷,本试验模型、Lei模型与Gao模型均能较好地模拟高寒区细沟侵蚀输沙能力。     

径流调控理论是水土保持的精髓——四论水土保持的特殊性

控制水土流失的关键是科学调控坡面径流 ,径流聚散工程体系是径流调控理论的具体运用。小流域综合治理的核心是解决坡面径流的科学调配和合理利用问题 ,不论是坡面措施还是沟道措施 ,都是依据径流调控理论 ,在径流聚散工程体系中各自起着处理不同地段坡面径流的作用 ,各项措施相互依存和互补。径流调控理论是成功防治水土流失的科学指南 ,是水土保持学科和水土保持事业发展的依据。     

中国北方地区水土保持措施减沙水代价分析

水土保持措施是减少河流泥沙的主要措施。水土保持措施在减少土壤侵蚀的同时也会减少地表径流和地表水资源量。根据目前我国北方地区水土保持对径流量和泥沙量的研究结果，比较分析了在坡面和沟道上梯田、造林、种草和坝地等水土保持措施减沙水代价，并对不同流域尺度水土保持综合措施减沙水代价进行了综合分析。研究表明，同一区域不同水土保持各单项措施减沙水代价不同；同一措施和综合措施减沙水代价存在明显的区域分异，通过选择减沙水代价较小的水土保持措施的类型和区域配置，可以在减少相同泥沙量的同时，相对增加河流水资源量。     

不同年限稻田红壤发生层土壤磷的固持容量及其释放潜能研究

以江西鹰潭孙家典型红壤小流域中期稻田(MP)、新稻田(NP)与老稻田(OP)的发生层土壤为研究对象,基于吸附-解吸实验与结构方程模型,分析了稻田红壤各发生层土壤磷的固持能力(PSI)、最大固持容量(MCSP)及释放潜能的变化差异与影响因子,明确了固定态磷的释放机制与流失风险。结果表明：随发生层深度的增加,稻田红壤PSI及MCSP逐渐增大,二者变化分别为：MP > NP > OP与NP > MP > OP;但稻田红壤发生层中电性吸附态磷(CaCl2-P)及OP剖面专性吸附态磷(EDTA-P)逐渐降低,而MP剖面和NP剖面的EDTA-P以及稻田红壤发生层的残留态磷(Red-P)则相反;OP剖面发生层CaCl2-P与EDTA-P的比值随发生层深度的增加呈逐渐升高趋势,且显著高于MP和NP剖面。结构方程模型分析结果表明,土壤有机质、全磷、pH和铁铝氧化物之间相互作用且协同调控着稻田红壤的磷吸附位点数量及其吸附-解吸能力。稻田红壤水耕层(Ap层)土壤吸磷能力弱、释磷能力强,土壤磷流失风险大;而氧化还原层(Br)和母质层(C)土壤吸磷能力强、释磷能力弱,土壤磷固持容量大。与新稻田和中期稻田剖面相比,老稻田发生层土壤中吸附态磷更难以向专性吸附态磷及残留态磷转化,土壤磷流失风险相对较大,需及时采取相应的调控措施。     

黔中喀斯特地区3种林型土壤有机碳含量及垂直分布特征

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳库已成为全球碳循环研究的重点之一。研究以黔中喀斯特地区阔叶混交林、针阔混交林和灌木林为对象,分析其土壤及枯落物有机碳含量。结果表明:0-80cm土壤剖面的有机碳含量和碳密度均值表现为阔叶混交林(19.10g/kg,18.62kg/m2)>灌木林(9.21g/kg,9.67kg/m2)>针阔混交林(8.38g/kg,8.60kg/m2),且差异显著(P<0.05),说明同一地区不同林型土壤有机碳的积累和存储不同;3种林型0-20cm土层有机碳含量和碳密度均最大,且与各土层之间差异均显著(P<0.05),并随土层深度的增加而减少,说明森林土壤有机碳含量和密度分布有很强的表聚性,因此,应避免人为活动干扰,增加植被覆盖和减少水土流失;3种林型的土壤有机碳含量与土壤容重呈负相关关系,拟合度(R2)均较大,说明土壤有机碳含量与土壤容重拟合方程均较好;3种林型枯落物现存量和有机碳含量差异均显著(P<0.05),说明同一地区,不同林型的枯落物的积累和分解能力不同。     

基于GIS的南方红壤丘陵区小流域汇流网络提取研究

以南方红壤丘陵区宝洞峪小流域作为实验样区,在地理信息系统技术空间分析和水文分析模块的支持下,采用不同分辨率的DEM为基本信息源,探讨了汇流阈值与汇流网络密度间的定量关系.研究结果表明:汇流阈值与汇流网络密度呈定量统计关系.经过对所得数据的回归分析.得出了汇流阈值与汇流网络密度的定量回归模型,其中系数6呈较明显的空间分异特征并随着DEM精度的变化而变化.还提出了一种基于栅格个数的汇流网络密度计算方法,通过在实际研究中的应用,表明该方法可以有效地应用到汇流网络结构研究中.     

东北黑土区不同垄作坡面产流产沙过程

起垄种植是东北黑土区普遍的耕作模式,不同垄作坡面产流产沙规律尚不明晰、亟需研究。为此,基于野外放水冲刷试验,设计3个冲刷流量(30 L/min,60 L/min,90 L/min)和4种处理坡面(横坡垄作、斜坡垄作、无垄作、顺坡垄作),探究东北黑土区不同垄作坡面的土壤侵蚀差异。结果表明:(1)3种冲刷流量产流率和含沙量均随垄作措施改变呈持续波动趋势,但受冲刷流量影响二者变化规律不同。(2)4种垄作措施状况下,产流时间与冲刷流量均不相关,含沙量与产流时间均呈负相关; 其他试验条件下,因冲刷流量和垄作措施的差异出现不同相关性。(3)30 L/min,60 L/min两种冲刷流量下,侵蚀强弱表现为:顺坡垄作>无垄作>斜坡垄作>横坡垄作。冲刷流量90 L/min时,侵蚀规律变为:横坡垄作>顺坡垄作>斜坡垄作>无垄作,且横坡垄作与斜坡垄作的累积产沙量较30 L/min冲刷流量比分别增加了12.78倍和10.11倍。综上,小流量冲刷条件下横垄和斜垄可有效控制径流和水土流失,当冲刷强度增大后二者发生断垄恰是径流和泥沙发生变异的最主要因素。