梯田与植物篱的结构、功能与适用性

梯田和植物篱都是治理山丘区坡耕地水土流失的重要的水土保持措施。介绍了梯田和植物篱的结构、功能及其适应性,并进行了对比分析,同时对长江上游坡耕地整治提出了建议,以期促进坡耕地水土流失的科学治理。     

GIS支持下小流域农林复合经营的侵蚀控制模拟 --以冀西北青边口河小流域为例

根据张家口郭家梁试验场的小区资料,建立了小流域侵蚀产沙模型以及植物篱侵蚀控制模型 ;并在GIS的支持下,从小流域数字高程模型(DEM)中提取基于地块间水沙汇流网络,生成基于地块的水沙运移网络图,并将地块间的水沙汇流过程引入小流域侵蚀产沙的模拟中,实现了侵蚀产沙模型与地理信息系统(GIS)的深层次耦合,模拟出坡面水沙在小流域的空间运动过程.1995～1999年青边口河小流域模拟结果表明,坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地平均侵蚀模数最大,是侵蚀控制的重点土地利用类型.在坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地配置面积占流域总面积的18.2%的植物篱-农作系统(10m带间距2年生紫穗槐植物篱),利用次降雨资料计算模拟结果表明,对径流的控制效果在8.1%～46.2%之间,对侵蚀模数的控制效果在42.9%～50.2%之间;养分流失的模拟分析表明,在现有条件下有机质的损失较大,而通过配置植物篱-农作系统可以有效地减少养分流失.     

GIS支持下小流域农林复合经营的侵蚀控制模拟——以冀西北青边口河小流域为例

根据张家口郭家梁试验场的小区资料 ,建立了小流域侵蚀产沙模型以及植物篱侵蚀控制模型 ;并在 GIS的支持下 ,从小流域数字高程模型 (DEM)中提取基于地块间水沙汇流网络 ,生成基于地块的水沙运移网络图 ,并将地块间的水沙汇流过程引入小流域侵蚀产沙的模拟中 ,实现了侵蚀产沙模型与地理信息系统 (GIS)的深层次耦合 ,模拟出坡面水沙在小流域的空间运动过程。1995～ 1999年青边口河小流域模拟结果表明 ,坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地平均侵蚀模数最大 ,是侵蚀控制的重点土地利用类型。在坡耕地、荒坡地、低覆盖的天然草地配置面积占流域总面积的 18.2 %的植物篱—农作系统 (10 m带间距 2年生紫穗槐植物篱 ) ,利用次降雨资料计算模拟结果表明 ,对径流的控制效果在 8.1%～ 46 .2 %之间 ,对侵蚀模数的控制效果在 42 .9%～ 5 0 .2 %之间 ;养分流失的模拟分析表明 ,在现有条件下有机质的损失较大 ,而通过配置植物篱—农作系统可以有效地减少养分流失。     

基于GIS的农林复合经营的侵蚀控制模拟研究

根据张家口郭家梁试验场的小区资料，建立了小流域侵蚀产沙模型以及植物篱侵蚀控制模型，并在GIS的支持下，从小流域数字高程模型（DEM）中提取基于地块间水沙汇流网络，生态基于地块的水沙运移网络图，并将地块间的水沙汇流过程引入小流域侵蚀产沙的模拟中，实现了侵蚀产沙模型与地理信息系统（GIS）的深层次耦合，模拟出坡面水沙在小流域的空间运动过程。1995－1999年的青边口河小流域模拟结果表明：坡耕地，荒坡地，低覆盖的天然草地的平均侵蚀模数最大，是侵蚀控制的重点土地利用类型，在坡耕地，荒坡地，低覆盖的天然草地配置面积占流域总面积的18．2％的植物篱一农作系统（10m带间距的二年生紫穗槐植物篱），利用次降雨资料的计算模拟结果表明，对径流的控制效果在８．１％－４６．２％之间，对侵蚀模数的控制净利要在４２．９％－５０．２％之间，养分流失的模拟分析表明，在现有条件下有机质的损失较大，而通过配置植物篱－农作系统可以有效地减少养分的流失。     

典型黑土区坡耕地水土保持措施适宜性分析

为了探讨东北典型黑土区坡耕地的治理情况,综合现有研究成果分析了不同坡度下顺坡垄作改横坡垄作、水平梯田、等高植物篱等措施的蓄水保土效益。结果表明：它们在黑土区能够发挥较高的水土保持效益坡度适宜范围,从而确定在0～5°、5°-8°、8°～15°坡度级别的坡耕地上分别采用以改垄措施、等高植物篱措施、水平梯田措施为主的措施进行治理,在〉15°的坡耕地上选择退耕还林。     

三峡库区坡地林草植被阻止降雨径流侵蚀

为了研究林草调控措施对坡面降雨径流侵蚀的影响及其对坡面侵蚀动力的调控效果,该文在重庆开县选择栾树+黄花槐、传统农作、植物篱、封山育林、自然恢复、经济林以及裸地对照7种林草治理措施并修建标准径流小区,通过观测产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明:林草调控措施深刻影响降雨侵蚀动力,并对坡耕地径流侵蚀量产生较大的影响。林草调控措施中,均以裸地对照样地产流、产沙量最大,而以栾树+黄花槐和植物篱措施的产流、产沙最小,水土保持效果最为明显。以洪峰流量模数和径流深表示的坡面径流侵蚀功率与侵蚀产沙量呈正相关关系,说明径流侵蚀功率能够较好的模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示不同林草调控措施对侵蚀结果的影响,可以成为评价植被侵蚀动力调控效应的指标。在未来三峡库区植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种林草调控措施的逐步实施,重视和发展植被的恢复与重建,对于当地生态环境的改善和水土流失的治理具有重要的意义。     

植物篱与石坎梯田改良坡耕地效益研究

三峡库区秭归段生态环境脆弱,当地群众广泛采用石坎梯田为主的工程措施和植物篱为主的农林复合技术措施改良利用坡耕地。通过试验,对三峡库区秭归县相同坡度、坡向和土层厚度的坡耕地采取石坎坡改梯和定植等高植物篱的投入和产出进行对比,结果表明:石坎梯田与植物篱均是改良利用坡耕地的有效方法;石坎梯田建设期投入费用高,涵水保土能力强,田坎无经济效益;植物篱建设期投入费用低,生产期运行费用略高于石坎梯田,成坎周期较长,涵水保土能力初期较低后期逐渐增强,生产期产出效益明显。     

植物篱与石坎梯田改良坡耕地效益研究

三峡库区秭归段生态环境脆弱,当地群众广泛采用以石坎梯田为主的工程措施和以植物篱为主的农林复合技术措施改良利用坡耕地。通过试验,对三峡库区秭归县相同坡度、坡向和土层厚度的坡耕地采取石坎坡改梯和定植等高植物篱的投入和产出进行对比,结果表明:石坎梯田与植物篱均是改良利用坡耕地的有效方法;石坎梯田建设期投入费用高,涵水保土能力强,田坎无经济效益;植物篱坡地建设期投入费用低,生产期运行费用略高于石坎梯田,成坎周期较长,涵水保土能力初期较低后期逐渐增强,生产期产出效益明显。     

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。     

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。     

三峡库区水土流失综合治理优先小流域识别方法

三峡库区水土流失严重,开展水土流失综合治理是减少入库泥沙和提高三峡工程综合效益的关键,而如何高效识别优先小流域,则是提高治理资金效益和科学决策的基础。以重庆市合川区为例,在区域土壤侵蚀评价的基础上,提出了水土流失面积法、土地利用-水土流失面积法和坡度-水土流失面积法3种优先小流域识别方法,并对其进行了比较分析。结果表明,坡度-水土流失面积法识别的优先小流域水土流失面积占比接近于水土流失面积法,同时又将坡度较大以及耕地、园地和采矿用地面积占比较大的小流域识别出来,纳入优先小流域中,是3种方法中最优的识别方法。研究结果可为三峡库区或同类型地区小流域水土流失治理规划与实施顺序决策提供借鉴和参考。     

基于CSLE模型的陕北纸坊沟流域土壤侵蚀评价

[目的]对陕北纸坊沟流域土壤侵蚀状况进行评价,为该流域不合理土地利用方式的调整和优化以及水土流失治理措施的合理布设提供科学依据。[方法]以陕西省安塞县纸坊沟流域为研究区,基于ArcGIS技术,利用2005—2016年纸坊沟流域水文站月降雨量数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定中国土壤流失方程(CSLE)的相关参数,计算研究区的土壤侵蚀强度,对土地利用变化与坡度和土壤侵蚀强度之间的关系进行分析。[结果](1)研究区内不同坡度带上的土壤侵蚀强度差异较大,15°～25°左右的坡耕地是土壤侵蚀的敏感部位。(2)纸坊沟流域内土地以林地、耕地、草地为主,耕地面积不断减少,林地和草地面积不断增加。该区域实施退耕还林后,土壤侵蚀的面积与强度整体呈现改善趋势;土地利用变化与土壤侵蚀强度具有密切联系,表现为耕地的土壤侵蚀强度较强,林地和草地侵蚀强度相对较弱,说明增加林地和草地面积,减少耕地面积,能够显著减弱土壤侵蚀。[结论]研究区内土壤侵蚀空间分布受土地利用方式和坡度制约,该区今后水土流失治理的重点区域是15°～25°左右的坡耕地。     

黄土区不同空间尺度土壤侵蚀预报模型研究

土壤侵蚀预报模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个层次。坡面尺度主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度不但要考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙及泥沙输移的影响;区域尺度主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。     

内蒙古十大孔兑西柳沟流域土壤侵蚀及水土保持措施调查

[目的]内蒙古十大孔兑地区属黄河中上游多沙粗沙区和生态脆弱区,对该区典型流域西柳沟的土壤侵蚀进行实地调查,分析流域土壤侵蚀特征及成因,为该区水土流失防治提供科学依据。[方法]于2022年9月19—26日和2023年6月21—26日沿X640解柴线(解家营—柴沟堡)和G109京拉线(北京—拉萨)2条公路分别布设15个调查点和14个集水区,对调查点及集水区植被、土壤、土壤侵蚀特征和水土保持措施等进行调查。[结果]流域内草地片蚀较为严重,耕地侵蚀不严重,沟谷内裸地风蚀较为严重。上游黄土高原丘陵区沟蚀严重,且溯源侵蚀、下切侵蚀及沟岸扩张未停止,伴随较为严重的重力侵蚀。中游风沙区以风水复合侵蚀为主,大幅增加了流域的产沙总量。流域内道路建设及边坡开挖等人为扰动进一步加剧了侵蚀风险。径流泥沙含量测定结果验证了流域泥沙的主要来源为上游地区。流域内水土保持措施以植被措施及工程措施为主,虽已起到一定水土保持作用,但由于形式单一而未能发挥理想效果。[结论]西柳沟短历时高强度的降雨特点叠加下层砒砂岩土壤条件共同加剧了该区土壤侵蚀,经济发展压力下的人类活动扰动加剧了生态风险,当地政府亟需持续增加水土保持投入,提...     

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系）,开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。     

工程堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机制研究

工程堆积体极易产生水土流失,是生产建设项目水土流失防治的重点。为探明工程堆积体植物篱控蚀效果和机理,通过野外模拟径流冲刷试验,该文采用35、45、55 L/min 3种放水流量,对24°、28°、32°三种坡度的植物篱(H)及裸露对照小区(C)堆积体边坡(20 m×5 m标准监测小区)进行模拟放水冲刷试验,选取产沙率、径流含沙量、减沙量、径流挟沙力、剪切力、剥蚀率和径流功率等因子对堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机理进行分析。结果表明:堆积体侵蚀时间段集中在产流中后期(10~32 min),侵蚀位置主要在坡面中上段(0~10 m),植物篱具有10%~45%的减沙效益,其控蚀能力与冲刷历时之间存在二次函数的关系,临界时间随坡度和流量的增加而提前;植物篱坡面产流后期径流含沙量超过裸坡,这与其在侵蚀过程中的"源-汇"转变有关;植物篱可降低坡面土壤剥蚀率,提高坡面的临界剪切力和临界径流功率,能抑制细沟向坡面下部的发育,基于径流功率,其可蚀性参数(3.58 g/(N·m))大于对照坡面的可蚀性参数(2.83 g/(N·m))。研究结果可为坡面植物篱的合理利用提供一定的理论支撑,也能为工程堆积体措施条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供部分参数支持。     

密云水库上游不同土地利用方式下的土壤侵蚀特征

[目的]为了合理配置北京密云水库水土流失重点治理区的水土保持综合措施。[方法]基于石匣小流域坡面径流小区定位观测资料,分析了不同土地利用方式及水土保持措施的坡面土壤侵蚀特征。[结果](1)5种土地利用方式的土壤侵蚀量差异明显,与裸地相比较,耕地、人工草地、封禁荒草地和林地的减沙率达63.88%~99.63%;(2)梯田比坡耕地措施小区的土壤侵蚀量减少了95.62%,起到了显著的水土保持作用;(3)采用水平条和鱼鳞坑措施林地小区的减沙率分别为83.56%和96.53%,具有十分明显的减蚀作用;(4)与人工草地相比较,封禁荒草地的侵蚀产沙量减少了98.25%,可以有效地控制水土流失。[结论]增加地表植被覆盖,减少人为干扰以及合适地配置梯田、鱼鳞坑和水平条等水土保持工程措施具有良好的水土保持作用。     

砒砂岩区小流域泥沙来源研究

砒砂岩区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一。据在小纳林沟试验观测 ,该区农耕地、荒坡地、林草地的年土壤侵蚀模数分别为 64 2 4、5 95 6、12 10t/km2 ,汛期 6～ 9月份侵蚀厚度占全年侵蚀厚度的 68 3 5 % ,流域年土壤侵蚀模数为18670t/km2 ,其中沟谷地年侵蚀产沙量占流域年侵蚀产沙量的 84 89% ,沟间地年侵蚀产沙量占 15 11%。水蚀、重力侵蚀是该区主要的侵蚀方式。     

东北黑土区不同坡段等间距植物篱减流减沙特征

植物篱作为一种有效的水土保持措施,带间距是其配置的关键参数,当前大部分植物篱布设时采用等间距设计,但不同坡段等间距植物篱的作用效果如何尚不明确。以东北黑土区不同坡段等间距植物篱为研究对象,通过含沙径流冲刷试验,模拟不同坡段等间距植物篱在坡度5°,雨强100 mm/h降雨条件下的产流产沙过程。结果表明:与裸地对照相比,各坡段植物篱能够阻延坡面径流,且随坡段的下移,滞后时间逐渐缩短;各坡段植物篱产流、产沙速率在时间尺度上表现基本一致,在上、中坡段植物篱坡面相对平稳,下坡段植物篱坡面后期呈明显波动,其变化趋势与坡面侵蚀形态密切相关,且整体均小于对照坡面;不同坡段植物篱减流效益为5.40%～10.16%、减沙效益为51.90%～75.72%,尽管有较好的减沙作用,但下坡段植物篱坡面的侵蚀模数已达到259.96 t/km~2,超过东北黑土区允许土壤流失量。可见,等间距植物篱需设计改进后,方可应用于东北黑土区。研究结果为东北黑土区植物篱设计提供重要科学依据。