基于Mein-Larson入渗模型的降雨滑坡失稳破坏概率研究

[目的]评价降雨诱发浅层滑坡的失稳破坏概率,为相关研究提供理论依据。[方法]在引入并扩展了Mein-Larson降雨入渗模型的基础上,将Mein-Larson入渗模型与无限边坡稳定性方法有机结合,建立2种降雨情形(高强度短历时和低强度长历时)下降雨滑坡稳定性的确定性评价模型,然后再将蒙特卡洛数值模拟方法与降雨滑坡的确定性评价模型结合,建立降雨滑坡稳定性的概率评价方法。[结果]提出了1种降雨诱发浅层滑坡失稳的概率评价方法。[结论]概率评价方法可以描述降雨滑坡发生及发展过程中存在的不确定性,可以计算不同降雨情形下,不同降雨时刻降雨诱发边坡的失稳破坏概率。该方法的评价结果更符合边坡实际情况。     

甘肃省小陇山林区降雨型浅层滑坡汇水面积-坡度关系及其影响因素

沟头发生侵蚀的地形临界模型可有效预测侵蚀沟的形成条件,浅层滑坡失稳形成的洼地也是沟头形成的方式之一。为探究浅层滑坡临界起动模型的特点,以甘肃省天水市小陇山林区的降雨型浅层滑坡为研究对象,运用汇水面积-坡度关系,构建临界起动模型,与黄土高原典型侵蚀沟(浅沟、切沟)的临界起动模型进行对比分析,并探讨土地利用类型、植被类型和土壤质地对该模型的影响。结果表明:(1)浅层滑坡临界起动模型为S=3.50A_s^-0.34,其侵蚀阈值为3.50,大于黄土高原典型浅沟(0.96)和切沟(1.54)的侵蚀阈值。研究区浅层滑坡一般发生于土层较薄的陡坡地带,其平均坡度(S=1.26)大于浅沟(S=0.35)与切沟(S=0.46),单位汇水面积(A=89.08 m²/m)小于浅沟(A=920.93 m²/m)和切沟(A=1 129.82 m²/m)。(2)汇水面积与坡度平方的乘积(AS²)代表了沟头产生侵蚀的能量指标值。研究区浅层滑坡AS²值在269.1~5 703.2 m²,平均值为1 772.97 m²,黄土高原浅沟AS²值在4.74~892.66 m²,切沟在41~814 m²,启动能量值方面,浅沟<切沟<浅层滑坡。(3)土地利用类型、植被类型和土壤质地通过影响土壤的抗冲力、渗透性和黏粒含量,从而对浅层滑坡的起动难易程度产生影响。在不同的土地利用方式中,农地最易发生侵蚀,其次是林地。油松林附近浅层滑坡的抗侵蚀能力高于日本落叶松林。研究结果为探究浅层滑坡的起动条件提供理论依据。     

西南山区云南松根土复合体力学特性及其对浅层坡体稳定性的影响

[目的] 探究西南山区云南松根土复合体力学特性及其对坡体稳定性的影响，为该区浅层滑坡机理认识，识别预警与防治等提供理论基础与数据支持。 [方法] 以四川省凉山州中研究极为缺乏且与浅层滑坡密切相关的云南松根系为研究对象，开展根土复合体抗剪强度试验和FLAC 3D边坡安全系数数值模拟，探究了不同根系密度、根系分布方式与土壤含水量组合下乔木根土复合体的力学性质及浅层边坡稳定性。 [结果] 较高的植物根系密度可明显提高土体的抗剪强度，与素土相比，黏聚力、内摩擦角提高比例分别高达45.5%，9.6%。然而，根径与根系抗拉强度却呈显著的幂函数负相关关系(p＜0.05)，根径低于2 mm的细根抗拉强度最强；同时，乔木根系水平或垂直分布方式下，土壤含水量的增加均会降低土体的抗剪强度，不利于边坡稳定，而乔木交错分布最有利于提高土壤的抗剪强度和边坡稳定性。 [结论] 乔木根系的高密度发育，复杂交错分布，细根丛生等特点对提高根土复合体抗剪强度与边坡稳定性具有重要作用，适度地增加边坡植被覆盖是控制浅层滑坡发生的重要措施之一。通过评价地质灾害多发区不同条件下乔木根系护土固坡效应，可为震后地质活跃区开展生态修复提供理论支持。     

间伐对杉木林土壤CO2通量的影响

Forest management is expected to influence soil CO₂ efflux (FCO₂) as a result of changes in microenvironmental conditions, soil microclimate, and root dynamics. Soil FCO₂ rate was measured during the growing season of 2006 in both thinning and non-thinning locations within stands ranging from 0 to 8 years after the most recent thinning in Chinese fir (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook) plantations in Huitong Ecosystem Research Station, Hunan, China. Soil temperature and moisture were also measured to examine relationships between FCO₂ and soil properties. Forest thinning resulted in huge changes in FCO₂ that varied with time since cutting. Immediately following harvest (year 0) FCO₂ in thinning area increased by about 30%, declined to 20%-27% below pre-cutting levels during years 4-6, and recovered to pre-cutting levels at 8 years post-cutting. A similar temporal pattern, but with smaller changes, was found in non-thinning locations. The initial increase in FCO₂ could be attributed to a combination of root decay, soil disturbance, and increased soil temperature in gaps, while the subsequent decrease and recovery to the death and gradual regrowth of active roots. Strong effects of soil temperature and soil water content on FCO₂ were found. Forest thinning mainly influenced FCO₂ through changes in tree root respiration, and the net result was a decrease in integrated FCO₂ flux through the entire felling cycle.     

降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响

降雨能够改变土壤水分状况进而促进林木蒸腾,然而场降雨量及其持续时间对林木树干液流及其环境控制机制的影响尚不明确。为此,在华北半干旱半湿润区的北京市顺义区共青林场,选取位于河岸生态系统不受土壤水分胁迫的欧美杨(Populus×euramericana)人工林为研究对象,在2019年和2021年生长季,使用TDP热扩散法测量树干液流,同步监测气象及土壤含水量等环境因子。根据对该区长期(2016—2017年、2019年和2021年)降雨数据统计分析结果,将2次降雨脉冲间隔超22.5 h的事件划分2场独立的降雨事件。按照降雨事件雨量及历时,将其中位数±1.5倍标准误的事件定义为常见事件,而将累积概率大于90%的事件定义为极端事件。结果表明:(1)太阳辐射是唯一显著控制该杨树人工林生长季树干液流的环境因子(偏相关系数r_p=0.539),饱和水汽压差、风速和土壤含水量均与树干液流不相关(p>0.533),降雨事件发生前后这一环境控制特征没有发生变化;(2)雨后树干液流随着场降雨量的增加而降低(R²=0.78,p=0.004),但与降雨事件历时无显著相关关系;(3)树干液流在常见降雨事件和极端事件后,在半小时尺度上随时间变化无显著差异(p≥0.264),但4类降雨事件后主导的环境控制因子却不完全相同,太阳辐射和饱和水汽压差总能显著促进半小时尺度的树干液流(r_p≥0.374),而土壤含水量仅在常见和极端的强降雨历时事件后,显著促进雨后半小时尺度液流(r_p≥0.215)。风速显著抑制常见场降雨量事件后半小时尺度的树干液流(r_p=-0.258),却能显著促进常见和极端场降雨历时事件后半小时尺度的树干液流(r_p≥0.183)。研究成果为进一步深入揭示降雨特征对树干液流及其生物物理控制机制的影响,以及改进气候变化下生态水文过程的模拟与评估提供参考。     

紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护时间效应的数值分析

为探究紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护的时间效应,该研究考虑降雨入渗条件并以含不同生长期紫花苜蓿的黄土边坡为例,基于室内土工试验获取参数,分别采用含植物根系的无限边坡模型和数值模拟两种方法进行稳定性分析。结果表明：降雨作用使得边坡潜在滑动面位置由坡体内部转移到降雨最大入渗深度处;随着坡面植被的生长,边坡浅层土体的强度逐渐提高,潜在滑动面又逐渐转移到边坡内部。根据数值模拟强度折减法,边坡稳定系数随着植被生长不断增大。对比无限边坡模型与数值模拟方法计算的边坡稳定系数,植物根系生长到1.0m且不论在天然状态或降雨条件下黄土边坡均处于稳定状态,植物根系在0～0.8 m且在降雨条件下时处于不稳定状态,随着边坡植物生长期的延长,边坡稳定系数总体变化趋势一致,即先降低再逐渐增大。草本植物随着生长期的延长,对降雨条件下黄土边坡坡面侵蚀有明显的抑制作用,从而草本植物根系生长能够提高黄土边坡稳定性。当草本植物生长时间达到150d时,能够有效防治黄土坡面侵蚀,并提高黄土边坡稳定性,因此草本植物生长的前5个月为关键期。研究成果对于黄土边坡浅层破坏防护以及实现黄土地区可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。     

磁化水处理对镉胁迫下欧美杨幼苗光合及生长特性的影响

为探讨磁化水灌溉处理在促进植物生长、提高植株重金属耐受性方面的作用机制,本研究采用随机区组试验设计,研究了镉胁迫（0 μmol·L^-1、50 μmol·L^-1、100 μmol·L^-1）下磁化水灌溉处理对1 a生欧美杨''I-107''光合特性、叶绿素荧光动力学参数及生长特性的影响。结果表明：1）镉胁迫会显著降低植株高生长和根茎叶干物质量;低浓度（50 μmol·L^-1）镉处理促进根系直径及体积增大（P<0.05）,高浓度（100 μmol·L^-1）则会抑制根系各形态参数;镉胁迫下欧美杨叶绿素b和类胡萝卜素含量分别降低12.50%、43.24%和19.27%、46.37%（P<0.05）,净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、胞间二氧化碳（C_i）分别降低13.68%和33.68%、8.07%和27.81%、5.00%和14.99%（P<0.05）,同时,PSⅡ潜在活性（F_v/F_m）、最大光化学速率（F_v/F_o）、光合性能指数（PIabs）和量子产额（φ_Eo）均有不同程度降低。2）磁化水灌溉提高镉胁迫植株高生长及根茎叶干物质量,增加植株根系长度及表面积;同时,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量在0 μmol·L^-1和100 μmol·L^-1镉胁迫下分别提高16.99%、40.20%,8.67%、39.10%和17.32%、50.52%（P<0.05）;G_s、C_i及WUE显著升高,T_r则降低24.20%、23.33%、12.06%（P<0.05）;另外,F_v/F_m、F_v/F_o、PIabs显著升高（P<0.05）。综上所述,磁化水灌溉处理有助于提高镉胁迫下欧美杨幼苗光合色素含量,维持光合机构功能,增强光合碳同化速率,减轻镉胁迫对植株生长发育的抑制。     

短期干旱胁迫下棉花气孔表现及光合特征研究

研究气孔对干旱胁迫的响应有助于了解气孔调节真实行为和提高水分利用效率。本研究以‘国欣9号’为供试棉花品种,在人工气候室利用营养液培养,设置加入PEG-6000浓度为0（对照）、1.5%、3.0%和4.5% 4个处理,处理后1~7 d每隔1 d连续测定其气孔形态、光合和叶绿素荧光指标。结果表明：加入PEG-6000 1 d后,随着处理进程的延长,棉花叶片水势、气孔长度、宽度和开度、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、胞间CO₂浓度（C_i）、最大光化学效率（F_v/F_m）和实际光化学量子产量（Yield）均呈下降趋势,气孔密度和非光化学淬灭系数（NPQ）呈上升趋势;不同处理之间,随着干旱胁迫程度增加,也表现出相似趋势。处理后5 d和7 d,与正常处理相比,1.5%、3.0%和4.5%处理棉花气孔长度、宽度、水势、P_n、G_s、T_r和C_i均差异显著（P<0.05）,气孔长度降低幅度最小（1.17%~2.61%）,G_s降低幅度最大（61.62%~69.09%）,T_r降低幅度为37.62%~67.48%。相关分析表明,棉花气孔长度、宽度和开度之间极显著正相关（P<0.01）,气孔宽度和气孔密度不相关。气孔长度、宽度和开度与P_n和Yield极显著正相关（P<0.01）,与NPQ极显著负相关（P<0.01）,与G_s、T_r和F_v/F_m相关不显著。综上,棉花在PEG-6000诱发干旱后,通过降低气孔开度和增大气孔密度降低净光合速率和气孔导度,叶绿素荧光指标Yield和NPQ比F_v/F_m对干旱更敏感。     

向家坝水电站生态修复边坡土壤团聚体及有机碳含量特征

[目的] 分析生态工程修复技术对土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响,为向家坝水电站不同生态修复边坡土壤结构稳定及碳汇功能的提升提供科学依据。[方法] 以向家坝水电站4种不同生态修复边坡：植被混凝土(CBS)、厚层基材喷播(TB)、框格梁覆土(FB)、客土喷播(SS)表层土壤为研究对象,并以天然林(NF)和弃渣地(AS)两种自然恢复边坡为对照,采用湿筛法研究土壤团聚体分布和稳定性及其有机碳含量特征。[结果] ①各边坡土壤均以＞0.25 mm的大团聚体粒径为主;其中天然林大团聚体含量最高,为81.83%;植被混凝土和厚层基材边坡次之,弃渣地含量最低,仅占55.19%。4个人工生态修复边坡的MWD和GMD均低于天然林高于弃渣地,其中厚层基材边坡的值最高,分别为2.96 mm和1.47 mm。客土喷播和弃渣地的分形维数(D)显著高于(p＜0.05)其余4个边坡。②各生态修复边坡措施均以＞0.25 mm粒径的大团聚体有机碳含量最高;除客土喷播和弃渣地外,其他修复措施和天然林均以＞2 mm粒级土壤团聚体贡献率最大。③相关性分析表明土壤SOC与MWD,GMD和R_0.25呈极显著正相关(p＜0.01),＞5 mm和5～2 mm粒级团聚体数量与土壤MWD,GMD,R_0.25和土壤SOC均呈极显著正相关(p＜0.01),与D呈极显著负相关(p＜0.01)。[结论] 向家坝水电站研究区内厚层基材喷播技术和植被混凝土生态修复技术对土壤结构和有机碳库的改善效果比较接近天然林,客土喷播技术改善效果较差。     

不同结皮类型对植被混凝土基材团聚体及有机碳的影响

[目的] 分析土壤团聚体分布和有机碳含量特征,揭示生物结皮对边坡稳定和养分固持的影响,为生物结皮在修复工程中的运用提供参考和指导意见。[方法] 以植被混凝土基材修复边坡为例,运用土壤干筛法、土壤湿筛法分别对结皮覆盖和无结皮覆盖坡面土壤的结皮层(0—2 cm)和结皮下层(2—7 cm)团聚体和有机碳特征进行研究。[结果] ①生物结皮的存在明显影响了土壤团聚体分布、机械稳定性及R_0.25含量。结皮覆盖层较CK(无结皮覆盖坡面)稳定性指标分别增加27.42%~33.51%(MWD),21.66%~28.88%(GMD),大团聚体含量(R_0.25)增加10.68%,且苔藓类结皮影响最为显著。②湿筛法测定的不同结皮类型土壤团聚体均以＞0.25 mm粒径为主,其中结皮覆盖边坡的团聚体水稳性参数MWD,GMD,R_0.25分别介于1.93~5.33 mm,0.85~3.16 mm,70.97%~87.50%,以苔藓覆盖边坡最大,D_d值介于2.48~2.74间,以苔藓类值最小。团聚体水稳定性表现为苔藓覆盖边坡最好,裸坡最差。③结皮的存在促进了土壤有机碳累积,有机碳含量是CK组的两倍以上。其中对表层土壤有机碳水平提升作用明显,对下层土壤作用较低。④土壤有机碳含量与土壤水稳性参数MWD,GMD,R_0.25呈显著正相关性(p＜0.05),有机碳水平和团聚体稳定性联系密切,相互影响,有机碳水平的提高对增加团聚体稳定性具有重要作用。[结论] 生物结皮的存在对修复边坡团聚体稳定和有机碳累积具有促进作用,结皮对生态修复边坡稳定和养分固持有一定的作用,且不同结皮类型作用强度不一,其中苔藓类和混生结皮固土和固碳效果最优。     

模拟降雨条件下林木裸露根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响

为探究喀斯特地区林木根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响,采用人工模拟降雨方法,研究林木根系3类分布方式：根系横坡方向局部裸露（横向）、根系顺坡方向局部裸露（顺向）、根系垂直坡面（垂直）的土壤侵蚀特征。降雨强度为75 mm/h,降雨历时为90 min,坡度为25°。结果表明：（1）降雨过程中,横向和垂直生长根系影响土壤入渗,壤中流和地下径流产流时间表现为顺向>横向>垂直;顺向坡面地表径流初始产流时间比横向和垂直坡面略有提前,但差异不显著（p>0.05）;（2）横向、顺向及垂直坡面地表径流总量大小表现为顺向>垂直>横向,壤中流与地下径流产流速率在降雨过程中缓慢增加,降雨停止后急剧减小;（3）林木根系3类分布方式坡面间的地表减沙效益表现为横向>垂直>顺向。综上所述,顺向坡面的汇流作用促使地表产流产沙增加,垂直坡面增加土壤降雨入渗并减少侵蚀,横向坡面对坡面径流泥沙的拦蓄作用最为明显。研究结果对认识喀斯特石漠化坡地土壤侵蚀机理和水土流失防治措施提供了参考。     

针叶与阔叶树根系对土壤抗剪强度及坡体稳定性的影响

重庆缙云山地处三峡库区,是国家重点自然保护区。由于地势特点,坡面极易发生土壤侵蚀及浅层滑坡,因此,在不破坏原有生态环境的前提下,有效防止灾害发生是该地区的重点防治工作。选取了同种根构型的针叶树种(马尾松Pinus massoniana Lamb)和阔叶树种(四川大头茶Gordonia acuminate),比较其提高土壤抗剪强度的作用强弱,并分析根面积比率、剪切带根系径级比、根系位置范围,以及根系角度等因素对土壤抗剪强度的影响。结果表明,针叶树种对土壤抗剪强度增强效果强于阔叶树种;针叶树种根系平均抗拉强度较大,其对土壤抗剪强度的增量更大;针叶树种根系分布范围较广且存在更多与剪切方向成60°的根系,表现出更好的固坡作用;根面积比率对土壤抗剪强度影响不明显。     

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。     

晋西黄土区极端降雨后浅层滑坡调查及影响因素分析

极端降雨引发的浅层滑坡,造成了严重的环境破坏与社会经济损失。为探究极端降雨条件下土地利用、植被类型和地形因素对浅层滑坡的影响,通过对山西省吉县蔡家川流域2021年10月3—6日极端降雨引发的浅层滑坡进行实地调查,分析了极端降雨的特征与过程,不同土地利用和植被状况条件下、不同地形条件下浅层滑坡的数量与破损面积。结果表明：(1)极端降雨降雨量为年平均降雨量的31.2%,达到了161.3 mm,降雨历时84 h,峰值降雨强度7 mm/h,平均降雨强度2.1 mm/h,发生该种程度降雨的频率为0.16%,为625年一遇的极端降雨。(2)蔡家川流域内的农地小流域、人工林小流域和次生林小流域共计发生浅层滑坡479处,破损面积达183 881 m²,90%的浅层滑坡面积小于885 m²。(3)单位面积上浅层滑坡的数量与破损面积均表现为农地小流域(214个/km²,109 241 m²/km²)>人工林小流域(163个/km²,48 779 m²     

黄土丘陵区不同坡度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

降雨特征和坡度是影响土壤入渗过程的重要因素,在植被恢复过程中,其对土壤入渗特征的影响可能会有所不同。选取黄土丘陵区6个坡度(5°,10°,15°,20°,25°和30°)的撂荒草地(2年)径流小区(5 m×20 m),观测自然降雨条件下(共计34场降雨,产流11场)植被生长旺期(7—9月)土壤入渗特征,研究降雨过程参数(降雨量、平均雨强、降雨历时和I_(30))、坡度和植被盖度对坡面入渗特征的影响。结果表明:(1)11场产流降雨不同坡度土壤入渗量总体变化范围为6.58～70.91 mm,入渗补给系数为0.83～1.00,入渗率为0.22～19.35 mm/h;(2)土壤入渗量随降雨量呈线性增加(R~2=0.99,p0.01),入渗补给系数随I_(30)呈指数降低(R~2=0.91,p0.01),平均入渗率随降雨强度呈线性增加(R~2=0.71,p0.01),随降雨历时呈幂函数降低(R~2=0.99,p0.05);(3)坡度增大使得径流位移增长,导致入渗量、入渗补给系数和平均入渗率整体随坡度增大而呈幂函数增加,但当坡度25°时,因径流势能沿坡面方向分量增加,径流流速加快,上述入渗特征参数略有降低;(4)由于降雨量在植被生长周期内呈下降趋势,很大程度上导致植被对入渗特征的影响受控于降雨量,土壤入渗量表现出随着植被盖度的增加呈幂函数显著下降的趋势。总体而言,降雨特征和坡度是影响土壤入渗的主要因素,且土壤入渗特征参数可表示为降雨过程参数和坡度的综合幂函数方程;在入渗补给系数较高的情况下,植被覆盖对土壤入渗特征的影响减弱。研究结果对于坡面尺度降雨径流调控机制和生态水文过程研究具有重要意义。     

砒砂岩区典型坡面土壤颗粒组成空间分布特征研究

为揭示土壤颗粒组成在垂直和水平方向上的分布规律,采集砒砂岩区典型坡面0—100 cm剖面的土壤,运用经典统计学测定其颗粒组成。结果表明：坡面0—100 cm土壤质地主要为砂壤土(59.21%)和壤砂土(36.40%)。随土层深度增加,砂粒含量增加,粉粒和黏粒含量减少,土壤逐渐呈现粗粒化的趋势;坡面尺度上,表层0—10 cm砂粒为弱变异,其余各层各粒级均为中等程度变异,且随土层深度增加变异性增强,不同粒级的变异系数表现为砂粒<粉粒<黏粒。沿坡面等高线方向,样带B粗粒化程度最弱,10 cm土层以下,样带B粗粒化程度最强。沿垂直坡面等高线方向,坡中砂粒含量(73.60%)相比于坡上和坡下分别增加6.90%(p<0.05)和11.66%(p<0.05),坡下粉粒(31.85%)和黏粒(3.10%)含量相比于坡上和坡中分别增加13.13%(p<0.05),23.59%(p<0.05)和4.36%,51.70%(p<0.05),坡中粗粒化程度最强,坡下是细颗粒堆积的主要区域。研究结果可加强对砒砂岩区坡面土壤颗粒空间分布规律的认识。     

不同雨强条件下工程措施对坡地产流产沙影响

基于试验站不同坡地措施（坡耕地和坡改梯）2016年和2017年的逐日降水、产流产沙数据，研究不同坡地措施和雨强下产流产沙规律特征，定量揭示坡改梯和坡耕地对产流产沙的影响。结果表明：（1）7月平均雨强I、最大雨强I₃₀及坡地产流量最大，8月最大雨强I₆₀与坡地产沙量最大，表明坡地产流产沙高峰期与雨强高峰期一致。（2）春夏两季产流、产沙量与I、I₃₀和I₆₀相关性显著（超过95%置信度检验）。其中坡耕地产流产沙量与I、I₃₀、I₆₀的相关系数整体高于坡改梯。春夏季坡耕地产沙量分别是坡改梯的3.91，7.85倍。（3）降雨主要集中在I（1~3 mm/h）、I₃₀（3~29 mm/h）、I₆₀（2~27 mm/h）之间，且坡地产流产沙量与最大雨强I₃₀、最大雨强I₆₀在95%置信度水平呈现显著正相关。当I₃₀达到29.0 mm/h、I₆₀达到26.6 mm/h时，坡地产流产沙达到最大，坡耕地产流产沙峰值是坡改梯的2.43，7.52倍以上，并且坡耕地全年产流产沙变异系数总体高于坡改梯，因此坡改梯工程在一定程度上防治了水土流失，使产流产沙变化减小。     

Estimating heterotrophic and autotrophic soil respiration using small-area trenched plot technique: Theory and practice

The trenching method of root exclusion is generally used to estimate heterotrophic (microbial decomposition) (F_h) and autotrophic (root and associated rhizosphere respiration) (F_a) components of soil respiration (F₀), particularly in forest ecosystems. However, some uncertainties exist on the accuracy and interpretation of the results from such experiments using small-area root exclusion plots. Using field and laboratory measurements as well as simulations using a process-based model of CO₂ production and transport in soil, we show that: (a) CO₂ concentrations at or immediately below the depth of root exclusion in small-area root exclusion plots are similar to those at the same depth in nearby undisturbed soil and (b) the contribution of soil CO₂ flux from below the root exclusion depth to the measured efflux at the surface of a root exclusion plot (F_0re) is increased because of the higher concentration gradient at the bottom of the root exclusion layer due to the decreased rate of CO₂ production above this depth. Consequently, F_a, calculated as F_0c measured in control (non-disturbed) plots minus F_0re measured in root exclusion plots, is underestimated. We describe an analytical model, derived from the soil CO₂ production and diffusion equation, to obtain correct estimates of F_a measured using small-area root exclusion plots. The analytical model requires knowledge of depth distribution of soil CO₂ diffusivity and source strength as inputs.     

黔西北乡土植物篱对典型石漠化区石灰土侵蚀动力学过程的调控

在自然降水条件下,定量研究黔西北喀斯特石漠化区典型乡土植物刺梨在坡耕地产流产沙的变化规律,分析该植物篱控制侵蚀产沙的水动力学机理。结果表明,刺梨植物篱截流、分流作用延缓径流产生及汇流时间,增加喀斯特坡面径流入渗量,减小坡面侵蚀动力。在不同降雨强度条件下,喀斯特坡面入渗率与径流量和产沙量呈负线性相关。植物根系缠绕串连黏结根土,改变土壤的入渗特性,增强土壤抗冲性与抗蚀能力。根系密度随土层深度增加而减少,减沙效应亦变小。土壤抗侵蚀能力与d<1mm的须根密度呈极显著正相关关系,与d≤2mm须根的根量、根长与土壤抗冲指数存在线性回归关系。当I30雨强为2.41mm时,植物篱小区几乎无流水侵蚀,而对照样地侵蚀产生较多泥沙;当I30为4.72,8.35mm时,研究小区皆已侵蚀产沙,并在对照样地侵蚀产生细沟,显示雨强加大,坡面产流动力加强,冲沙携沙能力加大。说明植物篱起到保水固土减沙和对土壤侵蚀水动力过程的调控。喀斯特坡面流侵蚀产沙水动力主要受降雨强度和雨滴动能影响,雨滴侵蚀力的大小取决于雨量、雨强、雨滴大小。侵蚀产沙量与雨强、降雨历时呈显著的幂函数关系。揭示了植物根系固土减沙和提高土壤抗侵蚀水动力的调控机理。     

黄土丘陵区植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响

基于定西市安家沟流域2014―2016年连续3年侵蚀性降雨产流产沙资料,研究了植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明,侵蚀性降雨可分为3类:A雨型(短历时、中高雨强)、B雨型(中雨量、小雨强)和C雨型(大雨量、小雨强),产流产沙频次为B雨型C雨型A雨型。径流系数油松林(6.915%～9.379%)、小麦地(5.838%～9.034%)和苜蓿地(6.610%～9.671%)分别是冰草地(2.724%～5.246%)的1.7～2.5倍,是沙棘林(2.296%～3.863%)的2～3倍。A雨型的径流系数大于B雨型和C雨型,B雨型和C雨型是产流的主要降雨类型。年均土壤流失量为小麦地(1.478～3.478 t/hm~2)苜蓿地(0.558～2.079 t/hm~2)油松林(0.459～0.887 t/hm~2)冰草地(0.097～0.253 t/hm~2)沙棘林(0.012～0.038 t/hm~2)。小麦地的土壤流失量分别是油松林的3～5倍,是冰草地的14倍,在坡度10°,15°,20°年均土壤流失量分别是沙棘林的123,130,92倍。C雨型对油松林产沙量的贡献率最大,B雨型次之,A雨型最小。A雨型对沙棘林产沙量的贡献率高达79%～86%,高强度、短历时降雨是沙棘林产沙的主要雨型。A雨型对小麦地和苜蓿地产沙量贡献率随着坡度的增大而增大,在坡度20°中、高雨强是小麦地和苜蓿地产沙量增加的主要雨型。小麦地、苜蓿地、油松林、冰草地的径流深与土壤流失量之间呈极显著线性正相关关系(P0.01),土壤流失量的增速为小麦地苜蓿地油松林冰草地,随着坡度的增大产沙速度加快。研究结果可为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论依据,同时对科学指导坡面水土保持措施配置有重要的实践意义。