黄土高原彬长矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系

黄土高原矿区煤炭产量占全国70%以上,大规模开采活动导致区域内生态环境退化与土壤侵蚀加剧。然而,当前鲜有矿区土壤侵蚀时空特征及其与环境变化关系的定量研究,限制了煤矿区土地复垦与生态修复进展。为了探究矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系,为黄土高原煤矿区生态环境治理提供理论指导,该研究以彬长矿区为研究区,利用修订的通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)分别模拟了矿区全区2003—2019年及沉陷区2014—2019年土壤侵蚀速率,探究了矿区全区及沉陷区土壤侵蚀特征,定量研究了降雨、地形和植被对土壤侵蚀的影响。结果表明：1)2003—2019年间,彬长矿区土壤侵蚀速率整体呈显著上升趋势(P<0.05),年份间差异较大,2003年土壤侵蚀最为严重,侵蚀速率为85.56 t/(hm²·a),2009年侵蚀程度最低,侵蚀速率为15.54 t/(hm²·a)。微度、轻度侵蚀主要分布于城区、黄土塬和河流阶地等平坦地区,其空间分布在不同年份间基本保持一致,其余侵蚀类型主要分布于煤矿开采区...     

东北地区土壤侵蚀分异特征与分区治理模式研究

东北地区在地质构造活动、地貌、流水、风力及冻融作用、人类活动方面存在着巨大的地带分异,进而也带来了侵蚀强度和侵蚀类型．的分异。目前,东北地区土壤侵蚀以西南隅最为强烈,东南隅次之,北端冻土区最微弱。根据东北地区土壤侵蚀的分异特点,将该区分为9个土壤侵蚀类型区,并针对不同侵蚀类型区侵蚀特点,结合对东北地区72条小流域治理模式调查结果,总结提出了各区水土保持治理模式的一般框架。     

基于GIS和USLE的土壤侵蚀定量分析研究——以四川省洪雅县为例

以四川省洪雅县为研究对象,运用GIS方法和USLE土壤侵蚀模型,分析与评价该区域的土壤侵蚀状况。结果表明:洪雅县土地利用单元的侵蚀强度存在显著差异,不同的土地利用类型与土壤侵蚀强度强弱有较为密切的联系。根据洪雅县的土地利用和自然经济状况,洪雅县可分为北部轻度侵蚀区、中部微度侵蚀区和西南部无明显侵蚀区3类土壤侵蚀强度类型区,并针对各区不同的情况模拟制定了相应的水土保持治理措施,为当地政府开展水土保持规划工作提供科学依据。     

湖北省土壤侵蚀景观信息结构模型

地理环境的异质性决定了土壤侵蚀景观信息具有水平异质性和垂直异质性特点。景观信息异质性的成因类型有人类活动、地质体结构差异、高程带。根据湖北省土壤侵蚀景观结构的具体特点,建立了土壤加速侵蚀的斑-廊-基模型、土壤背景侵蚀的环-斑模型和综合性垂直分异3类土壤侵蚀景观信息结构模型。模型科学地揭示了不同强度的土壤侵蚀发生区位、致灾因子和土壤侵蚀景观的空间结构特征,通过该模型可以预测土壤侵蚀的发生、发展态势,明确水土保持治理工程区位及区位内的首要治理因子。     

重庆市水土保持科技需求及重点领域

重庆市位于三峡库区腹地,库区城镇搬迁、移民后靠安置、经济建设活动等使得人为水土流失加剧,做好其水土保持工作对三峡工程长期安全运行、长江中下游防洪与生态安全等具有重要意义。根据重庆市大城市、大农村、大库区的特点,提出水土保持科技发展的7个重点领域,包括区域土壤侵蚀环境和侵蚀类型辨识、小流域水沙规律及治理模式、生产建设项目侵蚀特征及调控技术、流域水土流失面源污染机理及调控技术、水土保持措施防蚀机理及适宜性评价、流域生态补偿机制及标准、水土流失快速调查及监测评价技术等。此外,还应密切关注基础性水土保持监测站点建设、三峡库区典型小流域治理模式探索、生产建设项目水土流失定量化分析、新技术新材料新方法推广应用等。     

泰国北部山区土壤侵蚀调查报告

[目的]在泰国北部山区开展实地调查,研究该区土壤侵蚀特征,旨在为泛第三极暖湿区的土壤侵蚀预报和水土流失治理提供依据。[方法]以位于北部山区的清莱府为泰国土壤侵蚀典型区域的代表区域,选取18个调查单元(小流域/矩形区),于2018年11月22—29日调查了该区土壤侵蚀的类型与特征、土地利用类型及其空间分布、植被类型及盖度、耕地状况和作物类型、水土保持措施等。[结果]土壤侵蚀主要发生在道路、田地边坡、坡耕地(尤其是新耕种的坡地)和建设用地边坡,部分林下也可见侵蚀沟发育。未经硬化的土路大多存在不同程度的侵蚀,部分道路形成严重的侵蚀沟。坡耕地的侵蚀在新耕种的田块及其边坡处尤为严重,田块内部主要表现为细沟和浅沟侵蚀,以新近种植的菠萝地最为严重。林下土壤侵蚀主要出现在林下裸露的橡胶纯林内,甚至有浅沟和切沟出现。18个调查单元的平均土壤侵蚀模数介于480.9～3 565.3t/(km~2·a)之间,总体平均为1 767.9t/(km~2·a)。该区域土壤侵蚀模数及其空间变异的主控因素是地形因子。[结论]泰国北部山区虽有大面积的森林覆盖,但采用的水土保持措施相对简单,对开垦坡地的不合理利用引起了严重的人为加速侵蚀,加之该区地形复杂,导致土壤侵蚀严重威胁生态安全和粮食安全。同时,该区的土壤侵蚀基础观测资料缺乏,迫切需要加强土壤侵蚀的基础研究和基础数据的采集,提升对该区域土壤侵蚀过程与机理的认识,注重水土保持措施的综合运用,同时加强土壤培肥、污染防治和土壤保育等措施,保障泰国农业的可持续健康发展。     

基于RUSLE的黑土区典型县域土壤侵蚀时空变化特征研究

[目的] 明确土壤侵蚀时空变化特征,为土壤侵蚀防治与水土保持效益评估提供参考依据。[方法] 基于RUSLE土壤侵蚀方程,在RS和GIS技术支持下,分析2000—2020年典型黑土区黑龙江省宾县土壤侵蚀时空演变特征,并探究地形因子及土地利用对土壤侵蚀的影响。[结果] ①2000,2010,2020年宾县平均土壤侵蚀模数分别为893.02,499.84,1 561.02 t/(km²·a),土壤侵蚀强度整体以微度和轻度为主。②低强度侵蚀全区域均有分布,高强度侵蚀主要分布在南部山区; ③100～200 m是侵蚀分布的主要高程带;土壤侵蚀面积与坡度成反比,0°～5°是主要侵蚀坡度带;偏北坡方向的土壤侵蚀面积大于偏南坡方向; ④研究区坡耕地土壤侵蚀模数和侵蚀面积较大,是宾县土壤侵蚀治理的重点区域。[结论] 2000—2020年宾县平均土壤侵蚀模数呈现先增加后减少的趋势,具有显著的时空分异特征,地形因子和土地利用变化对该区土壤侵蚀驱动作用明显。可以作为黑土区土壤侵蚀防治和水土保持效益评估的参考依据。     

基于RUSLE模型的孙水河流域土壤侵蚀空间分异特征

土壤侵蚀一直是我国开展区域生态环境治理所关注的热点问题之一。在RS和GIS技术支持下,基于RUSLE模型分析了凉山州孙水河流域不同土地利用类型、海拔和坡度条件下土壤侵蚀强度的特征,定量评价了研究区土壤侵蚀空间特征。结果表明:孙水河流域平均土壤侵蚀模数为1 954.32 t/(km~2·a),土壤侵蚀严重区域主要集中于孙水河干流及其支流沿岸;坡耕地和中覆盖草地是流域内主要侵蚀土地利用类型;海拔2 000～3 000 m流域土壤侵蚀较为严重,平均土壤侵蚀模数超过2 000 t/(km~2·a);当坡度低于25°时,土壤侵蚀模数随着坡度的增加而增大,15°～25°是该流域侵蚀最为严重的地带。研究成果可服务于凉山州孙水河流域水土保持治理工作,为实现乡村振兴提供一定理论支持。     

河北省张承地区土壤侵蚀现状分析

根据河北省第一次全国水利普查成果,对张承地区土壤侵蚀面积、类型、强度、水土保持效果进行了分析,得出如下结论:张承地区是河北水土流失最为严重的地区,土壤侵蚀面积排前三位的区(县)分别为围场县、丰宁县和康保县;水力侵蚀占主导地位,风力侵蚀集中分布在河北坝上地区;土壤侵蚀区可分为风蚀为主水蚀为辅区、风蚀水蚀交错区、水蚀为主风蚀为辅区和水蚀区4个分区;轻度侵蚀面积最大,中度侵蚀次之,强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积较小,并逐级减少;1995—2011年水土流失面积呈现逐年减少的趋势,并根据坝上高原区、冀北山地区和冀西北黄土丘陵区的地貌类型特点,提出土壤侵蚀防治建议。     

福建省长汀县崩岗生物治理模式的生态环境效应分析

崩岗是土壤侵蚀最严重、危害极大的特殊侵蚀地貌类型。长汀水土流失区崩岗发育数量众多,治理难度大。本文对比分析了崩岗采取生物治理措施后环境因子的变化,结果表明经生物措施治理后,崩岗侵蚀区土壤侵蚀量、小气候特征、土壤理化性质和生物群落特征等生态环境因子都得到显著改善,取得了明显的生态效应。生物治理模式可作为长汀县崩岗治理的一种有效措施加以推广。     

黄土高原煤炭开采区水土流失特征的研究

采取野外调查和模拟径流冲刷实验方式,探讨了黄土高原煤炭开采区水土流失的特征和规律。黄土高原煤炭开采区水土流失形式复杂多样,既与原地貌条件下的水土流失有着天然的联系,又有采煤区独特的侵蚀形式。在模拟径流冲刷实验中,分析了煤矸石、自燃煤矸石、煤矸石覆土三种堆置形式的坡面产沙规律和侵蚀特点。     

煤矸石充填重构土壤水分再分布与剖面气热变化试验研究

为研究煤矿区用矸石作为垫底基质进行土壤剖面重构土壤水分再分布过程和剖面热扩散与气体浓度变化特征,以指导工程设计和重构土壤熟化技术应用,在实验室设计了一种煤矿区重构土壤水气热运移模拟装置,通过布设在土柱系统不同深度的温湿度传感器和CO_2浓度检测仪,连续监测重构土壤剖面含水量、温度和CO_2浓度。结果表明:煤矸石层具有良好的阻水性,阻碍水分的入渗,增加上层土壤的持水能力。但是,煤矸石的持水性差,煤矸石层的含水量低于土壤层10%左右;煤矸石具有更佳的热扩散性,在加热过程中煤矸石层的温度远大于土壤层,在重构土壤中容易形成稳定的温度梯度,尤其在煤矸石层与土壤层之间存在明显的温度差。土壤层的温度受底部加热的影响较小,短期内主要受室温影响,其变化曲线与室温日变化曲线基本一致,最大波动幅度在2.89℃;底部通CO_2对土壤层CO_2浓度的影响非常小,气体在煤矸石层向土壤层扩散时容易受到土壤层的阻隔,导致气体在土壤层下界面累积;煤矸石层会对邻近土壤层产生较大影响,影响微生物的生存环境,导致微生物的活性下降。当覆土厚度为60cm时,煤矸石层对土壤层的影响较小,随着覆土厚度的增加,煤矸石的影响会逐渐削弱。     

基于植被重建的宁东矿区煤矸石山立地类型及其特征

[目的]研究煤炭开采形成的煤矸石山占压土地并造成的地表植被破坏,正确划分煤矸石山立地类型,为矿区生态恢复与重建提供依据。[方法]以宁东矿区煤矸石山为研究对象,选取微地形、海拔、覆土厚度、土壤质地等10个立地因子进行调查分析,利用主成分分析和聚类分析等方法,划分煤矸石山立地类型。[结果]应用主成分分析法确定出主导立地因子为:微地形、覆土厚度、土壤质地;再依据主导因子对研究样地进行聚类分析划分出宁东矿区煤矸石山3个立地类型组,5个立地类型亚组,8个立地类型。煤矸石山平台面积较大,边坡坡度32°～40°之间,覆土厚度多在30 cm以上,土壤田间持水量16.82%～34.85%,全K含量34.29～46.61 g/kg,属于极高水平,全P含量0.31～0.62 g/kg,为中下或低水平,而土壤有机质、全N含量均属于极低水平,煤矸石山土壤偏碱性。[结论]在宁东矿区煤矸石山重建时应因地制宜,覆土砾石含量较少时,选择以乔木为主的乔灌型混交模式,或以灌木为主的灌木林或灌草型;砾石含量较多时,选择以草本为主的灌草型;土壤为轻砾石土时,撒播草籽。     

排土场不同复垦方式下砾石对饱和导水率和贮水能力的影响

露天煤矿排土场是由矿井下采出的煤矸石,露天矿剥离的表土、岩石及覆土共同组成的松散土石混合堆积体,其内部含有的砾石对土体导水性能和贮水能力有重要影响,以往关于砾石对土壤水分的影响多集中于自然土壤,缺乏对排土场、弃渣场等土石混合工程堆积体的水文-侵蚀过程研究.以海州露天煤矿排土场为研究对象,基于野外调查采样和室内定水头入渗试验,研究了排土场不同复垦方式下土体砾石分布特征及其对饱和导水率和贮水能力的影响,以期为提高矿区水土资源利用效率提供理论依据.结果表明,不同复垦方式下排土场砾石总量随土层深度呈现增加的趋势,并且土体剖面砾石总量的平均值表现为农用地最小,这可能是由频繁耕作导致,不同土层之间砾石总量无显著差异;排土场土体不同粒径砾石相对含量平均值的大小顺序为(2~10 mm)>(>20 mm)>(10~20 mm),表现为大粒径砾石在各种因素的综合作用下正逐渐变为细粒径;排土场土体饱和导水率均表现为灌木林地最高,农用地和荒草地较低;饱和导水率与各粒径砾石含量之间呈极显著线性正相关,且随着砾石粒径的增大其相关性越强;排土场土体贮水能力各指标均以灌木林地和荒草地最强,乔木林地和农用地最差,并且饱和贮水量与各粒径的砾石含量之间均存在显著或极显著的相关关系,最大滞留贮水量与各粒径的砾石含量之间均呈现显著的幂函数相关关系,最大吸持贮水量与粒径2~10 mm砾石含量之间存在显著抛物线相关关系;对于>20 mm的粒径而言,影响土壤贮水能力的砾石含量阈值为14%.     

煤矸石山风化堆积物水分动态研究

以位于贵州省赤水市的"黔北20万吨/年竹浆林纸一体化工程项目"为例,研究了低山丘陵区开发建设项目中的水土保持和生态建设问题.针对该工程水土流失的现状和特点,结合竹原料林基地建设,提出了水土流失的防治原则和采取的防治对策.实施水土保持方案后,能有效控制工程区的水土流失,恢复和改善项目区的生态环境,保障了工程建设的安全,实现了社会、经济、环境的协调与可持续发展.     

露天煤矿排土场覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响

表土回覆是露天煤矿排土场生态修复的关键步骤，覆土厚度直接影响植物生长和复垦成本，为研究露天煤矿排土场不同覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响，采用室内土柱模拟试验，设置10,20,30,40,50 cm共5个覆土厚度，分别进行垂直入渗试验和室内盆栽试验(玉米),并结合氢氧同位素稳定示踪技术，研究不同覆土厚度土壤入渗和玉米水分利用特征，筛选研究区排土场最佳覆土厚度。结果表明：覆土厚度为10～30 cm(27.05～33.02 mm/min)的初始入渗速率显著高于40～50 cm(21.59～24.89 mm/min)的初始入渗速率(p<0.05),稳定入渗速率随覆土厚度的增加而增大，当覆土厚度高于40 cm后，随着覆土厚度的增加稳定入渗速率维持在3 mm/min左右。矸石层入渗过程受覆土层的影响较大，覆土厚度高于40 cm后，矸石层入渗速率基本稳定在土层连接面的入渗速率上。不同覆土厚度下玉米木质部水氢氧同位素值与土壤水氢氧同位素随土层变化曲线交点主要集中在覆土层，因此，玉米生长水分主要来源于覆土层。覆土厚度越大，2条线交点增多、交点分布范围增大，玉米对土壤水分的利用范围越大，...     

煤矸石填充对沟道导排水性能和土壤肥力及重金属污染的影响

为探寻适合东北黑土区侵蚀沟复垦的技术方法,该文研究了一种基于复垦后导排水能力最大的侵蚀沟煤矸石填充复垦技术方法,通过模拟一定深度的沟道、应用响应曲面法探究覆土和煤矸石填充厚度的变化对于复垦沟道导排水性能的影响及最优厚度搭配组合预测。同时引入土工布并考察土工布对煤矸石淋溶过程中重金属的隔绝作用。选择一条用煤矸石填充复垦4 a后的侵蚀沟,在耕层(0～20 cm)进行土壤肥力以及重金属污染情况的调查研究。结果表明:1)土层厚度增加减弱沟道导排水能力,混合粒径、大粒径煤矸石层厚度增加增大沟道导排水能力,土层与大粒径煤矸石层组合存在交互作用。覆土、混合粒径及大粒径煤矸石层厚度分别为53.42、38.51、90 cm时,模拟2 m深沟道导排水能力最强。2)沟道复垦4 a后,容重增加、酸度改善、全磷含量持平于对照土壤,全氮、全钾及有机质含量显著低于对照土壤。综合肥力小于对照土壤,略高于黑龙江省第二积温带的土壤综合肥力。3)复垦土壤Pb含量持平于当地对照土壤及背景值,Cr、Cu含量高于当地对照土壤及背景值,但均未超过环境质量二级标准值,3种重金属存在轻度污染及富集现象。研究结果可为土地整理规划提供一定借鉴。     

广东大宝山矿区土壤侵蚀强度判别方法研究

大宝山矿区土壤侵蚀主要由露天采矿及排弃的废渣土引起。通过对大宝山矿区范围内40个典型坡面及其中11个特征坡面的调查分析,认为坡长、坡高、侵蚀沟密度可以用来表征矿区不同坡面的土壤侵蚀特性及其差异。采用聚类分析、判别分析方法,构建了矿区土壤侵蚀强度判别模型,模型平均误判概率为0.07,具有较高的可信度。经判别,大宝山矿区现有水土流失面积324.48 hm2,占矿区总面积的48.8%,土壤侵蚀严重,由此引发了一系列环境问题,必须尽快进行整治。由本研究方法得到的侵蚀模数虽只是一个范围值,需要内插后才能得到确定值,但这对于编制水土保持方案、布置水土保持措施来讲,已完全能够满足要求。     

煤矸石山防自燃隔离层的构建及其效果

露天堆放的煤矸石山极易自燃引发严重的地质灾害和环境污染。为改善传统的土壤覆盖治理方法,结合阳泉自燃煤矸石山综合治理现场,在黄土覆盖前以当地黏土和粉煤灰为原料构建不同设计构型的隔离层,并动态测量隔离层渗透率以及治理1a后试验区覆盖层的地温、紧实度,探讨在煤矸石与覆盖土壤之间添加隔离层防治自燃的效果。结果表明:利用黏土和粉煤灰构建隔离层,改善了传统的覆盖层结构,土壤紧实度随土层深度增加呈逐渐增大趋势,形成"上松下紧"利于植被生长的理想剖面;隔离层可有效阻隔空气,效果为粉煤灰与黏土混合黏土粉煤灰,试验以粉煤灰∶黏土=1∶2(体积比)比例充分混合构成的隔离层效果最佳,监测期间渗透率一直保持在低于50×10-12 m2的水平,地温从表入深基本平稳,在土层深度10~30 cm处温度大致稳定在10~15℃之间。该研究可为自燃煤矸石山综合治理中隔离层的构建提供参考数据及思路。