不同植被措施下红壤坡面径流变化特征

[目的]研究不同植被措施对坡面径流的影响,为南方红壤水土保持与生态恢复实践提供科学依据。[方法]以福建省长汀县2001—2010年香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被措施下的径流小区逐月径流量和降雨数据为基础进行分析研究。[结果]植被能很好地调控坡面地表径流,但由于植被的结构、根系以及地表枯落物的差异,各种植被的保水效益存在差异,观测期,各小区年均径流量的大小趋势表现为:空白对照区百喜草类芦香根草胡枝子,胡枝子的保水效益最佳。[结论]香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被均能有效地抑制坡面径流,减少水土流失,均可以作为水土保持措施的优良灌草在南方红壤区进行推广应用,尤其是要加大胡枝子的推广力度。     

不同植被类型对降雨径流和泥沙的影响

植被对控制水土流失、调节气候、减缓径流、削减洪峰有特别重要的作用。本文通过对乔木型、乔灌混交型、灌木型不同植被降水径流及泥沙观测,分析了不同植被类型对降水径流及泥沙的影响,为水土流失治理采用生物措施提供科学依据。     

红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀规律

揭示红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀规律可为红壤坡地水土流失防治和水土保持效益评价提供科学依据。该文基于典型红壤区裸露坡地试验小区134场次降雨气象、水文观测资料,选取雨量、历时和雨强为特征指标,综合采用快速聚类和判别聚类,划分确定出3种雨型:A雨型(高频次、短历时、小雨量、大雨强),B雨型(中频次、中历时、中雨量、中雨强)和C雨型(低频次、长历时、大雨量、小雨强)。其中,A雨型是造成红壤裸露坡地土壤侵蚀的主要降雨类型。通过Pearson相关分析和Mann-Kendall检验表明,红壤裸露坡地土壤侵蚀主要受雨强和雨量共同影响,雨强的指标中以最大30 min雨强与其关系最为密切,是导致土壤侵蚀变化的直接因素,雨量则通过改变雨强产生一定的间接影响。土壤侵蚀强度随最大30 min雨强增大过程中,在15 mm/h处存在明显转折,最大30 min雨强小于该值前,侵蚀强度呈缓慢增大,大于该值后,侵蚀强度快速增大。土壤侵蚀与雨量整体呈同步增大,但不同雨型的单位雨量侵蚀能力表现为A雨型B雨型C雨型。在排除前期降雨影响的前提下,利用数理统计方法建立了南方红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀强度与雨量和最大30 min雨强的幂函数统计关系,用于3类雨型下的侵蚀预报时整体精度较好,且更适于短历时暴雨。以上研究将为深入揭示红壤坡地土壤侵蚀规律和构建预报模型提供有益参考。     

不同降雨强度下地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响

通过室内模拟降雨试验,研究了不同降雨条件下地面坡度对红壤坡面产流过程和侵蚀过程的影响,结果表明,红壤坡面起始产流时间随坡度的增加有所提前,但不明显,坡面起始产流时间的早晚主要受降雨强度控制;坡面径流量随雨强的增大而增大,随坡度的变化比较复杂,在雨强为50mm/h时,径流量随坡度的增加而减小,在雨强为75mm/h时,径流量随坡度的增加先增大后减小;不同降雨强度下各坡度的侵蚀产沙率都是在降雨初期急剧上升,随后以指数下降,形成一个向左倾斜的曲线。坡度对坡面侵蚀产沙的影响随雨强的增大而增强;红壤坡面土壤侵蚀量随雨强的增大明显增大,随坡度的增加,在50mm/h小雨强时呈现先增加后减小的变化趋势,在坡度20°附近存在临界坡度;在75mm/h雨强下,侵蚀量随坡度增大而增大。     

自然降雨对广西赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

[目的]探讨自然降雨对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响,为赤红壤地区水土保持综合治理提供理论依据。[方法]基于野外径流小区原位观测试验,测定2020年5—10月次降雨下广西壮族自治区赤红壤坡耕地(蔗地)、撂荒地和裸地的产流产沙量,结合降雨特征分析,探讨降雨特征及分布对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响。[结果](1)2020年5—10月,坡面径流和侵蚀量整体上表现为：裸地>蔗地>撂荒地,不同处理下坡面径流和侵蚀均主要集中在8月,其中撂荒地径流和侵蚀各月差异相对较小。(2)不同处理次降雨降雨量与坡面径流量和侵蚀量呈极显著的正相关关系,降雨历时显著影响蔗地和撂荒地坡面径流量。中雨和暴雨降雨等级占观测期内侵蚀性降雨总量的70.9%,其产生的径流量占蔗地、裸地和撂荒地处理坡面径流量的68.2%,78.6%和67.8%;暴雨降雨等级是坡面侵蚀量的主要来源,占不同处理下总侵蚀量的63.8%～83.4%。[结论]在广西壮族自治区的赤红壤坡地区域,与裸地相比,蔗地和撂荒地能够有效减小坡面产流产沙量,且撂荒地的降低效果更为明显;降雨量是影响坡面产流产沙最关键的因子,中雨和暴雨降雨等级是坡面径流和侵蚀的...     

南方红壤区植被结构类型与降雨模式对林下水土流失的影响

植被和降雨是水土流失的关键因素,探究二者对水土流失的影响对开展水土保持具有重要意义。该研究基于鹰潭红壤生态试验站5种植被结构类型的径流小区2016-2018年93次降雨、径流、泥沙观测资料以及各小区植被结构参数,利用自组织映射(self-organizing maps,SOM)方法,根据雨量、历时、60 min最大雨强、平均雨强、降雨集中性等特征指标划分降雨模式,研究了不同降雨模式和植被结构类型的水土流失特征,并采用冗余分析(RDA)定量研究降雨与植被对林下水土流失的影响。结果表明,SOM方法能客观识别红壤区4种典型侵蚀降雨模式,R_Ⅲ模式(短历时、大雨强、雨量集中)是造成水土流失的主要降雨模式,R_Ⅳ模式(多雨量、大雨强、长历时)最具侵蚀性破坏力;植被结构类型显著影响水土流失,水土保持功能从大到小依次为:灌草混交林、草地、低灌林、乔木林、高灌林。RDA分析表明,降雨模式与植被结构类型能够改变降雨、植被对水土流失的影响,随着降雨模式由弱到强转变,植被的水土保持功能逐渐减小,降雨影响增强,水土流失由植被主控演变为平衡控制、降雨主控;随着植被结构类型...     

模拟降雨条件下植被格局对径流总磷流失特征的影响分析

通过模拟降雨试验,研究不同植被格局下径流总磷的流失特征。结果表明,径流总磷流失量在产流初期仅0.5 mg,随着降雨历时的增加,流失量呈现出波动上升的趋势。累积径流量与累积径流总磷流失量具有良好的线性关系,判定系数都在98.5%以上。植被覆盖对径流养分具有削减作用,覆盖面积越大,单位径流所能携带的养分流失量越小。对于不同植被覆盖面积,坡下格局3 m2的径流总磷流失量仅为1 m2的30%,坡中和坡上格局都在50%以上。研究结果为调控坡面径流养分,削减汇入水体养分量,采用植被措施布设空间格局来治理农业非点源污染提供一定的科学依据。     

红壤坡地不同利用方式土壤侵蚀模型研究

利用土壤侵蚀定位土芯Eu示踪新方法所获得的大量侵蚀及其因子实测数据,建立了红壤坡地不同土地利用方式下土壤侵蚀空间分异和坡面侵蚀预测模型,模型的可操作性强,所需因子数据用常规方法即可获得,因而可用来预测不同土地利用方式下土壤侵蚀的空间分布和坡面侵蚀。     

天然降雨条件下不同水土保持措施红壤坡地养分流失特征

在江西省水土保持科学研究所科技园坡度为12°的红壤坡地上,设置3种水土保持措施径流小区,与对照进行比较,首次对该区域天然降雨情况下的养分流失特征进行了初步研究,结果表明:产流过程中全N流失最多,全P较少;在产流前期养分流失浓度变化较大,后期则趋于稳定;与对照相比,3种水土保持措施均能明显地减少养分流失,其中前埂后沟梯壁种植百喜草的水平梯田果园效果最好;在大雨强条件下,试验小区养分流失以泥沙携带为主。     

模拟降雨条件下坡地氮素流失特征试验分析

通过模拟降雨试验,分别研究1.0mm/min和2.0mm/min雨强条件下,不同坡面上径流过程和土壤氮素流失特征。结果表明,在1.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量依次为18°>28°>21°,峰值出现时间依次为21°>18°>28°,径流峰值量依次为28°>18°>21°;硝态氮淋溶与土壤侵蚀同步进行;铵态氮流失量峰值的出现是坡面顶部和下部流失量的叠加结果,随后铵态氮流失量趋于降低;在2.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量不同,峰值出现时间依次为18°>21°>28°,径流峰值量依次为28°>21°>18°。硝态氮流失以泥沙携带为主,大坡度地表硝态氮流失量陡然增加;短时间内坡面表层土壤流失量显著增加,造成铵态氮流失量波动变化。在两种雨强条件下,累积径流流失量依次为28°>21°>18°;硝态氮是径流中全氮流失的主要形式;在整个降雨过程,全氮流失量表现为产流初期较低,中期增大,后期降低。各形态氮素累计流失量与径流累计流失量之间存在显著的线性关系。     

丹江口库区不同降雨类型下典型植被措施的水土保持效应

为了进一步研究丹江口库区不同降雨类型下植被措施控制土壤侵蚀的效果,以丹江口库区典型生态修复小流域为研究对象,采用坡面径流小区观测法,基于长期野外原位监测的降雨和径流泥沙数据,以裸地为对照,研究不同降雨类型下典型植被恢复措施[柏树林(Cupressus funebris, CF)、枇杷林(Eriobotrya japonica, EJ)和紫花苜蓿草地(Medicago sativa, MS)]对坡面产流产沙和土壤侵蚀的影响,分析植被措施的水土保持效应对降雨类型的响应特征。结果表明：(1)中历时、中雨量、小雨强降雨(雨型Ⅲ)是研究区常见的降雨类型,短历时、小雨量、大雨强降雨(雨型Ⅰ)和长历时、大雨量、中雨强降雨(雨型Ⅱ)发生的频率相对较低,但雨型Ⅰ所导致的土壤侵蚀最为严重,占总侵蚀量的46.79%以上,降雨量和最大30 min雨强(I₃₀)是控制该区域土壤侵蚀的关键降雨因子。(2)植被措施均具有显著的水土保持效应,减流减沙效益依次为紫花苜蓿草地>柏树林>枇杷林。相比于裸地,紫花苜蓿草地径流系数减少54.07%,含沙量减少50.80%,土壤侵蚀量减少65.4...     

不同植被种植模式对红壤坡面侵蚀影响试验研究

采用天然降雨试验,研究南方典型花岗岩红壤坡面土壤侵蚀过程及不同植被种植模式、降雨量和降雨强度对红壤坡面产流、产沙的影响,定量研究了不同种植模式的拦沙蓄水效益,并建立了天然降雨试验下土壤侵蚀模型。结果表明:(1)相同降雨条件下,不同植被种植模式土壤侵蚀量的大小关系为:全裸露条带播草全覆盖条沟播草;(2)当平均雨强为0.3mm/min时,全覆盖种植模式优于条沟播草种植模式;当平均雨强为0.6mm/min时,条沟播草种植模式的蓄水能力更显著;(3)土壤侵蚀量的粒径大小主要集中于0.25mm,是形成土壤侵蚀的主要原因,不同植被种植模式各个粒径泥沙含量集中在0.25mm,泥沙颗粒量大小总量的变化规律为:裸露模式全覆盖种植模式条带种植模式条沟种植模式。通过对比得出条沟播草种植模式的拦沙蓄水效果最佳,以期为南方丘陵区治理水土流失提供参考。     

不同雨强条件下坡度对红壤坡面侵蚀的影响

坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布没提供相应理论参考。     

不同植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响,探讨有效控制水土流失的坡面植被临界盖度问题,利用人工模拟降雨试验与室内分析相结合的方法对紫色土坡面侵蚀过程进行分析。结果表明:(1)总体上,紫色土坡面产流量随植被覆盖度的增大而减小,二者之间呈线性负相关,但是植被覆盖度在25%以下,径流量变化不明显,植被覆盖度达75%时,径流量处于较低的稳定值,明显低于植被覆盖度0%,25%,50%;(2)坡面侵蚀泥沙量随植被覆盖度的增加而减少,二者呈二次项相关(R2=0.99),植被覆盖度25%以下对坡面减沙起到重要作用,50%的植被覆盖度是紫色土坡面有效控制水土流失的临界盖度;(3)侵蚀泥沙中以微团聚体(0.25mm)为主,各级团聚体基本上随着植被覆盖度的增加而呈现减少趋势;(4)通过统计分析,植被覆盖度对产流、产沙量的影响均为极显著(p0.01)。紫色土坡面植被覆盖度达到50%对涵养水源、保持水土起到至关重要的作用。     

南方红壤区不同植被措施坡面的水土流失特征

植被是南方红壤区水土流失治理的主要措施,为了研究不同的植被措施对坡面产流产沙的影响,以及对坡面侵蚀的抑制效果,在福建省长汀县选择乔灌草、灌草、草本、农作物、乔灌、封山育林、经济林等各植被措施下的标准径流小区,通过观测各种植被措施坡面的产流产沙情况,分析比较各小区的水土流失特征。结果表明植被能较好地调控坡面地表径流和土壤侵蚀。不同植被措施下坡面产流产沙分异规律明显,相对裸地,盖度高的乔灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小,水土保持效果最为明显。在不同的降雨量条件下,不同植被措施的坡面水土流失情况也表现出显著的差异。因此,在未来南方红壤植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种植被治理措施的逐步实施,对改善当地的生态环境和水土流失的防治具有重要的意义。     

不同植被对土壤侵蚀及铜元素流失的影响

通过野外天然降雨产流及人工模拟降雨试验,研究不同植被对坡面土壤侵蚀及土壤铜元素流失的影响及降雨过程中铜元素的流失规律。结果表明:(1)紫花苜蓿、绿豆、荒草3种植被覆盖小区的年径流量为5183.8,5 366.2,3 867.3 m~3/km~2,比裸地减少33%,30.8%和50.1%;侵蚀模数为379.18.482.3,15.78 t/km~2,比裸地减少34.7%,16.4%和97.2%;全年全铜流失量为12.9,25.5,0.46 kg/km~2,有效铜流失量为6.22,11.01,0.15 kg/ km~2,分别比裸地减少67.3%,35.3%,98.8%和54.6%,19.6%,98.9%;(2)在模拟降雨过程中,农地小区的产流产沙强度过程呈现波动上升趋势,产沙过程波动较产流过程剧烈。铜元素流失强度过程与产流产沙强度过程相似,但其峰值多于产流产沙过程,且最高峰出现时间不同。有效铜流失强度变化率略高于全铜。     

侵蚀性雨型分类及不同植被类型对棕壤坡面土壤侵蚀的影响

为探讨不同雨型下的植物措施对棕壤坡面土壤侵蚀特征的影响,利用k-均值聚类方法将2018—2019年山东省泰安市下港坡面径流场16次侵蚀性降雨进行分类,结合径流场产流、产沙等监测数据,分析了不同雨型对4种植被措施下坡面土壤侵蚀的影响。结果表明：(1)以降雨历时、降雨量和平均雨强为特征指标,侵蚀性降雨可分为A类(长历时、大雨量、大雨强)、B类(中历时、中雨量、中雨强)和C类(短历时、小雨量、小雨强)3种雨型。(2)与种植玉米相比,A、B雨型下,减流量均呈现板栗花生间作>苹果树>李子树的趋势。在土壤流失量方面：A雨型下,与李子树相比,减沙量呈现板栗花生间作>苹果树>玉米的趋势;B雨型下,与玉米相比,板栗花生间作的减沙率为84.2%,李子树的减沙率为31.2%,苹果树的减沙率为85.1%;C雨型下,减沙量呈现苹果树>李子树>板栗花生间作的趋势。(3)种植玉米的坡耕地土壤侵蚀情况最为严重,平均每年的土壤流失量为18.04 t/hm²;与之相比,板栗花生间作可降低79.57%的土壤侵蚀率,苹果树和李子树可分别降低73.36%,18.55%的...     

红壤区裸露坡地不同类型次降雨的产流产沙规律

为探究红壤区裸露坡地在不同类型次降雨下的产流产沙规律,研究收集长汀县水土保持科教园红壤裸露坡地径流小区2013年1月至2020年12月共388场降雨—径流—土壤侵蚀观测资料,采用K-means将降雨划分为4类进行分析。结果表明:(1)主要降雨类型有A(短历时、大雨强、小雨量、低频次)、B(长历时、小雨强、大雨量、中频次)、C(中等历时、小雨强、小雨量、高频次)3类,B、C为研究区主要产流产沙来源,贡献85%以上的径流和土壤侵蚀量。(2)次降雨径流深及土壤侵蚀量与降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和降雨动能(E)呈线性正相关,与降雨侵蚀力(EI₃₀)呈幂函数关系。但降雨特征对产流产沙的总解释度小于65%,且随着降雨历时的增加而减小。(3)降雨特征与产流产沙存在3种约束关系,其约束线表明降雨特征对次降雨潜在最大产流产沙的影响。其中,潜在最大径流深主要由P和E决定,潜在最大土壤侵蚀量的上限为800~900 t/hm²。从降雨特征单因子影响、综合影响和约束效应3个方面分析了红壤裸露坡地的产流产沙特征,为红壤区水土流失防治提供了数据基础。     

红壤坡地不同植物措施消减径流峰值研究

采用野外径流小区实验,以自然裸露坡地为对照,利用2013年赣北第四纪红壤坡地的降雨和产流过程数据,在分析日降雨特征的基础上,研究了不同植物措施对次降雨条件下的坡面产流峰值及年产流量的消减效果。结果表明:(1)全年侵蚀性降雨季节分布不均,主要集中在3—6月份,降雨量占全年的80.3%,且暴雨及大暴雨多发;(2)降雨量及最大时段侵蚀性雨强I60对坡面产流量有显著的影响,坡面产流量与PI60呈极显著的线性相关关系;(3)不同植物措施对坡面最大时段径流峰值及年总径流深的消减效果,以柑橘+百喜草全园覆盖措施为最好,其次为柑橘+百喜草带措施,柑橘纯林则最差。