三峡水库典型支流消落带泥沙颗粒态磷复合指纹示踪研究

三峡水库消落带是库区水域与周边陆地环境的关键过渡地带,周期性反季节干湿交替使其具有强烈的物质交换特征。辨析消落带泥沙及其吸附的颗粒态磷的来源对消落带土壤污染防治和环境效应评估以及三峡水环境保护具有重要意义。以三峡库区汝溪河支流不同高程（145～155、>155～165、>165～175 m）消落带为研究对象,运用复合指纹技术查明,消落带泥沙中颗粒态磷的主要来源是长江干流悬移质和汝溪河上游悬移质。淹水期间长江干流江水顶托引起的泥沙沉积是颗粒态磷的主要来源,在>165～175 m高程带对颗粒态磷的贡献达到最大（54.5%）。雨季初期支流上游悬移质对145～155 m高程消落带的颗粒态磷贡献最大（51.6%）,而随高程的增加贡献率减少。消落带上方的土壤侵蚀产沙主要堆积在>155～165和>165～175 m高程范围内,导致消落带上方土壤对泥沙和颗粒态磷的贡献率都随高程的增加而增加。     

三峡库区干支流消落带泥沙沉积特征分析

为了阐明三峡库区消落带泥沙沉积的特征,选择三峡库区5个典型支流断面和2个干流断面,采集消落带沉积泥沙样和坡面对照样共42个,分析了三峡库区干支流消落带沉积泥沙的颗粒组成、养分元素(有机质、总磷、总氮、钾)以及沉积泥沙来源。结果表明:干流消落带沉积泥沙相比支流消落带沉积泥沙较粗,干流消落带泥沙粘粒呈现明显富集状态,富集率达到1.57。干流和支流消落带均表现为上部(170m)比消落带下部(160m)的~(137)Cs比活度高,由于消落带上部和下部受淹水时间的不同,造成消落带不同高程带的沉积过程和泥沙来源存在差异。干流消落带样的各养分元素含量与坡面表层对照样含量相当,并没有发生明显富集;而支流则相反,各养分元素有明显的富集,尤其是总磷元素,富集率达到2.43。     

三峡水库蓄水后长江干支流及消落带泥沙颗粒特征分析

采集长江干支流悬移质泥沙和长江干流典型消落带沉积剖面泥沙,通过分析其颗粒组成了解三峡水库水位变化下泥沙特性的时空变化。结果表明:空间上从江津到忠县悬移质泥沙呈现沿程逐渐细化的趋势;时间上旱季高水位时期忠县石宝镇悬移质泥沙较粗,而雨季低水位时期悬移质泥沙较细。2010-2011年消落带总沉积泥沙大致呈随采样点海拔的增加而逐渐变粗的趋势,而消落带多年净沉积泥沙粗细变化受海拔影响不大。悬移质和沉积泥沙在时空上的变异多数表现为:砂粒变异系数最大,粘粒次之,粉粒最小。     

三峡库区消落带土壤有机碳氧化稳定性特征

土壤有机碳氧化的难易对土壤质量和碳沉降具有显著的影响。选取三峡库区消落带的3个海拔梯度的土壤,以从未淹没的样地作为对照,研究消落带湿地不同海拔梯度土壤有机碳氧化难易各组分(F1:高氧化活性有机碳组分;F2:中氧化活性有机碳组分;F3:低氧化活性有机碳组分;F4:难氧化有机碳组分)的特征。结果表明:土壤F1组分含量和其所占有机碳的比例在所有样地的各组分中最高。土壤易氧化有机碳总量及其F2,F3和F4组分都是消落带区域小于从未淹没的对照样地,但是高氧化有机碳组分F1在海拔155~165m的消落带区域与从未淹没的对照样地之间并无显著的差异。在消落带区域,155~165m区域土壤易氧化有机碳及其F1组分显著大于144~155m及其165~175m区域的,而F2,F3和F4组分之间都无显著性差异。相关性分析表明,土壤易氧化有机碳及其氧化有机碳组分与土壤总有机碳之间都具有显著的正相关性,而氧化有机碳F3和F4组分只与土壤全氮之间具有显著的正相关性。消落带土壤易氧化碳活性系数的大小顺序为是155~165m145~165m165~175m,这意味着消落带土壤有机碳不稳定性高低的顺序为155~165m145~165m165~175m。     

三峡水库消落带不同水位高程土壤团聚体变化特征

为探究三峡水库消落带水位周期性涨落对土壤团聚体组成及稳定性的影响,采集消落带不同水位高程150 m,155 m,160 m,165 m,170 m和175 m的表层土壤,以未淹水高程180 m的表层土壤为对照,采用干筛法与湿筛法对土壤团聚体组成和稳定性进行了分析.结果表明:(1)7个水位高程土壤中>0.25 mm的非水...     

干湿交替下三峡支流消落带沉积物粒径组成及氮分布特征

以三峡支流澎溪河消落带为研究区域,采集澎溪河消落带上、中、下游3个水文断面,2个水位高程,5个深度的沉积物样品,结合沉积物颗粒分形理论探讨沉积物粒径组成与总氮(TN)、总可转化态氮(TF-N)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)含量和分布特征的关系。结果表明:澎溪河消落带沉积物粒径组成为砂粒(49.75%)粉粒(36.16%)黏粒(14.09%),粒径分布具有分形特征,分形维数(Dm)在2.612~2.781之间,均值为2.727。随消落带水位高程下降、流域断面自上至下、深度由表至底,黏粒、粉粒比例、Dm降低,砂粒比例升高。TN、TF-N、NO_3~--N含量分布与黏粒、粉粒、Dm正相关,与砂粒呈极显著负相关。Dm可作为判断沉积物粒径组成与氮含量关系的潜在指标。沉积物总体质地结构良好,但频繁的干湿交替使澎溪河下游和低水位高程沉积物保水保肥能力下降和砂质化,并通过改变粒径组成影响氮分布。落干期上游和高水位高程沉积物TF-N增加,提高了淹水期氮素进入水体并导致水体富营养化的风险。     

三峡库区消落带两个重要高程段边坡的生态修复模式

以三峡库区185m观景平台上游消落带生态治理试点为例,阐述了库区消落带两个重要高程段(夏季防洪水位145～152m和冬季蓄水位170～177m)内岸坡遭涌浪侵蚀破坏的现状,并对涌浪的成因及其对消落带岸坡的侵蚀机理进行了分析。研究表明,涌浪是造成库区消落带土壤侵蚀的主导因素;传统硬性加固措施应与生态河岸带构建技术有机结合。根据消落带坡度差异,分别提出了几种可行的生态修复措施,初步构建了一套针对库区消落带两个重要高程段内边坡的生态修复模式。     

三峡水库消落带不同水位高程土壤汞风险评价

以三峡水库消落带为研究区域,采集重庆涪陵、万州等9个区县不同水位高程共81个样点的土壤,分析其总汞含量与分布特征,并采用美国环保署推荐的健康风险评价模型,对不同水位高程土壤中汞进行健康风险评价。结果表明:三峡库区消落带土壤汞含量为(40.5±5.0)~(113.7±46.3)μg/kg,平均值为(68.5±22.7)μg/kg。不同水位高程土壤汞的平均含量为155~165m高程(79.4±18.4)μg/kg145~155m高程(66.9±14.6)μg/kg165~175m高程(59.2±13.3)μg/kg。单因子污染指数评价结果显示,不同水位高程土壤汞均未超过土壤环境质量标准的一级标准,但有80.2%的采样点土壤汞含量超过三峡库区土壤背景值。健康风险评价结果表明,儿童比成人更易受到土壤汞含量的影响。成人和儿童在不同水位高程所受的土壤汞年风险系数均小于美国环保署推荐的最大可接受风险水平,不会对人体健康产生非致癌风险。     

三峡水库干流消落带泥沙沉积影响因素

为揭示三峡水库消落带不同自然环境因素对泥沙沉积过程的影响及判别人类活动的干扰程度,采用原位观测方法,对三峡水库干流消落带的泥沙沉积量及其潜在影响因素(消落带微地形、河流水文泥沙条件、消落带土壤侵蚀、消落带植被状况和人类活动)展开调查、分析和量化测算,并利用典型相关分析和方差分析,研究不同因素对泥沙沉积量的影响.结果表明:1)库尾江津—涪陵河段以人类活动的影响最为剧烈,自然环境因素与泥沙沉积量均无显著关系.2)库中涪陵—奉节河段以消落带地形特征中的坡度和高程影响较为明显,二者与泥沙沉积量的相关程度分别为-0.508和-0.714;坡度越小,泥沙沉积越多;高程越低,消落带被含沙水流淹没的时间越长,泥沙沉积量也越多.3)库首奉节-秭归段则以坡度的影响为主,其与泥沙沉积量的相关程度为-0.517,坡度越小,泥沙沉积越多,不同高程间的泥沙沉积量并无太大差异.研究说明,三峡水库干流消落带泥沙沉积影响因素主要包括消落带坡度、高程、河流水沙条件和人类活动4种,植被盖度对消落带泥沙沉积过程没有影响,4种因素的影响范围存在较明显的空间变异性.     

三峡库区消落带不同高程桑树林地土壤抗蚀性及影响因素

消落带是典型的生态脆弱区,研究消落带土壤抗侵蚀特点对三峡库区水土流失防治具有重要意义。为了研究三峡库区消落带桑树林地土壤抗蚀性在不同高程处的差异,本文以典型消落带桑树林地为研究对象,采用土壤理化性质研究法对不同高程桑树林地土壤抗蚀性特征及其影响因素进行了分析。结果表明:1)不同高程桑树林地0~20 cm土层土壤抗蚀性指数具有较大差异,表现为180 m(38.22%)170 m(23.09%)165 m(18.4%)175 m(10.5%),且未淹没区(高程为180 m)大于淹没区(高程≤175 m);对于同一高程,表层(0~10 cm)土壤抗蚀性优于底层(10~20 cm)。2)土壤15个抗蚀性指标优化为F1、F2、F3 3个主成分,其土壤抗蚀性综合评价模型为F=0.655F1+0.236F2+0.109F3,评价结果表明不同高程桑树林地土壤抗蚀性大小为180 m170 m165 m175 m。3)相关性分析表明土壤抗蚀性指数与土壤黏粒(0.001 mm)、0.25 mm水稳性团粒含量呈极显著正相关(P0.01),相关性系数分别为0.878和0.732;与土壤有机质含量呈显著正相关(P0.05),相关性系数为0.689;与砂粒和粉粒含量相关性不显著。说明黏粒、0.25 mm水稳性团粒和有机质是影响三峡库区消落带土壤抗蚀性的重要因子。研究结果可为三峡库区消落带不同区域土壤流失进行针对性防治提供重要科学依据。     

黄土区坡耕地土壤结皮对入渗的影响

黄土高原地区,坡面土壤水分是生态建设的关键问题。以黄土高原坡耕地人为管理方式为背景,在室内人工模拟降雨条件下采用等高耕作和人工掏挖两种措施,并且设计直线坡作为对照,研究不同耕作措施下土壤结皮的形成特征,同时从降雨-入渗的角度研究两种类型结皮(结构结皮和沉积结皮)对坡面土壤水分入渗的影响。研究结果表明:土壤结皮阻碍坡面土壤水分入渗,结皮坡面产流时间早,且土壤累积入渗量明显低于无结皮坡面;采用Kostiakov模型、Horton模型、蒋定生模型对坡面土壤水分入渗过程进行优化模拟的结果表明蒋定生模型适用于描述本研究坡面土壤水分入渗的特征;耕作措施造成的微地形对土壤结皮的类型有很大影响,在洼地径流携带泥沙堆积形成沉积结皮,地势较高处降雨雨滴直接打击形成结构结皮。研究两种类型结皮发现,沉积结皮相对于结构结皮密度高且孔隙度低,并且两种类型结皮对坡面土壤水分入渗的影响存在差异,沉积结皮平均减渗效应为37.13%,结构结皮平均减渗效应为19.79%,因此,沉积结皮更大程度影响坡面土壤水分入渗。     

干旱半干旱区退化草地土壤水分变化及其对降雨时间格局的响应

降雨是干旱半干旱地区的主要水分来源,降雨量、降雨时长和降雨强度等共同影响降雨入渗,进而影响降雨对地表下不同土层的补充。研究干旱半干旱区退化草地生态系统不同土层土壤水分对不同量级降雨时间格局的动态响应变化,对于揭示水土关键要素、草地荒漠化防止及应对气候变化的影响均具有重要意义,基于2018年连续对锡林郭勒盟正镶白旗额里图牧场的降雨及地表下5,15,30,60,100 cm的土壤体积含水率数据的观测,探讨了各土层土壤水分变化及其对降雨事件大小的响应。结果表明:对于干旱半干旱区草地而言,降雨可以显著影响5-60 cm的土层土壤水分;随着土层加深,相同降雨过程引起的土壤水分增量呈降低趋势,0-10,10-20 cm土层土壤水分增量明显,小于3,6,20,50 mm的降雨不能到达地表以下5,15,30,60 cm土层;高降雨强度、降雨前较高的土壤含水率有利于雨水的下渗,5-60 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均呈显著或极显著线性关系,100 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均无显著线性关系,且30,60 cm土层土壤水分增量只在无雨日间隔极短且降雨量很大的情况下有明显波动。     

基于HYDRUS-1D的城市草地土壤水分模拟——以扬州市人工草地为例

[目的] 研究城市化背景下草地土壤水分运动规律,为提升海绵城市建设水平提供科学依据和技术支撑。[方法] 以江苏省扬州大学扬子津校区农水与水文生态试验场的人工草地为研究区,利用实测降雨和同期土壤含水量数据对不同降雨事件下的雨水入渗深度进行分析。通过HYDRUS-1D模型对研究区土壤含水量变化过程进行模拟。[结果] 在小雨（<10 mm）和中雨（10~25 mm）事件中,研究区草地的雨水入渗深度分别小于15 cm和30 cm;在大雨（25~50 mm）到暴雨（>50 mm）事件中,雨水入渗深度通常超过30 cm,或可达60 cm以上;土壤含水量模拟值与实测值的均方根误差范围为0.012～0.034 cm³/cm³。[结论] 不同等级降雨事件下的草地雨水入渗深度存在明显差异,入渗深度总体上随着降雨量的增加而增加;HYDRUS-1D模型能够准确模拟不同等级降雨事件下的城市人工草地区雨水入渗深度。     

不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量深层变化的影响

[目的]黄土高原地区水资源短缺,探究不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量变化的影响对区域水资源优化配置理论探索具有重要意义。[方法]基于甘肃省庆阳市南小河沟径流场自然降雨条件下的实测数据资料及4种土地利用方式(农、林、草、裸)覆盖下的降雨前后观测数据,分析了不同土地利用方式下5种不同次降雨等级的土壤含水量深层变化特征。[结果](1)土壤含水量的动态变化与土地利用方式关系较为密切。在4种土地利用方式中,林地比裸地的蓄水能力好,但裸地的土壤含水量在不同等级降雨影响下的波动最大。随着土层深度的增加,表层土壤含水量对降雨的响应比较明显,中间层和深层具有一定的滞后性。(2)特定降雨条件下,土壤不同深度的水分交换存在明显的水分活跃层分界点。大雨和暴雨条件下,在40 cm土层深度处出现明显的水分活跃层分界点;中雨条件下,除了农地雨后含水量差异较大之外,其他土地利用方式下,从60 cm处开始土壤含水量出现明显的水分活跃层分界点。(3)不同土地利用方式下降雨特征因子与表层土壤含水量的关联性都最小,与中间层和深层土壤含水量的关联性都较高;4种土地利用方式中相对于裸地,林地、草地和农地对土壤水分的调控作用较...     

云南干热河谷不同坡面整地方式强化降雨入渗的效益

通过对云南元谋干热河谷典型坡面上改造于2001年的水平台、水平沟及对照自然坡面的土壤水分进行动态监测,分析计算不同坡面整地方式在集中降雨条件下湿润峰运移情况、土壤水分通量及土壤持水量,结果表明:集中降雨后,缓坡上水平台整地在0—200 cm土层范围内湿润峰运移较明显;陡坡上的水平沟整地在0—100 cm土层范围内湿润峰运移较快,由于侧渗损失较大,100 cm以下土壤水分改善不明显;自然坡面在降雨前后只有0—40 cm土层范围内土壤水分有明显变化,40 cm土层以下湿润峰下移趋势不明显。实施水平台和水平沟整地后,强化了天然降雨入渗,分别能将89%和83%的降雨转化为土壤水分,在时空上对降雨重新进行了分配,而自然坡面只有22%的天然降雨能转化为土壤水分。水平沟和水平台整地能将拦截入渗的降雨转化为0—200 cm土层土壤水分,0—200 cm土层持水量最大增幅分别可达57.67、56.93 mm,并能使入渗的水分长时间蓄存在土壤中。     

呼伦湖流域3种利用方式草场水土及氮磷流失特征

为了研究不同利用方式草场水土和氮磷流失规律及原因,在呼伦湖流域选择传统放牧草场、草库伦草场、不放牧草场3种利用方式草场,用模拟降雨的方法进行了水土及氮磷随径流流失试验。结果表明：在40和75?mm/h 2种雨强下,传统放牧草场水土流失最严重。相同雨强下,总氮流失量：草库伦草场＞传统放牧草场＞不放牧草场;总磷流失量：传统放牧草场＞草库伦草场＞不放牧草场。同一种利用方式草场径流中总氮、总磷质量浓度与降雨强度关系不显著。草库伦草场可有效防止水土流失。传统放牧草场和草库伦草场的氮磷排放负荷与累积径流量之间存在线性关系,而不放牧草场的存在指数关系。该研究可为探讨呼伦湖流域草场合理利用、水环境的保护和面源污染的治理提供参考。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

深层干化黄土自然降雨入渗特征试验研究

为探讨自然降雨在黄土区干化土壤中的入渗性能,研究干化黄土的降雨入渗机制,在陕北米脂试验站,建立野外10 m大型土柱模拟枣林地深层干化土壤,利用CS650-CR1000土壤水分自动监测系统对2014-2019年的土壤水分状况进行了连续定位监测。结果表明:(1)日降雨量为33.6,35.6 mm的大雨(降雨强度分别为3.73,2.97 mm/h,降雨历时9.0,12.0 h)状况下,最大入渗深度为140,100 cm,累积入渗量达20.05,16.10 mm;日降雨量为19.0,16.8 mm的中雨(降雨强度分别为2.24,1.53 mm/h,降雨历时8.5,11.0 h)状况下,最大入渗深度为90,60 cm,累积入渗量达8.12,9.77 mm;日降雨量为9.6,8.8 mm的小雨(降雨强度分别为1.48,0.76 mm/h,降雨历时6.5,11.5 h)状况下,最大入渗深度为30,20 cm,累积入渗量仅为1.05,0.23 mm。(2)降雨入渗的湿润锋运移深度(Z_i)随时间(T)呈幂函数Z_i=aT^b增加。(3)雨水的入渗历时包括降雨历时、自降雨停止至入渗结束两个时段。6次降雨(33.6,35.6,19.0,16.8,9.6,8.8 mm)在降雨停止后时段内的入渗深度分别为100,60,70,40,30,20 cm,入渗量依次为9.86,10.78,2.09,8.42,1.05,0.23 mm。在总入渗历时内,6次降雨入渗补给系数分别为0.60,0.45,0.43,0.58,0.11,0.03。黄土区降雨入渗深度受降雨量、降雨强度、入渗历时影响较大,提高单次降雨的雨量有助于提升雨水入渗补给系数,促进干化土壤得到有效水分修复。     

喷施中性多聚糖对黄土坡面降雨入渗的影响

中性多聚糖(Jag S)是一种新型高聚物,研究该高聚物对黄土坡面降雨入渗的影响可对采用土壤侵蚀化学调控技术措施防治黄土坡面土壤侵蚀提供新的理论基础。通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强(1.0、1.5、2.0 mm min-1),不同坡度(10°、15°、20°)条件下,坡面降雨入渗及产流时间与喷施不同剂量(1、3、5 g m-2)Jag S之间的关系。结果表明:在不同坡度不同雨强下,与裸露坡面相比,喷施3种剂量的高分子化学材料Jag S均减少了前期降雨入渗率,但1及3 g m-2剂量Jag S处理能够明显提高黄土坡面入渗性能,减缓入渗在整个降雨过程的下降趋势,提高稳渗率,强化入渗效应均值分别为21.53%及9.17%,大剂量(5 g m-2)Jag S反而降低了土壤入渗性能(小雨强下除外)。喷施不同剂量Jag S的坡面其产流开始时间差异很小,但均早于裸露坡面,且表现为Jag S喷施剂量越大,坡面越早产流,大坡度大剂量对降雨产流时间影响较大。三个剂量对应产流时间提前百分比均值分别为47.26%、50.47%及66.28%。总之,Jag S在一定程度上能改善黄土坡面土壤结构,提高黄土坡面降雨入渗性能,从而降低土壤侵蚀,为采用高聚物进行水土保持提供了科学依据。     

不同降雨等级下杉木林土壤含水率和侧向流变化特征

为了探究不同降雨等级对林下不同深度土壤含水率和侧向流变化的影响,探究南京城郊杉木林各层土壤含水率、侧向流变化对降雨事件的响应,分析土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流的关系,初步探讨杉木林的水源涵养机制。选取南京市铜山林场46年生杉木林,在大、中、小3种降雨等级下,采用ECH₂O土壤水分监测系统对土壤剖面0—5,5—15,15—30,30—60 cm的土壤水分含量进行了实时连续监测。结果表明:（1）0—5,5—15 cm土层土壤含水率变化曲线和降雨量变化曲线具有同步性,15—30,30—60 cm土层含水率达到峰值时间滞后1～1.5 h;（2）小雨条件下,只有0—5,5—15 cm土层变化趋势较明显,侧向流主要发生在5—15 cm土层;（3）中雨条件下,雨强在8 mm/h和15.2 mm/h时,土层含水率出现2次明显的响应,侧向流主要发生在15—30 cm土层;（4）大雨条件下,累计降雨量22.8 mm时,5—15,15—30,30—60 cm土层出现峰值,侧向流主要发生在30—60 cm土层;（5）小雨、中雨、大雨过程中产生的最大侧向流分别为1.55,13.88,94.77 mm,随着降雨量的增加,侧向流有增加的趋势。土壤水分入渗为非饱和入渗,随着土层深度的增加,含水率峰值逐渐增大,侧向流增加较明显。土壤含水率变化和降雨量有较好的线性关系且相关性较强,随着降雨量的增加,土壤含水率和降雨量的相关性越来越差。土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流三者间互有显著相关性,最大侧向流与累计降雨量呈指数关系,y=0.7614e^0.2238x。