玉米秸秆覆盖对坡面产流产沙过程的影响

通过室内土槽模拟试验,研究不同降雨条件下玉米秸秆覆盖对沙坡地产流时间和产流产沙过程的影响。处理分为8种降雨强度和5个水平的秸秆覆盖度:0、15%、30%、60%和90%。40组模拟降雨结果表明:华北保护性耕作研究区域沙壤土条件下的产流时间与降雨强度符合幂函数关系;秸秆覆盖能延缓地表径流的产生,自然降雨(雨强10~80 mm/h)过程中,15%、30%、60%和90%秸秆覆盖较无覆盖分别推迟产流时间1.0~15.4、2.1~22.1、3.4~48.2和5.9~73.6 min;秸秆覆盖对地表径流和产沙影响显著,降雨历时1 h,30%秸秆覆盖减少径流总量17.9~/o~38.7%,减少产沙总量34.1%~48.0%0 30%秸秆覆盖水土保持效果显著,考虑到过多的秸秆覆盖(80%)会造成播种机堵塞,所以在保护性耕作研究实践中,建议保持30%~60%(1 400~3 100 kg/hm~2)的玉米秸秆覆盖,以达到较好的水土保持效果和播种质量,该研究可为保护性耕作研究区域适宜的玉米秸秆覆盖量提供依据。     

雨强和坡度对嵌套砾石红壤坡面产流产沙的影响

采用人工模拟降雨的方法研究了嵌套砾石红壤坡面的产流产沙特征,分析了雨强(60,120mm/h)和坡度(10°,15°,20°,25°)条件下嵌套砾石和无砾石红壤坡面的产流和产沙过程差异。结果表明:(1)产流开始时间T_(嵌套砾石)T_(无砾石),60mm/h雨强条件下嵌套砾石较无砾石坡面在10°,15°,20°,25°坡度分别延迟4.20,2.95,2.23,1.03min;(2)坡度相同时,嵌套砾石坡面较无砾石坡面产流率明显减少,但雨强的增大会掩盖嵌套砾石对坡面产流率减小的影响;(3)嵌套砾石红壤坡面在60mm/h雨强、坡度10°条件下平均产流率最小,在120mm/h雨强、25°坡面下平均产流率是前者的4.5倍;无砾石红壤坡面在120mm/h雨强、坡度25°条件下平均产流率最大,为最小平均产流率的4.8倍;(4)各坡面产沙强度、次降雨产沙量随雨强和坡度增大而增大,60mm/h雨强、坡度10°和25°时,嵌套砾石坡面平均产沙强度为无砾石坡面的6.0%和28.4%;120mm/h雨强时,此两个坡度的嵌套砾石坡面为无砾石坡面平均产沙强度的33.9%和25.3%。     

交替冻融对坡面产流产沙的影响

冻融作用使土壤更容易成为侵蚀的物质来源,进而加剧土壤侵蚀程度。为了揭示冻融作用对坡面土壤水蚀的影响,该文通过室内交替冻融循环试验和人工模拟降雨试验,研究了交替冻融作用下坡面的降雨产流产沙特征。试验以未经过任何冻融作用的风干土壤为对照,设计了2种交替冻融循环周期处理(3和6)、2种土壤质量含水率水平(10%和20%)、4种降雨强度(25、50、75、100 mm/h)。结果表明,相对于对照,降雨强度相同时,2种土壤含水率下的交替冻融作用都可以使产流产沙强度增大,且产沙强度的增大幅度大于产流强度。交替冻融循环周期相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随含水量的增加而增加。质量含水率相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随冻融循环周期的变化相对较为复杂,当质量含水率为10%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而增大,当质量含水率为20%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而减小。当质量含水率为10%,交替冻融循环周期为3和6时,增流百分比分别为3.52%、4.71%,增沙百分比分别为6.13%、16.95%。当质量含水率为20%,交替冻融循环次数为3和6时,增流百分比分别为10.24%、5.01%,增沙百分比分别为81.99%、53.07%。相同降雨强度下,土壤质量含水率对产流产沙强度的影响大,交替冻融作用对产流产沙强度的影响小。该研究为冻融侵蚀机理的研究提供参考依据。     

小麦秸秆长度、覆盖量对坡面产流产沙的影响

为定量研究小麦秸秆覆盖对坡面产沙产流过程及减水减沙效益的影响,采用室内人工模拟降雨试验,研究在降雨强度为90 mm/h时,不同秸秆长度和秸秆覆盖量下的坡面产流产沙特征和产流产沙过程规律,结果表明:(1)在相同秸秆长度下,随秸秆覆盖量增加,产流量产沙量极显著减少(p0.01)。相同覆盖量水平下随秸秆长度增加,产流量显著增加(p0.05),在4.5 t/hm~2覆盖量下产沙量极显著增加(p0.01)。(2)秸秆覆盖坡面的初始产流时间较裸露坡面延迟6.23倍,产流量平均下降19.5%,产沙量下降31.6%。覆盖措施通过保护土壤的结构有效抑制了细沟侵蚀过程向切沟侵蚀发展。产流产沙过程受秸秆长度和覆盖量的交互作用影响,交互效应对产流过程的影响更突出。(3)随覆盖量增加,减水减沙效益极显著增加(p0.01);随长度增加,减水减沙效益分别减少为17.26%,27.97%。不同覆盖条件下的坡面产流量、产沙量和减水、减沙效益均与秸秆长度、秸秆覆盖量呈二元线性关系。(4)在当前试验条件下,当秸秆长度为3～5 cm,覆盖量为4.5 t/hm~2时达到最优减水减沙效益。     

秸秆覆盖对崩积体坡面产流产沙影响的模拟试验

通过室内模拟降雨试验,研究60 mm/h雨强条件下,不同秸秆覆盖度(0、25%、50%、75%、100%)和坡度(25°,30°和35°)组合崩积体坡面的侵蚀状况。结果表明:(1)不同条件下崩积体坡面初始产流时间在49~913 s;同一坡度条件下,崩积体坡面初始产流时间随着覆盖度的增加而延长;同一覆盖度条件下,初始产流时间35°25°30°;坡面产流时间与秸秆覆盖度呈线性正相关关系。(2)崩积体坡面径流量的变化过程具有如下几个特征:第一,在降雨初期,坡面径流率在短时间内迅速增加,之后趋于平缓;第二,坡面径流量的起伏变化幅度随着坡度的增加而增大;第三,同一覆盖度条件下,30°坡面的径流率大于25°和35°坡面。(3)崩积体坡面产沙量存在临界覆盖度,值为50%。     

林火前后坡面覆盖类型对产流产沙影响的模拟试验

通过室内模拟降雨试验,设置3种降雨强度(30,60,90 mm/h)和3种地表覆盖类型(裸土坡面、1 cm马尾松枯落物覆盖、1 cm马尾松灰烬覆盖),研究林火发生前后不同地表覆盖下的坡面产流产沙过程,明确枯落物和植物灰烬覆盖的减流减沙效益。结果表明:(1)相比裸坡,枯落物和灰烬覆盖下的坡面初始产流时间分别延长33%~80%和51%~200%,灰烬覆盖对延缓产流的效果更为明显;(2)相比裸坡,枯落物覆盖的减流效果稳定在12%~36%,而灰烬覆盖在中小雨强的减流效果高于70%,在90 mm/h雨强时减流效果降低至7%;(3)裸土坡面产流呈现先快速升高后稳定的趋势,而枯落物和灰烬覆盖坡面产流效果呈现阶梯形上升趋势;(4)枯落物覆盖能够减小径流携沙量和总产沙量,在3种雨强下减沙效益均高于85%,且高于同雨强下灰烬覆盖的减沙效益。枯落物覆盖的减流减沙效果在不同雨强下表现较为稳定,而灰烬覆盖的减流减沙效果受降雨强度的影响显著,且枯落物覆盖的减沙效益在3种雨强下均优于灰烬覆盖,说明在林火发生后地表覆盖改变是引起土壤侵蚀增加的重要因素之一。     

含砾石土壤坡面流速及产流产沙过程研究

 在模拟降雨条件下对5种土壤(砾石质量分数分别为0、10%、20%、30%、40%)的坡面流速及产流产沙过程进行研究,以期深入了解含砾石土壤的水土流失过程。结果表明:含砾石土壤的坡面流速和径流量大于不含砾石的土壤;在降雨初期0～10min内,含砾石土壤的产沙量随时间呈显著增加趋势,峰值出现在10 min左右,随后产沙量逐渐降低;降雨后期30～60min内,含砾石土壤的产沙量又呈增加趋势,尤其是砾石含量为30%和40%的土壤产沙量显著增加,且随时间有一定波动。试验中,5种土壤的总产沙量与砾石含量正相关,径流含沙率与产沙量则呈显著线性正相关。     

坡长对黔西北地区坡面产流产沙的影响

利用径流小区观测法探讨了坡长对黔西北地区坡面产流产沙的影响。结果表明,(1)坡面产流量随坡长的增加呈先减少后增加再减少的变化趋势,坡面产沙量随坡长的增加而增加,且产沙量与坡长之间呈线性关系。(2)坡面产流量和产沙量均与暴雨存在显著性相关,暴雨条件下坡面产流量占年产流量的35.1%~52.2%,坡面产沙量占年产沙量的67.4%~87.8%。(3)低雨强时,产沙量随坡长的增加无明显变化规律;中、高雨强时,产沙量随坡长的增加而增加,且产沙量与坡长之间的关系可用线性方程表示。(4)不同坡长条件下坡面产流量和产沙量均与降雨复合指数PI60存在较好的幂函数关系。(5)坡面产沙量与坡长、坡面产流量之间存在较好的幂函数关系,其关系式为:M=0.176(LH)1.261。     

土壤结皮对黑土区坡面产流产沙的影响

土壤结皮对坡面产流形成和侵蚀过程有重要的影响。基于室内人工模拟降雨试验,研究了土壤结皮对黑土区坡面产流产沙的影响。结果表明:土壤结皮促使坡面产流提前发生,但对坡面产流量的影响不甚明显;对坡面侵蚀产沙量却有明显的作用。试验条件下,5°坡面有土壤结皮处理的坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理减少了54%。有土壤结皮处理的10°坡面,在降雨过程中结皮尚未破坏前,其坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理的对照减少了40%;一旦土壤结皮被破坏,之后的坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理的对照增加了46%;在整个降雨过程中,10°有土壤结皮处理的坡面侵蚀产沙量较无土壤结皮处理增加了16%。表明土壤结皮对坡面侵蚀的影响与地面坡度有密切关系。     

坡度对黔西北地区坡面产流产沙的影响

利用野外径流小区观测获得的径流泥沙数据与降雨资料,分析了黔西北地区坡面产流产沙随坡面坡度变化产生的变化规律。结果表明:(1)坡面产流量与产沙量随坡度的增加呈先增大后减小再增大的变化趋势。(2)坡面产流量和产沙量与大雨和暴雨存在显著性相关关系,这2类降雨条件下产流量占总产流量的71.3%~76.5%;产沙量占总产沙量的75.9%~93.8%。(3)坡面产流量与中雨强型侵蚀性降雨显著相关;坡面产沙量与高雨强型侵蚀性降雨显著相关,该类降雨条件下产沙量占总产沙量的46.6%~76.4%。(4)坡面产流产沙与降雨复合因子PI30在不同坡度条件下呈幂函数关系。     

人工模拟降雨供水水质对坡面产流产沙的影响

利用黄土高原2种典型的土壤类型(黄土和塿土),在2个降雨强度(45.5,95.5mm/h)和2个坡度(8.7%,25.9%)条件下进行了人工模拟降雨试验,研究了3种水质(去离子水、自来水、盐水)对坡面产流、产沙过程的影响。结果表明,2种土壤类型的产流过程差异显著,黄土条件下去离子水最先产流,但产流速率小于自来水与盐水;而塿土条件下去离子水的产流速率始终最大,自来水与盐水由于离子数量相当,产流速率差异较小。水质主要通过地表结皮的形成与发育影响径流,以总降水量45.5mm为例,径流深随供水电导率的增大而减少,与去离子水相比,黄土条件下自来水和盐水的径流分别减少了5.7 mm和1.5mm,而塿土条件下分别减少了7.2mm和9.8mm。受产流过程的影响,不同供水水质条件下产沙过程不一,产沙速率与产流速率变化同步。2种土质条件下产沙量均是去离子水最大,与去离子水相比,自来水和盐水分别减少了45.9%,35.8%(黄土)和65.6%,68.3%(塿土),结果显示模拟降雨水质会显著影响坡面产流产沙过程,为保证试验数据的准确性和可对比性,建议在进行人工降雨相关试验时均采用去离子水。     

植被对含碎石土壤坡面产流产沙的影响

在建立的径流小区内铺设三峡地区含碎石土壤,并配置不同种类和不同覆盖度的植被,通过人工降雨试验方法,研究了植被对含碎石土壤坡面产流产沙的影响。结果表明:产流量及产沙量均为裸坡灌木坡面草本坡面草灌混合坡面;80%覆盖度的灌木坡面产沙量小于覆盖度为60%的坡面,而产流量正好相反;60%覆盖度的草本坡面的减沙效益已经相当于80%的覆盖度;累计产流量和累计产沙量均随降雨历时的增加呈线性变化;当灌木覆盖度从80%降至60%时,含沙量有显著的升高,但当草本覆盖度从80%降至60%时,2个覆盖度对应含沙量差异很小,且含沙量都很低。     

土壤剖面结构特征对坡面产流产沙过程的影响

层状土壤在自然界普遍存在,但土壤剖面结构对降雨入渗和侵蚀过程的影响研究却相对较少。通过模拟降雨试验,系统研究了7种典型剖面结构的土壤在不同雨强下降雨入渗和产流产沙特征,以揭示土壤剖面结构特征对剖面水文过程的影响。结果表明:随降雨强度增大,各层状土壤的产流时间均变短,而径流系数和土壤侵蚀强度均增大;在相同降雨强度下,上砂下黏的土壤入渗率较大,抗侵蚀能力较强,而上黏下砂的土壤,入渗率低,在降雨过程中的产流产沙量相对较大,土壤抗侵蚀能力弱。若上层为黏土,土壤产流产沙量总体为三层组合两层组合单层土壤,表明层状组合层次越多,其抗侵蚀能力可能越强;而上层为砂土的剖面结构,结果则与之相反,层数增加,产流产沙量会随之增加。研究结果可为层状土壤入渗过程和侵蚀过程模型模拟提供科学依据。     

茵陈蒿群落分布格局对坡面产流产沙的影响

植被分布格局对其水土保持功能有重要影响。植被斑块与裸地斑块的不同组合配置对调控坡面径流侵蚀的作用不同。本文通过野外人工模拟降雨,对黄土丘陵区演替初期茵陈蒿(Artemisia capillaries)群落不同格局下的侵蚀产沙特征进行了定量分析研究。结果表明:在2.43mm/min雨强下,盖度相同组合不同,分布均匀的小斑块格局(B)比大斑块格局(C)的减流量高,但减沙效益降低。与裸地小区相比,格局B、C减流效益分别为14.7%、9.5%,减沙效益分别为36.14%和63.86%。坡面累计产流量随降雨历时逐渐增加,且二者呈线性相关。累计产沙量随降雨历时先增后减,表现为二次函数关系。累计产沙量与累计产流量之间也为二次函数,即随着径流量的增加,累计产沙量先增加后减少。     

坡面产流产沙影响因素的灰色关联法分析

影响坡面径流的因素有降雨量、雨强、植被等诸多因子。在陕西省长武县王东沟小流域布设径流小区,采用灰色关联度的方法,对不同影响因子进行了对比分析,研究了降雨和植被对地表径流量和侵蚀量的影响。结果表明,降雨量与径流量、侵蚀量的关联度最大,各因子对径流量的影响系数排序为:降雨量>最大雨强>雨强>植被覆盖度,对侵蚀量的影响系数排序为:降雨量>雨强>最大雨强>植被覆盖度。植被覆盖度与径流量和侵蚀量的关系为:当覆盖度<25%时,径流量没有明显变化;当其>25%时,径流量随着覆盖度的增加减少;当覆盖度<50%时,随着覆盖度的增加,侵蚀量下降趋势明显;当其>50%时,随着覆盖度的增加,侵蚀量下降趋势趋于平缓。     

茵陈蒿群落垂直结构对坡面产流产沙过程的影响

为探究茵陈蒿群落不同垂直结构对产流、产沙过程的影响,利用人工模拟降雨试验的方法,研究了不同垂直结构的茵陈蒿群落坡面侵蚀过程。结果表明:在植被盖度相同条件下,茵陈蒿多层群落结构(茵陈蒿+狗尾草+生物结皮)和双层群落结构(茵陈蒿+生物结皮)的减流、减沙效果显著优于单层群落结构,二者的减流效益分别为40.5%和22.6%,减沙效益分别为86.6%和73.5%。不同垂直结构的茵陈蒿群落累积产沙量均可表示为累积产流量的幂函数(R~20.98),表现为累积产沙量随累积产流量的增加而增加,且随群落结构层数的增加,3种垂直结构群落的累积产沙量增幅减小。植物根系可以改善土壤结构,增加降水入渗,减少地表径流,是影响产流、产沙过程的关键因素。因此,群落垂直层次多、组分复杂、整体预防水土流失的能力也相应较强。对易于形成植被空层的草地群落,应当重视其低层植被建设,加强草地群落垂直结构及其水土保持功能的相关研究,以期为黄土高原草地植被恢复和结构配置优化提供理论依据。     

喀斯特土石异质坡面产流产沙规律

侵蚀性降雨是引起喀斯特黄壤坡面水土流失的主要动力因子。采用贵州省遵义市浒洋水流域2018—2020年4个径流小区92次侵蚀性降雨产流产沙实测数据,研究次降雨条件下,裸露坡面和块石出露小区对产流产沙的影响。结果表明：(1)侵蚀性降雨可以分为A、B、C 3类,A类降雨是造成喀斯特黄壤坡面土壤侵蚀的主要雨型。侵蚀性降雨的标准为次降雨量>6.6 mm或I₃₀>3.6 mm/h。(2)裸露坡面63.27%的侵蚀性降雨径流深<0.4 mm, 66.30%的侵蚀性降雨土壤流失量<1 g/m²,坡面土壤侵蚀量主要是由个别的次降雨所贡献。比较3类降雨,产流产沙的规律总体上表现为A雨型>C雨型>B雨型。(3)土壤流失量主要是由径流深决定,径流深直接决定着坡面产沙的多少。A类降雨中20 mm降雨量是喀斯特黄壤坡面径流深和土壤流失量明显增加的突变值。(4)3类降雨下,块石出露增加了坡面产流量,产流量随着出露率的增加而变大。但产沙量的变化比较复杂,A类降雨下,产沙量随着块石出露率的提高呈明显增加。研究结果对喀斯特坡面水土流失治理和土...     

贵州省喀斯特地区坡面产流产沙特征

土壤侵蚀和石漠化严重影响了贵州喀斯特地区的可持续发展。为了有效防治该地区的土壤侵蚀,利用径流小区观测法,通过布设经济林地(梨树)、水保林地(香樟、柏树)、坡耕地(农作物)和裸地(对照)5种径流小区,对该地区不同地类坡面产流产沙特征进行研究。结果表明:坡度为13°的坡耕地和经济林地减流减沙效果显著,产流量分别减少了47.5%和25.8%,产沙量分别减少了78.5%和58.9%,香樟、柏树减流效果不明显,但产沙量分别减少了44.7%和79.3%;坡度为18°时,经济林地(梨树)、水保林地(香障)、水保林地(柏树)、坡耕地(农作物)4种地类的产流量减少45.8%,4.9%,3.8%,16.6%,产沙量分别减少了91.3%,81.1%,77.4%,61.6%。25°的坡耕地产沙量是对照的8.9倍,土壤侵蚀量大幅度增加。产流产沙量与降雨量(P)、最大30min雨强(I30)和坡度(s)均呈幂函数关系,产沙量与产流量呈线性关系。     

野外不同被覆坡面产流产沙特征

利用野外原型坡面开展径流冲刷模拟试验,定量研究9L/min和20°条件下裸坡坡面、人工草被坡面和自然修复坡面的产流产沙特征及变化规律。结果表明:(1)自然修复坡面比人工草被坡面减水减沙和增加入渗的作用更明显,和裸坡相比,自然修复坡面的产沙量比裸坡减少89.76%～98%,径流量减少46.97%～53.30%,坡面入渗率比裸坡高114%～126.54%;对于人工草被坡面来说,产沙量比裸坡减少约95%,径流量减少不足20%,入渗率比裸坡高约50%。(2)在3种立地类型条件下,产沙和径流、产沙和阻力系数的关系均呈负相关关系,但与裸坡和人工草被坡面相比,自然修复坡面的产沙径流关系、产沙和阻力系数关系的相关性较弱,这可能与其坡面近地表覆盖情况较复杂有关,因此其坡面水沙关系有待于进一步研究。     

喀斯特地区不同降雨和植被覆盖的坡面产流产沙特征

[目的]分析不同降雨类型下的径流和产沙量特征,及其在不同植被覆盖类型和植被覆盖度下的响应,为喀斯特地区黄壤坡面在不同降雨和植被覆盖条件下的产流和产沙量动态特征研究提供理论基础。[方法]以贵州省黔南州龙里县羊鸡冲小流域2014—2018年径流小区实测数据为基础,基于均值分类的方法,将研究区降雨类型划分为4类,对各指标进行相关性分析、回归模型模拟以及指数函数分析。[结果]不同降雨对研究区产流产沙的影响程度不同,不同植被覆盖类型下降雨特征对产流产沙的影响存在明显的差异。总体上A型降雨(极强雨强,极大降雨量、中等降雨历时的低频次降雨事件)更容易造成侵蚀性危害,该条件下坡面产流和产沙量之间显著相关,并且经果林表现出极好的水土保持效果;B型降雨(强雨强,中等降雨量、短降雨历时的高频次降雨事件)为该地区主要降雨类型;在4种降雨条件下,混交林的水土保持效果优于其他植被覆盖类型。产沙量与雨强、径流深正相关,和植被覆盖度负相关,对产沙量的影响为:径流深平均雨强植被覆盖度。当植被覆盖度到达80%左右,其削减径流以及减沙的效果处于稳定的状态。[结论]在降雨一定的前提下,植被是影响坡面产沙量的关键因子。对于喀斯特地区黄壤坡面而言,增加地表覆盖度是减少产沙量的基础,也是防治水土流失的一项重要举措。