喀斯特坡地侵蚀性降雨阈值初探

喀斯特坡地表层岩溶带发育,入渗强烈,产流机制与非喀斯特坡地有较大差异,为提高喀斯特坡地土壤流失模型预测准确性,以贵州省普定县陈旗小流域6个不同土地利用类型径流小区为观测对象,分析2007—2010年、2015—2019年2期泥沙和地表径流数据,了解产流产沙规律,并利用降雨侵蚀力偏差法计算各小区侵蚀性降雨量。结果表明：(1)植被覆盖率与喀斯特坡地地表产流产沙量呈负相关,高植被覆盖下,暴雨和极端暴雨是造成喀斯特坡地水土流失的主要降雨事件;(2)植被恢复十余年随着覆盖度的提高,年均土壤流失量呈显著下降趋势,多小于10 t/km²;(3)喀斯特坡地裂隙发育,地下漏失严重,土壤量少且不易被侵蚀,除少数极端暴雨外,多数降雨不产流不产沙,因此建议将喀斯特坡地侵蚀性降雨量阈值定为50 mm,该阈值显著高于非喀斯特地区。     

黄土高原北部水蚀风蚀交错带坡面降雨分析

为探明黄土高原北部水蚀风蚀交错带的降雨特点,进而为该地区开展土壤侵蚀、开发利用降雨及地表径流的研究提供科学依据,该文对黄土高原六道沟流域5 a （2006－2010年）雨季的坡面降雨进行了分析。采用Box Car Pro 4.3软件对降雨数据在时间轴上进行分割,分割时间间隔分别为3、5、10 min和1 h,分析了六道沟流域雨季的坡面雨强、降雨历时及降雨量的分布。结果表明,3、5、10 min和1 h时间间隔的最大雨强分别为2.2、2.08、1.68和0.7 mm/min,各时间间隔 5 a内雨季所有降雨历时的平均雨强分别为0.12、0.09、0.06和0.03 mm/min。随着单位时间间隔的增加平均降雨强度降低,各时间间隔的小雨强发生概率远高于大雨强发生概率。3 min时间间隔雨强大于1 mm/min、5 min时间间隔雨强大于1 mm/min、10 min时间间隔雨强大于0.8 mm/min以及1 h时间间隔雨强大于0.4 mm/min发生的概率分别为0.4%、0.2%、0.2%和0.1%。降雨历时小于30 min的降雨事件占总降雨事件的近50%;降雨历时在2 h以上的降雨事件约占总降雨事件的23%,其中降雨历时大于12 h的降雨事件只占总降雨事件的2.6%。降雨量小于等于1 mm 的降雨事件占年均雨季降雨事件的近50%,但其总降雨量不足年均降雨量的7%;降雨量大于20 mm的降雨事件年均5次,其降雨量占年均雨量超过20%。研究结果在一定程度上揭示了黄土高原北部水蚀风蚀交错带的坡面降雨特征。     

吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比

[目的] 利用扫描电镜法(scanning electron microscopy, SEM)评估吸管法(pipette method, PM)对中国水蚀区不同土壤粒径分布(particle size distribution, PSD)的测定结果,以期为各典型土壤PSD的测定及其结果在土壤侵蚀模型中的应用提供参考。[方法] 以5个水蚀二级区的典型土壤——黑土、褐土、黄土、紫色土和红壤为研究对象,利用SEM测定PM所得＜100 μm各粒级悬液的粒径分布,分析两种方法测得的粒径分布差异并探讨其原因。[结果] PM所得绝大多数土壤悬液中都存在粒径大于对应粒级的颗粒。随着悬液粒级减小,SEM所得相应粒级颗粒的数量百分比和体积百分比均降低。在＜100 μm悬液中,SEM测得黑土、褐土和紫色土颗粒集中于20~53 μm,平均体积直径(mean volume diameter, MVD)较小;黄土和红壤颗粒集中于20~53,53~100 μm,MVD较大。相比SEM,PM对黄土＜100 μm悬液PSD的测定结果差异不大,但高估了其余土壤＜2 μm黏粒含量,低估了黑土、褐土和紫色土20~53 μm粒级含量及红壤20~100 μm含量,所测各土壤平均重量直径(mean weight diameter, MWD)均小于SEM所测MVD。PM与SEM所测土壤PSD的差异使85.6%的土壤样品质地类型发生了变化。通过S曲线对PM所测PSD进行转换后可使质地类型不一致的样品占比下降至61.5%。[结论] 以SEM结果为基准,PM对水蚀区各土壤粒径分布的测定普遍存在误差。两种方法之间的差异因土壤类型而异,主要与土壤矿物组成和黏土矿物类型有关。     

赣北第四纪红壤区侵蚀性降雨强度与雨量标准的确定

降雨是土壤侵蚀的主要动力因子,侵蚀性降雨标准的获取是计算降雨侵蚀力的重要环节;目前,红壤区侵蚀性降雨标准不一致,需要进一步研究。利用2001—2009年的1359场降雨数据,对赣北第四纪红壤区不同下垫面的侵蚀性降雨标准进行研究,得出结论如下:1)不同下垫面满足拟定侵蚀性降雨标准的数据序列长度存在明显差异,满足拟定侵蚀性降雨标准的数据序列长度可以反映水土保持措施从实施到发挥稳定效益所需的年限;2)具有水土保持措施的下垫面能够有效提高侵蚀性雨量标准,柑橘+前埂后沟梯壁植草水平梯田的第5小区侵蚀性雨量标准为16.2mm,比地表裸露小区的11.4mm提高42.1%;3)对于没有水土保持措施或稳定性高的水土保持措施下垫面,宜采用时段侵蚀性雨强标准;对于稳定性低的水土保持措施下垫面,宜采用侵蚀性雨量标准。该研究为区域水土保持规划提供参考。     

东北半干旱区不同耕作方式下的侵蚀性降雨标准比较

[目的]侵蚀性降雨标准是计算土壤流失的关键指标,侵蚀性降雨标准的拟定与耕作方式密切相关,比较同一地区不同耕作方式下的侵蚀性降雨标准差异,对于提高区域土壤侵蚀预报精度具有重要意义.[方法]根据东北半干旱区径流小区2013～2019年共7年的降雨径流观测资料,采用频率分析法,拟定几种典型耕作方式下的侵蚀性降雨雨量标准,并进...     

水蚀风蚀交错区不同类型植被对土壤碳氮影响的研究

植被类型对土壤养分及其物质循环具有重要作用。通过典型采样与室内分析相结合,系统研究了水蚀风蚀交错区不同典型植被对200 cm土层内土壤全氮、有机质和C/N比值的影响,结果表明:(1)0-40 cm内土壤全氮和有机质含量随深度增加而逐渐下降,40 cm以下基本不随深度变化而变化。不同植被类型的土壤C/N比值基本不随深度变化而变化,其中裸地农田的200 cm剖面土壤C/N均值最高,剖面平均为9.5,其他植被类型基本相似为6.7~7.7。0-20 cm油松土壤C/N比值最高,为10.3,榆树最低,为5.99;(2)0-20 cm土层内沙蒿全氮含量最高,约为油松、榆树、黑豆农田的1.5倍。20-40 cm土层内,沙打旺最高,黑豆农田与农田裸地基本相似。总体而言,沙打旺和沙蒿200 cm剖面全氮含量均高于其他植被类型,油松和榆树土壤全氮含量最低;(3)0-20 cm内有机质含量沙蒿最高,榆树最低,20-40 cm层次内,沙蒿的有机质含量显著降低,最高者为农田裸地,沙打旺和黑豆农田次高,油松略高于沙蒿,榆树仍为最低。从整个0-200 cm土壤剖面看,裸地农田有机质含量最高,沙打旺次之。榆树在各层次有机质含量均低于其他植被...     

陕北水蚀风蚀交错区两种生物结皮对土壤饱和导水率的影响

该文以陕北水蚀风蚀交错区普遍发育的地表和地上两种生物结皮为研究对象，分别以3种非生物结皮（无结皮、物理结皮、去除生物结皮）为对照，使用盘式入渗仪测定其饱和导水率。结果表明：与无结皮土壤相比，两种类型生物结皮均可极显著降低土壤饱和导水率；与去除生物结皮土壤相比，两种类型生物结皮对土壤饱和导水率的降低均不显著；与有物理结皮发育的土壤相比，地表生物结皮对土壤饱和导水率的降低不显著，而地上生物结皮对土壤饱和导水率的降低显著。一方面，两种生物结皮对土壤饱和导水率均有明显降低作用，预示生物结皮在降雨活动中可能会增加径流、降低入渗，阻碍研究区水分亏缺条件下的植被恢复和生态与环境建设。另一方面，与不同的对照相比，生物结皮对土壤饱和导水率的影响截然不同，该结论可在一定程度上解释当前有关生物结皮影响土壤水分入渗方面所存在的分歧。     

我国水蚀区坡耕地土壤分离能力的空间分布与影响因素

我国水蚀区不同区域自然地理环境和土壤理化性质存在巨大差异,可能会引起土壤分离能力(Dc)的差异。然而目前大尺度上(如水蚀区)Dc的空间分布及其影响因素的研究尚未见报道。在水蚀区依据土壤类型和土壤质地不同布设了36个采样点,用扰动土(代表新耕坡耕地)测定其Dc并分析其影响因素。结果表明,水蚀区沙漠风沙土Dc最大,红壤Dc最小,Dc呈强度空间变异。西北黄土高原地区和南方山地丘陵区Dc最大。黏粒和砂粒含量适中的土壤质地Dc最大。水流剪切力与水流功率在模拟Dc方面无显著差异。Dc与粉粒、土壤粒径参数、阳离子交换量和土壤有机质存在显著的负相关关系,与砂粒、中值粒径、平均几何粒径和交换性纳百分比存在显著的正相关关系。水蚀区Dc可用水流剪切力、粉粒、阳离子交换量和土壤有机质很好地模拟(R^2=0.71,NSE=0.71)。     

东北黑土区土壤团聚体迁移特征的模拟降雨试验研究

坡面侵蚀过程中土壤团聚体迁移反映了团聚体的破碎程度以及雨滴打击和径流搬运之间的相互作用。基于模拟降雨试验,研究了黑土坡面不同粒级土壤团聚体的迁移特征。研究结果表明,同干筛处理相比,湿筛后≥0.25mm粒径的水稳性团聚体含量为52%,其较干筛处理减少24%。湿筛后土壤团聚体的粒级分布以<0.25mm团聚体居多;湿筛处理后>1mm粒级的团聚体含量较干筛处理减少了83.8%。在50和100mm/h两个降雨强度下,团聚体流失以<0.25mm的微团聚体为主,其流失量占团聚体流失总量的80%以上,且不同降雨强度下微团聚体流失量与含沙浓度存在显著正相关关系。50mm/h降雨强度下微团聚体流失量随降雨历时的增加呈先快速增加后递减,最后趋于相对稳定的变化趋势;而100mm/h降雨强度下,其变化趋势则表现为先快速增加后缓慢上升趋势。≥0.25mm各粒级团聚体的流失比例和流失团聚体的平均重量直径(MWD)均随降雨强度的增加而减小,反映了大雨强下雨滴打击对团聚体的分散作用。     

黄土丘陵沟壑区第二副区裸地降雨因子影响产流和产沙的研究

坡面产流和产沙受多种因素的影响。对于裸地而言,降雨量与雨强是两个最重要的因素。对黄土丘陵区第二副区,5年的裸地降雨量和降雨强度与产沙产流数据资料进行相关分析,总结出三个相应的模型。     

西部黄土丘陵区不同草地土壤侵蚀对侵蚀性降雨的响应

[目的]研究西部黄土丘陵区人工和天然草地对不同类型侵蚀性降雨的响应,为该区植被建设和水土流失防治提供指导。[方法]利用甘肃省定西市安家沟径流场2007—2015年的观测数据,分析侵蚀性降雨因素对坡度为20°的人工草地和天然草地土壤侵蚀的影响。[结果]西部黄土丘陵区的侵蚀性降雨分布在5—9月,其中7—8月的侵蚀性雨量较大,其侵蚀量占年均侵蚀的70%以上。两种不同类型的草地侵蚀量均与PI10相关性最好。该区域侵蚀性降雨主要是中雨和大雨,造成的草地侵蚀量占年均侵蚀的86%。中、高雨强型降雨的侵蚀量分别占人工、天然草地总量的90.8%和91.2%,其侵蚀量与PI10,PI30呈较好的幂函数关系。大于300 MJ·mm/(hm2·h)的高侵蚀力型降雨引起的侵蚀量最大,分别占人工、天然草地总侵蚀量的32.3%和33.4%;50~100MJ·mm/(hm2·h)的中侵蚀力型降雨次数最多,而引起人工、天然草地的侵蚀占相应总量的26.0%和29.1%。[结论]人工草地(盖度75%~82%)和天然草地(盖度80%)的侵蚀性降雨量标准分别为11.3和11.9mm,最大I10标准分别为10.4和11.7mm/h。天然草地比人工草地具有更好的水土保持效果。     

黄土丘陵区近10年来典型小流域对侵蚀环境演变的泥沙响应

针对近年来黄河泥沙的锐减现状,以2003—2011年国家退耕还林工程实施效果的显现期为背景,采用典型流域剖析的方法,深入研究了近10a来黄土丘陵区典型流域侵蚀泥沙总量以及年际变化量。结果表明:小流域土壤侵蚀强度大幅度下降,年平均侵蚀模数不足500t/(km~2·a),下降至退耕还林还草工程实施以前的8.3%;如不考虑建坝初期2003年的特殊状况,小流域2004—2011年侵蚀模数平均值为144.93t/(km~2·a),为退耕前的2.4%。这表明在新的侵蚀环境背景下该小流域的侵蚀强度已稳定在轻度以下。     

不同降雨类型下的南方典型土壤侵蚀量差异研究

利用江西省鹰潭市红壤国家生态实验站1997—2003年度自然降雨观测资料和该站我国南方主要类型土壤径流小区的流失量实测数据,研究了5组降雨类型(I:12.7 mm<次降雨量<20 mm;Ⅱ:20 mm≤次降雨量<30 mm;Ⅲ:30 mm≤次降雨量<40 mm;Ⅳ:40 mm≤次降雨量<50 mm;Ⅴ:次降雨量>50 mm)在单位降雨(1 mm)和单位降雨侵蚀力(1个数值侵蚀力)条件下不同类型土壤的流失量差异。结果表明:(1)单位降雨产生侵蚀力的规律为:Ⅴ>Ⅲ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ类降雨。(2)不同土壤在单位降雨下的产沙量趋势呈:Ⅰ>Ⅳ>Ⅲ>Ⅴ>Ⅱ类降雨。(3)在单位降雨侵蚀力下,除Ⅱ类降雨的产沙量相对比Ⅴ类降雨的产沙量大以外,其它各类降雨的产沙量规律与单位降雨的产沙规律相一致,均呈现:Ⅰ>Ⅳ>Ⅲ类降雨。     

侵蚀性雨型分类及不同植被类型对棕壤坡面土壤侵蚀的影响

为探讨不同雨型下的植物措施对棕壤坡面土壤侵蚀特征的影响,利用k-均值聚类方法将2018—2019年山东省泰安市下港坡面径流场16次侵蚀性降雨进行分类,结合径流场产流、产沙等监测数据,分析了不同雨型对4种植被措施下坡面土壤侵蚀的影响。结果表明：(1)以降雨历时、降雨量和平均雨强为特征指标,侵蚀性降雨可分为A类(长历时、大雨量、大雨强)、B类(中历时、中雨量、中雨强)和C类(短历时、小雨量、小雨强)3种雨型。(2)与种植玉米相比,A、B雨型下,减流量均呈现板栗花生间作>苹果树>李子树的趋势。在土壤流失量方面：A雨型下,与李子树相比,减沙量呈现板栗花生间作>苹果树>玉米的趋势;B雨型下,与玉米相比,板栗花生间作的减沙率为84.2%,李子树的减沙率为31.2%,苹果树的减沙率为85.1%;C雨型下,减沙量呈现苹果树>李子树>板栗花生间作的趋势。(3)种植玉米的坡耕地土壤侵蚀情况最为严重,平均每年的土壤流失量为18.04 t/hm²;与之相比,板栗花生间作可降低79.57%的土壤侵蚀率,苹果树和李子树可分别降低73.36%,18.55%的...     

冻融作用对黑土坡面融雪、风力和降雨侵蚀的影响研究

[目的] 研究冻融作用对东北黑土区坡面土壤侵蚀的影响,可加深对黑土坡面侵蚀过程机理的认识,并为区域侵蚀治理提供重要科学依据。[方法] 以东北黑土区单一侵蚀营力驱动的融雪、风力和降雨侵蚀为对照,通过设计冻融-融雪、冻融-风力、冻融-降雨双侵蚀营力叠加的模拟试验,分析冻融作用对坡面融雪、风力和降雨侵蚀的影响。试验处理包括1次冻融作用、2个融雪径流量(1,2 L/min)、1个风速(12 m/s),1个降雨强度(100 mm/h)和1个坡度(3°)。[结果] (1)冻融作用显著增加坡面融雪、风力和降雨侵蚀量(p<0.05)。与无冻融作用相比,1次冻融作用使坡面融雪侵蚀在1,2 L/min融雪径流下分别增加2 042.9%和777.9%,使风蚀量和降雨侵蚀量分别增加118.0%和74.9%。(2)冻融作用对坡面水蚀(融雪和降雨侵蚀)过程的影响大于对径流过程的影响,且加剧坡面侵蚀过程,使坡面侵蚀活跃期历时增长和侵蚀强度增加;冻融作用也使风力侵蚀的输沙高度增加30%,各高度风蚀输沙量均增加50%以上。(3)冻融作用降低土壤抗侵蚀能力,其使表层土壤密度、土壤抗剪强度、土壤硬度分别显著减小2.5%,22.6%,15.0%。同时,冻融作用使水蚀过程中的坡面水流流速平均增加13.6%~25.0%,水流剪切力平均增加2.3%~81.9%,而阻力系数减小1.6%~20.6%,进而加剧坡面侵蚀过程。[结论] 冻融作用改变侵蚀动力与阻力关系,加剧坡面融雪、风力和降雨侵蚀过程。     

近60年来江西省各等级侵蚀性降雨与降雨侵蚀力的关系

基于江西省具有典型代表性的5个气象站点1956-2015年共60 a逐日降雨量资料,研究了各等级侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的特征,建立了利用各等级侵蚀性年降雨量估算年降雨侵蚀力的简易算法模型。结果表明:各等级侵蚀性降雨量、降雨日数和降雨侵蚀的时间分布规律不一。年暴雨量、年暴雨量比例、年暴雨日数、年暴雨侵蚀力、年降雨侵蚀力均在时间上呈不同程度的增长趋势,在空间表现为从南到北逐渐上升趋势。各等级侵蚀性年降雨量估算降雨侵蚀力模型的模拟值与精确值具有高度相关性,可用于估算江西地区年降雨侵蚀力。     

西部黄土丘陵区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响

以甘肃省定西市安家沟流域的大型径流观测场为依托,以2009—2011年天然降雨在不同土地利用条件下产流产沙特征数据为依据,研究了黄土高原西部黄土丘陵区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响。结果表明,在次降雨条件下不同处理径流过程分别经历了产流、峰值、稳定、消减4个表征时刻,土壤侵蚀过程分别经历了发生、峰值、消减3个表征时刻。次降雨条件下,不同处理其径流总量、侵蚀总量排序均为:15°春小麦10°春小麦10°油松林15°荒地15°沙棘林10°荒地15°油松林10°沙棘林。通过层次聚类分析得出,在10°,15°的坡度下,灌木林沙棘、乔木林油松分别具有明显的水土保持效应。所以结合试验地的气候和环境特点,10°坡面适宜种植沙棘林,15°坡面适宜退耕还林。     

利用日雨量模型进行伏牛山区降雨侵蚀力的初步研究

利用河南省鲁山县水保站4年共49次降雨过程资料,分别采用EI30法、CREAMS模型算式、Richardson算式和我国郭新波的修正日雨量模型计算了伏牛山区降雨侵蚀力。结果发现区域内降雨侵蚀力主要发生在6~8月,可占年R值的78%,峰值出现在7月,R值降峰值较出现雨量峰值不太一致;三个日雨量模型的验证结果以CREAMS模型较好,但仍不宜直接使用,应该根据区域降雨特性选择更加合适的参数。     

陕西省黄土高原地区侵蚀性降水变化特征

利用陕西省黄土高原地区42个站点的逐日降水观测资料,分析了1961-2007年该地区的年降水量、侵蚀性降水量、暴雨量的变化趋势和空间分布特征.研究表明,陕西省黄土高原地区年降水量、侵蚀性降水和暴雨的空间分布非常相似,具有北少南多的分布特征.1961-2007年陕西省黄土高原年降水和侵蚀性降水呈下降趋势,暴雨呈上升趋势.在空间分布上,延安市以北地区,降水量减少幅度小,延安市以南地区降水量减少明显;渭北地区暴雨量增加,而丘陵沟壑区暴雨量则呈减少趋势.