英国对土壤性质、侵蚀及作物生产空间变化的研究

英国学者T .A .Quine等考察了耕作侵蚀和水蚀对土壤性质和作物生产变化的作用。调查的数据信息包括 :耕作土中全N、全C、全P和无机P的含量 ;土壤质地 ;作物产量和地上部生物量 ;由数字地形模型 (DTM)测出的地形属性 ;1 37　Cs测出的净土壤再分布 ;模拟测出的耕作侵蚀 ;由田间和模拟制图测出的细沟侵蚀。研究表明 ,耕作侵蚀和水蚀对土壤性质的影响与坡面曲率相关。耕作侵蚀是土壤再分布的主要过程 ,以耕作侵蚀分布和净土壤再分布之间的显著相关性为基础。耕作侵蚀也与土壤性质显著相关 ,表明耕作引起的土壤再分布是造成土壤性质空间变化的主要因素。作物生产与土壤性质及侵蚀率之间的关系复杂。发生侵蚀和养分流失地区的作物产量很低 ,但是一些高沉积地区的作物产量也很低。长达 4 0多年的耕作侵蚀模拟说明土壤性质的空间变化会更剧烈 ,并可能对作物生产造成负面影响。     

利用7Be研究侵蚀性降雨前后坡面土壤侵蚀空间分布特征

结合野外调查方法,利用7Be示踪法研究了直形坡侵蚀性降雨发生前后坡面土壤侵蚀空间分布特征。结果表明,侵蚀性降雨发生前,在20m坡长范围内,7Be在坡面不同部位分布的差异性不显著;而全年侵蚀性降雨结束后,7Be在坡面不同部位分布有显著差异。侵蚀性降雨发生后表层土壤中7Be含量及其侵蚀性降雨发生前后表层土壤7Be含量的差值皆随坡长的增加而减少,表明坡面土壤侵蚀随坡长增加呈增加趋势。坡面不同部位发生剥蚀或沉积过程有较大的差异,坡面上部距分水岭0～5m坡长范围内主要发生沉积现象;而在8～15m坡长范围内,土壤侵蚀以剥蚀过程为主,且土壤侵蚀最严重。     

坡面土壤侵蚀空间分异特征的磁性示踪法和侵蚀针法对比研究

利用磁性示踪法和侵蚀针法相结合的方法,在自然降雨条件下对比研究了不同坡度坡面土壤侵蚀的空间分异特征。结果表明:磁性示踪法和侵蚀针法均能够有效的指示出在降雨过程中坡面土壤发生剥蚀和沉积的空间分布规律。两种方法的试验结果一致表明,在距坡顶0-200cm的范围内为净侵蚀区,坡面坡度越大受到的侵蚀越严重。坡面中下部(距坡顶200-500cm)侵蚀沉积分布受坡度影响较大,随着坡度的增大,坡面中下部的沉积分布下移,并且净沉积量减少,净剥蚀量增加。5°坡面中下部以泥沙的沉积为主,且在中部沉积量达到最大值;10°和15°坡面的中部和坡脚处以侵蚀为主,沉积主要发生在距坡顶300-400cm的范围内。     

中国黄土地区耕作侵蚀模拟

耕作侵蚀是国际上新近开展的一个研究领域。为了对中国黄土地区的耕作侵蚀规律进行定量描述,采用施放小立方块作为示踪材料进行耕作试验及测量来示踪和监测土壤运动,并通过相关分析与理论推导,对该地区的耕作侵蚀进行了模拟,获得了能够直接计算出坡面剖面任何一点净侵蚀模数的耕作侵蚀模型,结果表明,在采用当地由动物牵引的传统犁在坡面上自下而上进行往返横坡等高向下翻土耕作方式下:1)一次耕作导致的耕层土壤朝坡向方向平均水平运动距离随坡度的变化表现为线性相关;2)一次耕作导致的坡面剖面任何位置耕层断面的净侵蚀模数,受土壤容重、耕作深度、土壤与耕作条件决定的系数和地形曲率的影响。     

坡面土壤剥蚀率及其与水流含沙量的关系研究

为研究天然降雨条件下坡面土壤剥蚀率及其与水流含沙量的关系,通过在野外15°径流小区分多层多区段同时布设不同稀土元素进行连续天然降雨试验.结果表明:距坡顶4 m坡段内的土壤剥蚀率在首次产流初期相对较大;随着坡面下部细沟的出现,距坡脚2 m的坡段内,水流剥蚀逐渐以细沟流剥蚀为主,土壤剥蚀率在整个坡面内最大;坡面各段土壤剥蚀率的变化过程同降雨强度的变化趋势基本一致;在次降雨过程及全年的降雨中坡面各段土壤剥蚀率随水流含沙量的增加呈幂函数递增.     

不同逆坡耕作强度对干热河谷区坡耕地水蚀的影响

为了研究不同逆坡耕作强度导致的土壤位移对坡面水蚀的影响,以金沙江干热河谷区坡面径流小区为研究对象,在径流小区5°,10°,15°坡面上,进行单宽流量为0.6 m^2/h的放水试验。在10°坡面的下坡位置设置0.05,0.10,0.20 m土层深度,分别代表连续耕作80,69,46年导致下坡位置土壤损失土层变薄情况。通过收集径流小区出口的产流量和产沙量,研究在不同坡度上的不同逆坡耕作强度导致的土壤位移对坡面产流率、产沙率、总流量和总产沙量的影响。结果表明:(1)在10°坡面,耕作年限越长,产流越快,不同耕作强度(年限)的产流率、总产流量、产沙率和总产沙量均表现46年<69年<80年的变化趋势,说明长期逆坡耕作导致的土壤位移加速了坡面水蚀的发生;(2)在耕作69年的坡面,坡度越大,产流越快。在测定坡度范围,产流率、总产流量、产沙率和总产沙量均表现出5°<10°<15°的变化趋势,即坡度的增加明显增大了坡面水蚀;(3)随耕作侵蚀强度的增大,坡面产流率与产沙率间的指数增长关系越显著,而坡度的增大弱化了水沙指数函数关系。研究成果可为揭示干热河谷区逆坡耕作强度和坡度对水蚀的作用机理提供参考。     

紫色土坡地旋耕机耕作侵蚀特征

耕作侵蚀的过程机制和防治技术研究是我国现阶段水土保持科学与技术的重点研究领域,关于小型旋耕机耕作的土壤再分布过程和影响因素研究较少.应用磁性示踪法研究旋耕机等高耕作、向下耕作和向上耕作的土壤再分布模式和强度,查明耕作速度对旋耕机耕作侵蚀的影响.结果表明:不同耕作方向下旋耕机单次耕作过程中均引起土壤同时发生向上坡和向下坡移动,且均导致土壤发生向下坡净位移;不同耕作速度时等高耕作和向上耕作土壤净位移与坡度均呈显著正相关(P＜0.01),而向下耕作二者无显著相关性(P＞0.05);土壤净位移量表现为快挡等高耕作(11.53 kg/m)＞快挡向下耕作(11.40kg/m)＞快挡向上耕作(7.59kg/m)＞慢挡向下耕作(7.33 kg/m)＞慢挡等高耕作(6.87 kg/m)＞慢挡向上耕作(6.29 kg/m);快挡时上下坡交替耕作的耕作侵蚀速率小于等高耕作,但慢挡时二者相当.旋耕机耕作相比传统耕作机具的耕作侵蚀明显下降,其推广应用对于防治紫色土坡地耕作侵蚀和土壤退化有重要作用.     

黄土坡面细沟侵蚀研究进展与展望

细沟侵蚀是黄土高原地区坡面土壤侵蚀的主要方式之一,在土壤剥蚀—搬运—沉积过程中具有重要作用,开展细沟侵蚀研究对于深入了解坡面土壤侵蚀机理与建立水土流失模型具有重要意义。从野外调查研究、室内模拟研究及细沟形态定量化等3个方面对坡面细沟侵蚀与特征的研究状况进行了综述,并探讨了细沟侵蚀研究的发展趋势。     

坡面径流水蚀动力参数室内试验及模糊贴近度分析

为了确定何种水蚀动力参数能更好地描述径流剥蚀土壤的过程,该文在坡度为3°～30°和流量为2.5～6.5 L/min范围内采用变坡土槽径流冲刷试验,对土壤水蚀动力过程进行了系统模拟,并运用模糊贴近度的分析方法,系统地研究了坡面水蚀动力参数(单宽径流能耗、水流剪切力、水流功率和单位水流功率)与土壤剥蚀率之间的贴近程度。研究结果表明:流量相同时,单宽能耗与土壤剥蚀率贴近程度最大,水流功率次之,且单宽能耗和水流功率分别与土壤剥蚀率呈线性关系,该研究说明单宽能耗和水流功率能较好地描述径流剥蚀土壤过程。     

龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀对有机碳迁移的影响

坡耕地土壤再分布对土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)迁移的作用机制研究已成为土壤侵蚀学研究的热点,然而目前极少有研究关注地震后生态脆弱的龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀机理及其导致的土壤有机碳再分布规律。该研究选择龙门山地震带内(都江堰市)一块陡坡耕地和一个梯田系列,采用137Cs法和野外调查,对比分析强震导致田埂垮塌和未受损情况下坡耕地土壤侵蚀空间变化特征和有机碳运移变化机理。结果表明,该区黄棕壤有效137Cs背景值为1 473 Bq/m2;坡度较小的坡式梯田内部上坡表现为侵蚀,下坡表现为沉积,同时,上部梯田的侵蚀速率高于下部梯田,但整个梯田系列净侵蚀量非常小,这表明梯田之间由于缺乏田埂的保护,水力也起着侵蚀、搬运上坡梯田土壤的作用,但是整个坡式梯田系列可以起到较好的保土作用,同时,坡式梯田内部主要以耕作侵蚀为主,是造成梯田上部坡位土壤流失严重的主要原因;陡坡耕地的地形为复合坡,由于田埂垮塌导致其土壤侵蚀速率显著高于坡式梯田系列,在整个坡面上,除了坡顶土壤侵蚀速率高之外,下坡坡度变大(曲率较大)的部位土壤侵蚀速率也非常高,同时,土壤沉积也发生在2个坡位(中下坡坡度较缓的部位和坡脚部位);在梯田系列和陡坡耕地上,SOC与土壤137Cs的空间变化规律较为一致。研究结果表明,在龙门山地震带,质量较好的石埂梯田仍然发挥着较好的土壤保持效果,同时,耕作侵蚀是该区坡耕地上一种重要的土壤侵蚀形式,在制定相应的土壤保持措施时,必须充分考虑耕作侵蚀的作用,才能有效地控制土壤侵蚀,此外,该研究结果还表明采用137Cs核素示踪技术可以比较科学地解释该区域的土壤侵蚀速率和SOC的空间变异规律。     

WEPP模型中细沟可蚀性参数估计方法误差的理论分析

细沟土壤侵蚀在坡面土壤侵蚀占有重要地位。土壤可蚀性参数是WEPP模型中计算预报/计算细沟土壤侵蚀中极其重要的参数。WEPP模型现在采用的可蚀性参数是用长的细沟/径流小区试验以细沟侵蚀产沙估计得到的最大可能剥蚀率为基础获得的。该文分析了细沟侵蚀产沙随沟长的变化关系,分析了可蚀性参数估计误差的来源。从理论上推导出了计算现有WEPP可蚀性参数估计误差的计算方法。理论分析表明,对于限定性细沟,可蚀性参数的估计误差主要来源于细沟最大可能剥蚀率的估计值。最大可能剥蚀率的理想估计值是水流载沙量与细沟长度的函数关系在细沟     

黄土高原水土流失及其防治措施

据统计,黄土高原水土流失面积高达43万km²,年输入黄河泥沙量16亿t。严重的水土流失导致土壤肥力低下,土壤质地变粗,团粒结构遭到坡坏,加剧了土壤缺水,改变了土壤成立过程。根据黄土高原丘陵区水土流失特征,探讨了水土流失原因,并提出了相应的防治措施──水土保持耕作措施,集水深蓄耕作技术,被改梯及打坝淤地工程措施及人工林草生物措施。     

旋耕机耕作对紫色土碳氮垂直分布过程的影响

利用在土壤表面人为添加钛铁矿粉以示踪表层土壤垂直和顺坡再分配过程,通过对比耕作前与模拟耕作20次、40次土壤有机碳和全氮垂直分布特征,研究紫色土旋耕机等高耕作所产生的土壤顺坡和垂直搬运耦合作用对有机碳、全氮垂直分布过程的影响机制。结果显示:强烈耕作后坡顶侵蚀深度超过原土壤剖面厚度,但土壤剖面厚度依然与耕作深度相当,这是由于耕作对坡顶土壤起着顺坡搬运(耕作侵蚀)和垂直搬运(破碎母岩)的双重作用。磁性示踪剂的深度分布显示出耕作引起表层土壤垂直向下迁移,但不同坡位垂直分布机制不同。坡顶土壤有机碳和全氮浓度明显减小,这是由于强烈的耕作侵蚀向下坡搬运耕层土壤,同时耕作垂直搬运引起母岩碎屑向耕层混入产生稀释作用;坡趾表层0—5 cm土壤有机碳和全氮浓度减小,但是5—20 cm明显增加,表明耕作侵蚀引起来自上坡的低浓度土壤在坡趾堆积。这些结果表明旋耕机等高耕作下土壤同时发生顺坡传输与垂直迁移,两者相互作用导致耕作侵蚀区和耕作沉积区呈现出明显不同的有机碳、全氮垂直分布模式。     

耕作侵蚀对紫色土坡耕地土壤水分分布的影响

通过短期连续耕作45次,模拟长期耕作对土壤水分分布的影响,利用TDR法按冬小麦5个生长期测定对照区与试验区(实施45次强烈耕作)土壤耕层(0-16.5cm)水分。结果表明,试验区土壤含水量比对照区低8.74%～25.49%,而土壤含水量变异性却比对照区高11.9%～399.8%,表明强烈耕作增大了土壤耕层含水量在坡面的变异性。对照区与试验区土壤含水量分布的差异主要表现在坡顶和肩坡,这种差异可能主要是由耕作侵蚀引起的。耕作侵蚀使上坡土壤发生流失,使土壤贮水性下降,导致试验区上坡土壤耕层含水量显著减小;耕作沉积使下坡土壤发生累积,但对试验区下坡土壤耕层含水量无显著影响。     

耕作侵蚀研究述评

耕作位移和耕作侵蚀主要是在重力作用下,由耕作工具触发的土壤侵蚀;是造成坡耕地土壤重新分布和坡耕地土壤侵蚀的重要过程之一;对坡面地形演化、土壤性质改变、土壤养分流失与重新分布、土地生产力降低、土壤碳储存变化等都有重要影响.在以往研究的基础上,总结耕作侵蚀的基本过程和机制、研究方法、影响因素和侵蚀速率的研究进展,讨论目前研究中的不足与未来可能的研究方向.不同于风蚀和水蚀,耕作侵蚀发生的动力条件是人为影响,而非自然发生的降水或风力;因而,其侵蚀过程和机制、研究方法、影响因素、侵蚀速率分布等均不同于风蚀和水蚀.耕作侵蚀主要受人为和自然因素的影响,人为因素驱动耕作侵蚀发生,坡面是耕作侵蚀的地形基础.人为因素主要有耕作工具特性、耕作方向、速度和深度等;自然因素主要包括坡面的形状和尺寸、地形、坡度和土壤性质等.强烈的耕作侵蚀主要发生在坡面上部和坡面曲率剧烈变化的部位.耕作侵蚀研究主要通过基于示踪技术的实测方法,结合模型预测开展.由于耕作侵蚀、风蚀和水蚀的研究方法各成体系,通用方法较少,因而,多营力侵蚀研究难度巨大.以137 Cs为代表的核素在研究水蚀、风蚀和耕作侵蚀中均表现出独特的优势,为区分多营力侵蚀中各种侵蚀的速率和贡献提供了新的可能.     

耕作侵蚀对紫色土坡耕地土壤容重和有机质二维分布的影响

为了研究耕作侵蚀对坡耕地土壤容重、有机质以及两者相互关系的影响,选择四川盆地中部的简阳县的坡耕地作为研究对象,采用模拟耕作的方法,通过对比模拟耕作前与5次、20次模拟耕作之后的土壤容重、有机质的水平以及垂直变化与分布规律,并探讨耕作侵蚀对两者关系变化的影响规律。研究结果表明:由于耕作侵蚀的搬运作用,5次和20次耕作之后坡顶位置的表层土壤被不断搬运至下坡位置,从而导致坡顶表层土壤容重增加;并且耕作过程中锄头的翻转作用改变了土壤容重在垂直方向的分布。耕作前土壤有机质在各坡面位置的垂直分布可用对数方程描述,然而5次和20次耕作之后其两者之间没有显示任何关系。耕作前土壤有机质含量与土壤容重呈现显著的负相关关系,5次和20次耕作之后,土壤有机质和土壤容重之间无相关关系。因此,耕作侵蚀改变土壤有机质和容重在水平和垂直方向的分布并且改变有机质和容重之间的关系。     

干热河谷区耕作侵蚀作用下坡面水力侵蚀特性

为了研究耕作侵蚀对坡面水动力学特性的影响,选择金沙江干热河谷地区的坡耕地作为研究对象,采用放水冲刷的试验方法,探讨耕作侵蚀影响侵蚀区土层厚度和作为侵蚀物源传输纽带这2种耕作侵蚀形式作用下坡面水动力参数的变化与分布规律,并分析坡面水动力参数与坡面产流和土壤剥离速率之间的关系。结果表明:耕作侵蚀区不同耕作侵蚀强度处理中,随着耕作侵蚀强度的增大,坡面产流速率和土壤剥离速率均呈现增大趋势;0~35年耕作侵蚀强度处理下坡面水流流态主要表现为紊状缓流,耕作侵蚀强度达到40年时则为紊状急流;阻力系数呈现随耕作侵蚀强度增大而减小的趋势,剪切力则呈增大的趋势。在耕作沉积区不同耕作位移处理中,随着耕作位移量的增大,坡面产流速率呈减小趋势,而土壤剥离速率呈增大趋势;0,12 kg/m的耕作位移处理下坡面水流流态主要表现为紊状急流,当耕作位移量达到21 kg/m,即下坡部位的细沟因土壤耕作位移被完全填充时,水流流态则为紊状缓流;随着耕作位移量的增大,阻力系数表现为增大趋势,剪切力则呈减小趋势。将坡面产流速率、土壤剥离速率与水动力参数进行相关性分析后,发现雷诺数能够较好的描述耕作侵蚀作用下坡面水力侵蚀状态。研究结果为干热河谷区坡耕地土壤侵蚀机理及治理方法提供了科学依据。     

黄土坡地耕作侵蚀对土壤养分影响的研究

通过地形测量、铯-137示踪、土壤性质分析及重复耕作的方法对黄土坡地耕作侵蚀对土壤养分的影响进行了研究,结果表明:全N、碱解N及有机质含量随投影坡长的变化可用抛物线描述,有效P及速效K的变化可用幂函数描述;全N、碱解N、速效K含量与耕作侵蚀的关系可用线性方程描述,有效P含量的关系可用三次多项式描述;耕作侵蚀对全N、碱解N、有效P及速效K含量的贡献率分别为16.47%、2.69%、48.85%及15.30%;由于耕作侵蚀,15年内碱解N、速效K、有机质及阳离子代换量的含量将在耕作侵蚀区呈减少趋势,在耕作沉积区呈增加趋势     

用Cs-137示踪法研究浙江天台县典型坡面的土壤侵蚀规律

Cs-137示踪法具有简单、快速、准确的优点,已广泛应用于土壤侵蚀研究.本文在非耕地土壤侵蚀模型的基础上,在浙江省天台县典型区域内,得出Cs-137基准值为2382.02 Bq/m2,土壤Cs-137剖面分布函数为 Cs = 243.73e-0.113z,同时分析了非耕地典型坡面上不同部位的侵蚀与沉积规律.结果表明:土壤侵蚀主要发生在土壤表层20 cm以内的范围,坡地土壤净流失上部大于中下部,在距坡脚附近有土壤沉积现象.坡面不同部位的土壤侵蚀速率并不随着坡长的增加而简单地增大,而是随地表植被结构和覆盖度的不同而变化.     

东北黑土坡耕地不同水力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响

集中水流条件下细沟土壤侵蚀过程对研究细沟侵蚀机理与土壤侵蚀预报有着重要的意义,并且为土壤侵蚀模型其他重要参数比如剥蚀率、可蚀性参数提供基础数据。为了研究东北黑土坡耕地不同水动力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响,该文采用室内模拟试验方法,测量含沙量随坡长的分布。试验设计包括4个坡度(5?、10?、15?、20?)与3个流量(1、2、4 L/min),在不同水力条件下,测量不同坡长(0.5、1、2、3、4、5、6、7、8m)含沙量。结果表明含沙量在各种水力条件下均随坡长增加,且其增加的速率随坡长减小。对坡长与含沙量系列数据用幂指数函数拟合,其决定系数R2在0.85到0.99之间。因此,黑土坡耕地细沟侵蚀产生的含沙量随坡长呈幂指数增加,且含沙量在一定坡长之后将达到最大值。随坡度和流量的增大,水流在更短的坡长上侵蚀并携带更大的最大含沙量。该文对进一步理解与研究细沟侵蚀过程有着重要的意义,且为深入研究细沟侵蚀提供了数据支撑,为土壤侵蚀模型剥蚀率、可蚀性参数等提供依据。