紫色丘陵区坡耕地生物埂土壤抗冲性研究

本文以紫色丘陵区坡耕地4种典型生物埂为研究对象,采用原状土冲刷水槽法系统分析各种生物埂的土壤抗冲性。结果表明:（1）各种生物埂径流含沙量随着冲刷时间的继续出现“先急剧减小后平稳减小直至稳定”的变化趋势。在冲刷0~3 min,各生物埂土壤的径流含沙量均较大,随后径流含沙量平稳变化并趋于稳定。（2）生物埂抗冲刷过程可划分为快速冲刷阶段（0~3 min）、慢速冲刷阶段（3~20 min）和平稳冲刷阶段（20~28 min）3个阶段。生物埂土壤抗冲性随着冲刷时间的增长而不断增强,两者之间可用幂函数表示,其R²值在0.848 7~0.989 9。（3）各种生物埂土壤抗冲性随着坡度的增大而降低,两者关系达到极显著水平（R²=0.790 7,N=12,p < 0.001）,可用幂函数表示。研究结果可为紫色丘陵区坡耕地生物埂措施合理布置及其稳定性评价提供科学依据。     

坡耕地治理是四川省丘陵区防治水土流失的根本途径

丘陵区是四川省粮、油、棉、麻、果、猪等的主产区,水土流失是该区农业发展中的主要问题。降水集中,强度大;地形起伏丘陵面积占80%以上,侏罗系和白垩系紫色沙泥岩风化物和其土壤松软,抗冲抗蚀力弱;加上人口密集,521人/km~2,是该区水土流失的主要原因。典型调查表明,占耕地45.58%的旱坡地是该区水土流失的主要源地。因此,改造坡耕地(坡改梯、培肥土壤),推广沟、坎、池、凼结合的蓄排工程,沙凼、蓄水池,粪池三池配套经验,是治理丘陵坡地行之有效的措施。文章从坡地治理的责权利等农村政策、资金投放、因地制宜综合治理等方面,提出搞好坡地水土流失治理的措施和意见。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂土壤结构特征及其对入渗的影响

以紫色丘陵区坡耕地生物埂为研究对象,采用土壤理化分析方法对紫色丘陵区坡耕地桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂和自然生草埂模式下的土壤结构特征及其对入渗性能的影响进行分析。结果表明:(1)生物埂有效增加了土壤有机质含量,提高了土壤孔隙度,均表现为桑树埂花椒埂紫花苜蓿埂自然生草埂,相比自然生草埂,桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂有机质含量分别增加了48.6%,45.8%,27.9%。生物埂提高了土壤大团聚体含量,改善土壤的团聚状况,增强了土壤结构稳定性;(2)不同生物埂土壤入渗速率随着时间的增加而逐渐减小,最后均趋于一个稳定值。入渗初期(0~2min),不同生物埂入渗率最大,桑树埂的初始入渗率最大(1.91mm/min),分别是花椒埂、紫花苜蓿埂和自然生草埂的1.05,1.28,1.61倍;随着时间的增加,土壤水分含量增加,入渗速率依然呈下降趋势,但下降趋势变缓;30min之后,土壤含水量达到饱和状态,入渗基本保持稳定,即达到了稳定入渗状态。且初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率变化趋势一致,依次为桑树埂花椒埂紫花苜蓿埂自然生草埂;(3)不同生物埂模式下土壤入渗性能与土壤容重呈极显著或显著负相关,与土壤有机质、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和粒径0.25mm水稳性团聚体呈极显著或显著正相关。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂的土壤抗蚀性综合评价

本文以紫色丘陵区坡耕地生物埂为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法对紫色丘陵区坡耕地桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂、自然生草(狗尾草为主)埂模式下的土壤抗蚀性进行综合评价。结果表明:1)生物埂能有效增加土壤含水率和土壤有机质含量,改良土壤结构,且木本埂(桑树埂和花椒埂)改良效果更好。2)在评价生物埂土壤抗蚀性的四大类指标当中,变异程度最大的是水稳性团粒类指标,变异范围为46.84%~22.81%,平均变异达31.10%;其次为微团聚体类指标,变异范围为41.08%~20.55%,平均变异达30.97%;变异程度最小的为有机质,平均变异17.11%。3)通过主成分分析,13个用于表征研究区土壤抗蚀性的指标可优化为0.5 mm水稳性团聚体含量、团聚体分散率、水稳性指数和0.001 mm的黏粒含量4个指标。4)4种坡耕地生物埂模式下土壤抗蚀性综合指数大小依次为花椒埂桑树埂紫花苜蓿埂自然生草埂,抗蚀性强弱表现为花椒埂桑树埂紫花苜蓿埂自然生草埂。研究结果可为完善不同保护性耕作模式下土壤抗蚀性评价指标体系和区域性土壤抗蚀性评价及坡耕地水土保持措施的选择提供依据。     

紫色丘陵区坡坎的水土保持技术初步研究

为充分开发利用四川盆地丘陵区占总土地面积15％的坡坎,研究了坡坎的水土保持技术;稻草覆盖、集水坑洞、种植黑麦草和等高扎稻草埂的效益。结果表明这些措施都有一定,其中,种植黑麦草在试验条件下,对提高土壤含水量有较好的作用,其次是扎草埂和稻草覆盖。保水效益较好的是稻草覆盖和集水坑洞措施,因为它们在雨后几天内能释放其接纳的部分雨水。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂的土壤结构稳定性与抗蚀性分析

以紫色丘陵区坡耕地4种典型生物埂为研究对象,系统分析各种生物埂的土壤结构及其稳定性特点,并评价4种生物埂的土壤抗蚀性特征。研究表明:(1)生物埂能有效地改善土壤理化性质、提高土壤孔隙结构,以花椒埂和桑树埂的土壤理化性质改良效果最好,其次为紫花苜蓿埂;生物埂的土壤含水量和孔隙度与自然生草埂相比呈极显著增加(P<0.01)。(2)4种不同生物埂的土壤团聚体分布均匀,以>0.25mm大团聚体和水稳性团聚体含量最高;与对照相比,各种生物埂>0.25mm的水稳定性团聚体含量均呈显著性增加(P<0.05),增量大小依次为花椒埂(69.29%)>桑树埂(59.97%)>紫花苜蓿埂(47.92%)>自然生草埂(41.32%);生物埂的风干土团聚体分形维数在2.32～2.53之间,水稳性团聚体分形维数显著增加,以紫花苜蓿埂增加最小(0.33)。(3)与自然生草埂相比,各种生物埂的土壤结构稳定,抵抗降雨侵蚀能力高,抗蚀性能以乔木埂大于草埂,花椒埂抗蚀能力最高,其次为桑树埂。     

土壤侵蚀因素对紫色丘陵区坡耕地耕层质量影响

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层土壤质量退化和土壤生产力不稳定的关键因素。该文以紫色丘陵区坡耕地为例,对坡耕地不同地力等级耕层土壤质量、渗透性能及耕层类型进行聚类分析,讨论了土壤侵蚀对坡耕地耕层厚度影响及合理耕层土体构型。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤质量具有中等程度变异性,有效土层厚度(15~80 cm)和耕层厚度(15~25 cm)变异系数分别为12.18%和37.26%,土壤有效磷变异系数可达94.51%,说明土壤物理指标变异性小于化学指标变化;三级以下地力耕层构型为近似全虚或全实剖面结构,五等地力坡耕地产量下降50%左右。(2)紫色土坡耕地不同坡位、不同垂直深度的耕层土壤物理性质、持水性能及耕作性能差异显著(P0.05),土壤容重为上坡下坡中坡,土壤抗剪强度为上坡中坡下坡,土壤稳定入渗为下坡中坡上坡,土壤贯入阻力表现为中坡上坡下坡;除土壤入渗外,土壤容重、抗剪强度、贯入阻力均表现为底土层心土层耕层;坡耕地0~40 cm土层中蓄存降水可被农作物利用70%左右。(3)中度侵蚀程度坡耕地,年均耕层厚度薄化值为1.04~3.04 mm,坡耕地合理耕层建立可选择有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性为坡耕地合理耕层评价最小数据集,耕层构型总体保持上虚下实型、耕层厚度20~25 cm、有效土层厚度50~60 cm。(4)紫色土坡耕地可分为四种耕层类型,其障碍耕层主要表现为有效土层厚度限制型(第II类)、耕层厚度限制型(第III类)和土壤养分限制型(第IV类),分别占耕层总量30%、10%、3%;紫色土坡耕地合理耕层建立应重点关注有效土层厚度和耕层厚度调控。研究结果可为客观认识土壤侵蚀与紫色土坡耕地耕层退化关系、合理耕层构建提供理论依据和技术参数支持。     

基于BP神经网络模型的川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀预测研究

利用地处川中丘陵区的遂宁水土保持试验站6个坡耕地径流小区1991-2000年的径流观测数据,采用基于Matlab的BP神经网络模型,将5个输入因子(降雨量、降雨历时、降雨强度、植被覆盖率、坡度)、9个输入因子(在5个输入因子基础上增加前期降雨量、前期降雨历时、前期降雨强度及前后降雨间隔时间)、10个输入因子(在9个输入因子基础上增加水土保持措施因子)作为输入因子,冲刷量作为输出因子进行土壤侵蚀建模及预测。结果表明:5个输入因子对输出因子的决定系数(R2)为0.52,模型效率系数(NE)为0.48,预测效果不理想;9个输入因子对输出因子的R2为0.53,NE为0.48,预测效果也不理想;10个输入因子对输出因子的R2为0.57,NE为0.70,预测效果较好,可以达到业务预报水平。     

几种保护措施对紫色丘陵区坡耕地土壤团聚体结构及有机碳的影响

探索生物炭、聚丙烯酰胺以及玉米秸秆对紫色丘陵区坡耕地土壤团聚体结构的影响,以及团聚体有机碳分布特征,为紫色丘陵区坡耕地保护措施提供最优选择。采用土壤理化分析对无保护措施(CK)、单施生物炭(BC)、聚丙烯酰胺表施(PAM)、玉米秸秆覆盖(SM)处理下的土壤团聚体组成及其有机碳含量进行测定。结果表明:(1)研究区土壤团聚体以5mm和5~2mm粒级为主,分别占58.18%~40.12%和30.34%~24.46%。与CK相比,3种保护措施都有效增加了土壤大团聚体含量,其中SM处理效果最好。不同措施下土壤团聚体平均重量直径(MWD)基本表现为SMPAMBCCK,团聚体分形维数规律与MWD相反。(2)不同保护措施下土壤团聚体有机碳随团聚体粒级表现出较大差异,但多在0.5~0.25mm粒级范围达到峰值,在0—30cm土层范围内,土壤各粒级团聚体有机碳平均含量基本表现为SMPAMBCCK,且随土层的增加,同一处理各粒级团聚体有机碳呈减少趋势。(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率在5mm和5~2mm粒级范围达到最大,前者贡献率为53.64%~27.92%,平均达40.12%,后者为30.92%~11.80%,平均达25.35%,可将2mm粒级团聚体作为紫色丘陵区土壤有机碳固定的特征团聚体。(4)不同保护措施下土壤有机碳密度基本上表现为SMPAMBCCK,相同处理下土壤有机碳密度随土层增加而减小,且各处理之间的差异也随土层增加而减小。3种保护措施均有效改良了土壤结构,提高了土壤有机碳含量,其中以秸秆覆盖措施效果最好,表明秸秆覆盖为研究区较为理想的一种坡耕地保护措施。     

三峡库区紫色土坡地不同耕作措施的水土保持效应研究

试验研究三峡库区紫色土坡地在不同种植模式下的水土保持效益,结果表明,不同处理间有显著差异,在15°坡面上与全区顺坡平作（对照）相比粮经果复合垄作水土保持效果最佳,其他各处理均有不同程度防治水土流失的效果。     

建立湘中丘陵紫色岩水土保持监测系统的探讨

监测是水土保持工作的基础,探讨了湘中丘陵紫色岩大、中、小三种尺度的监测内容,并从监测设施系统、监测指标体系、监测配套设施系统、监测数据传输及分析处理系统等方面,对建立其监测系统进行了分析。     

太行山低山区刺槐人工林水土保持效应研究

利用小型径流观测场对比观测了不同林地降雨、径流过程以及全年的土壤侵蚀量。结果表明 ,与裸地相比刺槐林有很好的水土保持作用 ,能明显地减少地表径流和泥沙侵蚀。3 0 mm左右降雨量 ,有林地减少地表径流的能力是无林地的 3倍以上。2 0 0 0年径流观测场有林地土壤流失量为 179.4 2 g/ m2 ,无林地土壤流失量为 980 .1g/m2 。无林地土壤侵蚀量随降雨量的不同约是有林地的 3～ 5倍 ,有林地年度总侵蚀量较无林地减少 5倍以上。     

紫色土坡耕地径流特征试验研究

通过具有壤中流观测功能的径流小区的定位观测,结合人工降雨模拟试验,对常规施肥条件下紫色土坡耕地径流特征、过程及影响因素进行长期监测。结果表明:(1)紫色土坡耕地地表径流过程呈多峰特征,受瞬时雨强的影响明显;而壤中流过程则表现出明显的单峰、产流时间滞后、持续时间长等特点;(2)玉米灌浆成熟-收割期径流量明显高于其它生育期,地表径流、壤中流径流量分别为(65.06±5.94)mm,(86.36±3.27)mm,分别占3年地表径流、壤中流年均径流量的67.92%,79.82%;(3)坡耕地地表径流和壤中流径流量与降雨量的相关性显著,但与降雨强度的相关性不显著。坡耕地地表径流系数随坡度的增加而增加,而壤中流径流系数随坡度的增加而明显降低。(4)坡耕地径流分配特征明显。3年地表径流年平均径流量为95.78 mm,壤中流平均流量为108.19mm,分别占总径流量的46.96%,53.05%。     

水源保护区坡耕地种植不同类型牧草的水土保持效应研究

在水源保护区16.5°坡耕地上,种植豆科、禾本科、菊科等多年生牧草,替代传统的种植模式(玉米-小麦)。两年试验结果表明,种植牧草能有效降低水、土及养分流失,径流量、土壤流失分别比习惯种植减小27.6%～35.8%及41.8%～54.6%,氮磷钾养分流失比传统种植减少30.9%～41.3%,其中氮流失减少31.2%～39.4%,磷流失减少29.1%～39.2%。水土保持效果以种植禾本科牧草最好,菊科牧草稍差,豆科牧草及豆科-禾本科牧草混播效果居中。同时种植牧草还能取得较好的经济效益,纯收益比习惯种植增加9.2%～15.0%,是水源保护区种植结构调整及坡耕地综合治理的较好方式。     

红壤丘陵区坡改梯的水土保持效果研究

针对我国南方红壤丘陵地区坡耕地产生严重水土流失的现状,对比分析了坡改梯以后的水土保持效果。研究结果表明,坡改梯具有明显的保水保土效果,并且其保土效果要优于保水效果;而在同样坡改梯的情况下,植物措施和工程措施的结合,又能极大地提高保水保土效果。     

关于水土保持规划设计中人均耕地的探讨

坡耕地是产生水土流失的源地,合理解决坡耕地水土流失和人均耕地面积问题对促进区域粮食安全具有重要意义。在以新的理念认识现阶段农村人口、人均耕地和粮食安全关系的基础上,提出将坡耕地的土地利用结构调整与人均耕地和粮食安全有机地结合起来,对局部区域尤其是山区25°以下的坡耕地,不必单纯考虑粮食安全问题而保留坡耕地,发展经济林等产业是较好的土地利用结构调整方式,这样做既可以控制土壤侵蚀也可以保证农民收入,保证耕地有人种、良田不撂荒,从而保证区域粮食安全。     

基于机器学习的紫色土坡面水沙预测模型研究

为了精准预测土壤侵蚀变化、科学合理地预防水土流失的发生，为紫土坡地水土流失防治提供参考，基于典型紫土径流小区43场降雨资料，将雨量、历时和I30为特征指标，采用K-means聚类算法对降雨分类；使用随机森林（Randomforest,RF）算法评估各影响因子对径流深（H）、土壤流失量（S）的重要性，结合通径分析法进行重要因子筛选；将筛选所得关键因子作为模型输入变量，H、S为输出，使用BP神经网络构建预测模型。结果表明：（1）划分出3种雨型，B雨型（短历时、大雨强、小雨量）是主要降雨类型，A 雨型（长历时、中雨强、大雨量）最剧烈。（2）各雨型下特征因子对H、S的重要程度明显不同。A雨型下T对S重要程度最高（31%），各因素对H的重要程度相对均匀；B雨型下各因素对S的影响差异小，F对H的重要程度最高（29%）。在C雨型下，Pr对H、S的重要程度最高（33%、36%）。（3）三种雨型下的H、S均受到Pr的显著影响，B、C雨型下的H、S分别同时受F和Vs、Ph的影响显著。（4）利用BP神经网络对H、S的预测精度均较高，Nash-Suttclife 效率系数均高于0.95，且对H的预测模型精确度高于对S的预测模型。