基于GIS和RULSE的三峡库区土壤侵蚀量估算分析

以三峡库区为研究对象,在GIS技术支持下,利用野外实测及DEM、土地利用、土壤类型、植被覆盖等数据,对修正后的通用土壤流失方程(RUSLE)中各因子进行量化分析,从而对三峡库区土壤侵蚀量进行估算,并对土壤侵蚀强度进行分级;在此基础上计算不同坡度、土地利用类型、土壤类型下的土壤侵蚀综合指数。结果表明,三峡库区年均土壤侵蚀量为19 364.71×104 t/a,平均土壤侵蚀模数为2 741.48t/(km2.a),属于中度侵蚀;68.57%的区域为微度侵蚀或轻度侵蚀,强度以上侵蚀主要分布在库区的东部,面积占库区的14.43%,侵蚀量却占总侵蚀量的58.67%,是预防和加强水土流失治理的重点区域。     

137Cs示踪法测算江淮丘陵土壤侵蚀研究

核素示踪法作为一种新的土壤侵蚀研究方法,在土壤侵蚀的沉积、侵蚀、运移研究上得到很好的应用。采用放射性核素作为土壤示踪剂,可以进行流域尺度范围研究,且可靠性比较高、省时省力。选择位于江淮丘陵东部的明光市鸡心岗水库两侧山坡和位于江淮分水岭西部的六安市裕安区青山乡淠河西侧的山坡为典型剖面,取土样进行137 Cs分析,测算出当地土壤侵蚀模数分别是4 521.5t/(km2.a)和4 830.1t/(km2.a),与全国遥感普查结果基本一致,表明该研究方法可以很好地进行流域尺度的土壤侵蚀研究,在安徽省和全国其他类似地区具有很好的应用价值。     

土壤侵蚀形态演化数字摄影观测系统设计与实验

为解决目前在连续降雨条件下尚无有效的观测技术与手段从时空两个维度对土壤侵蚀过程进行观测的问题,设计了一种基于无线组网技术的数字近景摄影观测系统。该系统通过对连续降雨条件下不同时间节点的土壤侵蚀坡面进行数字影像的瞬时采集、雨滴噪声去除、点云匹配、三维重建等手段,实现对土壤侵蚀坡面形态演化过程的动态监测。该系统的测量精度可达到亚毫米级,最小测量误差为0. 006 2 mm;凹槽尺寸测量值与实测值之间最大相对误差为-2. 968 3%。土壤侵蚀坡面观测实证表明,土壤流失量估算平均相对误差为-1. 73%,单次观测精度最高可达99. 26%,时间观测分辨率可达到分钟级别,空间分辨率达到2 mm。该系统能够准确获取土壤侵蚀坡面形态变化的精细信息,可为土壤侵蚀过程研究提供新的方法和技术手段。     

基于RUSLE的藉河示范区土壤侵蚀时空动态特征研究

探究区域土壤侵蚀变化特征,为区域水土保持效益评价、土壤侵蚀防治提供依据。基于GIS和RS技术,采用降雨数据、DEM数据、土壤数据以及遥感影像等数据,运用RUSLE模型,定量分析了藉河示范区1997-2015年土壤侵蚀时空动态特征。结果表明:4个时期土壤侵蚀模数分别为1 326.18、2 790.39、2 025.23和1 366.32 t/(km~2·a),呈现先加剧后改善的趋势。土壤侵蚀以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,在2005年之前,土壤侵蚀以向更高侵蚀等级转移为主,2005年之后以向更低侵蚀等级转移为主。不同坡度等级上,出现随坡度增加,土壤侵蚀先趋于严重后缓和的特征,15°～45°的坡度上是研究区土壤侵蚀主要分布坡段。不同海拔等级上,土壤侵蚀随海拔升高呈现先增加后降低的趋势,在中海拔区(1 562～1 782 m)和中低海拔区(1 335～1 562 m)土壤侵蚀分布面积最广、强度最大,此类区域是藉河示范区土壤侵蚀防治的重点区域。     

荒漠草原坡面松土对地表径流抑制效果的研究

我国土壤侵蚀严重,草原区土壤侵蚀亦较为严重,雨季降雨雨大历时短,地表超渗产流,水力侵蚀带走草地坡面细颗粒土壤及养分,不利于坡面植被健康生长。抑制地表径流多以植物措施为主,但是天然草地由于植物栽植在无灌溉条件下不易成活。本文试图采取坡面松土技术,试验研究其对草地坡面径流拦蓄的影响,结果表明块状松土蓄水增渗效果较好,能有效拦蓄20%~25%的径流量用于土壤入渗,条带式松土拦蓄13%~17%的径流量用于土壤入渗。     

基于Hadoop的区域土壤侵蚀强度计算GIS设计与实验

在开源分布式计算框架Hadoop的基础上,选择大凌河流域为研究区,构建降雨侵蚀力、土壤可侵蚀性、坡长等土壤侵蚀因子栅格数据分布式存储策略,利用MapReduce编程模式设计实现通用水土流失方程RUSLE的算法程序进行土壤侵蚀强度计算,并扩展Geoserver的栅格文件读取功能,增大对HDFS栅格文件的读取支持,实现土壤侵蚀强度计算结果的快速发布。结果表明,该系统可实现大数据量、高分辨率土壤侵蚀因子栅格数据的区域土壤侵蚀强度快速计算,可较好满足区域土壤侵蚀预测预报的时效性要求;程序运行过程中计算任务本地化效果明显,显著降低了计算过程中的网络传输压力,网络使用率约22%,且系统性能可通过增加计算节点进一步提升。本研究可为大数据量、高分辨率栅格数据下区域土壤侵蚀强度计算及发布GIS设计开发提供指导,为大凌河流域土壤侵蚀监测提供科学依据。     

生物炭对黑土区坡耕地土地生产力的可持续效应研究

为探究一次性施加生物炭后对黑土区坡耕地生产力的可持续效应,以东北黑土区3°坡耕地径流小区为研究对象,设置CK(不施用生物炭)和BC(2016年施用75 t/hm~2生物炭,2017、2018年不再施用生物炭)两个处理,于2016—2018年开展了试验研究。结果表明:一次性施入生物炭3年内,土壤容重显著降低(P0.05),第1年降低最明显,为3.87%,孔隙度和总有机碳、铵态N、有效P、速效K含量显著提高(P0.05),p H值则是施炭后前两年显著提高(P_(2016)=0.034、P_(2017)=0.038),分别提高了0.9、0.6,第3年与未施炭处理无显著差异(P_(2018)=0.067);施用生物炭显著提升了土壤的持水能力和保水保土性能,土壤饱和含水率、田间持水率、凋萎系数均显著提高(P0.05),最大增长率分别为5.58%、4.78%、7.29%,年径流深和土壤侵蚀量显著降低(P0.05),年径流深最大减少量为4.92 mm,土壤侵蚀量最大减小率为5.71%;大豆产量和水分利用效率显著提高(P0.05),最大增长率分别为29.01%、16.92%。但生物炭对土地生产力的持续效应逐年减弱,随着生物炭施用年限的延长,BC处理土壤容重线性递增,p H值和总有机碳含量呈幂函数递减,孔隙度和铵态N、有效P、速效K含量线性递减,饱和含水率、田间持水率、凋萎系数线性递减,年径流深和土壤侵蚀量线性递增,大豆产量和水分利用效率分别呈幂函数递减和线性递减。采用改进的TOPSIS(Technique for order preference by similarity to an ideal solution)模型和GM(1,1)模型测算并预测土地生产力指数,结果显示,BC处理的土地生产力指数均高于CK处理,但其值逐年下降,预计到2021年与CK处理十分接近,表明一次性施用75 t/hm~2生物炭对土地生产力的影响可持续5～6年。研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据。     

不同生物治理模式下红壤抗蚀性变化特征及其影响因素

生物治理措施是土壤侵蚀防治3大措施之一,而土壤抗蚀性是评定土壤抵抗侵蚀能力的重要参数,以第四纪红壤为对象,对水保林、林草结合、果林清耕、撂荒裸地4种治理模式下土壤抗蚀性进行了研究,结果表明:(1)不同生物治理模式下土壤抗蚀性差异明显,土壤抗蚀指数表现为水保林林草结合果林清耕撂荒裸地,且同一治理措施上层土壤抗蚀性优于下层土壤。(2)土壤抗蚀指数随浸水时间的增加而减小,两者呈三次函数关系。(3)运用主成分分析方法,从13个土壤抗蚀性影响因子中提取出3个主成分,建立土壤抗蚀性综合评价模型,在不同生物治理措施下适用良好。     

栖龙湾径流场土壤侵蚀分析

土壤侵蚀直接导致土层变薄,养分流失,土地资源遭到破坏,加剧粮食问题危机。坡度作为一个重要的地貌因子影响着土壤侵蚀量,同时不同的土地开垦方式、植被类型等下垫面因素也对土地的保沙效益有一定影响。以山东省栖龙湾径流场25个径流小区为研究区域,分别研究坡度、降雨量、土壤开垦方式、植被类型对土壤侵蚀量的影响。结果表明:1侵蚀性降雨量和坡度确实对土壤侵蚀量有显著影响,坡度为10°和30°情况下侵蚀量最小。2梯田、坡耕地、裸地,三种不同土壤开垦方式对比,梯田具有最好的保沙效益,坡耕地最差。3刺槐、黄荆、狗牙根草三种植被水土保持能力没有明显差异,不同植被组合方式中,黄荆+狗牙根草这种灌木与草组合的方式具有更好的保沙效果。其中土壤开垦方式影响最大,所研究植被的影响最小。     

基于GIS的多年土壤侵蚀对安基山水库淤积的影响

为研究多年土壤侵蚀变化对下游水库淤积影响,以安基山水库为例,分析2007-2011年5a间流域上游土壤侵蚀对水库淤积情况。基于RS遥感影像数据获取流域内的植被和土地利用信息;收集降雨和土壤数据;以流域DEM数据为基础利用ArcGIS表面分析功能提取流域内的坡度和坡长等数据;在通用土壤流失方程USLE基础上建立流域土壤侵蚀定量检测模型。应用ArcGIS空间分析技术对水库2007-2011年土壤侵蚀量进行定量估算,统计和分析安基山流域土壤侵蚀强度分布及其动态变化规律,以此研究水库多年拦沙率及淤积量。分析结果是:强度侵蚀主要发生在流域中下部,2007年土壤侵蚀最为严重,2008年土壤侵蚀最弱且水库拦沙率最大,2007年和2011年水库泥沙淤积量最多,2008年水库泥沙淤积量最少。该方法可为土壤侵蚀防治和水库泥沙淤积治理提供指导作用。     

模拟降雨下PAM对砂黄土养分迁移影响实验研究

利用室内人工模拟降雨试验,研究了砂黄土施用不同量PAM在降雨条件下入渗-径流、土壤侵蚀和养分迁移特征。研究结果表明,砂黄土在不同PAM用量下均较对照表现出降低入渗增加径流,并能有效减少土壤侵蚀,其侵蚀量随PAM用量增加而减少。径流的增加造成硝态氮,水溶性磷和水溶性钾累积流失量增加,通过径流和泥沙流失的养分很少,硝态氮主要通过淋溶损失,磷和钾移动性弱,土壤固定性强,损失不大。PAM适宜用量在1~3 g/m2之间。     

雨型对东北典型黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响

基于人工模拟降雨试验,研究了雨型对东北黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响。根据典型黑土区侵蚀性降雨标准及雨型特征,试验设计了总降雨量相同(降雨量为87.5 mm)的5种不同雨型,即增强型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125 mm/h)、减弱型(降雨过程中降雨强度分布为125-100-75-50 mm/h)、峰值型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125-100-75-50 mm/h)、谷值型(降雨过程中降雨强度分布为100-75-50-75-100 mm/h)和均匀型(降雨过程中降雨强度保持75 mm/h不变),以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°)。结果表明,受前期预降雨的影响,各雨型处理的顺坡垄作坡面径流量差异较小,但坡面侵蚀量存在明显差异,其中峰值型雨型引起的坡面侵蚀量最大,分别是谷值型、减弱型、均匀型和增强型雨型处理下的1.20、1.63、1.78、1.80倍。引起侵蚀量较大的雨型(峰值型、谷值型和减弱型)在典型黑土区天然降雨中出现频次超过70%,这可能是该区夏季顺坡垄作坡面侵蚀作用强烈的重要原因之一。同一降雨强度在不同雨型中出现的时序不同,其产生的径流量和侵蚀量对总径流量和总侵蚀量的贡献率也不相同。除125 mm/h外,同一降雨强度出现在起始阶段产生的侵蚀量对坡面总侵蚀量的贡献率显著大于其出现在其他阶段对坡面总侵蚀量的贡献率。     

保护性耕作对水土保持的影响

水土流失已成为制约我国农业可持续发展的主要因素,严重降低了土壤生产力。为解决这一问题,自20世纪90年代起,保护性耕作被引入中国,并相继建立了长期保护性耕作试验基地。该文综述了不同保护性耕作措施对水土保持影响的研究结果,通过平均值方法对黄土高原、东北黑土区和北方沙土区的试验数据进行对比,分析免耕秸秆覆盖、深松和传统耕作对土壤含水率、土壤水蚀、土壤风蚀及土壤肥力的影响规律。结果表明,与传统耕作相比,在黄土高原地区,免耕秸秆覆盖和深松的土壤含水量分别提高了13.6%和31.7%,水分利用效率分别提高了2.26和3.82 kg/（hm2·mm）。在东北黑土区,免耕秸秆覆盖和深松的土壤有机质、速效氮和速效磷的含量分别提高了14.8%和7.1%、10.8%和8.4%及10.8%和8.4%,免耕秸秆覆盖和深松的土壤平均径流量分别减少了32.8%和23.5%。在西北沙土区,免耕秸秆覆盖和深松保护性耕作措施能显著降低土壤风蚀速率,当风速为10 m/s时,土壤风蚀速率分别降低了90.2%和85.0%。      

水土保持与生态恢复模式在黄土丘陵地区的应用

在黄土丘陵地区,土壤侵蚀和水土流失是最严重的生态问题,水土保持和生态恢复是生态修复解决的最佳方案。从黄土丘陵地区水土流失成因和水土保持特点、意义等方面分析了水土保持和生态恢复建设模式在黄土丘陵地区的具体应用。      

北方农牧交错带风蚀对农田土壤特性的影响

研究分析了我国北方农牧交错带典型风蚀地区,传统和保护性耕作农田土壤的风蚀和有机物及养分衰减的定量关系及其衰减的机理。土壤风蚀过程中,保护性耕作比传统耕作可以减少风蚀量50．44％。有机质损失减少48．80％,全氮损失减少49．04％,全磷损失减少48．51％,全钾损失减少50．52％。传统耕作和保护性耕作各物质损失中全磷的损失最大,分别为12．24％和5．93％;其次是有机质的损失,分别为11．53％和4．31％。土壤损失率分别为5．29％和2．62％时,全磷损失率是相应土壤损失率的2．31倍和2．26倍;有机质损失率是相应土壤损失率的2．18倍和1．65倍。保护性耕作是防止农田沙漠化和提高作物产量的根本措施。     

沙棘造林对吴起县土壤水蚀的影响

为定量评价沙棘造林后的水土保持效益,文章以沙棘造林的典型县域为研究对象,基于3S技术与RUSLE土壤侵蚀模型,分析评价了该县沙棘造林前后土壤侵蚀的时空变化。结果表明:吴起县实施沙棘造林后10年来,水土流失明显减少,较高强度土壤侵蚀的土地面积大幅度减少。①沙棘造林后土壤侵蚀分布以中度侵蚀最多,其面积占吴起县国土总面积的43.62%,而沙棘造林前土壤侵蚀以极强烈侵蚀为主,占吴起县国土总面积的42.76%。②沙棘造林后全县平均土壤侵蚀模数为5285t/km2.a,属于强度侵蚀,其沙棘造林前平均土壤侵蚀模数为9779t/km2.a,属于极强烈侵蚀,为沙棘造林后的1.85倍,沙棘造林后全县每年可减少土壤侵蚀量1402万t。     

密云水库小流域非点源污染负荷估算研究

采用Johnes输出系数法以及SCS径流曲线和通用土壤流失方程估算法,对密云土门西沟小流域非点源污染负荷进行估算。结果表明,土门西沟小流域内附着态污染负荷的输出量是溶解态污染物输出量的3倍多,而附着态污染物输出量的大小主要由土壤侵蚀量决定,因此,控制流域内非点源污染的关键是加强该区的水土保持防治工作。Johnes输出系数法可用于观测资料比较缺乏的流域,而SCS径流曲线和通用土壤流失方程估算法除了可以估算总氮、总磷的含量外,还能分别估算出溶解态氮、磷和附着态氮、磷的量,使得防治非点源污染的措施可以更加有针对性。     

PAM和SAP交并施用对旱区坡地固土截水的影响

对PAM和SAP交并施用对旱区坡地固土截水的影响进行初步测定。PAM和SAP都是很好的土壤改良剂。使用PAM可以显著降低土壤结皮,减少地表径流和土壤侵蚀。SAP可以提高土壤的保水性,改善土壤结构。采用两种SAP施用方式:SAP(0~20cm)混施和SAP(20cm)层施。土槽装填好后,将PAM均匀撒施在土壤表层。将土槽置于调整好角度的支架上。降雨10min,湿润土壤。静置1d后再进行试验。试验结果表明PAM和SAP交并施用可以明显增强土壤的固土截水能力。当SAP混施时,PAM施用量的影响比SAP显著。而SAP层施时,SAP施用量的变化对土壤的固土截水能力没有影响,但PAM依然影响很大。相同PAM和SAP施用量的情况下,SAP混施比层施时减少水土流失量、土壤侵蚀量、地表径流量更大。     

Furrow irrigation erosion and management

Irrigation-induced furrow erosion reduces topsoil depth and pollutes surface waters. A variety of interacting factors, including inflow rate, slope and soil type, are known to affect furrow erosion. Data are inadequate to understand the furrow erosion process sufficiently well to recommend irrigation practices that maintain high levels of water quality and conserve soil. We performed furrow erosion field studies on two soils (a loamy textured alluvial soil and a clay loam cracking soil) with slopes ranging from 0.3 to 0.8%. Three inflow rates per furrow were applied in each of three irrigations. We found net rates of soil loss in the upper part of the furrow that were up to six times higher than the average net rate for the whole furrow. The soil loss was related to the inflow rate by power functions. High inflow rates on furrows with slopes greater than 0.3% caused unsustainable soil losses. However, at least in the loamy textured soil, it is possible to maintain high irrigation uniformity and application efficiency (within the range 80–85%), while keeping soil losses within a sustainable limit. An analysis of the sediment load data made in the frame of a simple conceptual model helped to explain the dynamics of the furrow erosion process and to establish the basis for modeling furrow erosion.Communicated by A. Kassam