暴雨条件下典型红壤区生物结皮坡面水土流失过程研究

为探明暴雨条件下典型红壤区生态恢复工程实施后生物结皮覆盖对坡面水土流失过程的影响,通过模拟降雨和室内分析试验,探究不同结皮覆盖度(0,20%,40%,60%,80%)坡面的土壤物理属性、水动力学特征及产流产沙过程。结果表明:(1)生物结皮覆盖下的红壤坡面土壤黏结力平均增加13.26%,土壤容重与穿透阻力平均分别减小8.97%和61.51%,表明生物结皮可有效增强红壤区坡面土壤稳定性,提升土壤抗蚀能力;(2)相较对照坡面,其余盖度坡面均可有效改善水流流态,坡面径流剪切力介于0.08~0.12。水流功率和断面单位能量分别减小12.22%~78.89%,8.32%~53.15%,坡面阻力系数增大1.09~1.50倍;(3)各生物结皮盖度坡面减流、减沙效益分别介于12.50%~78.76%,17.03%~94.31%,其中高覆盖度(80%)坡面土壤侵蚀强度较小。研究结果为有效防治红壤区坡面水土流失工作提供理论依据和实践参考。     

模拟降雨条件下红壤坡面侵蚀产沙水动力学特征

[目的]对红壤坡面侵蚀过程中的产流、产沙以及坡面径流水动力学参数进行试验研究,为揭示红壤坡面侵蚀产沙机理提供科学依据。[方法]以我国南方侵蚀性红壤为研究对象,采用人工模拟降雨法,通过不同坡度(6°,10°和15°),不同雨强(120,180和240 mm/h)条件下的模拟试验分析红壤坡面产流产沙过程及径流水动力学特征。[结果]在坡度一致时,坡面累积径流量和累积产沙量均随雨强的增大而增大,径流率表现为初期的波动增长,随降雨进行逐渐达到稳定状态,且径流率随坡度增大而增大;坡面产沙过程受坡度和雨强的双重影响;侵蚀产沙率呈降雨初期急剧上升,随后迅速下降并趋于平稳的趋势。试验坡面的径流水动力学特征表明,阻力系数f与雷诺数R_e无明显的相关关系,但与弗洛德数F_r存在显著的指数关系。[结论]径流水动力学参数与侵蚀产沙量之间存在明显相关关系,相比较而言,径流雷诺数R_e与坡面侵蚀产沙量间的关系最密切。     

红壤侵蚀区不同恢复年限植物群落演替规律

[目的]对比分析花岗岩侵蚀区不同水土流失治理年限的植物物种组成、群落结构及其多样性差异,为花岗岩侵蚀区水土流失治理和生态重建工作提供科学依据.[方法]采用空间代替时间的方法,在江西省兴国县平江流域花岗岩侵蚀区,选择治理4 a,14 a,24 a,34 a的4个不同治理年限人工林为研究对象,以未人为治理林地和次生林作为对...     

生态恢复条件下典型红壤侵蚀区马尾松林碳储量时空变化与驱动力分析

封山育林、人工造林等治理措施能够有效改善土壤侵蚀区的生态环境,但伴随产生的碳汇效益长期以来并没有得到相应的重视.文章以福建省长汀县水土保持项目治理区为研究对象,定量分析该区自2000年开展生态治理以来马尾松林碳储量的时空格局与碳增汇变化,同时借助2000-2013年政策治理数据以及社会统计资料,利用主成分分析法探讨各主要驱动因素对森林碳增汇的影响.结果表明:1)2000-2013年该治理区总碳储量由127.01万t增加到189.96万t,平均每年增长3.52％,远高于全县平均水平;当地2000、2006和2013年的马尾松林碳密度分别为27.95、32.82和41.72t/hm2,区域碳汇能力正在不断提高.2)在空间上,该区总碳储量的增长主要表现在海拔600 m和坡度25.以下区域,总增长幅度分别达到41.6％和50.9％.马尾松林碳密度随海拔和坡度上升而明显增加,表明其碳汇能力仍具备较大恢复潜力.3)主成分分析表明,治理区马尾松林碳储量变化的主要驱动因素是政策治理、经济结构调整和农户增收,其中政策治理是该区马尾松林碳增汇能力提升的最显著因子.     

桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园降雨侵蚀特征

为探究桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园的降雨侵蚀特征,通过室内人工模拟降雨试验,研究3种降雨强度(30,60,90 mm/h)下,石灰土与红壤坡地幼龄橘园的产流产沙特征。结果表明：(1)降雨强度为30,60 mm/h时,红壤橘园的产流总量分别为石灰土橘园的2.46,1.83倍,且红壤橘园主要以地表产流为主,石灰土橘园主要以壤中流产流为主;当降雨强度为90 mm/h时,二者产流总量无显著性差异(p>0.05),均以地表产流为主。(2)石灰土橘园与红壤橘园地表径流强度随降雨强度增大而增大;但随着降雨强度增大,石灰土橘园的壤中流径流强度呈先增大后减小趋势,红壤橘园壤中流径流强度却在减小。(3)降雨强度为60 mm/h时,红壤橘园产沙总量为石灰土橘园的3.74倍,当降雨强度为90 mm/h时,石灰土橘园产沙总量为红壤橘园的2.86倍;在降雨过程中,石灰土橘园产沙量随着降雨历时增大上下波动较为剧烈,红壤橘园产沙量随降雨历时增大波动幅度较小。(4)当降雨强度≥60 mm/h时,石灰土橘园与红壤橘园累积产沙量与累积产流量存在显著线性关系,且降雨强度越大线性关系越明显。研究结果可为喀斯特地...     

嘉陵江上游低山暴雨区植被恢复对小流域产流产沙的影响

通过对嘉陵江上游严重退化区植被恢复对小流域产流产沙的影响研究,结果表明:各小流域沟道侵蚀模数低于坡面径流,仅为农耕地径流小区的1/28～1/5,3种植被恢复模式小区的1/4～1/2;各小流域径流模数和侵蚀模数与降雨量呈显著正相关,径流模数与侵蚀模数之间亦呈正相关;产沙量的多少与小流域径流面积关系不大,但不同小流域之间的侵蚀模数随着降雨量的增加,其差别有减小的趋势。不同恢复阶段和不同恢复阶段一次性降雨的产沙量和侵蚀模数与初期相比都呈现出明显的减小趋势,特别是在植被恢复的最初几年,其减沙的效应就达到70%以上,表明植被恢复初期是体现水土保持效应的关键时间。     

红壤区裸露坡地不同类型次降雨的产流产沙规律

为探究红壤区裸露坡地在不同类型次降雨下的产流产沙规律,研究收集长汀县水土保持科教园红壤裸露坡地径流小区2013年1月至2020年12月共388场降雨—径流—土壤侵蚀观测资料,采用K-means将降雨划分为4类进行分析。结果表明:(1)主要降雨类型有A(短历时、大雨强、小雨量、低频次)、B(长历时、小雨强、大雨量、中频次)、C(中等历时、小雨强、小雨量、高频次)3类,B、C为研究区主要产流产沙来源,贡献85%以上的径流和土壤侵蚀量。(2)次降雨径流深及土壤侵蚀量与降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和降雨动能(E)呈线性正相关,与降雨侵蚀力(EI₃₀)呈幂函数关系。但降雨特征对产流产沙的总解释度小于65%,且随着降雨历时的增加而减小。(3)降雨特征与产流产沙存在3种约束关系,其约束线表明降雨特征对次降雨潜在最大产流产沙的影响。其中,潜在最大径流深主要由P和E决定,潜在最大土壤侵蚀量的上限为800~900 t/hm²。从降雨特征单因子影响、综合影响和约束效应3个方面分析了红壤裸露坡地的产流产沙特征,为红壤区水土流失防治提供了数据基础。     

漓江流域红壤侵蚀区植被恢复及水土保持试验

针对漓江流域红壤侵蚀区生态环境状况,因地制宜,发展乡土先锋树种,开发兼顾生态效益和长中短期经济效益的经济植物,构建乔、灌、草结合的复合农林体系,进行综合治理和立体经营,加速植被的顺向演替。3年多的试验研究结果表明,植被覆盖度提高50%,雨水地表径流系数减小45%,土壤侵蚀模数减小90%,生态和经济效益显著。     

不同雨强条件下坡度对红壤坡面侵蚀的影响

坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布没提供相应理论参考。     

漓江上游红壤侵蚀区不同植被群落环境因子差异

 为给漓江流域红壤侵蚀区植被恢复和重建提供科学理论依据,研究漓江上游流域红壤侵蚀区主要植被类型群落内小气候环境因子的差异,采用“以空间导时间”的方法分析植被退化过程中主要环境因子的变化。在植被退化的过程中,由于植被群落结构和物种组成的退化,主要的小气候环境因子均发生比较明显的变化,主要表现:针阔混交林类型群落和常绿阔叶林类型群落照度的垂直差异和时间变化非常小,而草丛群落以及灌丛群落的照度存在比较明显的垂直差异,光照强度随高度的增加而增大,在150cm以上的高度,照度的时间变化比较明显;针阔混交林类型群落和常绿阔叶林类型群落气温的垂直变化非常小,一般在0．5℃以下,在监测时段内其气温的变化幅度在2℃左右,而草丛群落和灌丛群落气温的垂直变化和时间变化相对较大,气温垂直变化的幅度最大可达到6℃; 针阔混交林类型群落和常绿阔叶林类型群落空气相对湿度的垂直变化不明显,变化范围一般在5％以下,草丛群落和灌丛群落空气相对湿度的变化幅度比较大,最大可达25％;常绿阔叶林类型群落的土壤内部温度变幅最小,在0．5℃以下,而灌丛群落的波动幅度较大,可达8℃左右。总体而言,在植被退化过程中,光照强度、空气温度、土壤温度和气地温差不断增大,空气湿度逐渐降低,同时,主要小气候环境因子的时空波动性从平缓渐趋剧烈。     

南方红壤区不同植被措施坡面的水土流失特征

植被是南方红壤区水土流失治理的主要措施,为了研究不同的植被措施对坡面产流产沙的影响,以及对坡面侵蚀的抑制效果,在福建省长汀县选择乔灌草、灌草、草本、农作物、乔灌、封山育林、经济林等各植被措施下的标准径流小区,通过观测各种植被措施坡面的产流产沙情况,分析比较各小区的水土流失特征。结果表明植被能较好地调控坡面地表径流和土壤侵蚀。不同植被措施下坡面产流产沙分异规律明显,相对裸地,盖度高的乔灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小,水土保持效果最为明显。在不同的降雨量条件下,不同植被措施的坡面水土流失情况也表现出显著的差异。因此,在未来南方红壤植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种植被治理措施的逐步实施,对改善当地的生态环境和水土流失的防治具有重要的意义。     

不同植被下降雨类型对红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

根据武汉市蔡甸区西湖流域径流小区记录的146场次降雨资料,研究了植被类型和降雨类型对红壤坡面产流量与土壤侵蚀量的影响。基于K均值分类,将当地降雨划分为A型降雨（中雨量、弱雨强、长历时和高频次）、B型降雨（极大雨量、极强雨强、短历时和低频次）、C型降雨（大雨量,强雨强、中等历时和低频次）和D型降雨（小雨量,弱雨强、短历时和高频次）四种雨型。发现裸地与果林地的产流输沙量大,水沙关系稳定,水土保持能力在各类侵蚀性降雨下均较弱,A雨型和C雨型是导致此类坡面土壤侵蚀的主要雨型。阔叶林、针叶林、牧草地和草坪地坡面的产流输沙量小,水沙关系不稳定,植被的水土保持能力总体较强,但是在B雨型下偏弱,B雨型和C雨型是导致此类坡面土壤侵蚀的主要雨型。     

模拟降雨入渗对岷江流域红壤坡面产流产沙的影响

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对岷江流域红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响。结果表明:在不同降雨强度下,随坡度的增加,初始产流时间趋于提前;随降雨强度的增大,产流时间提前,降雨强度对初始产沙时间的影响大于坡度变化的影响。在同一坡度条件下,径流强度随降雨强度的增加而增加,平均入渗率随降雨强度的增加表现为先增大后减小的趋势。50mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后20min开始趋于稳定;75mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后15min开始趋于稳定;100mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后10 min开始趋于稳定,径流强度和平均入渗率趋于稳定的时间均随雨强的增大而明显提前,各个时刻的径流强度和入渗率的稳定值在降雨过程中并不稳定,表现为随降雨强度和坡度的增大,波动愈剧烈。坡面产沙量随坡度和降雨强度的增大而增大,当坡度由5°增大到10°时,产沙量急剧增加;当坡度由10°增加到30°时,产沙量增速趋缓,侵蚀产沙量没有出现临界坡度。坡面产流强度和入渗率随时间的变化关系分别服从幂函数和对数函数规律,不同降雨强度下的径流深和产沙量也呈现出显著的正线性关系。     

南方典型红壤区不同水保措施下坡面产流产沙及稀土迁移特征

以南方典型红壤区福建省长汀县水土保持科教园5种水土保持措施为研究对象,采集坡面产流产沙及稀土迁移数据,以期揭示南方红壤区水保措施的减水减沙效益及对稀土迁移的阻控效应。结果表明:(1)全坡面种草、封禁、低效马尾松施肥、乔灌草混交、人工补植马尾松5种水土保持措施的年均减流率和年均减沙率分别为65.41%,69.29%,63.42%,86.19%,72.59%和91.87%,84.21%,81.54%,94.13%,81.75%。(2)各降雨量下,5种水土保持措施径流和泥沙的稀土迁移强度分别比对照小区低85.13%,94.86%,66.89%,95.46%,93.10%和89.92%,80.38%,70.18%,93.38%,92.73%;且中雨时,各水保措施下径流和泥沙的稀土迁移强度最高。(3)除全坡面种草措施外,其余4种水土保持措施下径流的轻稀土迁移强度比重稀土迁移强度低55.68%,40.38%,85.76%,85.94%;而5种水土保持措施下泥沙的重稀土迁移强度则比轻稀土迁移强度低82.29%,81.25%,78.38%,75.35%,77.05%。综上,5种水土保持措施均有较好的减水减沙效益和稀土阻控效应,其中乔灌草混交措施的效果最佳。研究结果为充分发挥水保措施在生态修复和稀土迁移中的作用提供科学依据和实证支撑。     

不同农田植被条件下黑土坡耕地产流和产沙特征

[目的]研究不同农田植被条件下的水土侵蚀特征,为该区作物种类选择提供参考。[方法]2013年在位于东北典型黑土带上的黑龙江省红星农场径流小区内,开展了玉米、大豆、大豆—玉米间作3种农田植被条件下的地表径流和土壤侵蚀特征研究。[结果]玉米的径流拦蓄和土壤侵蚀控制的效果最好,间作次之,大豆位居最后;玉米和间作模式的地表径流分别较大豆减少了15.8%和10.7%,土壤侵蚀量亦分别减少了10.47%和5.35%。[结论]在较低降雨强度下玉米和间作的减流减沙效果差别不甚明显,在较高强度下玉米和间作减流减沙效果明显好于大豆。     

紫鹊界梯田区坡面产流产沙特征的模拟试验研究

通过野外模拟降雨试验,研究了紫鹊界梯田区红薯地与裸地土壤入渗及坡面产流产沙特征。结果表明,与裸地坡面相比,红薯地坡面由于覆盖度高,土壤疏松,其土壤入渗率比裸地高。在小雨强(0.65mm/min)条件下无径流产生,中(1.15mm/min)、高(1.65mm/min)雨强下坡面产流产沙速率以及径流系数均有很大程度的降低,表现出较强的减流减沙效益,但径流含沙量分别为裸地的1.3和2.8倍试验条件下的坡面产流产沙和土壤入渗过程均符合幂函数关系,产流率与产沙率之间呈线性关系。     

亚热带侵蚀红壤区植被恢复过程中土壤团聚体化学计量特征

植被恢复过程中侵蚀退化地区土壤团聚体碳氮磷及其化学计量特征是反映土壤团聚体对养分固持能力以及土壤生物地球化学循环的关键环节,也是定量评价退化地植被恢复效应的重要途径。为深入了解侵蚀红壤植被恢复过程中土壤团聚体碳、氮、磷含量分配格局及其化学计量特征,以典型红壤侵蚀区福建省长汀县河田镇5个不同植被恢复年限的样地(分别为5a、10a、15a、30a、80a)以及1个未治理地(恢复0a)为对照坡地作为研究对象,测定0~20cm和20~40cm土层不同粒径团聚体有机碳、全氮、全磷含量,并分析土壤与不同粒径团聚体养分化学计量特征。结果表明:(1)植被恢复过程中,团聚体有机碳、全氮和全磷含量变化范围分别为2.06~27.71 g·kg~(-1)、0.54~2.12g·kg~(-1)和0.034~0.189g·kg~(-1),团聚体C︰N、C︰P、N︰P变化范围分别为3.06~13.05、21.4~185.6、5.62~18.20。(2)随植被恢复年限增加,各粒级团聚体有机碳、全氮和全磷含量及其C:N总体上显著增加,均表现为表土层(0~20 cm)高于底土层(20~40 cm),团聚体C︰P、N︰P随植被恢复年限增加表现为升高→降低→升高趋势,团聚体C︰P随土层加深而降低,团聚体N︰P在土层间无明显变化。(3)除恢复0 a外,团聚体有机碳,全氮、全磷和团聚体C︰N、C︰P随粒径减小总体上呈增加趋势,N︰P在各粒径间无显著差异。(4)土壤与团聚体中有机碳、全氮和全磷含量之间以及团聚体有机碳、全氮与团聚体C︰N之间均呈极显著正相关;团聚体有机碳与团聚体C︰P呈极显著正相关;团聚体全磷与团聚体N︰P呈极显著负相关。植被恢复降低土壤侵蚀,明显增加各粒径团聚体有机碳、全氮和全磷含量,提高团聚体碳氮"汇"功能,且在植被恢复过程中,团聚体中P元素成为退化生态系统恢复的限制性元素。