黄土高原坡耕地水土流失地形分异模拟

退耕还林还草是目前黄土高原整治生态环境和控制水土流失的主体政策。为使生态退耕政策得到有效落实,本文基于WIN-YIELD软件,以延安燕沟流域为例,利用19972002年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料,模拟分析了不同地形高程、坡度和坡向条件下坡耕地种植不同作物可能产生的水土流失量及其地形分异特征。结果表明:地形坡度是影响径流和泥沙产生的重要因素,产生径流和泥沙的模拟值随地形坡度的增大而增大,地形坡度15°是坡耕地土壤侵蚀模数的相对质变点;地形高程和坡向对产生径流和泥沙的影响不大。     

福建省长汀县水土流失地形因子影响分析

以长汀县为研究区域,应用Arc GIS软件空间分析功能,分析长汀县不同高程、坡度、坡向的水土流失分布特征,分析水土流失成因。研究结果显示,长汀县53.41%的水土流失主要分布在高程300~400m的地带,15~25°和8~15°坡度地带水土流失面积分别占水土流失总面积的36.68%和34.90%,60.89%的水土流失集中在高程300~500m、坡度5~25°区域,不同坡向水土流失分布情况基本上与阳坡、阴坡分布相一致。     

DEM分辨率对微地形形态的影响

不同的DEM采样间隔能够使地表微地形的概括发生变化,导致微地形观测结果出现差异,该文主要研究不同观测尺度条件下微地形的变化。在深耕、浅耕、裸坡和细沟4种地形条件下,采用三维激光扫描仪获得5,10,20mm的点云数据。通过地理信息相关软件对点云数据加以处理分析,提取不同尺度条件下各类微地形的坡度、坡向、坡度变化率和坡向变化率;通过坡度、坡向定性研究微地形变化与观测尺度之间的相关性,通过对坡度变化率、坡向变化率的研究得出坡度、坡向的变化值域。不同地形条件的微地形在不同观测尺度下变化有明显差异。坡度在8°~15°,15°~25°,45°~60°,60°~90°变化均一;坡向受观测尺度影响主要集中在阳坡和半阳坡;坡度变化率和坡向变化率表明观测尺度越细微地形坡度坡向变化情况越显著,从10,20mm观测尺度下的0~3/3,3~∞两个取值区间逐渐迁移到在5mm尺度条件下的3~∞。     

植物篱措施对紫色土坡耕地产流产沙及微地形的影响

基于遂宁水土保持试验站坡耕地2012—2016年次降雨和径流输沙数据,定量分析了自然降雨下植物篱对坡耕地产流产沙及微地形的影响。结果表明:植物篱小区总径流深是对照小区的80%~84%,总冲刷量是对照小区的34%~44%,植物篱减沙作用优于减流。对照小区(Ⅱ小区和Ⅴ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均极显著相关(P0.01);植物篱小区(Ⅰ小区、Ⅲ小区和Ⅳ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均呈正相关,其中径流深与降雨量极显著相关。各雨型间产流产沙差异不显著,其中植物篱对A型雨(大雨强、短历时)减流减沙效果优于B型雨(中雨强、中历时)和C型雨(小雨强、长历时)。定植植物篱后,篱带前出现泥沙淤积带,15°香根草(Ⅰ小区)、10°香根草(Ⅲ小区)和10°新银合欢(Ⅳ小区)平均坡度分别演变为11.97°,7.73°和7.89°,香根草植物篱的效果较明显,植物篱使得坡耕地梯田化发展。     

区域水土流失地形因子的地图学分析

地形是影响区域水土流失的主要因子,基于中小栅格DEM提取的坡度是区域水土流失地形因子的主要指标之一。根据地貌学和地图制图学论文分析和对地形图及其DEM图形分析表明,在一定比例尺范围内（1∶1万~1∶25万）,多种比例尺的地形图均能表现区域地形的宏观结构特征;随着DEM分辨率的降低,在DEM上量算得到的坡度不断趋于平缓;由于制图综合不直接影响高程的数值,所以中小栅格DEM表现地面起伏的能力是存在的,只是发生了一定的变形而已。     

不同雨型下紫色土区坡耕地产流产沙特征

利用遂宁水土保持试验站5个径流小区1984—2015年次降雨和径流输沙数据,基于降雨过程定量划分出4种雨型,分析了雨型对不同坡度坡耕地产流产沙的作用。结果表明:径流深与各时段最大雨强均呈极显著相关(p0.01),随着坡度的增加,最大相关系数所对应的雨强时段越短;冲刷量均与Ⅰ平均呈极显著相关,且相关系数最大。径流深、冲刷量与雨强拟合关系均为幂函数,分别为凸型和凹型增函数,且拟合度区间分别为[0.79,0.88]和[0.90,0.97],说明冲刷量和雨强的关系更密切。各雨型下的产流产沙量随坡度的增大而增大,同一坡度下基本表现为雨型Ⅳ(短历时、大雨强)雨型Ⅲ(中历时、中雨强)雨型Ⅱ(长历时、中雨强)雨型Ⅰ(长历时、小雨强),其中,雨型Ⅳ明显大于雨型Ⅰ且达到显著水平(p0.05),且在15°小区的响应最为明显。雨型Ⅳ是造成该区坡耕地水土流失的主要降雨类型,且径流深和冲刷量随坡度的增大而增加,故应在水土保持工作中着重采取相应措施进行防治。     

不同坡度下紫色土地表微地形变化及其对土壤侵蚀的影响

为了揭示川中丘陵区紫色土地表微地形变化对土壤侵蚀的影响,该文通过室内人工模拟降雨试验,从地表糙度角度出发,结合多重分形理论与方法,分析了不同坡度条件下紫色土地表微地形变化特征,探讨了地表微地形变化与土壤侵蚀间的关系。结果表明:1)雨强为1.5 mm/min,历时为40 min降雨条件下,10°、15°和20°坡面地表相对高程的变化量分别为-11.66、-3.52和-5.61 mm,仅20°坡面地表初始低洼部位被径流贯通形成细沟;各坡面地表糙度均有所减小,且表现为15°10°20°,其中10°和15°坡面不同坡位地表糙度均较雨前减小,20°坡面下坡地表糙度较雨前增大,不同坡度全坡面地表糙度均较雨前减小;2)地表微地形具有一定的多重分形特征,10°和15°坡面雨后多重分形参数广义分形维数跨度、奇异指数跨度和多重分形谱高差均较雨前增大,微地形空间分布差异增大,且地表变得圆润,20°坡面与之相反;3)随坡度增大,地表径流量呈先减小后增大的变化趋势,且地表糙度变幅越小的坡面,地表产流量越高,而侵蚀产沙量则随坡度的增大显著提高(P0.05)。研究成果为揭示水蚀过程中地表微地形变化的本质和作用机理提供了参考。     

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。     

地形因子对喀斯特坡面水土流失影响的机理研究

[目的]通过对贵州喀斯特高原山地、盆地和峡谷3种典型地貌单元水土流失机理的研究,揭示坡度、坡长、坡形、坡位、坡向和微地形等地形因子对区域水土流失的影响,为综合防治喀斯特地区水土流失提供理论依据。[方法]基于标准径流场监测和侵蚀基线法对3种地貌单元进行多年水土流失监测,运用Excel和SPSS统计软件对数据进行分析。[结果]坡度是最直接影响坡面水土流失的态势因子,土壤侵蚀量是随坡度增加而增大,25°为临界坡度;喀斯特坡面的坡长对水土流失的影响并不明显;坡形通过坡位和坡向来影响水土流失,坡位对水土流失的影响规律表现为:坡面下部坡面中部坡面上部,向阳坡的土壤侵蚀大于背阴坡;微地形对水土流失的影响非常明显,凸出地段常被侵蚀,凹陷带常形成堆积。[结论]影响喀斯特地区水土流失的机理是多种因素联合作用,地形因子相互影响共同控制着喀斯特坡面水土流失的发生与变化趋势。     

点云数据抽稀与加密对微地形数据分析的影响

针对不同观测尺度下,大起伏(20cm耕作处理)、微起伏(耙平裸坡处理)两种地形的点云数据进行抽稀、加密处理,选取地表曲率、坡向、地表糙度3种直观的指标对抽稀、加密处理对微地形数据分析的影响进行了评价。结果显示:抽稀与加密处理对于起伏较大的地形曲率影响更为明显,对于起伏较小的地形则影响不显著。5,10mm数据抽稀与加密处理后坡向变化不显著。1mm尺度抽稀地表糙度的影响十分规律,5mm加密与抽稀对于大起伏地形的影响十分复杂,10mm加密对于大起伏地形糙度变化较为复杂,裸坡变化则相对规律。     

降雨强度和坡度对黑土坡耕地团聚体流失特征的影响

为量化雨强和坡度对团聚体流失特征的影响,以黑土坡耕地表层土壤(0—10 cm)为研究对象,采用室内模拟降雨的研究方法,对比了不同雨强(78,127 mm/h)及坡度(2°,4°,6°)下团聚体流失特征,并计算了雨强和坡度对团聚体流失量的贡献率。结果表明：(1)相同雨强条件下,团聚体流失总量随坡度的增加显著增加0.70～1.42倍;相同坡度条件下团聚体流失总量随雨强的增加在坡度4°和6°时分别显著增加1.94,2.41倍。雨强是团聚体流失总量的主要影响因子,贡献率为52.44%;(2)随坡度增加,流失团聚体MWD显著减少,D值仅在雨强78 mm/h时显著增加;随雨强增加流失团聚体MWD,D无显著差异;(3)随坡度增加,粒径5～1,1～0.25,0.25～0.053 mm团聚体流失量呈先增加后减少的趋势,粒径<0.053 mm团聚体流失量显著增加。随雨强的增加,小粒径团聚体流失量呈增加趋势,大粒径团聚体流失量仅在高坡度条件下明显增加;(4)雨强是粒径1～0.25,0.25～0.053,<0.053 mm团聚体流失量的主要影响因素,贡献率为27.42%～47.09%;坡度是粒径5...     

遂宁组紫色土坡耕地土壤侵蚀规律研究

通过对遂宁市水土保持试验站径流小区的定位观测试验,采用数据分析的方法,对遂宁组紫色土坡耕地土壤侵蚀规律进行了试验研究,结果表明:径流量随着降雨量的增加而增大,而侵蚀量与降雨量的相关性却不明显;坡耕地土壤侵蚀厚度、侵蚀量及养分流失量均随着坡耕地坡度的增加而变大;土壤侵蚀量和降雨量、平均雨强、浑水径流深之间的关系可用y=-30.666-1.326x1-2.343x2 23.646x3很好地描述。     

大豆调节坡耕地径流和泥沙作用研究

黄土高原地区坡耕地面积占该区总耕地面积的75%,产生严重的水土流失,治理坡耕地水土流失对该地农业生产和生态环境建设具有重大意义。大豆是黄土高原坡耕地的重要作物,然而,目前对于大豆在该地区调节径流和泥沙的能力还缺乏深入了解。以种植大豆的坡耕地为研究对象,研究在不同坡度和不同降雨强度下大豆调节径流和泥沙能力。试验设计包括大豆的5个生育期(幼苗期、始花期、盛花期、结荚期和始粒期),5个坡度(3°,5°,10°,15°,20°)和2个降雨强度(40,80 mm/h)。将大豆调节径流和泥沙的作用分为2部分:减少产流和减少产沙。采用产流时间、降雨初损量、径流量、产沙量、减流效益(RRB)和减沙效益(SRB)6个指标进行综合对比分析。结果表明:大豆在调节径流和泥沙方面作用显著。与裸地相比,大豆从幼苗期到始粒期,坡面径流量减少10.75%~64.94%,产沙量减少15.38%~84.24%。大豆的RRB和SRB值从整个生育期来看整体均呈增大趋势,且均与坡度成反比。同样,随着降雨强度增加,大豆的RRB和SRB略有降低且差异不显著,并且SRB值始终大于RRB值,因此发现大豆在减少泥沙方面比减少径流更有效。综上,黄土高原坡耕地上种植大豆对坡耕地土壤侵蚀具有积极的作用,并且对泥沙的拦截作用强于对径流的拦蓄作用。     

不同耕种模式下遂宁组紫色土坡耕地产流产沙特征

基于遂宁水土保持试验站1989—2016年次降雨数据,划分出Ⅰ(小雨强长历时)、Ⅱ(中雨强长历时)、Ⅲ(中雨强中历时)、Ⅳ(大雨强短历时)4种雨型,依据耕种模式划分出4个时段,分析坡耕地产流产沙规律。结果表明:(1)1991—1992年,等高沟垄两端加档方式保水保土作用最佳,且在各雨型间差异不显著(P0.05),斜坡沟垄随角度增加保土保水作用逐渐减弱。(2)2004—2005年,农耕地顺坡垄作的产沙量为横坡垄作的10～20倍,而产流量为横坡垄作的1～3倍,说明横坡垄作减沙效应优于减流效应,且种植黄花较种植玉米水土保持作用更强。(3)2006—2008年,农耕地栽植新银合欢植物篱初期地表扰动大,产流产沙量较对照小区大;各小区产流量在不同雨型间差异不显著(P0.05);Ⅱ雨型下横坡红苕/玉米—小麦小区产沙量显著大于其余雨型(P0.05),为其余雨型的4.4～26.7倍。(4)2013—2016年,植物篱已定植3年,植物篱小区水土保持效果均优于对照小区,减沙效应优于减流效应,且香根草植物篱水土保持效果整体优于新银合欢植物篱,Ⅲ雨型下各小区产沙量呈极显著差异(P0.01)。整体来看,等高沟垄耕作两端加档方式最佳,利于农耕地保土蓄水;植物篱减沙效果明显,但定植初期产沙量增加,且存在占用农田和影响机耕等问题,故应结合实际选择适宜的耕种方式。     

坡耕地不同种植模式对农田水土保持效应及土壤养分流失的影响

针对云南彝良地震灾区灾后坡耕地水土流失的现状,进行了不同种植模式的水土保持效应的研究。通过对试验小区不同种植模式下的径流小区的监测,以探明不同种植模式对农田水土和养分流失及对收获期作物粒重的影响,寻求控制和减少农田水土流失及增产的有效种植模式。结果表明,不同种植模式3次地表总径流量顺序为黄豆单作(17.0 m~3·hm~(-2))马铃薯单作(15.9 m~3·hm~(-2))玉米单作(13.7 m~3·hm~(-2))玉米∥马铃薯顺坡种植(12.6 m~3·hm~(-2))玉米∥黄豆(12.3 m~3·hm~(-2))玉米∥马铃薯(11.7 m~3·hm~(-2));土壤总侵蚀量顺序为马铃薯单作(930.15 kg·hm~(-2))黄豆单作(821.70 kg·hm~(-2))玉米单作(739.05 kg·hm~(-2))玉米∥马铃薯顺坡种植(716.70kg·hm~(-2))玉米∥马铃薯(651.90 kg·hm~(-2))玉米∥黄豆(620.10 kg·hm~(-2));在地表径流量方面,最好模式玉米∥马铃薯间作,比最差模式黄豆单作削减地表径流量31.2%,比马铃薯单作、玉米单作分别削减地表径流量26.4%、14.3%;在土壤侵蚀量方面,最好模式玉米∥黄豆间作,比最差模式马铃薯单作削减土壤侵蚀量33.3%,比黄豆单作、玉米单作分别削减土壤侵蚀量24.5%、16.1%。在土壤养分流失方面,玉米∥黄豆间作比马铃薯单作削减总氮流失30.6%;玉米∥黄豆间作比马铃薯单作削减氨氮流失22.2%,并有显著差异。可见,在彝良地震灾区玉米∥马铃薯和玉米∥黄豆间作种植模式在减少水土养分流失方面有一定效果。     

渭北旱塬坡耕地水土和养分流失特征

以渭北旱塬的坡耕地为对象,采用定位监测和室内分析相结合的方法,研究其退化机理。取得以下主要结论:坡耕地的土壤退化主要是水土流失所致,水土流失主要集中在年内的几场暴雨。观测期内5°、10°和15°坡面平均产沙量分别为320.9,1 581.1,3 819.6t/(km2.a);平均产流量分别为13 836.4,46 869.3,53 956.5m3/(km2.a)。受降雨强度和坡度影响较大。水土流失导致坡耕地土壤容重增加,孔隙度减小,持水能力减弱,且带走土壤中有效养分量,使土壤肥力降低。流失泥沙中全氮和速效钾含量远高于耕层土壤中的含量,表现出"富集"。     

降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀特征的影响

选取3种东北黑土区有代表性的侵蚀性降雨(60,90,120mm/h)和3个典型坡度(3°,5°和7°),采用模拟降雨试验方法,研究不同降雨强度和坡度下黑土区土质道路路面径流量、侵蚀量以及产流产沙过程的变化特征。结果表明:不同降雨强度和坡度试验处理的径流量主要变化于56.3~61.8mm;而路面侵蚀速率随降雨强度和坡度的增加分别增大1.8~11.0倍和1.2~10.0倍,且二者相互促进,共同影响土质道路路面土壤侵蚀。此外,降雨强度对黑土区土质道路路面产流率变化过程的影响明显,而坡度的影响较小。随着降雨强度和坡度的增加,含沙量均明显增大,且波动幅度逐渐增强。可见,降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀影响显著,可以通过消减雨滴动能以及改变路面性质防治道路水土流失。     

雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀及氮磷流失的影响

采用人工模拟降雨的手段,在2种雨强(50,75mm/h)、4种坡度(5°,10°,15°,20°)条件下,研究了雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀和养分流失的影响。结果表明:(1)降雨强度从50mm/h增大到75mm/h,相同坡度的坡面开始产流时间提前了2.75~4.79min。(2)随着雨强的增大,同一坡度的坡面径流量增加了12.53~15.80mm/m2,增加幅度为1.24~1.31倍;同一坡度的坡面产沙量增加了0.47~3.61kg/m2,增加幅度为0.77~2.90倍。坡面侵蚀过程中,存在临界坡度,为15°左右。(3)氮素流失以径流流失为主,泥沙中总氮的流失量较低,仅占径流总氮流失量的1.4%~9.7%。坡度较小时,磷素流失途径以径流流失为主,随着坡度的增加,磷素的流失途径以泥沙流失为主。(4)径流总氮流失浓度与径流强度呈线性正相关,泥沙总氮和总磷流失浓度与产沙率也分别呈显著的线性正相关。