土壤水蚀过程研究回顾

在学科发展和社会需求的双重驱动下,土壤水蚀过程一直是土壤侵蚀研究领域关注的焦点和热点。文章对土壤水蚀过程研究进行系统的回顾总结,介绍了土壤水蚀过程的概念和研究方法;重点从坡面土壤分离—搬运—沉积过程、流域土壤侵蚀—输移—堆积过程和水蚀预报模型3个方面,阐述了土壤水蚀过程研究的核心内容及取得的主要成就,并对国内外土壤水蚀过程研究进行了对比分析。在此基础上,将土壤水蚀过程研究尚需解决的难点问题归纳为土壤水蚀过程与机理、水土流失尺度特征和水土保持措施防蚀机理3个方面。     

土壤溅蚀过程和研究方法综述

土壤溅蚀是土壤侵蚀过程的开始,是指由于降雨雨滴打击土壤表层,引起土壤颗粒分散和迁移的一种侵蚀过程,是导致坡面水蚀的一个重要威胁因子。因此,土壤溅蚀是土壤侵蚀的重要形式和组成部分,具有重要的研究意义。土壤溅蚀过程和研究方法是土壤溅蚀领域研究的核心内容。论文根据有关资料,综述了国内外土壤溅蚀过程和研究方法方面的主要成果,并对将来的研究方向进行了展望,以期推动我国在该领域的研究工作。国内外研究表明,土壤溅蚀是土壤侵蚀的主要过程之一,是各种水文过程、水力过程和生态过程的综合表现,是复杂的降雨因子和土壤因子共同作用的结果,涉及一系列关于降雨雨滴与地表间的能量转换过程。测量土壤溅蚀的方法主要有溅蚀杯、溅蚀板和溅蚀盘。进一步的研究应致力于土壤溅蚀的力学过程和森林土壤溅蚀过程方面的探讨。     

不同土壤抗蚀性指标对侵蚀泥沙影响的灰色关联度分析

表征土壤抗蚀性的指标有土壤颗粒分散特性和土壤水稳性团聚体稳定特性方面的诸多指标。为研究不同土壤抗蚀性指标对侵蚀泥沙的影响程度,以江西水土保持生态科技园15个不同水保措施类型小区为研究对象,采用灰色关联度的方法,对土壤抗蚀性指标进行了对比分析。结果发现:选取的10个抗蚀性指标对土壤侵蚀模数影响最佳3指标分别为团聚度、受蚀性指数(Eva)和侵蚀率,团聚度与土壤侵蚀量关联度最大,为0.744;对土壤侵蚀模数影响最差3指标依次为湿筛水稳性团聚体平均重量直径(EMWD)、干筛团聚体平均重量直径差值(MWDC)和0.5mm水稳性团聚体重量百分数(WSA),EMWD与土壤侵蚀量关联度最小,为0.594。土壤颗粒分散特性比土壤水稳性团聚体稳定特性对土壤侵蚀量影响大,前者关联度平均为0.705,后者关联度平均为0.621。通过土壤抗蚀性指标与侵蚀泥沙不同关联度的比较和排序,可以为侵蚀影响程度排序等提供信息,对以后的相关研究工作具有促进作用和参考价值。     

影响土壤水蚀的环境因子分析

土壤侵蚀是一种复杂的人文和地理过程,受到众多环境因子的影响。综合介绍了影响土壤水蚀的降雨侵蚀力、植被覆盖与水土保持措施、地形、土壤可蚀性因子,并定性分析了各因子对土壤侵蚀的影响,以期促进该项研究工作的深入开展。     

土壤侵蚀模型研究综述

 近年来,人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究,并针对不同研究对象与目的,建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上,讨论土壤侵蚀模型研究与GIS技术和BP神经网络理论结合的发展趋势,同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况,提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。     

土壤水蚀模型中的融雪侵蚀模拟研究

在季节性或常年积雪地区,春季积雪融化产生的径流及其造成的侵蚀占全年总侵蚀量的比例很大,同时反复进行的冻融过程会影响土壤的物理性质,如团聚体稳定性、水分传导率、抗剪切力、可蚀性等,进而加重土壤侵蚀。因此在这些地区进行融雪侵蚀预报十分必要,它主要包括融雪径流的产生,及其形成的土壤侵蚀量,冻融过程导致土壤性状的变化,以及由此造成的对土壤可蚀性的影响。本研究总结了国内外融雪侵蚀的研究现状,并分析了几个代表性土壤水蚀预报模型中的融雪侵蚀过程,提出我国部分地区土壤侵蚀模型中考虑融雪侵蚀的必要性。     

土壤团聚体研究进展

土壤团聚体是土壤的重要组成部分,影响了土壤的各种物理化学性质,对土壤侵蚀有重要影响,其水稳性和数量是评价土壤可蚀性的重要评价指标。综述了土壤团聚体的形成、影响土壤团聚体水稳性的因素、以及土壤团聚体研究方法的研究的最新进展,针对其中存在问题,指出今后可能的发展方向。     

水蚀过程的土壤可蚀性研究述评

土壤可蚀性是建立土壤侵蚀预报模型的重要参数,在土壤侵蚀研究中占有重要地位.该文基于土壤内在性质和侵蚀动力对土壤可蚀性评价指标与体系、土壤可蚀性的测定与计算方法以及土壤可蚀性动态变化等方面进行阐述,全面评述了目前国内外土壤可蚀性的研究进展,分析了当前土壤可蚀性研究存在的问题,指出了尚需加强的研究领域,包括土壤可蚀性评价指标体系、土壤可蚀性动态变化规律和土壤侵蚀机理研究等.     

土壤可蚀性研究进展综述

土壤可蚀性是表征土壤对降雨渗透能力及其对降雨和径流剥蚀、搬运敏感程度的一个综合指标,是反映土壤侵蚀的重要参数。介绍了国内外学者提出的土壤可蚀性指标,评述了直接测定法、公式法和诺谟图法的优缺点与应用范围;结合我国土壤可蚀性研究现状,介绍了我国土壤侵蚀严重区的典型土壤可蚀性指标值的最新研究成果,分析了我国土壤可蚀性研究的不足,指出应加强并完善土壤可蚀性指标、土壤可蚀性影响因子和土壤可蚀性计算方法的研究。     

土壤可蚀性研究现状及展望

<正> 土壤可蚀性(soil erodibility)是指土壤是否易受侵蚀破坏的性能,也就是土壤对侵蚀介质剥蚀和搬运的敏感性。与侵蚀营力一样,土壤可蚀性是影响土壤侵蚀量大小的又一个重要因子。在水土保持学科中,我国习惯上把“水”和“土”并列使用,而国际上则用“soil loss”、“soil erosion”、“soil conservation”或“soil and water conservation”等术语。显然,土壤是水土保持学科的重点。另一方面,土壤侵蚀营力等是土壤流失过程中的外部因素,而土壤性质才是内在因素,因此,水土保持学科中核心的也是重要的问题,应该是土壤保护。土壤可蚀性研究在水土保持研究工作中具有重要意义,国际上把土壤可蚀性研究一直作为水土保持学科研究的重要内容之一。     

风蚀过程中翻耕农田土壤抗剪强度变化

为探究土壤风蚀过程中土壤抗剪强度的变化,以河北坝上干扰破坏地表及未干扰破坏地表的典型翻耕农田为研究对象,采用土壤抗剪强度野外原位直剪试验测定了土壤抗剪强度在风蚀事件前后及风蚀季的变化,结合室内试验分析了土壤抗剪强度与土壤干团聚体粒度的关系。结果表明：未受到干扰破坏及受到干扰破坏2种类型农田地表土壤抗剪切强度与作用在土壤表面的法向应力呈正相关关系,土壤抗剪强度随法向应力的增大而增大;土壤抗剪强度变化与风蚀事件的发生密切相关,除2021年4月27,28日风蚀事件后表层土壤受含水率影响外,其余2次风蚀事件后土壤抗剪强度均发生明显增大,整个风蚀季的土壤抗剪强度变化也呈现出先增大再减小最后略增大的趋势;在风蚀过程中,受到干扰破坏农田地表对于土壤风蚀过程的响应更为敏感,其抗剪强度变化较未受干扰破坏地表抗剪强度变化更为剧烈;土壤抗剪强度随土壤干团聚体平均重量直径增大而增大。为减少坝上地区风蚀的危害,应合理采用保护性耕作措施,在风蚀季减少对农田表层的干扰。     

东北黑土区土壤侵蚀研究进展与展望

东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地,强烈水土流失导致的黑土厚度下降及土壤质量退化,直接威胁国家粮食安全。系统分析黑土区土壤侵蚀研究成果,对阻控黑土退化、维持土地生产力、保障国家粮食安全具有重要意义,论述了黑土区土壤侵蚀环境与侵蚀环境效应、土壤侵蚀过程与机理、土壤侵蚀时空变化和未来研究展望。多营力复合、缓坡长坡是黑土区独特的侵蚀环境,黑土厚度下降与坡耕地土壤质量退化是该区最典型的侵蚀环境效应。细沟间、细沟、浅沟、切沟及冻融侵蚀发育的动力机制与主控因素差异明显,输沙耗能驱动的泥沙输移对土壤分离的反馈效应是侵蚀强度沿坡长呈强弱交替的根本原因,浅沟和切沟主要发育在坡耕地,侵蚀强度受耕作方式等人类活动的显著影响。冻融侵蚀强度显著小于水力侵蚀,但可通过降低土壤抗蚀性能和促进坡面径流及壤中流发育影响水力侵蚀。土壤侵蚀类型与强度在小流域尺度上沿坡面呈明显的垂直分带特征,在区域尺度上呈南北与东西递变的纬度和经度地带性。全球气候变化可能导致黑土区水力侵蚀加强、冻融侵蚀减弱。未来亟需加强黑土厚度及土地生产力对侵蚀响应机理、复合侵蚀动力过程与耦合机制、典型侵蚀类型时空变化与主控因素等方面的研究。     

铁路工程建设水土流失监测试验研究——以北同蒲增建二线改造项目太原至原平段为例

在北同蒲增建二线改造项目太原至原平段水土流失监测过程中,根据建设责任区内的水土流失敏感点的土壤侵蚀特征采用了定点连续监测、定点定时监测和沿线调查三个不同层次的监测方法。铁路建设责任区域内的气象条件、土地利用形式和地形等水土流失影响因子的差异性导致了各水土流失敏感点的土壤侵蚀形式和特征的不同。项目建设期间产生的大型的裸露土体在侵蚀性降雨条件下其土壤特性变化明显,增加了区域内的产沙量;坡面土壤粒度的粗化和随机粗糙度的变化不一定会降低坡面上的面蚀强度。作为铁路建设重要工程主体的路堤和路堑的建设会改变区域内的产流、径流和渗流途经;在稳定和适宜的工程防护下,能够较好地控制开发建设项目径流产沙的增量。铁路建设中的水保设施本身的失稳也常常是增加产沙量的另一途经。     

黄土丘陵区土壤有机碳含量对侵蚀坡面表层土壤含水量时空变化的影响

表层土壤含水量能敏感反映降雨、气温、侵蚀等环境要素的变化,明确表层土壤含水量时空变化特征可为农业生产及土壤环境效应评价等提供参考。以黄土丘陵区不同有机碳水平的侵蚀坡面为对象,连续监测了2016年11月至2018年3月0-5 cm土壤含水量的动态变化,结合降水资料,分析了不同土壤有机碳水平下侵蚀坡面沉积区、侵蚀区及对照区表层土壤含水量的变化特征。结果表明:(1)表层土壤含水量不同季节变化差异显著,夏季变幅最大,单日最大变幅可达14.3%,春、秋、冬季的单日最大变幅<8.0%。换言之,夏季是土壤水分变化的敏感期。(2)土壤有机碳水平、坡面部位、土壤温度对表层水分变异的影响程度因季节而异。(3)土壤侵蚀加剧了坡面表层土壤含水量变异,变异程度表现为沉积区>侵蚀区>对照(未侵蚀)区;侵蚀前后侵蚀区表层土壤含水量变化量与沉积区变化量的差值随有机碳水平升高从0.85%增加至9.81%。(4)侵蚀坡面表层土壤含水量的时空异质性随有机碳水平升高呈非线性变化趋势。     

对土壤侵蚀研究的几点思考

土壤侵蚀是现代地理环境条件下改变地貌景观的主要过程,也是引起土壤质量退化、沙漠化与石漠化的核心因素,与土壤、生态、水文等多个地表过程密切相关。虽然土壤侵蚀研究需要气候、地质、地貌、土壤、水文、生态等相关学科的基本知识,分析土壤侵蚀发生、发展过程的动力机制,但需要明确界定土壤侵蚀研究的时空尺度。土壤侵蚀与水土保持之间相互联系、相互促进。土壤侵蚀研究的时间尺度以次降雨、月、年为主,研究主题为次降雨侵蚀过程、土壤侵蚀季节变化与年际变化,时间尺度不宜超过100年。土壤侵蚀研究的空间尺度以小流域为主,基于土壤侵蚀垂直分带性,可以进一步分为样点、坡面、沟坡与小流域。在不同空间尺度上,研究内容与研究方法差异明显。土壤侵蚀过程包括土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积,各个过程的主控因素存在差异,研究成果积累差异明显,研究重点会随着时空尺度的变化而有所不同。在土壤侵蚀过程研究中,应充分理解分离控制和输移控制及其时空转换阈值。虽然土壤侵蚀研究已经取得了大量成果,但在细沟网络结构及其时空变化、泥沙沉积过程、沟蚀形成与演变动力机制、重力侵蚀发育过程动力学机理、小流域土壤侵蚀过程模型等诸多方面,亟待加强研究。     

紫色土表土结皮发育特征的试验研究

通过模拟降雨试验,探讨了紫色土表土结皮的发育特征。结果表明：有、无雨滴打击下,紫色土在30min内均形成稳定结皮层,厚度约7～8mm;淋移作用是紫色土形成结皮的主导作用,降雨打击使表土在降雨前期迅速形成致密薄层,抑制了淋移作用并使盖网处理的结皮容重略高;孔隙的剖面分布对入渗、抗剪强度有较大影响,表现在发生层总孔隙度低但分布均匀的盖网处理具有更强的入渗能力,且由于降雨初期未发生致密上层使其抗剪强度略低。     

卢旺达共和国山地丘陵区土壤侵蚀调查报告

[目的]在卢旺达山地丘陵区开展土壤侵蚀调查,分析该区土壤侵蚀特征及成因,为尼罗河上游山地丘陵区土壤侵蚀预报和水土流失防治提供科学依据。[方法]在卢旺达布设4条调查路线并选择调查点,于2019年10月17—22日对调查点土壤侵蚀特征、成因及水土保持措施等进行了调查。[结果]卢旺达多山地且以农牧业为主,土壤侵蚀主要发生在坡耕地、损毁林地、建设用地等。坡耕地以片蚀和细沟侵蚀为主。损毁林地以片蚀和细沟侵蚀为主,部分出现沟蚀;当裸露地表形成草地或幼林后均较少发生土壤侵蚀。公路边坡、开挖边坡、土路路面及边坡等在降雨及径流的作用下产生沟蚀,部分路段偶有勤侵蚀发生。梯田是该国最主要的水土保持措施,具有较好的生态和经济效益。[结论]卢旺达土壤侵蚀主要以水力侵蚀为主,重力侵蚀次之。不合理的开垦坡地、毁林,加之多山的地形,导致侵蚀较为严重,威胁当地的生态安全及粮食安全。该区缺乏水土流失监测资料,需要重视水土保持基础理论研究,加强水土流失基础数据的监测和采集,同时需要加强其水土保持措施及土地管理工作,保障卢旺达农业的可持续绿色发展。     

黄土区大型露天矿排土场水力侵蚀计算与防治

以黄土区安太堡露天矿未复垦排土场为对象,研究未复垦排土场平台水力侵蚀(沟蚀)状况,通过实地外业采样和内业数据处理,结合数据统计分析平台,计算出了研究区内的沟蚀量分布情况,并分析了平台汇水面、土壤容重、坡度与沟蚀模数的关系,估算研究区水力侵蚀造成的直接经济损失,提出排土场平台复垦和水土流失防治措施。结果表明:(1)研究区水力侵蚀严重,总体沟蚀模数相当于自然地貌土壤侵蚀模数的6.8倍,其中平台汇水面对沟蚀模数的影响巨大;(2)排土场平台表层土壤压实,40cm以内土层压实最为严重,深层土壤土质较疏松;(3)排土场平台坡度和坡长在一定程度上可以反映出土壤侵蚀的高低,在水土流失防治措施中应予考虑。在平台复垦和土壤侵蚀防治中应采用减少平台汇水面积、增大地表水入渗能力和提高植被覆盖度的措施为主,本研究成果可为排土场复垦和水土流失防治提供参考。     

燥红土不同土地利用类型土壤侵蚀特征——以云南小江流域为例

云南小江流域土壤侵蚀十分严重，为揭示其侵蚀机理及探索有效治理方法，对其典型土壤——燥红土不同土地利用类型开展了人工降雨产流产沙试验，并运用水分测定仪（TRASE 6050X1 TDR）对土壤水分变化进行动态监测。结果表明：灌草地蓄水拦沙能力最强，坡耕地（坡式梯地沿等高线开挖垄沟种植花生）次之，裸坡地最弱；同种利用类型土壤不同土层传输水分和吸收水分能力不同；在较大雨强（0．61mm／min）且充足降雨条件下，小江流域燥红土地表产流特征经历了以超渗产流为主、超渗产流和饱和产流同时进行、以饱和产流为主的3个阶段。     

草地雀麦对北京山区石灰性褐土水土保持作用的研究

北京山区石灰性褐土草地雀麦播种后第2a,研究了其主要生物学特性对土壤物理性质及坡地水土流失的影响.结果表明,草地雀麦种植1a后,4月份返青,7月份地表覆盖度可达85%以上,8月份植株密度最大,地上、地下生物量为2322.6 kg/hm2和5623.0 kg/hm2,且0-10 cm地下生物量是草地雀麦地下水土保持功能发挥的主要部分.北京地区石灰性褐土土壤侵蚀的主要形式是坡面地表径流流失,降雨与植物生物学特性是坡地土壤侵蚀的主要影响因素,且不同因素作用大小表现为:地表径流量＞降雨量＞降雨强度＞坡度＞植被盖度＞植被高度＞植株密度.草地雀麦种植第2a,可以明显改善石灰性褐土土壤物理性质,减小土壤容重2.4%～9.8%,降低土壤紧实度,提高土壤入渗率,坡地地表年径流损失量与土壤侵蚀模数仅为13.5 mm和105.2 t/(km2·a),保水固土能力达到65.4%和98.1%,水土保持效果显著.