陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。     

东北低山丘陵区解冻期不同土地利用土壤侵蚀特征分析

为掌握解冻期不同土地利用土壤侵蚀状况,明确解冻期土壤侵蚀防治方向,选取东北低山丘陵区油松林地、荒草地和玉米耕地作为研究对象,于2017年4月春季解冻期观测不同土地利用土壤侵蚀特征及地表覆盖状态,观测8∶00～17∶00气温、表层10cm土壤温度、土壤含水率、土壤剪切力,测定枯枝落叶层厚度、生物量等,比较不同土地利用类型土壤侵蚀状态、环境要素、土壤特性等,探讨各因素对解冻期土壤侵蚀的影响。结果表明:春季解冻期耕地土壤在冻融、融雪径流等外营力作用下发生位移,而林草地表土未遭破坏,土壤侵蚀主要发生在耕地,林地和草地无明显侵蚀发生。林地和草地存在较厚的枯枝落叶层,林草地枯枝落叶层厚度分别为9.74cm和6.21cm,而耕地基本无地表覆盖。解冻期不同土地利用类型气温间存在显著差异(p0.05),林地气温最低、温差最小,而耕地气温最高、温差最大;土壤反射辐射及土壤温度均表现为耕地草地林地,且不同土地利用类型间均存在极显著差异(p0.01);林地土壤含水率最高,为60.76%,其次为草地54.41%、耕地27.92%;土壤剪切力林地最大(0.43kg·m-2),分别为草地、耕地1.18倍和1.35倍。上述各因素综合影响下,耕地土壤冻融破坏严重,土壤侵蚀明显。因此,解冻期农耕地土壤侵蚀防治是不同土地利用解冻期土壤侵蚀防治的重点。     

降雨与坡度对滇东坡耕地土壤侵蚀强度的影响

选择滇东宣威市吉科小流域,采用20 m×3 m试验小区观测,研究滇东地区不同坡度和不同降水水平年坡耕地土壤侵蚀特征。2012年(平水年)和2013年(枯水年)雨季52场自然降雨土壤侵蚀观测表明,吉科小流域初始产流降雨量为10 mm左右,枯水年土壤水分含量低,初始产流降雨量相对较大;11.8°坡地小区土壤侵蚀强度2012和2013年分别为2.0°坡地的2.37和1.75倍;两个坡度坡耕地2012年径流系数和土壤侵蚀强度均远大于2013年;坡度和降雨量对坡耕地土壤侵蚀的影响显著,其中降雨量对坡耕地土壤侵蚀的影响更大。2012和2013年2.0和11.8°坡地降雨与土壤侵蚀的相关系数均较高,降雨~土壤侵蚀拟合关系式对滇东坡耕地土壤侵蚀估算具有较高的参考价值。     

赣北第四纪红壤坡地土壤侵蚀规律研究

通过赣北典型的第四纪红壤坡地16个小区资料的分析,得出土壤侵蚀量(A)与降雨量(P)、降雨强度(I)以及两者乘积存在着显著的相关性,拟合曲线的最优回归方程均为幂函数方程。其中降雨量、降雨强度两者的乘积与土壤侵蚀量之间的相关性更为显著。在第四纪红壤坡地,幂函数方程:A=b0(PI)b1可以很好地揭示降雨因子与土壤侵蚀之间的内在规律。     

秸秆覆盖对种植烤烟坡耕地土壤侵蚀的影响

【目的】探讨秸秆覆盖对种植烤烟坡耕地土壤侵蚀的影响,为坡耕地可持续利用提供理论依据。【方法】采用室内人工模拟降雨法,以烤烟K326为材料,分别设3个降雨强度(40、80和120 mm/h)和3个秸秆覆盖量(3750、7500和15000 kg/ha),以无秸秆覆盖为对照,观测烤烟不同生育期径流量和产沙量,并进行不同因素与径流量和产沙量的相关性分析及回归分析。【结果】随着降雨历时的推移,产流速率先上升而后趋于稳定;随着秸秆覆盖量的增加,产流速率和产沙速率逐渐降低,当秸秆覆盖量达7500和15000 kg/ha时,两者水土保持效果较接近,其平均产流速率和平均产沙速率分别为0.19、0.14 L/(m2·min)和0.05、0.03 g/(m2·min);径流量和产沙量随降雨强度的增加而上升,两者均与降雨强度呈极显著正相关(P0.01,下同);秸秆覆盖量越高,径流量和产沙量越低,3个秸秆覆盖处理的径流量和产沙量较对照分别降低48.67%～81.62%和57.63%～89.98%;无秸秆覆盖时,径流量和产沙量随叶面积指数的增加而降低,径流量和产沙量与叶面积指数呈负相关,但仅产沙量达显著水平(P0.05);双因素方差分析结果表明,秸秆覆盖量、叶面积指数及两者交互作用对径流量和产沙量均有极显著影响,以秸秆覆盖量对产流产沙的贡献最大;基于降雨强度(RI)、秸秆覆盖量(ST)和叶面积指数(LAI)建立径流量(Yr)和产沙量(Ys)的最优回归方程分别为Yr=19.136-0.003×ST+0.356×RI-1.216×LAI和Ys=7.711-0.001×ST+0.152×RI-0.854×LAI,对应的决定系数(R2)为0.630和0.577,方程拟合度均达极显著水平。【结论】秸秆覆盖或烤烟冠层均能有效降低坡耕地径流量和产沙量,当两者同时存在时秸秆覆盖起主导作用,以7500 kg/ha秸秆覆盖量对土壤侵蚀的抑制效果较好。     

不同土地利用方式的水土流失特征研究

通过对人工破坏型、封坡禁伐型和荒坡垦种型三种土地利用方式的水土流失状况进行观测．分析了不同土地利用方式下的水土流失特征。结果表明,研究区域的降雨量年际分布不均匀,从2001～2004年,年降雨量、汛期降雨量及侵蚀降雨量呈逐渐降低的趋势。在不同土地利用方式下．土壤冲刷深和侵蚀模数的大小顺序：荒坡墨种型〉人工破坏型〉封坡禁伐型。回归分析表明,不同土地利用方式的土壤侵蚀量与降雨量存在极显著的线性回归关系。通径分析表明,人工破坏型土壤侵蚀量的直接作用通径系数绝对值大小顺序：降雨量〉降雨历时〉降雨强度,而封坡禁伐型和荒坡垦种型土壤侵蚀量的直接作用通径系数绝对值大小顺序是：降雨量〉降雨强度〉降雨历时;不同土地利用方式土壤侵蚀量的间接作用通径系数总和绝对值大小顺序是：降雨历时〉降雨强度〉降雨量。     

降雨强度对西南喀斯特坡地土壤水分及产流特征的影响

降雨强度是水文过程的重要影响因素,为揭示其对喀斯特坡地土壤水分及产流特征的影响,本研究以桂西北典型喀斯特坡地为研究对象,采用野外人工模拟降雨方法,在相同降雨量（200 mm）下,对不同降雨强度下（34.8 mm/h、73.2 mm/h、100.0 mm/h 和136.4 mm/h）坡地土壤水分动态变化及产流过程进行研究。结果表明：1）随着土层深度的增加,土壤水分对降雨的响应趋于迟缓;由于喀斯特坡地土壤导水率较大,在不同坡位和土层深度,土壤水分变化迅速,通常在24 h 内恢复到降雨之前的水平,表明土壤层蓄水能力低,水文过程迅速。2）随着降雨强度的增大,累积地表径流量、壤中流量及表层岩溶带径流量均呈增加的趋势,表明随雨强的增加,喀斯特坡地水分由垂向（深层渗漏为主的慢速流）转为侧向运移（不同径流成分的快速流）。3）地表径流、壤中流及表层岩溶带径流与土壤含水率存在明显的产流阈值关系,且径流产生与消退过程和土壤含水量存在滞后效应,表现为顺时针（壤中流）或逆时针（表层岩溶带径流）的“绳套关系”。本研究表明喀斯特坡地产流主要受控于土壤- 表层岩溶带界面稳定入渗率,表现为受降雨强度的影响较大,研究结果有助于深入了解喀斯特关键带水文循环。     

南京城郊麻栎林坡面土壤体积含水率与侧向流对降雨响应

为了研究森林涵养水源机制,选择南京城郊麻栎Quercus acutissima林,采用ECH20土壤含水率检测系统在坡面0M00CHI深土壤5,15,30,40,60,100CHI等6个深度层次进行土壤水分定位监测,分析了小雨、中雨、大雨条件下南京城郊麻栎林地各层次土壤水分变异过程,分析各土壤层次体积含水率的变化过程对降雨强度响应曲线,得到5cm和15cm层次土壤水分变化与降雨量变化有良好的同步性,在降雨量6．8mm,11．8mm和36．8mm时5cm和15cm层次的土壤体积含水量变化量分别是1．48％和2．10％,5．21％和5．72％,7．55％和7．85％;随着土壤层次的加深土壤含水率变化趋势与降雨量同步性逐渐下降,在中雨和大雨中土壤含水量的峰值会延迟1～2小时,在小雨下无变化。在降雨强度0-4．0mm·h^-1,土壤含水率自表层到30cm变异幅度增大,5cm,15cm和30cm层次土壤体积含水量变化量分别是1．48％,2．10％和2．90％;降雨强度12～30mm·h^-1,土壤含水率自表层到60cm层次变异幅度降低特征,5,15,30,40和60C[II的土壤体积含水量变化量分别是8．01％,7．85％,6．39％,5．96％和2．63％,而100cm层次土壤含水率却变异幅度显著土壤体积含水量变化量达到8．97％。在2011-2012年中研究的3场降雨量为6．8cm,16．2cm和36cm中,在降雨强度0～60．0mm·h^-1。区间,0～60cm层次土壤水含水率的增加量显著高于降雨量,无地表径流发生,最大侧向流分别为2．1mm·h^-1,2．4mm·h^-1。和28．7mm·h^-1,呈非饱和下渗现象。研究了在小、中、大降雨强度下,0～1．00m深度土壤垂直坡面上各层次侧向流对降雨强度响应的变化曲线,揭示了林地侧向流对各层土壤含水率变化的影响规律。图6表1参19     

黑麦草对黄土坡面降雨产流产沙过程的影响

为研究草地对土壤侵蚀过程的影响,选用黄绵土人工种植草地,采用室内模拟降雨试验研究黑麦草不同覆盖度（0、25%、50%和75%）对3种降雨强度（60、90和120 mm/h）坡面产流产沙过程的影响。结果表明：黑麦草覆盖可以显著减小侵蚀产沙。在坡面土壤预饱和的条件下,坡面产流、产沙与时间呈线性关系;累计产流量随降雨强度线性增加;同一降雨强度条件下,草地覆盖度对累计产流量影响不显著;草地坡面水流含沙量、输沙率、次降雨产沙量均随覆盖度增大而降低,随降雨强度增大而增加;3种降雨强度条件下,无黑麦草覆盖坡面水流含沙量差异不显著,次降雨产沙量和输沙率随着降雨强度的增加而增大。研究结果可为土壤侵蚀预报模型建立及水土保持措施的制定提供理论参考。     

等高植物篱笆条件下红壤坡耕地水土流失的发生特征

研究了红壤坡耕地植物篱笆条件下的水土流失特征、土壤入渗特性及径流量、侵蚀量、侵蚀雨量、降雨量、入渗量的发生特征.结果表明,与大豆单作相比,黄花菜(Hemerocallis citrirna Baroni)和百喜草(Paspalum. notatum Flugge)植物篱笆的径流量和侵蚀量分别减少10.14～11.56倍和135.34～165.84倍;植物篱笆处理和大豆单作处理的径流量、侵蚀量与可产生侵蚀的降雨量之间呈极显著正相关,建立了相应的降雨产流、降雨产沙、径流侵蚀回归模型,同时建立了降雨入渗、入渗产流、入渗侵蚀的回归模型.植物篱笆水土保持的本质原因是植物篱笆地下部根系显著改善了耕层土壤的物理性状;显著增强了土壤的入渗能力,植物篱笆带能在较长的时间内维持较高的土壤入渗量和较大的稳定入渗速率.     

间歇降雨条件下黄土坡面土壤溶质的迁移特征

 【目的】研究间歇降雨条件下黄土坡地水分溶质迁移特征,为减少汛期坡耕地肥料流失率和水土流失量提供理论依据。【方法】以黄土坡地为研究对象,采取表层喷施和拌施两种施肥方式,通过两场间隔24 h的室内模拟降雨试验,从降雨-径流-土壤相互作用角度,研究间歇降雨条件下坡面水土流失和土壤溶质（NO3-、Br-和PO43）的迁移特征。【结果】第二次降雨的稳定产流强度、径流量和侵蚀泥沙量均大于第一次降雨,初始产流时间和产流强度达到稳定的时间也比第一次降雨提前。与第一次降雨平稳阶段NO3-和Br-的浓度相比,第二次降雨开始产流时浓度明显偏大,但其平稳阶段浓度又均小于前者,而吸附性PO43-的第二次降雨浓度高于第一次降雨稳定期浓度。非吸附性NO3-和Br-易随入渗水迁移,导致表层土壤溶质含量显著减少,第二次降雨地表总流失量小于第一次降雨,而PO43-受土壤侵蚀因素影响很大,喷施和拌施条件下PO43-第二次降雨的总流失量分别为第一次降雨的2.93和1.77倍。【结论】对于土体疏松易侵蚀的黄土地区,受降雨间歇期表层土壤溶质含量和土壤抗蚀性变化的影响,第二次降雨的径流溶质浓度过程线不能视作第一次降雨的简单延续,多次降雨会加剧吸附性土壤溶质的地表流失风险。在雨季里,首次降雨应时该采取必备的截流措施,减少非吸附性土壤养分的大量流失;对后期降雨的关注重点则是涵养水土,防范吸附性土壤养分的流失风险。     

降雨因素对紫色土坡地土壤侵蚀影响的试验研究

选择该地区水土流失主要动力条件降雨因素为切入点, 通过人工模拟降雨试验对紫色土坡地降雨侵蚀特征及规律进行研究. 结果表明: (1) 降雨量与径流量、侵蚀量呈显著线性正相关, 降雨量变化显著地影响径流总量和侵蚀总量的变化; 降雨强度与径流量、侵蚀量之间也存在显著正相关, 但相关程度较前者略小; (2) 侵蚀量与时段最大降雨强度、平均雨强之间的相关程度差异很大, 主要原因在于平均降雨强度概化了降雨侵蚀机制和侵蚀过程; (3) 径流量和侵蚀量之间符合平方关系和幂函数关系, 回归方程达极显著水平; (4) 在高(中)强度降雨过程中, 径流量和侵蚀量随降雨过程呈幂函数正相关变化, 而低强度降雨过程中, 径流量和侵蚀量随降雨过程呈线性负相关变化.     

大青山典型植被类型降雨产流阈值估算及保肥效益计量

采用大气降雨和人工模拟降雨的方法,对大青山不同植被类型林冠截留量、枯落物及土壤持水量进行了研究,当模拟降雨强度为0.60~0.65 mm/min时,不同植被类型降雨产流阈值分别为:乔木林11.018~17.080 mm,灌木林11.609~13.353 mm,荒草坡7.592~11.336 mm;当模拟降雨强度为0.80~0.85 mm/min时,不同植被类型降雨产流阈值分别为:乔木林7.274~12.7268 mm,灌木林7.943~9.353 mm,荒草坡4.328~6.496 mm;通过对流失土壤养分的测定,计算出不同降雨强度下油松人工林、白桦次生林、虎榛子灌丛和荒草坡土壤流失价值分别为:61.39~136.37元/hm2、8.24~113.37元/hm2、28.11~59.11元/hm2和93.92~107.61元/hm2。     

江苏滨海盐土土壤盐分与侵蚀规律

采用人工模拟降雨模式深入研究了江苏滨海盐土土壤侵蚀量与土壤含盐量之间的关系,结果表明两者之间呈显著正相关;同时还研究了土壤黏聚力与土壤含盐量、土壤侵蚀量之间的关系,结果表明,土壤黏聚力与土壤含盐量、土壤侵蚀量之间呈显著负相关.因此,要搞好江苏沿海地区水土保持工作,除正常的工程措施、生物措施外,还要高度重视土壤的洗盐淋盐脱盐.     

模拟降雨条件下烤烟植株对降雨再分配及产流的影响

【目的】明确烤烟植株对降雨再分配及产流的影响,为坡耕地土壤侵蚀的防治及可持续利用提供理论依据。【方法】采用室内人工模拟降雨法,测定了40,80和120 mm/h降雨强度下烤烟旺长期的茎秆流、穿透雨、径流和渗漏,并进一步探讨了茎秆流和穿透雨与产流的关系。【结果】茎秆流量、穿透雨量和穿透雨率与降雨强度呈极显著正相关关系,而茎秆流率则与降雨强度呈极显著负相关关系;不同降雨强度下茎秆流率和穿透雨率分别为24.66%～28.79%和71.21%～75.34%。当降雨强度为40 mm/h时,茎秆流几乎不参与径流形成,当降雨强度为80和120 mm/h时,茎秆流再分配后形成径流和渗漏的比例分别为16.90%～20.54%和79.46%～83.10%;穿透雨再分配后形成径流和渗漏的比例分别为40.14%～66.19%和33.81%～59.86%。径流中来源于茎秆流和穿透雨部分的比例分别为0.82%～10.07%和89.93%～99.18%,而在渗漏中来源于茎秆流和穿透雨部分的比例分别为42.19%～44.21%和55.79%～57.81%。【结论】降雨经烤烟植株再分配后,茎秆流主要形成了渗漏,对地表径流的贡献相对较小;而穿透雨主要形成了径流和渗漏,是两者的主要来源。     

解冻期温带针叶林土壤微生物量氮和无机氮的时空特征

采用氯仿熏蒸浸提法测定了温带红松林和落叶松林土壤解冻过程中的微生物量氮、铵态氮和硝态氮含量并分析了微生物量氮和无机态氮的变化特征。结果表明,春季解冻期两种针叶林土壤微生物量氮存在明显的时空变化特征,土壤微生物量氮随解冻进程而不断增加,最大微生物量氮出现于解冻后期。两种针叶林0~10 cm层土壤微生物量含量显著高于10~20 cm层土壤。红松林0~10 cm层土壤微生物量氮含量明显高于落叶松林。两种林型土壤的铵态氮含量表现出相同的时间动态特征,均随解冻期的推进而不断升高,最大峰值出现于解冻末期。解冻期两种林型土壤存在两次硝态氮释放峰值,且0~10 cm土壤硝态氮含量显著高于10~20 cm土壤。北方针叶林土壤解冻期微生物量氮含量与土壤水分呈显著正相关关系。     

冻融条件下东北地区3种土壤抗剪强度差异性分析

为明确引起冻融条件下不同土壤抗剪强度差异性产生的原因,以东北地区常见的棕壤、白浆土和黑土为研究对象,采用野外取样和室内模拟冻融循环环境等方法,对不同冻融循环次数和含水量条件下的3种土壤抗剪强度进行比较分析,进而阐明引起不同土壤类型抗剪强度差异性的原因。结果表明:3种土壤黏聚力均随冻融循环次数的增加逐渐减小,最后趋于稳定。冻融循环作用对3种土壤黏聚力的影响大小为黑土>白浆土>棕壤,与未经冻融作用时相比,3种土壤黏聚力平均减小54.29%,35.19%,31.77%。3种土壤对于含水量的响应存在较大差异,随着初始含水量的升高,白浆土和棕壤的黏聚力呈下降趋势,平均减小88.99%和76.67%,而黑土的黏聚力呈现出先降低25.73%后升高144.75%的特点。土壤质地和含水量是导致冻融过程中棕壤和白浆土黏聚力差异的主要因素,而独特的团粒结构和孔隙特征是引起黑土黏聚力变化的重要原因。高含水条件导致春季解冻期东北地区3种土壤内摩擦角变化远不如黏聚力剧烈,3种土壤内摩擦角的减小范围均在1°～2°。研究结果将为解冻期土壤侵蚀机理研究,解冻期土壤侵蚀预测模型构建,以及东北地区耕地保护与地力...     

小麦玉米秸秆还田对土壤水分入渗的影响

为探究小麦玉米秸秆还田量及土壤初始含水率对土壤水分入渗性能的影响,基于室内土柱模拟试验,设计初始含水率分别为30%、50%和70%田间持水量,掺加小麦和玉米两种秸秆,掺加量分别占干土质量1.00%、1.60%、2.25%、3.20%,共设24个处理,从累计入渗量、湿润锋和土壤水再分布3个方面分析掺加作物秸秆对土壤水分入渗的影响。结果表明,在初始含水率相同条件下,随秸秆掺加量增加,累计入渗量减小;在秸秆掺加量相同条件下,随初始含水率增大,累计入渗量减小。秸秆掺加量一定时,随初始含水率增加,湿润锋推进距离增加;初始含水率一定时,随掺加量增加,湿润锋推进距离有减小趋势。秸秆掺加量对土壤水再分布交点深度影响显著,对交点含水率影响不显著;初始含水率对土壤水再分布交点处含水率影响显著,对交点深度影响不显著;初始含水率和秸秆掺加量对土壤水分入渗的交互作用不显著。玉米秸秆掺加量极值为2.25%～3.20%,小麦秸秆掺加量极值大于3.20%,研究结果可为优化华北地区秸秆还田技术提供参考。     

野外模拟降雨条件下东江源脐橙果园产流试验

降雨径流所引起的水土流失问题,是东江源头区水污染的重要因素之一。通过野外模拟降雨试验,研究了脐橙果园径流产流规律以及覆草对果园产流产污的影响。研究结果表明,在相同降雨强度下,土壤初始含水率越高,产流越快,径流产沙高峰期出现在0~50 min内,径流总氮流失主要发生0~90 min内,之后趋于平稳;与裸地相比,果园覆草明显延缓产流时间,径流中泥沙流失量减少5.6%~69.1%,总氮流失减少4.2%~40.8%。研究结果可为东江源头区脐橙果园水土流失与面源污染防治提供科学依据。     

闽东南花岗岩侵蚀区的土壤侵蚀与治理 Ⅰ.降雨参数对土壤侵蚀的影响

闽东南花岗岩侵蚀区的侵蚀性降雨集中分布于5～9月份。产生水土流失主要是大于20mm的降雨,尤其是50.1～80和大于100mm的降雨所引起的土壤侵蚀量和径流量占总量的55％。降雨量仅对顺坡抛荒区的土壤侵蚀量产生极显著的影响,同时与顺坡抛荒区、顺坡草区、中耕作物区和灌丛区的径流量成显著的正相关。30min瞬时雨强与顺坡抛荒区和中耕作物区的土壤侵蚀量和径流量成显著的正相关,也与顺坡草区的径流量成显著的正相关。平均雨强对各处理区的土壤侵蚀量和径流量均无显著影响。