坡地等高植物篱带间距对表土养分流失影响

等高植物篱带间距选择是坡地植物篱－农作系统的表土养分流失控制的重要一环,通过对植物篱带间养分流失的发展过程分析,认为在带间径注以侵蚀处于溅蚀公散－片流搬运为主的阶段时,篱前淤积层宽度应使水流流速衰减至小于一定粒径的土壤细颗粒的起动流速,才能有效减少养分流失,通过推导的一些公式估算,在三峡库区秭归县的植物篱试验区,带间距相当于细沟侵蚀发生的临界坡长（６m)时,天然降雨条件下片流侵蚀仍不足以侵蚀携带＜０.02mm的土壤颗粒,因此,细沟侵蚀是决定此类地区土壤细粒物质侵蚀的关键因素,从控制带间表土表失出发,等高植物篱带间距控制在细沟侵蚀发生的临界坡长以内。     

基于水动力学的紫色土区植物篱控制面源污染的临界带间距确定

为了分析确定紫色土区植物篱控制面源污染合适的带间距,该研究基于坡面水流动力学,利用四川省遂宁市水土保持试验站多年观测资料,分析了紫色土区新银合欢植物篱带间距对10°、15°农耕地面源污染的控制机理。结果表明：紫色土区在天然降雨条件下,为保证植物篱带间距能有效地控制篱带间的土壤流失,坡面发生细沟侵蚀时的径流流速应不大于颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速。通过对坡面细沟发育过程推导表明,紫色土区坡度为10°、15°的坡面布设植物篱时带间距最大分别应为13.73、9.00 m。当坡面开始产生细沟侵蚀时的径流流速与颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速刚好处于临界状态时,10°、15°坡面产生细沟侵蚀的最小径流流速分别为0.183、0.190 m/s。坡面表土养分流失主要是通过土壤颗粒流失的,植物篱控制坡面土壤颗粒的流失对控制农业面源污染具有重要意义。     

湿润区坡地香根草植物篱农作措施对土壤侵蚀和养分的影响

为了解植物篱农作措施的侵蚀、养分循环特征,促进湿润半湿润地区坡地可持续利用。在三峡库区王家桥小流域建立了6个香根草(Vetiveria zizanioides)植物篱农作小区,包括：传统坡地耕作对照小区(C);单纯植物篱坡耕小区(H);植物篱+无机肥坡耕小区(HI);植物篱+有机肥坡耕小区(HO);植物篱+覆盖+无机肥坡耕小区(HIM);植物篱+无机肥+有机肥+覆盖坡耕小区(HIOM)。试验结果表明：N素损失的主要途径是径流携带,各植物篱小区的N损失达对照小区的2～3倍。泥沙携带是P素流失的主要形式,其径流损失几乎可以忽略。K素的径流携带损失非常严重,但低于其泥沙侵蚀损失。N、K平衡与作物产出正相关,越是高产区其养分平衡状况越容易出现亏损。单纯的植物篱措施有较明显的控制土壤流失功能,但减流效益不明显。施肥、覆盖措施,以及作物产出对植物篱农作措施的侵蚀有巨大影响。采取覆盖结合施肥的植物篱小区(HIOM和HIM),水土效益最高,但投入高,产投比过低;植物篱配合有机肥或者无机肥措施小区(HO和HI),水土保持效益和产投比均比较理想。综合生态、经济效益,应该优先推广HO和HI农林复合坡耕经营模式。     

GIS支持下小流域农林复合经营的侵蚀控制模拟——以冀西北青边口河小流域为例

根据张家口郭家梁试验场的小区资料 ,建立了小流域侵蚀产沙模型以及植物篱侵蚀控制模型 ;并在 GIS的支持下 ,从小流域数字高程模型 (DEM)中提取基于地块间水沙汇流网络 ,生成基于地块的水沙运移网络图 ,并将地块间的水沙汇流过程引入小流域侵蚀产沙的模拟中 ,实现了侵蚀产沙模型与地理信息系统 (GIS)的深层次耦合 ,模拟出坡面水沙在小流域的空间运动过程。1995～ 1999年青边口河小流域模拟结果表明 ,坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地平均侵蚀模数最大 ,是侵蚀控制的重点土地利用类型。在坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地配置面积占流域总面积的 18.2 %的植物篱—农作系统 (10 m带间距 2年生紫穗槐植物篱 ) ,利用次降雨资料计算模拟结果表明 ,对径流的控制效果在 8.1%～ 46 .2 %之间 ,对侵蚀模数的控制效果在 42 .9%～ 5 0 .2 %之间 ;养分流失的模拟分析表明 ,在现有条件下有机质的损失较大 ,而通过配置植物篱—农作系统可以有效地减少养分流失。     

GIS支持下小流域农林复合经营的侵蚀控制模拟 --以冀西北青边口河小流域为例

根据张家口郭家梁试验场的小区资料,建立了小流域侵蚀产沙模型以及植物篱侵蚀控制模型 ;并在GIS的支持下,从小流域数字高程模型(DEM)中提取基于地块间水沙汇流网络,生成基于地块的水沙运移网络图,并将地块间的水沙汇流过程引入小流域侵蚀产沙的模拟中,实现了侵蚀产沙模型与地理信息系统(GIS)的深层次耦合,模拟出坡面水沙在小流域的空间运动过程.1995～1999年青边口河小流域模拟结果表明,坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地平均侵蚀模数最大,是侵蚀控制的重点土地利用类型.在坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地配置面积占流域总面积的18.2%的植物篱-农作系统(10m带间距2年生紫穗槐植物篱),利用次降雨资料计算模拟结果表明,对径流的控制效果在8.1%～46.2%之间,对侵蚀模数的控制效果在42.9%～50.2%之间;养分流失的模拟分析表明,在现有条件下有机质的损失较大,而通过配置植物篱-农作系统可以有效地减少养分流失.     

三峡库区植物篱技术对坡耕地土壤肥力的影响

通过三峡库区25°紫色土坡耕地的定位试验观测,探讨了植物篱技术对坡耕地土壤肥力的影响。结果表明,植物篱技术科学合理地解决了坡耕地用地和养地的问题,一方面通过植物篱根系吸收土壤深层养分并以刈割茎叶返还土壤,促进了养分的循环与再分配,发挥了养分泵的功能;另一方面通过植物篱的阻滞和坡面覆盖,减少了由径流与侵蚀泥沙携带的养分损失,有效地改善了土壤肥力性状。     

基于GIS的农林复合经营的侵蚀控制模拟研究

根据张家口郭家梁试验场的小区资料，建立了小流域侵蚀产沙模型以及植物篱侵蚀控制模型，并在GIS的支持下，从小流域数字高程模型（DEM）中提取基于地块间水沙汇流网络，生态基于地块的水沙运移网络图，并将地块间的水沙汇流过程引入小流域侵蚀产沙的模拟中，实现了侵蚀产沙模型与地理信息系统（GIS）的深层次耦合，模拟出坡面水沙在小流域的空间运动过程。1995－1999年的青边口河小流域模拟结果表明：坡耕地，荒坡地，低覆盖的天然草地的平均侵蚀模数最大，是侵蚀控制的重点土地利用类型，在坡耕地，荒坡地，低覆盖的天然草地配置面积占流域总面积的18．2％的植物篱一农作系统（10m带间距的二年生紫穗槐植物篱），利用次降雨资料的计算模拟结果表明，对径流的控制效果在８．１％－４６．２％之间，对侵蚀模数的控制净利要在４２．９％－５０．２％之间，养分流失的模拟分析表明，在现有条件下有机质的损失较大，而通过配置植物篱－农作系统可以有效地减少养分的流失。     

草被覆盖对养分迁移机制的影响

为探讨草被覆盖对养分流失机制的影响,采用室内模拟降雨试验,在30mm/h雨强下,对不同水土保持先锋植物种(紫花苜蓿、狗尾草)、4种植株密度(0,80,120,160株/m~2)、2种处理方式(保留整株植物、仅保留地下部分)下养分随泥沙和径流的流失浓度与流失总量进行研究。结果表明:草被覆盖能有效控制坡面侵蚀,其中紫花苜蓿和狗尾草植株控制土壤侵蚀作用与地下部分关系密切,地上部分作用不明显。裸坡养分随泥沙的流失量是有植被坡面的1.49~5.90倍(全氮),1.24~8.61倍(全磷),1.17~1.82倍(速效钾),但两者的流失浓度差异不显著,表明草被控制养分随泥沙流失作用主要来源于控制侵蚀量,其中狗尾草地下部分减少养分随泥沙流失的作用强于紫花苜蓿地下部分,紫花苜蓿地上部分减少养分流失的作用强于狗尾草地上部分;同时随植株密度增加,草被地下部分减少养分随泥沙流失的作用逐步增强。草被覆盖能有效减少坡面养分随径流流失,地下部分坡面与全株坡面的全氮流失量比值为1.02~1.05(狗尾草),1.10~1.14(紫花苜蓿),表明草被控制养分随径流流失作用主要来源于地下部分,其中狗尾草地下部分作用较紫花苜蓿明显;同时随植株密度增加,地下生物量控制全氮和全磷养分随径流流失的作用逐步强化,但地下部分控制速效钾流失作用的权重没有明显的定向变化。径流养分浓度动态变化前期不断下降,后期趋于稳定,其中幂函数对养分浓度动态变化的拟合效果最佳;同时全氮和全磷动态变化与植株状况关系密切,而全磷对植株完整状况变化响应不明显。     

等高草灌带在长汀水土流失治理中的应用与成效

长汀县在2000年以来的水土流失综合治理过程中,根据坡面径流调控理论,创新采用坡面工程与生物措施相结合的等高草灌带造林技术,并作为关键技术运用在强度侵蚀区的治理实践中。与对照坡地相比,等高草灌带治理区植被盖度由28%上升为91%,侵蚀模数由4836t/km2.a下降为438t/km2.a,径流系数由0.52减少为0.27,有效地削减了坡面径流泥沙,控制了水土流失,促进植被快速生长覆盖地表,从而使退化生态系统得到较好的恢复。     

植物篱对坡面土壤养分流失的影响

植物篱能够有效控制土壤侵蚀,减少土壤养分流失,被人们广泛应用,然而针对植物篱影响较短坡长坡耕地土壤肥力的研究很少。通过栽培0.8m,1.0m,1.2m三个宽度植物篱,设置带间、带上、带中和带下采样点以及每个采样点分0—15cm层和15—30cm层取样来研究紫花苜蓿带对坡长为24m的自然坡面的土壤养分影响。结果表明:篱宽与土壤有机质、有效磷之间存在一定的相关性,在上坡位布设较宽植物篱能更好地使土壤有效磷在坡面上均匀分布;土壤有机质和有效磷在带上富集,而表现为带间和带下强烈侵蚀,出现水平带状分布;0—15cm层土壤有机质和有效磷变化受植物篱的影响较大,15—30cm层土壤有机质和有效磷变化幅度较小。植物篱可以改变坡面微地形,且0—15cm层土壤有机质和有效磷在带上部位富集,含量最高,而15—30cm层在带中含量最高。土壤有机质在坡面呈高度耗损,而有效磷呈高度富积。因此,种植草本植物篱时,应该考虑合适宽度,选择适时适地的植物种,考虑植物篱给带下部位带来的养分流失,加强植物篱带下土壤的管护,从而提高整体土地生产力。     

工程堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机制研究

工程堆积体极易产生水土流失,是生产建设项目水土流失防治的重点。为探明工程堆积体植物篱控蚀效果和机理,通过野外模拟径流冲刷试验,该文采用35、45、55 L/min 3种放水流量,对24°、28°、32°三种坡度的植物篱(H)及裸露对照小区(C)堆积体边坡(20 m×5 m标准监测小区)进行模拟放水冲刷试验,选取产沙率、径流含沙量、减沙量、径流挟沙力、剪切力、剥蚀率和径流功率等因子对堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机理进行分析。结果表明:堆积体侵蚀时间段集中在产流中后期(10~32 min),侵蚀位置主要在坡面中上段(0~10 m),植物篱具有10%~45%的减沙效益,其控蚀能力与冲刷历时之间存在二次函数的关系,临界时间随坡度和流量的增加而提前;植物篱坡面产流后期径流含沙量超过裸坡,这与其在侵蚀过程中的"源-汇"转变有关;植物篱可降低坡面土壤剥蚀率,提高坡面的临界剪切力和临界径流功率,能抑制细沟向坡面下部的发育,基于径流功率,其可蚀性参数(3.58 g/(N·m))大于对照坡面的可蚀性参数(2.83 g/(N·m))。研究结果可为坡面植物篱的合理利用提供一定的理论支撑,也能为工程堆积体措施条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供部分参数支持。     

东北黑土区不同坡段等间距植物篱减流减沙特征

植物篱作为一种有效的水土保持措施,带间距是其配置的关键参数,当前大部分植物篱布设时采用等间距设计,但不同坡段等间距植物篱的作用效果如何尚不明确。以东北黑土区不同坡段等间距植物篱为研究对象,通过含沙径流冲刷试验,模拟不同坡段等间距植物篱在坡度5°,雨强100 mm/h降雨条件下的产流产沙过程。结果表明:与裸地对照相比,各坡段植物篱能够阻延坡面径流,且随坡段的下移,滞后时间逐渐缩短;各坡段植物篱产流、产沙速率在时间尺度上表现基本一致,在上、中坡段植物篱坡面相对平稳,下坡段植物篱坡面后期呈明显波动,其变化趋势与坡面侵蚀形态密切相关,且整体均小于对照坡面;不同坡段植物篱减流效益为5.40%～10.16%、减沙效益为51.90%～75.72%,尽管有较好的减沙作用,但下坡段植物篱坡面的侵蚀模数已达到259.96 t/km~2,超过东北黑土区允许土壤流失量。可见,等间距植物篱需设计改进后,方可应用于东北黑土区。研究结果为东北黑土区植物篱设计提供重要科学依据。     

耕作措施及雨强对南方红壤坡耕地侵蚀的影响

选择典型南方红壤区平均坡度为10°的坡耕地小区进行天然降雨观测,对横坡耕作、顺坡耕作、顺坡耕作+植物篱、稻草覆盖4种耕作措施在侵蚀过程中的径流泥沙和养分流失特征进行研究。结果表明,监测期间,径流深和泥沙流失量基本随雨强的增大而增加。随着耕作措施由顺坡耕作向顺坡耕作+植物篱、横坡耕作、稻草覆盖的转换,减流效益、减氮效益和减磷效益依次增大。稻草覆盖措施减流效益最佳,为91.77%;横坡耕作措施减沙效益最佳,为98.91%;稻草覆盖、横坡耕作和植物篱3种措施在防治高强度降雨引发的土壤侵蚀和养分流失具有较高的效益。耕作措施对泥沙粒径分布有影响。与顺坡耕作、横坡耕作相比,植物篱和稻草覆盖措施能够更有效地拦截径流中的粗颗粒。该研究可为南方红壤丘陵区坡耕地选择合适的耕作措施和防治农业非点源污染提供依据。     

碎石土坡地不同植被配置下的养分流失途径

为了解不同植被类型及覆盖度对碎石土壤坡地养分流失途径的影响,采用模拟径流小区降雨,研究了6种植被配置模式下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙氮、磷养分流失特征。结果表明:植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91~4.60倍,磷流失量减少了6.25~63.9倍,养分控制效果排序为草灌草本灌木裸地。6种植被配置下的地表径流、壤中流及侵蚀泥沙养分流失量存在显著差异,裸地氮、磷的主要损失途径是侵蚀泥沙,灌木是地表径流,草本与草灌结合处理则是地表径流和壤中流;而草本、灌木以及草灌结合土壤磷的主要损失途径是侵蚀泥沙与地表径流共同作用的结果。不同植物覆盖措施对含碎石土裸地氮、磷的流失起到显著的截留作用,主要通过由侵蚀泥沙向非侵蚀泥沙途径转化而实现对氮磷的截留。灌木覆盖度与地表径流的氮磷流失量、径流总量的氮磷流失量之间呈现显著的正相关性,与壤中流的氮磷流失量呈现显著的负相关性。     

植物篱防蚀措施对三峡库区坡耕地微地形的影响

三峡库区是我国重要的水蚀区之一，过度农业利用引发水土流失和生态退化。采用保护性管理对坡耕地水土和营养盐流失的影响已经开展了很多研究，而基于长期试验的保护性管理措施对坡面微地形的影响，鲜有涉及。本文对位于三峡库区域地区陡坡地四种管理模式长期试验径流小区坡面地形相关参数进行了观测、分析。结果显示，与对照小麦—花生种植模式相比，采用套种紫花苜蓿植物篱、香椿植物篱能够极显著降低水土流失，坡面地形沿篱基梯级化显著。而黑麦草-籽粒苋替代模式对水土流失控制效果不稳定，且坡面地形与对照无差异。小麦-花生套种紫花苜蓿、香椿植物篱处理的坡面均形成基于篱带部的篱坎，篱坎下部侵蚀较强，篱带上淤下蚀现象明显。其中小麦-花生套种香椿植物篱小区坡面形成2级植物篱淤积坎，坎宽幅平均达到420.8 cm，淤积坎相对高差为40.4 cm，平均坡度下降1.4度。小麦-花生套种紫花苜蓿植物篱坡面形成4级篱坎平均坎宽幅为210.3 cm，平均相对高度为110.6 cm，平均坡长为238.1 cm，平均坡度下降0.3度。说明坡耕地采用植物篱技术能够减蚀截淤，显著改变微地形。针对微地形的变化，套作植物篱的坡耕地在后期宜实行坡改梯或梯级坡地配套完善灌排设施，利用已优选的植物品种设计木本与草本套种的复合植物篱，有望进一步改善土体根系分布，从而稳固篱坎，控制水土流失。该研究为植物篱技术后续管理措施优化提供了参考依据。     

云南曲靖烤烟坡耕地不同农作处理的水土流失特征

通过对云南红壤坡耕地一年内产流降雨的监测,研究不同农作处理下烤烟坡耕地的水土流失特征。结果表明：1）顺坡垄作处理条件下,施肥量的差异造成地表植被覆盖率的差异,影响了水土流失量和养分流失量;2）破膜提土处理条件下,相比未破膜处理,破膜后可增加地表土壤的保水能力、减少水土流失量,其中秸秆覆盖在揭膜后对减轻水土流失效果更好;3）烤烟生长前期,农作处理方式是影响水土流失和养分流失的主要因素,烤烟生长后期,地表植被覆盖率成为影响坡耕地水土流失和养分流失的主要因素;4）氮、磷养分流失途径相比较,总磷流失相对于总氮流失受径流流失影响更大。     

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系）,开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。     

草篱对坡耕地水土流失的影响

在华北地区采用人工模拟降雨的方法研究了狼尾草和野古草两种人工草篱在不同雨强(22,36,63 mm/h)和不同坡度(5%,10%,15%,20%)条件下对坡耕地水土流失的影响。结果表明:野古草草篱可减少7%~37%的地表径流和49%~63%土壤侵蚀,狼尾草草篱可减少30%~72%的地表径流和69%~89%的土壤侵蚀,数据显示两种草篱均能减少坡耕地地表径流和土壤侵蚀,且狼尾草草篱的水土保持作用明显好于野古草草篱;多元回归分析结果表明,地表径流量和土壤侵蚀量与草篱、坡度和降雨强度均呈显著相关,其中草篱带是影响坡耕地水土流失的主要因子。     

垄作方式对薄层黑土区坡面土壤侵蚀的影响

定量评价垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,可为坡面土壤侵蚀防治提供理论参考。基于2012—2015年哈尔滨市野外径流小区监测资料,探讨了顺坡垄、横坡垄、无垄作(裸地休闲对照)垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,分析了不同垄作方式下坡面水沙关系。结果表明:不同垄作方式下径流量和侵蚀量均具有显著差异,坡面径流量和侵蚀量均表现为无垄顺坡垄横坡垄;与无垄作试验处理相比,横坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少了92.4%和98.3%,顺坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少66.4%和72.2%。当坡度由3°增加到5°时,无垄作、顺坡垄作、横坡垄作坡面侵蚀量分别增加了0.8,8.2,5.5倍。3种垄作方式下坡面水沙关系均呈现出良好的相关关系,顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀量随径流量的增加幅度远大于横坡垄作坡面,当坡面径流量10.0mm时,二者坡面侵蚀量急剧增加。