植物篱对坡耕地侵蚀沟发育的影响研究

侵蚀沟严重影响黑土区坡耕地的质量和数量,植物篱为无间断式或接近连续的狭窄带状植物群,具有分散地表径流、降低流速、增加入渗和拦截泥沙等多种功能。是坡耕地治理的优良水土保持措施。通过试验表明,植物篱在保持水土的同时,增加了土壤有机质,改善土壤结构和理化性质,提高了土壤抗冲抗蚀性能,蓄水能力的增强,减少了地表径流,减轻了坡耕地较大侵蚀沟发生的可能性。     

香根草植物篱对三峡库区坡耕地侵蚀分布的影响

为探究植物篱对坡耕地侵蚀分布的影响,设置1个坡度(15°)、3个降雨强度(60,90,120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素氧化物将坡面分成5段(自上而下),开展室内人工模拟降雨试验。结果表明:随着降雨强度的增加,各坡面条件示踪坡段的侵蚀速率和侵蚀量均有所增加,整体上均表现为CK>R>P的趋势,植物篱可以显著降低坡面各部位的侵蚀速率及其侵蚀量,且使得侵蚀产沙主要集中在坡中部的Ce、La和Yb 3个示踪区。与CK坡面条件相比,R与P坡面条件下Sm和Ce示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别减少77.15%,90.38%和30.01%,28.35%,而Yb、La和Eu示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别增加54.34%,35.39%和12.39%,40.58%以及101.45%,91.31%。研究结果表明,植物篱造成坡面下部侵蚀贡献减小而中上部侵蚀贡献增加,坡面侵蚀部位整体上移,对坡地侵蚀的空间分布有显著影响。     

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系）,开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。     

布设植物篱条件下工程堆积体坡面产流产沙过程研究

为了探究植物篱措施对工程堆积体坡面产流产沙过程和减流减沙效益的影响,采用35,45,55L/min 3个流量,对24°,28°,32°3个坡度的堆积体边坡(20m×5m标准小区)进行模拟放水冲刷试验。结果表明:植物篱坡面的初始产流时间和产流强度较对照坡面(裸坡)均有不同程度减小,产流强度在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱坡面产沙率先增大后减小,产沙率整体低于对照坡面,且二者差值随时间逐渐缩小;小流量条件下产沙较稳定,大流量条件下产沙率变化较大;产沙量与产流量之间有良好的线性关系;植物篱措施的平均减沙效益随坡度增大而减弱,平均减流效益随坡度增加而增大,减沙效益仅与坡度有显著相关性。减流效益与减沙效益的关系较复杂,但降低工程堆积体坡面坡度仍是防治水土流失的关键,对于植物篱措施减流减沙的局限性,应通过提升植物篱的布设参数来改善。     

植物篱对石灰土坡耕地理化性质及磷素流失的影响

在三峡库区香溪河流域典型石灰土坡耕地通过修建标准径流小区,设置栀子花(灌木)和黑麦草(草本)植物篱,研究不同类型植物篱对石灰土坡耕地耕层土壤理化性质及磷素流失特征的影响。结果表明:植物篱系统可有效的增加土壤耕层细颗粒含量和减小土壤容重,从而改善土壤分形特征,增强土壤疏通性及含水量,达到增大石灰土坡耕地土壤抗蚀性指数和防治土壤养分流失的目的;2种类型植物篱在不同深度耕层、植物篱带内和带间对石灰土坡耕地理化性质及磷素流失的影响表现出一定的差异性,但总体上差异不显著;土壤耕层黏粒含量与土壤中Ca_8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca_(10)-P的含量均达到了极显著正相关(r=0.772,0.805,0.603,0.682,0.738),土壤容重与土壤黏粒含量存在显著的负相关关系(r=-0.648),表明植物篱系统是通过对土壤黏粒的有效阻滞和富集,从而减小石灰性土壤容重和磷素的流失,实现改善石灰土坡耕地土壤理化性质和防治农业面源污染的效果。     

植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响

为探究植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响,该研究以三峡库区紫色土为研究对象,在3种坡面条件下（裸坡对照组CK、植物篱组P和仅地下根系组R）以不同降雨强度（60、90 mm/h）进行人工模拟降雨试验。结果表明：与CK相比,R坡面条件下侵蚀泥沙中黏粒和粉粒含量减少了0.25%～5.48%,而P坡面条件侵蚀泥沙中砂粒含量减少了30.75%～47.28%。CK坡面条件下,泥沙分选现象主要出现在降雨前期,R坡面条件只影响降雨初期的泥沙分选,而P坡面条件对降雨全程均具有分选拦截砂粒的作用,但分选拦截效果随降雨时间的增加而渐趋稳定。R坡面条件下更多团聚体被雨滴击打破碎而分散为单粒,而P坡面条件则使更多细颗粒聚集形成团聚体,但松散的团聚体在降雨中后期倾向于分散为单粒。该研究结果可深入理解植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙分选的影响,并为区域土壤侵蚀模型构建和水土资源高效利用提供科学依据和数据支持。     

香根草植物篱带宽对紫色土坡地产流产沙的影响

为研究植物篱篱带宽度对紫色土坡地产流产沙过程的影响,寻求有效控制水土流失的最优植物篱带宽度,采用人工模拟降雨试验对3种篱带宽度(20,30,40cm)、不同雨强(30,60,90mm/h)下的紫色土坡地产流产沙过程进行研究。结果表明:(1)植物篱能有效延缓紫色土坡面产流时间,坡面产流量与篱带宽度能拟合为二次方程(R2=0.99)。随篱带宽度的增大,流速减小,且篱带内部的流速下降最明显,流速变化曲线波动幅度变小。(2)植物篱在产沙过程前期有效抑制坡面产沙量的增长,坡面产沙量随篱带宽度的增大而减少,且当雨强为30,90mm/h时,二者拟合的二次方程R2达到0.99。(3)篱带宽度对产流、产沙量的影响均为极显著。30mm/h雨强下、宽度为30cm的篱带可达到显著的减流减沙效益,是能有效控制水土流失的最优植物篱带宽度。     

基于水动力学的紫色土区植物篱控制面源污染的临界带间距确定

为了分析确定紫色土区植物篱控制面源污染合适的带间距,该研究基于坡面水流动力学,利用四川省遂宁市水土保持试验站多年观测资料,分析了紫色土区新银合欢植物篱带间距对10°、15°农耕地面源污染的控制机理。结果表明：紫色土区在天然降雨条件下,为保证植物篱带间距能有效地控制篱带间的土壤流失,坡面发生细沟侵蚀时的径流流速应不大于颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速。通过对坡面细沟发育过程推导表明,紫色土区坡度为10°、15°的坡面布设植物篱时带间距最大分别应为13.73、9.00 m。当坡面开始产生细沟侵蚀时的径流流速与颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速刚好处于临界状态时,10°、15°坡面产生细沟侵蚀的最小径流流速分别为0.183、0.190 m/s。坡面表土养分流失主要是通过土壤颗粒流失的,植物篱控制坡面土壤颗粒的流失对控制农业面源污染具有重要意义。     

湿润区坡地香根草植物篱农作措施对土壤侵蚀和养分的影响

为了解植物篱农作措施的侵蚀、养分循环特征,促进湿润半湿润地区坡地可持续利用。在三峡库区王家桥小流域建立了6个香根草(Vetiveria zizanioides)植物篱农作小区,包括：传统坡地耕作对照小区(C);单纯植物篱坡耕小区(H);植物篱+无机肥坡耕小区(HI);植物篱+有机肥坡耕小区(HO);植物篱+覆盖+无机肥坡耕小区(HIM);植物篱+无机肥+有机肥+覆盖坡耕小区(HIOM)。试验结果表明：N素损失的主要途径是径流携带,各植物篱小区的N损失达对照小区的2～3倍。泥沙携带是P素流失的主要形式,其径流损失几乎可以忽略。K素的径流携带损失非常严重,但低于其泥沙侵蚀损失。N、K平衡与作物产出正相关,越是高产区其养分平衡状况越容易出现亏损。单纯的植物篱措施有较明显的控制土壤流失功能,但减流效益不明显。施肥、覆盖措施,以及作物产出对植物篱农作措施的侵蚀有巨大影响。采取覆盖结合施肥的植物篱小区(HIOM和HIM),水土效益最高,但投入高,产投比过低;植物篱配合有机肥或者无机肥措施小区(HO和HI),水土保持效益和产投比均比较理想。综合生态、经济效益,应该优先推广HO和HI农林复合坡耕经营模式。     

农田浅沟中不同植物的水土保持效果和机理分析

为探究不同植物在东北黑土地区农田浅沟中的水土保持效果,建立裸坡(LP)和种植有紫花苜蓿(V₁)和马蔺草(V₂) 2种植物的坡面浅沟模型,通过在浅沟内模拟上方汇水,进行不同植物覆盖下的浅沟坡面水力侵蚀试验,分析产流产沙特征及水动力学参数时空变化特征。结果表明：(1)相同流量下产流时间为裸坡<紫花苜蓿<马蔺草,产流时间延长,下渗量明显增大,紫花苜蓿(61%)的减沙效果显著优于马蔺草(29%),但紫花苜蓿(33%)减流效果弱于马蔺草(38%)。(2)相同流量下,紫花苜蓿的水力摩擦系数(f)(2.3)高于马蔺草(0.8),同时紫花苜蓿的平均流速(u)略低于马蔺草,弗劳德数(Fr)表现为紫花苜蓿<马蔺草,平均雷诺数(Re)表现为紫花苜蓿<马蔺草,整体表现为紊流。(3)通过拟合函数分析,3组处理下雷诺数与流速和摩擦系数呈正相关,但函数关系略有差别;弗劳德数与摩擦系数呈负相关,均符合对数函数变化规律。产流率和产沙率的降低归因于植被覆盖增大径流受到的摩擦力,同时提高径流入渗率,并且紫花苜蓿的减流减沙效果优于马蔺草;随着流量增大,马蔺草...     

坡长对侵蚀产沙过程影响的模拟研究

通过室内模拟降雨试验探讨了坡长对侵蚀产沙过程的影响规律。实验结果表明 ,坡长是影响径流、侵蚀产沙的重要因素 ,径流量与坡长呈线性关系 ,侵蚀量与坡长基本呈指数关系。累积径流量与累积侵蚀产沙量均与降雨历时呈明显的直线关系 ,其斜率随坡长的增加而增大。坡长对侵蚀形态的演化也有重要作用 ,在试验条件下 ,0 .72 mm/ min雨强下 2 .5 ,5 ,7.5 ,10 m坡长小区均未发生细沟侵蚀 ;雨强增至 1.14mm / min时 ,10 m小区发生了细沟侵蚀 ;雨强大于 1.14mm / min时 ,7.5 m以上的小区均有细沟侵蚀发生。细沟发育时 ,坡面径流、侵蚀产沙量猛增 ,水流含沙量也出现了跳跃性增加     

贵州省石漠化综合治理人工种草对土壤侵蚀的影响

采用野外调查和室内分析相结合的方法,对贵州省盘县哮天龙小流域和晴隆县孟寨小流域坡耕地、人工草地和天然草地3种土地利用方式下土壤理化性质、抗剪强度和崩解速率进行研究,以揭示石漠化综合治理工程草地建设对土壤侵蚀的影响程度.结果表明:(1)在坡耕地上实施人工种草可有效改善土壤容重,调节土壤孔隙度,增加土壤保水能力,0-10 cm,10-20 cm和20-30 cm土壤容重分别降低0.07％,17.83％和15.08％,土壤孔隙度分别增加0.01％,16.06％和13.26％,土壤含水量分别增加43.45％,43.61％和30.46％.(2)坡耕地实施人工种草措施后,土壤有机质含量相对增加77.24％,其中0-10 cm,10-20 cm和20-30 cm土层土壤有机质含量分别增加48.06％,85.58％和107.78％,土壤全氮含量相对增加42.64％,土壤全磷含量相对增加45.24％,土壤全钾含量相对降低43.28％.(3)人工草地和天然草地相对坡耕地表现出良好的土壤抗侵蚀性能,人工草地土壤抗剪强度是坡耕地的2.08倍,天然草地是坡耕地的2.06倍.坡耕地0-10 cm土层土壤表现出较高的崩解速率,随着土层深度的增加而减小.与此相反,人工草地和天然草地0-10 cm土层土壤表现出较低的崩解速率,但随着土层深度的增加崩解速率表现出逐渐增大的趋势.(4)人工草地土壤相对坡耕地具有较小的容重、较高的土壤孔隙度和较强的抗剪强度,土壤整体的抗侵蚀性能强于坡耕地,在坡耕地上实施人工种草,蓄水保土效益非常明显.     

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。     

喀斯特山地石漠化过程中地表地下侵蚀产沙特征

喀斯特地区特殊的地表、地下侵蚀产沙是引发石漠化发生发展的重要物理过程。以喀斯特山地石漠化过程中不同石漠化状况的裸坡面为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究其地表及地下侵蚀产沙特征。结果表明:无石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化的裸坡在相同条件下的地表产沙量总体上高于地下产沙量,且10 min降雨时段内地下产沙量在0~100 g之间。不同石漠化强度的裸坡地表、地下侵蚀产沙量均随雨强的增大而增加;小雨强(30~80 mm h~(-1))下,随着石漠化强度加剧其地表越不易发生侵蚀,而石漠化强度达到一定程度时(基岩裸露率40%)土壤流失以地下流失为主;大雨强(150 mm h~(-1))下,地表产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化不明显,而地下产沙量则呈先增加后减小的变化且在基岩裸露率为30%时达到最大。不同石漠化强度的裸坡地表产沙量及其分配比例随地下孔(裂)隙度变化不明显,地下产沙量及其分配比例总体上随地下孔(裂)隙度增加而增加;在不同地下孔(裂)隙度下(1%~5%),地表、地下产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化(10%~50%)差异较大。研究结果对认识喀斯特地区石漠化发生发展机制、揭示土壤侵蚀特征、防治地表地下水土流失具有重要的理论和现实意义。     

黔中喀斯特山区坡耕地产流产沙对无籽刺梨种植的响应

产流产沙是坡耕地土壤侵蚀的主要形式,为探讨无籽刺梨对黔中喀斯特山区坡耕地土壤侵蚀治理效应,采用径流小区野外定位观测法和相关性分析法,分析了坡度15°和25°坡耕地共6个自然坡面径流小区2016年6—9月15次野外实测侵蚀性降雨产流产沙数据。结果表明:(1)在同坡度同降雨量同I₃₀下,无籽刺梨地较自然恢复地有显著保水保沙能力,无籽刺梨+自然荒草地模式优于无籽刺梨单种模式。(2)无籽刺梨种植模式减流减沙效果坡度25°优于15°,减沙效果优于减流效果。其中无籽刺梨+自然荒草地减流减沙效果最优,在小雨、中雨、大雨、暴雨4种雨型下,坡度15°度时较自然恢复地分别平均减流59.08%,65.23%,56.96%,54.87%,分别平均减沙87.32%,71.64%,51.10%,74.69%;坡度25°度时分别平均减流53.11%,76.09%,76.72%,46.12%,分别平均减沙85.40%,86.87%,71.55%,73.99%。(3)研究区产流产沙量与降雨参数(P、I₃₀)高度相关且在0.01水平上显著,在不同雨型下无籽刺梨减流减沙均有明显效果,小雨、中雨时减流减沙效果最佳。研究证实了研究区无籽刺梨种植能抵御不同雨型的降雨侵蚀,可作为贵州省喀斯特山区生态修复的极优经济选种。     

花椒林在喀斯特石漠化治理中的碳汇效益

[目的]评价石漠化地区花椒林的碳汇功能,为石漠化治理工程的碳汇效益提供技术示范与参考。[方法]以贵州省花江喀斯特石漠化治理示范区生态环境综合治理模式下顶坛花椒(Zanthoxylum planispinum)为研究对象,依据当地的石漠化现状,通过测定强度、中度和轻度石漠化和不同龄级的花椒林生物量、土壤深度和持土量,对花椒林碳汇量进行估算。[结果]石漠化程度越高,花椒林碳汇量越低,反之,石漠化程度越低,花椒林碳汇量越大,其中轻度石漠化花椒林碳密度为3.24t/hm2,中度石漠化为3.12t/hm~2,强度石漠化为2.81t/hm~2,轻度中度强度;随着土壤深度和持土量的增加,花椒林碳汇量也呈现增加的趋势。[结论]花椒林的平均碳密度为3.06t/hm~2,花椒林的综合最优碳汇经济效益为1.92×10~4~2.56×10~4元/hm~2。     

紫色丘陵区工程建设松散堆积物的侵蚀研究

地方经济的快速发展与“西部大开发”实施中的开发建设项目的水土保持日益重要。紫色丘陵区开发项目的工程侵蚀严重,松散堆积物侵蚀模数为13895~52400t/(km2.a),远高于相应对照草坡的侵蚀强度,其侵蚀产沙量与堆积物的形态与位置、坡度与坡长及植被覆盖度有关,其侵蚀也具有明显的时间特点。松散堆积物侵蚀的控制应选用土生藤本和草本植物。     

黄土高原水蚀风蚀交错带风蚀对砂质壤土迎风坡水蚀特征的影响

为明确风水交错侵蚀中风力和水力侵蚀的相互影响,针对风向和径流方向相反(迎风坡)的交错侵蚀,采用人工模拟降雨与风洞试验研究前期风蚀对后继水蚀的影响。结果表明:(1)受前期风蚀影响,后继水蚀产流时间均较仅水蚀提前,径流强度较仅水蚀增大。(2)前期风蚀加剧后继水蚀却未改变其变化趋势。无论是否有前期风蚀影响,后继水蚀速率随降雨历时增加均逐渐增大而后趋于平稳;但当前期风蚀的风速较大时(12,15 m/s),后继水蚀速率较仅水蚀增大最显著,其侵蚀速率高达仅水蚀速率的4.6倍。(3)受前期风蚀影响,水蚀对风水交错总侵蚀的贡献高于仅水蚀在仅水蚀与仅风蚀侵蚀量之和的比例。前期风蚀对后继水蚀起明显的促进作用。但随风蚀风速增大,水蚀对交错侵蚀的贡献从93%逐渐减小到0.5%。未来的研究中应考虑多次营力叠加和地形(迎风坡-背风坡)对交错侵蚀过程的影响,从而为理清风蚀和水蚀间复杂的交互作用奠定基础。     

不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响

[目的]研究不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响,为认识红壤侵蚀过程和水土流失防治提供科学依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了不同降雨强度、不同坡度对华南红壤坡面降雨产流过程和侵蚀产沙过程的影响。[结果](1)相同坡度条件下,坡面径流量、侵蚀产沙量均随着雨强的增大而线性增大;相同雨强下,径流量随坡度的增加而减小,而产沙量随着坡度的变化比较复杂;(2)雨强和坡度共同影响着坡面产沙过程,当雨强小于等于180mm/h时,产沙量随坡度的增加而增大,在240mm/h出时呈现先增加后减小的趋势,在15°附近出现临界坡度。在降雨初期,径流率表现为波动增加过程,15min后趋于平稳,一直持续到降雨结束,其中雨强为240,180mm/h时波动较为剧烈,而产沙率呈现急剧而短暂的上升后迅速下降,在大雨强、陡斜坡条件下此现象尤为明显;(3)坡面径流平均流速与单宽流量、坡度比存在显著的幂函数关系,流速与径流量、侵蚀产沙量有着类似的变化规律。[结论]红壤侵蚀过程中雨强为主要影响因素,坡面流速可作为表征红壤坡面侵蚀特征的重要因子。     

泥石流频发区典型乔灌植物根系的固土效应

[目的]研究泥石流频发区云南省昆明市东川区蒋家沟两种典型生态修复物种新银合欢(Leucaena leucocephala)和马桑(Coriaria sinnica)的根系固土效应,为当地生物工程的应用及泥石流治理效益的评价提供理论依据和数据支撑。[方法]通过根系挖掘法查明根系分布特征,开展根系拉伸试验分析单根抗拉特征,运用修正后的Wu-Waldron模型(RWM)计算两种植物根系对土壤抗剪强度的增加值。[结果]①新银合欢和马桑的根面积比RAR均随着土壤深度的增加而减小。②新银合欢根系构型为垂直型,马桑根系构型为横走型。③新银合欢根系的抗拉强度与根径之间无明显规律性,马桑根系的抗拉强度与根径之间呈递减的对数函数关系。④新银合欢和马桑根系对土体抗剪强度增加值均随着土壤深度的增加而减少,新银合欢根系固土深度约为1.4 m,马桑根系固土深度约为0.6 m。[结论]新银合欢和马桑根系均能显著发挥固土作用。由于根系构型、固土深度、固土方式等原因,二者的固土作用不同,可将二者结合种植,不仅有利于边坡的稳定,也可提高土体的抗冲性。