Time and scale of gully erosion in the Jedliczny Dol gully system, south-east Poland

Key catchments of the Roztocze loess area in south-east Poland have a great potential of revealing the history of long-term soil erosion and changes in land use. The knowledge of how and when soil erosion took place in the past helps one understand the impact of land use changes on the landscapes [Bork, H.-R., 1989. Soil erosion during the past Millennium in Central Europe and its significance within the geomorphodynamics of the Holocene. Catena 15, 121–131]. The Jedliczny Dol gully system near the town Zwierzyniec in south-east Poland was investigated by using detailed field stratigraphy and radiocarbon dating of charcoal and wood.In connection with new settlements which were established between the 14th and 16th centuries, arable land was cultivated and forests were used much more intensively. As a consequence, the loess soils were strongly eroded during heavy rainfalls. Up to 4 m of colluvial sediments were deposited in the gully system during the 15th and/or 16th centuries. The thickness of the colluvial sediments indicate severe erosion which might be related to excessive timber exploitation for the local glass and iron production. With the foundation of the so-called Ordinariat Zamoyski at the end of the 16th century, some parts of the area were presumably reforested. High pressure on the land at the beginning of the 19th century enabled a second main phase of gulling before 1900.Since 1890 at the latest, almost the whole catchment is used as a forest, however, concentrated runoff on compacted forest roads can still be high after heavy rainfalls.In loess areas soil erosion caused by intensive land use, triggered by heavy rainfalls, can change the landscape drastically. These changes will continue to influence how catchments react, even if land use gets less intensive again. This knowledge should be considered regarding future, sustainable land use and recent changes in land use in the south-eastern Polish loess regions.     

基于分形理论模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线

崩岗是我国南方花岗岩地区特殊的土壤侵蚀现象,给山区经济造成了严重的影响.为了探索南方花岗岩地区崩岗侵蚀剖面的水分特性,明确水分与崩岗发育的关系,本研究采用野外调查采样与室内分析的方法,运用土壤粒径分形理论,并结合Brooks and Corey模型,模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线.选择通城县花岗岩崩岗剖面5个层次(表土层、红土层、过渡层、砂土层和碎屑层)采集土样,通过对土壤粒径分布和土壤含水量的测定,分析分形维数与土壤粒径之间的关系.同时,应用土壤粒径分形理论,模拟土壤水分特征曲线,基于估算结果与实测结果的比较,探讨分形方法估算土壤水分特征曲线的可行性.结果表明:崩岗剖面土壤黏粒质量分数越大,土壤粒径分维值越大;土壤粒径分维值越大,土壤水分特征曲线的分维值则越大,两者之间线性关系较好;运用分形理论,模拟土壤水分特征曲线的预测值与实测值具有良好的一致性,模拟结果的精度随土层的深度增加而增加,模拟效果以土壤黏粒和粉粒质量分数较少、砂粒质量分数较多的土壤效果较好.研究结果为花岗岩崩岗机理的探索奠定了基础,对崩岗水分的研究具有指导意义.     

陕北黄土区水平条带整地措施对切沟发育的影响

切沟侵蚀是土壤侵蚀的主要形式之一,严重威胁着土地资源。为了研究水平条带整地对切沟发育的影响,该研究基于间隔9 a的2期同时相QuickBird遥感影像,在陕西绥德县选取了32个小流域,应用GIS技术提取小流域内的沟缘线、植被覆盖度、坡度以及土地利用类型,估算研究区的切沟发育速率,并分析了水平条带整地对切沟发育的影响。结果表明:2004-2013年研究区内水平条带整地面积增加了16.96%,其中水平阶林地增加的最多,其次是水平梯田,而水平阶草地有所减少;32个小流域的切沟面积变化比例主要分布在0~6%,单位沟谷区面积增加比例为4.18%,且各小流域之间的差异明显;在该研究区内水平条带面积比例是影响切沟发育的最主要因子,相关系数达到-0.801。沟间地存在水平条带整地和植被覆盖度较高的情况下,地貌因子与切沟发育速率无显著相关性。水平条带整地类型的抑制切沟发展作用排序:水平阶林地水平阶草地水平梯田。该研究可为全面评价水平条带整地措施水土流失防治效果提供科学依据。     

排土场平台-边坡系统沟蚀形态演变与产沙特征

排土场是露天采矿区主要泥沙来源的人造地貌之一,控制排土场土壤侵蚀对矿区高质量发展具有重要意义。该研究采用野外放水冲刷试验,研究排土场平台-边坡系统沟蚀演变及产沙特征。结果表明：1）沟蚀演变中的主导侵蚀方式存在阶段性转变,侵蚀沟形态发育特征也呈阶段性差异,平台侵蚀沟分为沟头形成阶段,溯源-拓宽阶段和稳定阶段3个发育演变阶段;边坡侵蚀沟依次经历覆土层下切阶段,覆土层拓宽阶段,红土层下切阶段和侵蚀减缓阶段。2）边坡是平台-边坡系统主要沙源,其累积产沙量占平台-边坡系统的88.15%～90.16%;覆土层下切阶段和红土层下切阶段是边坡的主要产沙阶段,其累积产沙量分别占边坡的29.72%～53.36%和19.06%～48.88%。3）平台和边坡侵蚀速率均与径流功率的响应关系较优,在平台沟蚀的溯源-拓宽阶段和稳定阶段为线性响应;在边坡沟蚀的覆土层下切阶段和红土层下切阶段为指数响应,拓宽阶段和侵蚀减缓阶段为线性响应。模型建立中需进一步考虑此种响应规律随沟蚀发育演变产生的变化,研究结果可为排土场水土保持措施布设和科学认识沟蚀过程与特征提供参考。     

近40 a黑土典型区坡沟侵蚀动态变化

研究黑土区坡面侵蚀与沟谷侵蚀的动态变化对于正确认识黑土侵蚀的发生发展过程、制定合理的侵蚀防治对策具有重要理论与实际意义。该文以克拜东部黑土区为例,从1965年美国侦查卫星Corona影像和2005年法国Spot-5高分辨率遥感影像上提取侵蚀沟、植被、土地利用等信息,结合地形、降雨及土壤资料,以通用土壤流失方程为基本框架建立坡面侵蚀定量估算模型,在此基础上,对近40 a坡面侵蚀和沟谷侵蚀的动态变化进行深入分析。结果表明：研究区坡面侵蚀以轻度侵蚀为主,中度和强度侵蚀面积比例很小;40 a来坡面侵蚀总面积变化不大,但侵蚀强度的变化存在一定的地区差异;研究区1965年有侵蚀沟1 682条,2005年增加到2 561条,侵蚀沟平均每年侵吞耕地5.23 hm2;40 a来研究区坡沟侵蚀产沙比约为3.5︰1,总体上以坡面土壤流失为主。研究结果可为黑土区水土流失综合治理提供科学依据。     

Estimating the rate and consequences of gully development,a case study of umbulo catchment in Southern Ethiopia

In southern Ethiopia wide and deep gullies are common features, significantly affecting farmers' livelihoods. Little action is being taken to address the problem despite farmers being knowledgeable about erosion and its control measures. A study was conduced to investigate the nature and rate of gully development in Umbulo catchment, southern Ethiopia, based on interviews with farmers and field measurements. The results indicated a rapid, down slope development of gullies over the last 30 years with average rate of soil loss from 11 to 30 t ha⁻¹ y⁻¹. The critical period of development of the gully system was estimated to be between 1974 and 1985, but since then the gully system has enlarged both in depth and width. Wide channels with deep, nearly vertical walls are typical. The trigger for gully initiation is believed to have been human, but the soil properties may have played an important role. Under the current situation agricultural production is unsustainable unless the gullies are controlled using integrated measures at the catchment scale. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

典型黑土区村级尺度侵蚀沟演变

侵蚀沟的演变是东北水土流失过程的重要方面.利用1968和2009年亚米级遥感影像,获取典型黑土区村级尺度的侵蚀沟分布、耕地垄向和土地利用数据,基于1∶1万地形图获取等高线、坡度、坡长和垄向坡度数据,在地理信息系统和遥感技术的支持下,分析典型黑土区41 a村级尺度侵蚀沟的动态变化及其影响因素.结果表明:1)41 a间,典型黑土区侵蚀沟密度有明显增加的趋势,基于分辨率为亚米级遥感影像解译的侵蚀沟密度较以往研究结果大幅增加;2)自然坡度0.25°～1.5°范围内为该区域侵蚀沟密度变化最大的区域,8°以上区域由于实施退耕还林措施,侵蚀沟密度降低;3)300～500 m坡长区域侵蚀沟密度出现极值;4)由于实施改垄措施,41 a后垄向坡度在0～0.25°范围内耕地面积增加,大于0.25°范围内耕地面积均减少.     

1970－2021年典型黑土区侵蚀沟损毁耕地速度与发育阶段

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km²的典型黑土农田单元,并利用1970年、2011年和2021年卫星影像结合无人机和地面测量的结果进行计算与统计。结果表明,侵蚀沟数量在3个历史时期持续增加,剔除因治理而消失的311条,实际增加了958条,北部嫩江增加速度高于中部海伦和南部巴彦,而同一纬度区大坡度（3%）比小坡度（1%和2%）农田单元内侵蚀沟数量增长更快。人为治理和更高强度耕种导致侵蚀沟面积降低（1970－2011年）然后再增加（2011－2021年）的V型走势,但由侵蚀沟发育而实际损毁耕地的面积持续扩张,近10年年均损毁耕地面积0.1%,3个区域的损毁速度相近。从南往北3个区域侵蚀沟起始发育时间分别是1920s、1940s和1950s,与开垦时间先后顺序一致。典型黑土区侵蚀沟经历了谷底沟发育、沟系形成、多样化发育3个阶段,其中嫩江处在第二阶段,而海伦和巴彦处在第三阶段,即老沟、新沟、次生沟、浅沟多样化发育阶段。人为治理和促进侵蚀沟发育的较量,决定典型黑土区侵蚀沟的发育走势。研究为典型黑土区侵蚀沟防治提供科学依据。     

基于RS和GIS的黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀地形特征研究

为了解黄土高原浅沟侵蚀地形特征,基于Qucickbird高分辨率遥感影像和数字高程模型,提取了坡面浅沟及其地形参数,并对浅沟侵蚀的地形特征参数和分布规律进行了统计分析,结果表明：黄土丘陵沟壑区,坡面坡度、长度、坡向以及上坡长度是影响坡面浅沟数量的主要地形要素,而浅沟侵蚀地形特征主要由坡面坡度、坡面长度、上坡长度和汇流面积共同决定;坡面长度与浅沟平均长度呈显著线性关系,坡面坡度与浅沟频度、浅沟坡度与其上坡长度间则均满足二次曲线;发生浅沟侵蚀的上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m;由浅沟坡度的正弦值与汇流面积确定出浅沟分布的临界曲线;阳向坡面的平均浅沟长度小于阴向坡面。基于RS和GIS技术能有效确定浅沟侵蚀地形特征,为黄土区坡面水土流失治理提供了技术支撑。     

Study of ephemeral gully erosion in a small upland catchment on the Inner-Mongolian Plateau

Ephemeral gully erosion is an important soil erosion process on the Inner-Mongolia Plateau in North China, and although its damage is very intense, little research on the area has been published. In this paper, a global positioning system (GPS) is used to measure the morphology of ephemeral gullies in a small catchment, the Inner-Mongolia Autonomous Region. First, this paper presents the characteristics of ephemeral gullies and soil loss due to ephemeral gully erosion. The network of ephemeral gullies takes on the shapes of tree branches, and there are 16 hole-ephemeral gullies in the middle of the ephemeral gullies. An average gully length of about 19.6 m ha⁻¹ and an average soil loss of 8.8 m³ ha⁻¹ due to ephemeral gully erosion were measured. Second, soil erosion influences crop production in cropland and combinations of vegetation in fallow. The difference between vegetation in the middle of ephemeral gullies and in other places is very obvious. Third, this paper discusses hole-ephemeral gullies that are holes locating in the middle of ephemeral gullies whose widths and depths are more than 0.5 m (Fig. 6) for the first time. The relationship between local hill slope gradient S (m m⁻¹) and upslope contributing area A (ha) can be expressed as S = 0.064A^−0.375 and may be a key indicator for determining the position of existing hole-ephemeral gully heads and for predicting where hole-ephemeral gullies could form in the small watershed on the Inner-Mongolian Plateau.     

土壤理化及力学性质对干热河谷台地边坡沟蚀发育的影响

金沙江干热河谷土地整理台地边坡沟蚀发育严重,水土流失强烈,高投入的土地整理工程效益难以发挥,严重威胁着该区的生态安全和社会经济发展。为查明干热河谷土地整理台地边坡沟蚀发育关键影响因子、防治台地边坡沟蚀发育,该研究采用野外实地测量法和实验室测定的方法,研究了干热河谷土地整理台地边坡的沟蚀发育形态特征,系统分析了土壤理化性质和力学性质对台地边坡沟蚀发育形态特征的影响。结果表明:1)非毛管孔隙度是影响台地边坡沟蚀发育形态特征的主要指标,但非毛管孔隙度对台地边坡沟蚀发育宽度、深度、截面积、密度以及割裂度的影响形式和影响程度有较大差异。2)抗剪强度仅对台地边坡沟道深度和截面积影响显著,而对沟道宽度、密度和割裂度的影响甚微。3)分散率对台地边坡沟道宽度和割裂度的影响较为明显,对沟道深度、截面积和密度无显著影响。4)沟道宽度和密度均主要受非毛管孔隙度控制,割裂度受分散率的影响最大,但沟道深度和沟道截面积受土壤性质的影响相对较弱。     

陕北坡耕地土壤侵蚀对土壤性质的影响研究

研究分析黄土高原北部坡耕地土壤侵蚀对土壤性质影响结果表明,山坡中、上部为土壤侵蚀最强烈地带,坡顶侵蚀较弱;土壤全N、碱解氮、速效钾与水蚀和耕作侵蚀间呈线性相关关系,而土壤有机质、速效磷和阳离子代换量则与水蚀和耕作侵蚀无显著相关性。     

黄土丘陵沟壑区浅沟水流水动力学参数实验研究

浅沟侵蚀是黄土丘陵沟壑区重要的侵蚀类型,浅沟水流的水动力学参数研究是建立浅沟侵蚀物理模型或概念模型的基础。以黄土丘陵沟壑区延安市燕儿沟小流域的坡地为对象,通过野外放水冲刷实验,对浅沟水流的水动力学参数变化特征进行研究。结果表明：浅沟水流属于紊流范围,大多数情况下是急流;在坡度18°左右时,携沙水流的流速最小,阻力最大,此时水流的能量分配在侵蚀与携沙之间达到平衡;浅沟水流在坡度26°左右时流速达到最大,水流功率达到最大,最利于浅沟侵蚀的发生和发展。研究结果可为黄土区浅沟侵蚀物理模型的建立提供理论支撑。     

东北丘陵区沟蚀发展现状及影响因素分析

选取第一次全国水利普查土壤水蚀普查中吉林省梅河口市6个野外调查单元作为典型研究区,采用野外实地调查与地理信息技术相结合的方法,对东北低山丘陵区坡耕地沟蚀发展现状及影响因素进行调查分析。结果表明:(1)研究区6个调查单元总面积为142.9 hm2,侵蚀沟数量共93条,沟长共5 476 m,沟壑密度3.83 km km-2,总侵蚀量为4 575 m3。其中切沟沟长占总沟长的61.03%,侵蚀量占总侵蚀量的92.35%。(2)研究区沟蚀发展现状严峻,其中小杨乡、红梅镇、双兴乡和一座营镇沟蚀强度为剧烈,沟道密度分别为7.12、4.63、5.55和4.25 km km-2。牛心顶镇和海龙镇沟蚀强度分别为强烈和中度。(3)坡度是研究区坡耕地沟蚀发育发展的重要因子,与沟壑密度存在较强线性相关,相关系数为0.71(p0.05),在坡度大于8°时沟壑密度最大。(4)沟壑密度随坡长的增大而先增大后减小,在坡长200～299 m内最大,超过500 m后逐渐降低。(5)沟壑密度与流域长宽比具有较强的相关性,相关系数为0.83(p0.05),沟壑密度随流域长宽比的增大而减少。     

根系密度对黄土塬沟头溯源侵蚀产沙和形态演化过程的影响

为明确根系密度对黄土塬沟壑区沟头溯源侵蚀产沙和形态演化过程的影响,采用野外"人工模拟降雨+放水冲刷"试验方法,以裸地试验小区(CK)为对照,研究冰草根系密度试验小区(株行距:20 cm×20 cm,C1;15 cm×15 cm,C2;10 cm×10 cm,C3)的沟头溯源侵蚀产沙过程、沟头溯源距离、沟道下切深度及发育面积等特征。结果表明:1)与对照小区相比,草被小区(C1~C3)产沙量分别降低64.32%、70.31%、69.92%;冰草株行距为15 cm×15 cm时,减沙效益最大。2)对照小区沟头溯源侵蚀过程主要包括沟口形成、贴壁流侵蚀、跌水侵蚀和沟岸崩塌等;而草被小区沟头溯源侵蚀则由贴壁流侵蚀、跌水侵蚀和根土复合体崩塌导致,崩塌是草地沟头溯源的主要原因;各根系密度下沟头溯源距离与时间均呈极显著幂函数关系;与对照相比,草被小区沟头溯源距离缩短75.61%~78.87%。3)对照小区侵蚀沟纵断面呈阶梯形,存在缓冲平台,沟头近似矩形;草被小区则呈梯形和圆弧状。与对照相比,草被小区沟道平均下切深度加深1.64~1.92倍;沟道面积随根系密度增加而缩小,草被小区沟道面积较裸地缩小68.0%~74.0%。结果可为该区"固沟保塬"工作的实施提供科学参考。     

陕北黄土区植被恢复对切沟发育速率的影响

切沟是黄土高原常见的地貌形态,是流域产沙的主要来源,而植被常被看作抑制切沟发育的关键因子,为探究退耕还林(草)工程以来切沟发育速率的特征,本研究使用吴起研究区间隔6年的2期同时相QuickBird影像和分辨率为5m的DEM,应用GIS技术分析研究区内的切沟发育速率及其影响因子.结果表明:2007-2013年研究区内小流域的年均切沟面积变化比例均＜0.5％,其中无淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例为0.13％,淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例为0.12％;相关分析表明:在该研究区内沟间地的植被覆盖度是影响切沟发育的最主要影响因子;通过对30个无淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例和植被覆盖度做非线性回归(R2 =0.713)可得,当植被覆盖度＞0.6时,其抑制切沟发育的效果最明显;方差分析表明:其他影响因子值(植被覆盖度和地貌因子)相近的条件下,有无淤地坝的6组小流域切沟发育速率无显著差异.总之,沟间地植被覆盖度是影响切沟发育的主要影响因子,而淤地坝对发育在沟缘线上的切沟无显著影响,促进植被恢复有利于抑制切沟发育.     

赣南崩岗的发育阶段及部位对土壤水力性质的影响

为探究赣南典型崩岗侵蚀区不同发育阶段崩岗对土壤水力性质的影响,采用圆盘入渗仪对3种不同发育阶段崩岗(初期、活跃期和稳定期)以及3个部位(集水区、边坡和沟道)的土壤进行了4个压力水头(0、-3、-6和-9 cm)下的圆盘入渗试验。结果表明,崩岗发育阶段和部位显著影响着土壤的理化性质。随着压力水头的减小,3种不同发育阶段崩岗的土壤稳定入渗率逐渐减小,土壤砂粒含量显著影响土壤的入渗参数。3种不同发育阶段崩岗与土壤导水率和Gardner常数α之间差异不显著。除了-9 cm压力水头下的导水率以外,崩岗的部位显著影响土壤导水率和Gardner常数α值。不同发育阶段崩岗的大孔隙对水流贡献率随着崩岗受侵蚀程度的增加而增加,不同发育阶段崩岗各部位土壤大孔隙、中等孔隙2以及小孔隙对水流贡献率影响显著,其中活跃期崩岗沟通处大孔隙对水流的贡献率最高。研究结果可为南方不同发育阶段崩岗的土壤侵蚀过程提供一定的参考。     

坡面细沟发育特征及其对流速分布的影响

利用模拟降雨试验,采用2个雨强（1.5 mm min^-1,2.0 mm min^-1）,4个坡度（10?,15?,20?,25?）,对杨凌塿土细沟发育的特征及其坡面流速分布规律进行了研究。结果表明,坡度增加会造成细沟溯源侵蚀及下切侵蚀的加剧,但随着坡度的增加,总侵蚀量的增幅趋于平缓,暗示可能存在坡面侵蚀量由强转弱的临界坡度。坡度与各侵蚀指标间均表现出极显著的相关性,说明坡度是影响细沟发育的主要因素,细沟侵蚀量与总侵蚀量也表现为极显著的相关性,相关系数高达0.97,说明坡面侵蚀加剧主要由细沟侵蚀引起。坡面流速、细沟间及细沟流速与距坡顶距离有较好的正相关关系,雨强增加会加剧这种趋势的波动性,同时坡度对坡面、细沟间及细沟流速的影响不大,且各流速间也没有明显的大小关系,这与一般认为的细沟流速高于细沟间流速的观点不同,这也是今后试验过程中需要进一步验证的部分。     

漫岗黑土区坡耕地中雨季浅沟发育机制

典型黑土区雨季的浅沟侵蚀非常严重,为制定有效的预防措施,分析坡耕地中浅沟的发育机制以及浅沟造成的实际水土流失量是十分必要的。通过在典型黑土区3年的野外调查,结合坡长小区的试验观测资料,分析了雨季浅沟的发育机理,结果表明：由微地形起伏以及不合理的耕作方式造成的一定范围内的水流汇集是漫岗黑土区发生浅沟侵蚀的主要原因,集水线处垄沟内的泥沙淤积使该处的水道连通是诱发浅沟侵蚀的直接原因;而只量算浅沟体积得到的侵蚀量并不能真实的反映浅沟侵蚀实际的破坏力,其汇水坡面上的侵蚀量也相当客观,甚至大于沟道的侵蚀量。     

南方崩岗发育特征及其监测技术探讨

 崩岗是南方红壤区特有的一种严重侵蚀类型,可认为是发育在花岗岩浅丘岗地上的沟蚀地貌形态。崩岗崩壁高差和倾角都较大,这给监测工作造成了很大的困难,导致崩岗实测数据的匮乏。通过阐明各种土壤侵蚀监测技术的优缺点,结合崩岗地貌特征,分析可用于崩岗的监测技术。认为：径流小区与人工模拟降雨实验技术只能用于面蚀和细沟侵蚀研究;示踪技术可用于面蚀和沟蚀的研究,但不能满足崩岗的实验要求;侵蚀针等传统技术方法不能准确测量崩岗的侵蚀速率;由于崩壁高差太大,用差分CPS监测崩岗存在一定误差;三维激光扫描系统能够克服上述困难,能较为准确地扫描出崩岗的形态特征数据;航片解译可得到崩岗的空问分布数据,但需配合地面监测数据,才能较为准确地调查区域或流域的崩岗数据。另外,用侵蚀针等传统技术方法以及差分GPS对崩岗进行监测时,要注意监测人员的人身安全。