坡面土壤侵蚀分布规律的初步分析

通过在坡面不同位置布设REE示踪元素来研究坡面的侵蚀分布规律,结果表明:坡面的侵蚀分布符合Weibull概率分布模型。其中形状参数m与降雨量、降雨历时和径流深相关,而已度参数a与平均雨强、I₃₀相关。坡面的平均侵蚀强度基本上位于从坡脚向上的28～55m内;与我们假设的平均侵蚀强度位于坡面的下2/3处基本一致。但由于侵蚀过程的复杂性与影响因子的多样性．有些问题尚未解决,还有待于进一步研究。     

坡面细沟侵蚀垂直分布特征研究

基于土壤侵蚀ＲＥＥ示踪法的技术需要，对全坡长小区细沟侵蚀垂直分布特征进行了分析研究。在野外实地量测的基础上，首先提出了表征细沟侵蚀形态，强度的三个参数，即细沟平面密度细沟平均深度及细沟侵蚀强度，并对上述参数垂直变化特征进行了分析、计算，最后分析了全坡长小区细沟相对侵蚀量在垂直方向上的变化，初步得出细沟侵蚀强烈地段在坡面的中下部位，约占坡面细沟侵蚀总量的７０％以上。     

坡面侵蚀垂直分布特征动态变化过程初步研究

采用稀土元素示踪法对坡面侵蚀垂直分布特征动态变化过程进行了初步研究。结果表明，坡面侵蚀垂直分布特征在次降雨过程呈动态变化趋势，尽管在产流过程中相对侵蚀量的变化趋势基本相似，但比值差异很大，这主要取决于坡面径流的强度。此外，次降雨侵蚀产沙的垂直分布特征与侵蚀过程中产沙的分布特征差异亦很大，建议应加强侵蚀产沙过程的研究。     

137Cs示踪法研究坡度与土壤流失的关系

应用13 7Cs示踪法对陕西延安燕沟流域自然坡面上坡度与侵蚀强度之间的关系进行了研究。结果表明 ,坡面各点的坡度与侵蚀强度之间呈幂或指数函数关系 ,且相关性极显著 ,即随着坡度的增加 ,侵蚀强度呈幂或指数函数增加 ;偏相关分析结果表明 ,侵蚀强度与坡面平均坡度之间呈正相关关系 ,其相关系数为 0 4447。     

用137Cs法研究黄土区耕垦历史不同的坡面土壤侵蚀强度分异

以核素示踪技术为研究手段,以空间序列代替时间序列和以线控面为基本研究方法,在提出坡面平均坡度和坡面核素平均面积浓度计算方法的基础上,研究了黄土丘陵区典型小流域———延安燕沟流域不同开垦历史的农耕地坡面土壤侵蚀强度分异。通过不同开垦历史的坡面侵蚀模数与开垦时间、坡度、坡长的偏相关分析,结果表明,侵蚀模数与开垦时间的相关程度最大,其次是坡度,与坡长的相关性不明显。坡面土壤侵蚀强度随开垦年限的增长呈增加趋势,说明人为破坏植被、不合理开垦导致的人为加速侵蚀是近代黄土高原水土流失的主要原因。     

香根草植物篱对三峡库区坡耕地侵蚀分布的影响

为探究植物篱对坡耕地侵蚀分布的影响,设置1个坡度(15°)、3个降雨强度(60,90,120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素氧化物将坡面分成5段(自上而下),开展室内人工模拟降雨试验。结果表明:随着降雨强度的增加,各坡面条件示踪坡段的侵蚀速率和侵蚀量均有所增加,整体上均表现为CK>R>P的趋势,植物篱可以显著降低坡面各部位的侵蚀速率及其侵蚀量,且使得侵蚀产沙主要集中在坡中部的Ce、La和Yb 3个示踪区。与CK坡面条件相比,R与P坡面条件下Sm和Ce示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别减少77.15%,90.38%和30.01%,28.35%,而Yb、La和Eu示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别增加54.34%,35.39%和12.39%,40.58%以及101.45%,91.31%。研究结果表明,植物篱造成坡面下部侵蚀贡献减小而中上部侵蚀贡献增加,坡面侵蚀部位整体上移,对坡地侵蚀的空间分布有显著影响。     

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。     

PAM对不同雨强下黑土区土质堤防侵蚀的影响

[目的]探究不同浓度PAM的防侵蚀效果，进而为东北黑土区土质堤防治理提供理论依据。[方法]采用人工模拟降雨试验，共设置2个降雨强度(60,90 mm/h),5个PAM浓度(0,2,3,4,5 g/m²),观察不同雨强下PAM对坡面产流产沙、坡面侵蚀特征的影响，分析了各侵蚀形态下的水力学参数。[结果](1)在同一PAM浓度下，坡面平均产流率、平均产沙率随雨强的增大而增大。(2)在两个雨强下，平均产流率存在拐点，3 g/m²的平均产流率最小；平均产沙率随着PAM浓度的增长而降低，5 g/m²平均产沙率最小。(3)降雨强度60 mm/h,坡面的侵蚀形态主要表现为溅蚀和面蚀；降雨强度90 mm/h,坡面侵蚀特征表现为面蚀，部分伴有细沟侵蚀。(4)雷诺数(Re)小于500,均为层流，弗罗德数(Fr)小于1,属于缓流。降雨强度对水流剪切力、水流功率和单位水流功率的影响均大于PAM浓度。[结论]东北黑土区坡面施加PAM,可有效改良土壤结构，土壤水分入渗能力增强，减少了坡面侵蚀产沙，对于土质堤防侵蚀防治起到了一定的效果。     

REE示踪条带施放法研究坡面土壤侵蚀垂直分布规律

通过室内模拟和野外小区试验,采用中子活化分析手段,进行了运用ＲＥＥ 示踪条带施放法研究坡面土壤侵蚀垂直分布的可行性分析。结果表明：示踪元素条带施放法研究土壤侵蚀,可定量分析黄土坡面不同坡段的相对侵蚀量,具有满意的试验精度,并揭示了产沙强度随坡长存在３ 种变化模式。     

地形对黑土区典型坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响

研究地形对黑土区坡面侵蚀-沉积空间分布特征的影响可以为水土保持措施配置提供科学依据。以典型黑土区——黑龙江省宾县东山沟小流域为研究区域,在流域上游、中游和下游各选取2个典型坡面,坡面种植作物均为玉米。典型坡面坡顶、坡上、坡中、坡下和坡脚的平均坡度分别为3.1°,3.0°,4.0°,2.8°,1.2°。利用137Cs示踪技术,分析了坡度、坡长和坡形对坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响。结果表明:研究流域农耕地坡面以侵蚀为主,平均侵蚀速率为448 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ;坡面不同部位土壤侵蚀—沉积分布特征差异明显,坡顶、坡上、坡中和坡下主要表现为侵蚀,平均侵蚀速率分别为819、376、1 000和634 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ,而坡脚表现为明显的沉积,平均沉积速率为~(~(-1)) 382 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) 。不同坡形坡面侵蚀-沉积分布存在差异,凸形坡坡面表现为先侵蚀后沉积的分布特征,而复合坡坡面呈现出侵蚀-沉积交错分布特征;坡面土壤侵蚀速率与坡度和坡长均呈极显著的幂函数关系,而坡度对黑土区坡面侵蚀的影响明显大于坡长,反映了即使在长坡缓地形的黑土区坡度对侵蚀的影响仍然有重要作用。因此,在黑土区配置合理的水土保持措施时,应尽量削弱坡度对坡耕地土壤侵蚀的影响。     

黄土丘陵区典型峁坡土壤侵蚀空间分异特征

选择黄土高原丘陵沟壑区典型峁坡,采用137 Cs示踪技术,通过对不同坡向和坡位土样137 Cs含量的测定,分析了峁坡137 Cs空间分布特征及土壤侵蚀的空间分异。结果表明,不同坡向峁坡侵蚀差异明显,各坡向平均侵蚀速率大小依次为:北坡西南坡东北坡西坡西北坡南坡东南坡东坡,各坡向侵蚀强度均表现为强度侵蚀;峁坡各坡向不同坡位的侵蚀差异也非常明显,坡下部侵蚀量最大,坡面中上部次之。侵蚀速率顺坡呈波动变化趋势,且侵蚀强度表现为中度、强度以及极强度侵蚀,以强度侵蚀为主。     

不同质地重塑土坡面细沟侵蚀形态与水力特性及产沙的关系

土壤质地对坡面侵蚀产沙与细沟形态具有重要影响。为明确不同质地土壤坡面的细沟形态与侵蚀产沙特征的关系,该研究以土沙混合配制不同颗粒组成的重塑土坡面为研究对象,采用室内放水冲刷动床试验,选取了平均沟深、平均沟宽及断面宽深比等作为细沟基本形态参数,分析了坡面细沟形态与水力学特性、侵蚀产沙的定量关系,并建立坡面侵蚀经验预测方程。结果表明:1)沟深随坡度增大而增大,沟宽随坡度增大而减小,两者随流量的变化不明显,细沟断面宽深比随坡度和流量的增加逐渐减小;2)同一试验条件下,坡面含沙量的增加使细沟断面形态整体由"窄深式"趋向"宽浅式";3)单位水流功率、水流功率与坡面细沟形态参数的关系最为密切(r0.784,p0.01),平均沟宽与水力学参数关系不显著;4)平均沟深与细沟形态综合量化参数对坡面产沙有较好的预测效果(R20.747,NES0.755,p0.01);5)引入坡面土壤黏粒含量参数后,基于细沟形态参数与坡面土壤黏粒含量的坡面侵蚀经验预测方程可信程度与预测精度显著提高(R20.879,NES0.887,p0.01)。该研究为坡面侵蚀预测与侵蚀机理研究提供参考依据。     

东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作土壤侵蚀的对比分析

斜坡垄作是东北黑土区最普遍的垄作方式之一,但当前关于斜坡垄作对坡耕地土壤侵蚀的影响鲜见报道。为此,本研究基于室内模拟试验,设计2个降雨强度（50和100 mm/h）以及2种垄作方式（斜坡垄作和顺坡垄作）,分析东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作坡面土壤侵蚀的差异。结果表明：（1）在50和100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的0.46%和0.35%;但在45 min的降雨过程中,由于斜坡垄作发生断垄现象,造成50和100 mm/h两种降雨强度下斜坡垄作坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的1.24和1.03倍。（2）斜坡垄作径流强度和侵蚀速率随降雨历时的变化均从断垄开始发生突变。在50和100 mm/h降雨强度下,随着降雨历时的变化斜坡垄作断垄前的径流强度和侵蚀速率值均低于顺坡垄作,其平均径流强度分别为顺坡垄作的8.42%和3.75%、平均侵蚀速率分别为顺坡垄作的0.46%和0.35%,但斜坡垄作断垄后坡面径流和侵蚀速率明显增大,其平均径流强度分别为顺坡垄作的1.33和1.47倍、平均侵蚀速率分别是顺坡垄作的2.03和1.62倍。（3）在50和100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系（P<0.01）,而断垄后两者的相关关系则不显著（P>0.05）;而顺坡垄作在两种降雨强度下坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系。（4）在两种降雨强度下斜坡垄作坡面90%以上的径流泥沙均来自断垄后。因此,提高垄丘稳定性和防止断垄现象发生,是减少斜坡垄作坡面土壤侵蚀的关键所在。     

土壤结皮坡面流水动力学特征

为了深入探讨土壤结皮对侵蚀的影响机制以及两者之间的关系,以10°坡为例,在变流量(1.0,1.4,2.0,2.4和2.8 L/min)条件下进行室内冲刷试验,研究土壤结皮坡面径流水动力学特征(平均流速、平均径流深度、雷诺数、水流剪切力、水流功率、阻力系数)并分析坡面流水动力学参数与土壤侵蚀量的关系。结果表明,土壤结皮对坡面流水动力学参数影响显著。土壤结皮坡面雷诺数始终小于500,坡面流流态为层流;土壤结皮坡面具有较大坡面流流速,较小径流深度、水流剪切力和水流功率。结皮坡面的土壤侵蚀量明显低于无结皮坡面的土壤侵蚀量。土壤侵蚀量与坡面水动力学参数相关关系显著(相关系数R0.90),土壤侵蚀量与雷诺数呈线性正相关,与水流剪切力、水流功率的对数呈线性正相关,与阻力系数呈线性负相关。因此,在本研究中,单纯从径流冲刷侵蚀的角度土壤结皮的存在有利于减小坡面土壤侵蚀量。由于降雨因素对土壤结皮的侵蚀效应影响较大,将雨滴打击与径流冲刷相结合才能更好地研究土壤结皮对侵蚀的影响机制。     

基于RS和GIS的黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀地形特征研究

为了解黄土高原浅沟侵蚀地形特征,基于Qucickbird高分辨率遥感影像和数字高程模型,提取了坡面浅沟及其地形参数,并对浅沟侵蚀的地形特征参数和分布规律进行了统计分析,结果表明：黄土丘陵沟壑区,坡面坡度、长度、坡向以及上坡长度是影响坡面浅沟数量的主要地形要素,而浅沟侵蚀地形特征主要由坡面坡度、坡面长度、上坡长度和汇流面积共同决定;坡面长度与浅沟平均长度呈显著线性关系,坡面坡度与浅沟频度、浅沟坡度与其上坡长度间则均满足二次曲线;发生浅沟侵蚀的上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m;由浅沟坡度的正弦值与汇流面积确定出浅沟分布的临界曲线;阳向坡面的平均浅沟长度小于阴向坡面。基于RS和GIS技术能有效确定浅沟侵蚀地形特征,为黄土区坡面水土流失治理提供了技术支撑。     

人工降雨条件下云南红土坡面土壤侵蚀特性

[目的]揭示降雨强度、坡度和坡长与云南红土坡面土壤侵蚀之间的关系,为云南红土地区土壤侵蚀的防治提供依据。[方法]采用室内人工模拟降雨试验及理论分析相结合的方法。[结果](1)红土坡面侵蚀模数与降雨强度、坡度和坡长的相关关系显著(R20.95)。(2)在相同坡度、坡长条件下,红土坡面侵蚀模数与降雨强度呈幂函数关系;(3)在相同降雨强度、坡长条件下,红土坡面侵蚀模数与坡度呈二次多项式关系;(4)在相同降雨强度、坡度条件下,红土坡面侵蚀模数与坡长呈二次多项式关系。[结论]云南红土坡面侵蚀模数随降雨强度的增大而增大;当坡度小于临界坡度21.4°时,坡面侵蚀模数随坡度的增大而增大,当坡度大于临界坡度21.4°时,坡面侵蚀模数随坡度的增大而减小;坡面侵蚀模数随坡长的增大而增大。     

137Cs示踪分析东北黑土坡耕地土壤侵蚀对有机碳组分的影响

研究土壤侵蚀对有机碳不同组分流失的影响,可为科学评估土壤侵蚀在碳循环中的作用和探明农田有机碳变化机制提供理论依据。该研究以典型黑土区一凸型耕地坡面为研究对象,基于~(137)Cs示踪技术,分析了坡面土壤侵蚀特征及强度分布,定量分析了坡面有机碳组分的变化幅度及侵蚀强度与有机碳组分间的关系。结果表明:研究坡面年均侵蚀速率为3801.71t/(km~2×a),属中度侵蚀,33.33%的采样点为强烈侵蚀,极强烈及剧烈的侵蚀点占比11.11%,主要位于凸型坡中部坡度较陡处,26.67%为沉积点,主要分布在坡脚西侧。自开垦以来坡耕地土壤平均有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)含量下降了13.58%,其中矿质有机碳(Mineral-bound Organic Carbon,MOC)和颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon,POC)分别下降了7.52%和40.49%;POC中粗颗粒有机碳(Coarse Particulate Organic Carbon,CPOC)下降幅度最大(73.24%),细颗粒有机碳(Fine Particulate Organic Carbon,FPOC)无显著差异。坡面SOC、MOC和FPOC在沉积点均显著大于侵蚀点(P0.01),沉积点和轻度侵蚀点的SOC及MOC含量显著大于轻度以上侵蚀点(P0.01),SOC及组分MOC和FPOC均在中度侵蚀下降幅度最大,之后变化轻微。有机碳组分中MOC和FPOC含量随着土壤侵蚀强度的增大呈下降趋势,CPOC与侵蚀强度无显著相关性且沉积点及不同侵蚀强度之间均无显著差异(P0.05)。结果说明坡耕地中CPOC和MOC减少的驱动机制可能存在差异。     

砒砂岩区小流域坡沟系统地形及侵蚀分异规律

作为黄河流域典型生态脆弱区之一的砒砂岩区,水土流失治理难度大,区域地形、侵蚀在坡沟系统的分布迥异。区域土壤侵蚀研究多集中于刻画侵蚀空间分布及不同地类差异性研究,从坡沟系统细化开展研究工作较少,不能较好地为后续精细化治理提供支撑。因此,选取位于准格尔旗的3个典型砒砂岩区小流域,结合目视解译的流域沟沿线,开展了流域地形、水力侵蚀分布规律及其关联性研究。结果表明：流域地形因子分布特征与地貌特征分布一致,高值集中分布在沟道,低值则集中在坡面,且特拉沟小流域(覆沙)沟道处的地形因子统计值最大;砒砂岩典型流域水力侵蚀在坡面、沟道空间分布存在差异,流域坡面以微度侵蚀为主,占比达87%～97%,沟道微度侵蚀占比较坡面该值下降54%～72%,什卜尔泰支沟(裸露)沟道处的水力侵蚀模数均值最高,达97.5 t/(hm²·a);坡度、地表粗糙度、地表切割深度与水力侵蚀模数呈显著正相关关系(p<0.001),阳坡成为强度侵蚀以上单元的主要分布坡向,占比达56.8%～75.8%。因此,该区在后续小流域综合治理过程中,沟道及其阳坡是亟待加强的区域。     

基于KINEROS2模型的降雨和坡长因子对土壤侵蚀过程影响的研究

以不同坡长(1,5,10,15,20m)径流小区在不同降雨强度(25,50,75mm/h)下人工模拟降雨试验为基础,通过KINEROS2模型对坡面侵蚀过程及侵蚀量进行模拟,对比分析不同坡长、降雨强度及其交互作用对坡面土壤侵蚀过程及侵蚀量的影响,并评价KINEROS2模型的模拟效果及适用性。结果表明:坡长与总径流量呈一元线性关系(R20.990),与总侵蚀量呈幂函数关系(R20.900);降雨强度与总径流量、总侵蚀量之间呈倍数关系增加,且总侵蚀量的增率是总径流量增率的2~3倍;坡长与降雨强度之间存在交互作用,坡长、降雨强度和降雨强度-坡长交互作用与径流量、侵蚀量呈显著相关关系,并在坡面径流和侵蚀过程中表现为正效应。坡面径流量主要受坡长、降雨强度和降雨强度-坡长交互作用三者综合影响。坡面侵蚀量主要受坡长和降雨强度-坡长交互作用的影响极显著,受降雨强度的影响较显著。KINEROS2模型对径流过程的模拟优于侵蚀过程,对总侵蚀量的模拟优于总径流量,说明KINEROS2模型更适于对径流过程及总侵蚀量的模拟。从总体来看,KINEROS2模型对径流小区坡面土壤侵蚀过程及侵蚀量模拟效果较好,说明KINEROS2模型在中国西北干旱半干旱地区小区尺度上有较好的适用性。     

东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作土壤侵蚀对比分析

斜坡垄作是东北黑土区最普遍的垄作方式之一,但当前关于斜坡垄作对坡耕地土壤侵蚀的影响鲜见报道。为此,基于室内模拟试验,设计2个降雨强度(50,100 mm/h)和2种垄作方式(斜坡垄作和顺坡垄作),分析东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作坡面土壤侵蚀的差异。结果表明:(1)在50,100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的0.46%和0.35%;但在45 min的降雨过程中,由于斜坡垄作发生断垄现象,造成50,100 mm/h降雨强度下斜坡垄作坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的1.24,1.03倍。(2)斜坡垄作径流强度和侵蚀速率随降雨历时的变化均从断垄开始发生突变。在50,100 mm/h降雨强度下,随着降雨历时的变化,斜坡垄作断垄前的径流强度和侵蚀速率值均低于顺坡垄作,其平均径流强度分别为顺坡垄作的8.42%和3.75%;平均侵蚀速率分别为顺坡垄作的0.46%和0.35%;但斜坡垄作断垄后坡面径流和侵蚀速率明显增大,其平均径流强度分别为顺坡垄作的1.33,1.47倍,平均侵蚀速率分别是顺坡垄作的2.03,1.62倍。(3)在50,100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面径流量和侵蚀量存在极显著的线性关系(P<0.01),而断垄后两者的相关关系则不显著(P>0.05);而顺坡垄作在2种降雨强度下坡面径流量和侵蚀量存在极显著的线性关系。(4)在2种降雨强度下斜坡垄作坡面90%以上的径流泥沙均来自断垄后。因此,提高垄丘稳定性和防止断垄现象发生,是减少斜坡垄作坡面土壤侵蚀的关键所在。