秸秆覆盖对东北黑土区土壤侵蚀及养分流失的影响

利用野外原位模拟降雨试验,研究了秸秆覆盖对东北黑土区坡面土壤侵蚀和养分流失的影响。试验处理包括1个施肥水平(纯N为150kg/hm2;纯P为75kg/hm2),3个秸秆覆盖度(翻耕裸露,低覆盖2kg/m2,高覆盖4kg/m2),1个降雨强度(90mm/h,降雨历时60min)和1个坡度(5°),试验小区长10m,宽1m。研究结果表明,低秸秆覆盖与翻耕裸露处理相比,坡面的径流量和侵蚀产沙量分别减少了87%和99.86%;在高秸秆覆盖条件下,坡面不产生径流。低秸秆覆盖条件下,径流中的NO3-—N和PO34-—P的浓度分别是翻耕裸露处理的5.52倍和4.25倍,但NO3-—N和PO34-—P的流失量与翻耕裸露处理基本相同。同样,低秆覆盖条件下侵蚀泥沙中NO3-—N和PO43-—P的含量分别是翻耕裸露处理的4.38倍和2.93倍,但NO3-—N和PO43-—P的流失量与翻耕裸露处理相比分别减少了99.3%和99.6%。因此,在东北黑土区选取适宜的秸秆覆盖量对保护耕地质量具有重要意义。     

东北黑土区土壤侵蚀研究进展

东北黑土区是我国重要的商品粮基地,其粮食生产能力及可持续性关系到国家的粮食安全战略。近年来,日趋剧烈的水土流失,引起黑土功能的严重退化,引起了社会的广泛关注,各种调查和防治工作正在火热开展,所以我们需要对已有的工作进行全面的总结,为以后的工作提供科学的依据。作者主要从黑土区土壤侵蚀的危害、影响因素以及侵蚀机理三个大的方面分别进行总结论述,希望对黑土区今后的土壤侵蚀研究工作提供一定的参考。     

影响东北黑土区土壤侵蚀地貌因子分析

东北黑土区土壤侵蚀比较严重,研究东北黑土区土壤侵蚀影响因素,发现其中的规律,进而采取有效办法减少或防止土壤侵蚀已刻不容缓。从坡度、坡长、坡形和坡向4个因素对东北黑土区土壤侵蚀的影响进行分析,希望对东北黑土区未来的研究方向、研究内容起到一定的借鉴作用。     

东北黑土区农田植被土壤侵蚀预报模型研究设计

植被是防治土壤侵蚀、控制水土流失最有效、最可持续的措施,植被覆盖因子C是通用土壤流失方程USLE中表述控制土壤侵蚀的重要指标。在东北黑土区,如果能够对农作物覆盖因子C进行科学定量评价,就可以充分认识农作物防治土壤侵蚀的效益与机理,建立适宜的土壤侵蚀预报模型,为防治土壤侵蚀提供理论依据。阐述了东北黑土区农田植被土壤侵蚀预报模型研究的主要内容,并提出了详细具体的试验设计。     

中国东北黑土区土壤侵蚀环境

分析了黑土腐殖质、黑土母质、黑土区气候、地貌、植被及人类开垦等活动与黑土侵蚀之间的关系，指出了黑土区农业开垦与耕作是导致黑土流失的主要原因，同时，在人类干预条件下，某些自然因素对黑土加速侵蚀的影响就会明显地凸现出来。实际上，黑土区独特的自然环境与人类活动方式已经使其成为目前中国土壤侵蚀潜在危险性最大的地区之一。目前，黑土流失速度相当快．不少地区已经出现了成土母质露于地表的现象，土壤侵蚀严重。如果我们现在还不能正确认识黑土地治理的紧迫性，黑土区很快就将变为名副其实的“不毛之地”了。     

土地利用和植被覆盖变化对长汀县30多年土壤侵蚀变化的定量影响

土地利用和植被覆盖是人类活动对大自然改造的直接体现,为研究人类活动对土壤侵蚀的定量影响,以中国南方红壤典型水土流失区——福建省长汀县为研究区,利用每间隔3~4年的11个年份的遥感影像,基于USLE模型评估该县1988-2020年30多年来的土壤侵蚀时空变化特征,定量分析不同土地利用和植被覆盖度(fractional vegetation cover, FVC)变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)长汀县土壤侵蚀严重区域主要集中于县域中部河田镇、三洲镇和策武镇等地,30多年来,土壤侵蚀强度呈先增后减的趋势,1988-1994年土壤侵蚀状况逐渐严重,1994年的水土流失率高达30.49%,90年代中期后开始逐渐好转,至2020年水土流失率降为6.22%。(2)1988-1994年和1994-2001年2个时期,林地转化成裸地的面积最大,导致土壤侵蚀增加量平均约占每个时期增加量的93%;2001-2010年和2010-2020年2个时期,裸地转化成林地的面积最大,引起的土壤侵蚀减少量平均约占每个时期减少量的73%。(3)30多年来长汀县FVC呈先减少后增加的趋势,1988-1994年平均FVC从44%减少到35%,随后开始增加,至2020年,FVC增加至79%;土壤侵蚀量与FVC呈反比,FVC减少对土壤侵蚀量的影响更大,FVC平均每降低1%,土壤侵蚀量增加7.49万t;而FVC平均每增加1%,土壤侵蚀量减少3.75万t。(4)FVC对土壤侵蚀的敏感性与坡度呈正比,低坡度下土壤侵蚀随FVC变化较均匀,高坡度等级下,FVC低于60%时,对土壤侵蚀的敏感性高,FVC每增加10%,土壤侵蚀模数平均减少262.73 t/(km²·a)。研究结果有助于分析长汀县土壤侵蚀在长时间序列上的时空变化及人类活动对土壤侵蚀的影响,为长汀县未来的土地利用规划和生态保护提供重要的科学支持。     

东北黑土区土壤侵蚀对土壤持水性的影响

为探究不同侵蚀程度对土壤持水性的影响,采用压力膜法对表土分别被侵蚀剥离0,10,20,30,40,50,60,70cm,3次重复,共计48个试验小区的土壤田间持水量、凋萎湿度进行测定,计算其土壤有效水含量。结果表明:随土壤侵蚀程度增加凋萎湿度呈微弱上升趋势,田间持水量和土壤有效水含量逐渐降低。土壤侵蚀70cm时,田间持水量降低7%,有效水含量降低11%。随侵蚀程度增加,土壤有机质含量下降。土壤田间持水量、有效水含量与土壤有机质含量呈正相关,与容重呈负相关。     

东北黑土区垄向的分布及其对土壤侵蚀的影响

垄作是东北黑土区一种非常普遍而重要的耕作制度,垄作方向(垄向)的分布及其水土保持作用研究,对于了解和改进黑土区的水土保持状况具有非常重要的意义。以典型黑土区东缘的宾县为研究区域,采用分层抽样的方法,提取了168个野外调查单元,通过野外实地调查和室内数据分析,研究了东北黑土区农地的地面坡度分布、垄向分布和垄向坡度分布,在此基础上根据不同坡度条件下的坡度因子公式求出农地的坡度因子和垄向坡度因子,探讨垄向的水土保持作用,得到以下研究成果:黑土区农地平均地面坡度为2.96°;黑土区中占农地75%的坡耕地中,顺坡耕作趋势明显,斜坡耕作非常普遍,随着垄向与等高线之间夹角的增大,坡耕地所占的比例也逐渐增大,垄向角在0°～15°间的坡耕地所占的比例约9.7%,仅为75°～90°间的一半左右;采用垄向坡度后,平均坡度为2.15°,仅为原来地面坡度的72%,坡度明显减小;在目前的垄作情况下,其水土流失量仅为顺坡耕作下的60%。上述研究表明:在东北黑土区,可以通过调整垄作方向而改进目前较严重的水土流失状况。     

东北黑土区土壤侵蚀现状与演变趋势

通过分析东北黑土区水土流失面积和强度、侵蚀沟的数量和密度、黑土层厚度和有机质含量以及河流输沙量和含沙量的变化,对黑土区土壤侵蚀的现状和发展演变进行了全面系统的研究。结果显示,东北黑土区水土流失仍在发展之中,侵蚀面积不断扩大,但增加速度减缓,侵蚀强度在增加,黑土层不断变薄,以面蚀为主;侵蚀沟的数量在增加,沟道继续扩展,向大沟方向发展;土壤养分下降;河流泥沙缓慢增加。协调粮食生产与水土保持的关系是今后防治黑土区土壤侵蚀的关键。     

垄作方式对薄层黑土区坡面土壤侵蚀的影响

定量评价垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,可为坡面土壤侵蚀防治提供理论参考。基于2012—2015年哈尔滨市野外径流小区监测资料,探讨了顺坡垄、横坡垄、无垄作(裸地休闲对照)垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,分析了不同垄作方式下坡面水沙关系。结果表明:不同垄作方式下径流量和侵蚀量均具有显著差异,坡面径流量和侵蚀量均表现为无垄顺坡垄横坡垄;与无垄作试验处理相比,横坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少了92.4%和98.3%,顺坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少66.4%和72.2%。当坡度由3°增加到5°时,无垄作、顺坡垄作、横坡垄作坡面侵蚀量分别增加了0.8,8.2,5.5倍。3种垄作方式下坡面水沙关系均呈现出良好的相关关系,顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀量随径流量的增加幅度远大于横坡垄作坡面,当坡面径流量10.0mm时,二者坡面侵蚀量急剧增加。     

东北地区土壤侵蚀空间变化特征研究

东北地区日益严重的水土流失已引起人们广泛关注,但现有土壤侵蚀研究多限于局部地区。了解本区土壤侵蚀空间变化特征,为水土保持规划提供进一步支持已迫在眉睫。本文在建立东北地区土壤流失方程的基础上,利用径流小区观测资料、气象资料、地图和遥感资料,计算多年平均土壤侵蚀量并检验计算精度,据此分析土壤侵蚀空间变化特征。结果表明:东北地区水土流失面积达到63.4万km²,占全区总面积50.8%,土壤侵蚀现状不容忽视。土壤侵蚀强度大致呈自东南向西北方向递减的趋势。但地形起伏的影响,使得这一变化趋势更为复杂。本区土壤侵蚀较为严重的地区为辽河干流西侧各支流流域的丘陵地带和流域东部降水丰沛的地区,松花江流域的山前丘陵漫岗区。研究结果对本区水土保持规划具有重要参考意义。     

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...     

坡形对黑土区坡耕地土壤侵蚀的模型模拟研究

为探究黑土区不同坡形下的土壤侵蚀特征,基于黑龙江省粮食沟小流域9个耕地径流场侵蚀产沙数据,采用WEPP (Water Erosion Prediction Project)模型进行土壤侵蚀预报与情景模拟。结果表明:径流量和产沙的整体模拟效果较好,径流量决定系数(R²)与纳什系数(NSE)分别为0.71和0.60,产沙决定系数(R²)与纳什系数(NSE)分别为0.61和0.50,表明该模型对该区土壤侵蚀模拟具有较好的适用性。而模型模拟精度则随坡度增大而减小,在3°,5°和8°坡度下,泥沙模拟的NSE分别为0.60,0.55和0.48,R²分别为0.65,0.61和0.60,这与较陡坡度条件下坡面细沟发育有关;径流量在不同坡度坡形下无明显差异,相同降雨、不同坡形下的径流差异普遍在10%以内,而产沙量在不同坡度坡形上呈现较大差异,相同降雨、不同坡形下的产沙差异普遍在20%左右,最高可达到90%以上;同一坡度条件下,直形坡的土壤侵蚀强度最大,次之为凸形坡,而S形坡的土壤侵蚀强度最小。该研究结果可以为我国东北黑土区水土保持措施提供科学依据。     

黄土高原土壤侵蚀特点与植被对土壤侵蚀影响的研究

黄土高原土壤侵蚀异常强烈,并且大部分地区以水蚀为主。在水蚀区,土壤侵蚀主要由少数几次暴雨所引起。黄土高原的土壤侵蚀情况比较复杂,以各种类型的沟蚀为主,并具有垂直分带性。坡耕地的土壤侵蚀,占总侵蚀量的比重很大。同时,根据在子午岭地区的土壤侵蚀调查,讨论了植被对土壤侵蚀的影响。     

降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀特征的影响

选取3种东北黑土区有代表性的侵蚀性降雨(60,90,120mm/h)和3个典型坡度(3°,5°和7°),采用模拟降雨试验方法,研究不同降雨强度和坡度下黑土区土质道路路面径流量、侵蚀量以及产流产沙过程的变化特征。结果表明:不同降雨强度和坡度试验处理的径流量主要变化于56.3~61.8mm;而路面侵蚀速率随降雨强度和坡度的增加分别增大1.8~11.0倍和1.2~10.0倍,且二者相互促进,共同影响土质道路路面土壤侵蚀。此外,降雨强度对黑土区土质道路路面产流率变化过程的影响明显,而坡度的影响较小。随着降雨强度和坡度的增加,含沙量均明显增大,且波动幅度逐渐增强。可见,降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀影响显著,可以通过消减雨滴动能以及改变路面性质防治道路水土流失。     

黑土区垄作方式对坡耕地土壤侵蚀的调控效果

[目的]分析黑土区不同垄作方式对坡耕地土壤侵蚀的调控效果,为该区土壤侵蚀防治提供科学指导。[方法]在5°和10°坡耕地开展人工模拟降雨试验,降雨强度为50,100 mm/h,垄作方式包括：横坡垄作、垄向区田、顺垄+底部横垄和横垄+排水沟,对照处理为传统顺坡垄作。[结果]试验条件下,与顺坡垄作处理相比,横坡垄作、垄向区田、顺垄+底部横垄和横垄+排水沟处理均可有效调节径流、降低土壤侵蚀量,但不同垄作方式对径流和侵蚀的调控效果随着降雨强度和坡度的增加而减小。在5°坡耕地,横坡垄作方式对径流和侵蚀的调控效果最佳,产流率和土壤侵蚀速率分别稳定在15.0 mm/h和0.2 kg/(m~2·h)以下。在50,100 mm/h降雨强度下,与顺坡垄作处理相比,其径流量分别降低92.3%和83.9%,土壤侵蚀量分别降低96.8%和94.6%;而垄向区田方式对径流和侵蚀的调控效果略大于顺垄+底部横垄处理。在10°坡耕地,横坡垄作方式在降雨前期具有较好的蓄水保土作用,但在降雨后期垄体易损坏,造成土壤侵蚀量剧增;横垄+排水沟方式在降雨前期能够蓄水保土,在降雨后期能够较好地进行排水。[结论]在坡度平缓的坡耕地,应...     

初始含水率和降雨能量对黑土团聚体溅蚀特征的影响

[目的] 为明晰降雨能量和初始含水率对土壤团聚体溅蚀过程机制的影响。[方法] 选取东北典型耕层黑土为研究对象,通过人工模拟降雨试验,探讨不同初始含水率、降雨能量和团聚体初始粒径的团粒溅蚀特征。[结果] (1)4种初始粒径黑土团聚体的溅蚀量均在初始含水率4%时最大,其中初始粒径＜0.25 mm团聚体溅蚀量是相同降雨能量下各粒径团聚体溅蚀量的1.21~5.50倍。随初始含水率的增加各初始粒级团聚体溅蚀量呈减小趋势,而初始含水率＞25%后则呈增大现象。(2)4种初始粒径黑土团聚体的溅蚀量均随降雨能量的增加而增大。相较于降雨能量305 J/(m²·h)(1 m)条件,当降雨能量增加至909 J/(m²·h)(5 m)时,不同初始粒径团聚体溅蚀量分别增加15.37~20.70(＜0.25 mm),52.30~417.60(0.25~1 mm),51.58~359.36(1~3 mm),68.73~777.99倍(3~5 mm)。不同初始粒径黑土团聚体溅蚀量存在明显的阈值,当降雨能量达到529 J/(m²·h)(2 m)以上时,不同降雨能量梯度下的溅蚀量存在显著差异。(3)降雨能量是影响溅蚀量的关键因素。降雨能量对溅蚀量的直接效应为0.811,存在显著正向影响,且相关程度最高;初始含水率和团聚体初始粒径的直接效应分别为0.193和0.352,存在显著负向影响。[结论] 研究结果可为东北黑土区坡面土壤侵蚀过程机制研究和土壤侵蚀机理模型构建提供科学依据。     

黑土区治理后侵蚀沟道融雪侵蚀观测研究

融雪侵蚀是季节性积雪区水土流失的重要组成部分,融雪作用对侵蚀沟发育的影响对侵蚀沟防治有重要意义。通过野外实地监测和测量,对东北黑土区治理后侵蚀沟融雪侵蚀过程及沟坡细沟形态特征进行分析,探讨水土保持措施对融雪侵蚀的防控效果。结果表明:除侵蚀沟G2未产流外,侵蚀沟G1和G3在融雪中期径流率和泥沙含量明显高于融雪末期和融雪初期。融雪径流率和泥沙含量的日动态变化过程均呈先增加后下降的趋势。融雪期3条侵蚀沟沟坡细沟平均宽度变幅为6.7~9.4cm,平均深度变幅为3.3~4.3cm。阳坡出现细沟的条数,细沟密度,细沟割裂度,平均细沟复杂度和细沟侵蚀平均深度明显高于阴坡,说明阳坡的破碎程度及细沟侵蚀程度大于阴坡。细沟主要以宽浅槽型为主,宽深比为1.91~2.18。水土保持措施在融雪期间作用明显,侵蚀沟G2水土保持措施的拦水拦沙效果达到100%,侵蚀沟G1和G3大部分融雪侵蚀的泥沙也在沟道内沉积。