东北典型黑土区农耕土壤团聚体流失特征

通过野外原位模拟降雨试验,研究了东北典型黑土区3种降雨强度(30、60和90 mm h-1)下农耕地坡面侵蚀过程的土壤团聚体流失特征,分析了流失团聚体特征指标(平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)、平均重量比表面积(MWSSA)、≥1 mm粒级团聚体比例(PA1)、≥2 mm粒级团聚体比例(PA2)、≥0.25 mm粒级团聚体比例(PA0.25))的变化规律。结果表明:降雨强度对典型黑土区农耕地坡面侵蚀有显著影响;次降雨初期侵蚀量占整个降雨过程总侵蚀量的比例随着降雨强度的增加而增大。在30 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25 mm粒级团聚体为主,其占团聚体流失总量的90.0%;在60 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25和0.5~1 mm粒级团聚体为主,二者占团聚体流失总量的63.7%;而90 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25和2~5 mm粒级团聚体为主,二者分别占团聚体流失总量的31.7%和31.2%。PA0.25、PA1、PA2、MWD和GMD与降雨强度和含沙量之间均呈现极显著正相关关系;MWSSA和D与降雨强度和含沙量之间呈现极显著负相关关系。研究结果还表明,PA1、MWD和GMD皆能较好地表征典型黑土区农耕土壤的团聚体流失特征。     

子午岭林区植被自然恢复下土壤剖面团聚体特征研究

研究了子午岭林区七种植被类型土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数随植被恢复的变化规律以及这3个指标随土壤有机碳含量增加的变化规律。结果表明:植被恢复对>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数的影响可以达到70 cm土层;除白羊草群落外,0-70 cm土层上>0.25 mm水稳性团聚体含量随植被恢复逐渐提高,团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数随植被恢复逐渐减小,土壤结构随植被恢复逐渐改善。>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数与土壤有机碳之间呈极显著对数相关关系(p=0.01,n=32),当有机碳含量低于18.1 mg/g时,>0.25 mm水稳性团聚体含量随有机碳含量提高而明显提高、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数则随有机碳含量提高而明显降低,即土壤结构稳定性明显提高;当有土壤机碳含量高于18.1 mg/g,>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数渐趋稳定,即在白羊草、虎榛子、山杨和辽东栎阶段的0-5 cm土层土壤结构达到稳定状态。     

不同修复措施下红壤水稳性团聚体中有机质分布特征

试验设置作物对照(CK)、作物+PAM(聚丙烯乙酰)(C1)、作物+稻草覆盖(C2)、作物+带状牧草(C3)、作物+PAM+带状牧草(C4)和作物+稻草覆盖+带状牧草(C5)6个处理,分别于种植花生前(A)、花生收获后(B)和小麦收获后(C)采集表层土样,研究不同修复措施下鄂东南侵蚀红壤团聚体的稳定性及水稳性团聚体中有机质的分布特征。结果表明,C时期各处理>0.25mm水稳性团聚体含量的平均值比A时期提高了24.78%,以C2处理的水稳性团聚体含量最高。不同时期土壤和各级水稳性团聚体中有机质含量表现为B>C>A。随着团聚体粒径(>4mm,4～2mm,2～1mm,1～0.5mm,0.5～0.25mm)减小,水稳性团聚体中有机质含量逐渐降低。土壤有机质含量与各粒径水稳性团聚体有机质含量呈线性正相关,小粒径(2～0.25mm)水稳性团聚体的有机质含量与土壤有机质含量呈极显著正相关(相关系数为0.779 2～0.828 6)。综合考虑土壤有机质含量和团聚体稳定性2个因素,稻草覆盖措施对侵蚀红壤的修复效果较好。     

重庆四面山不同林地土壤团聚体特征

通过对重庆四面山毛竹林、柳杉林、槲栎林和川柯林4种不同林地土壤团聚体的测定,运用分形理论对研究林地土壤的团聚体分形维数进行分析,结果表明4种林地土壤水稳性团聚体的分形维数(湿筛)均在2.6702.882之间,其中川柯林地0-20 cm土壤层的分形维数最小,毛竹林土壤40-60 cm层分形维数最大;土壤团聚体的分形维数(干筛)均在2.514～2.683之间.且槲栎林土壤40-60 cm层的分形维数最小,毛竹林土壤40-60cm层分形维数最大.通过建立团聚体和水稳性团聚体之间的转移矩阵,用不同径级的保存机率计算出团聚体的稳定性指数,结果表明3～1 mm,1～0.5 mm粒径级土壤团聚体的保存机率较大,不易遭到破坏;>10 mm,0.5～0.25 mm粒径级团聚体的保存机率较小,容易遭到破坏.通过计算4种林地土壤不同深度团聚体稳定性指数平均值发现,川柯林土壤的稳定性指数最高(3.26),其次为槲栎林土壤(3.03)、柳杉林土壤(2.71)和毛竹林土壤(2.69),说明川柯和槲栎两种阔叶林有利于土壤团聚体的稳定.     

几种侵蚀红壤中有机质和团聚体的关系

以3种侵蚀红壤（轻度、中度、严重）为供试材料,利用干湿筛法获得其不同粒径的水稳性团聚体（〉4 mm,2～4 mm,1～2 mm,0.5～1 mm,0.25～0.5 mm）,分析团聚体中有机质的分布。结果显示,随着侵蚀程度的增强,〉0.25mm水稳性团聚体的含量逐渐下降,而团聚体的分散度却依次升高;无论何种侵蚀程度,湿筛后团聚体的组成均以小粒径团聚体（〈0.25 mm）占优势。轻度和中度侵蚀的红壤,其有机质含量随着团聚体粒径的增大而增大,严重侵蚀的则相反;侵蚀红壤有机质含量和〉0.25 mm水稳定性团聚体呈显著正相关,3种侵蚀红壤团聚体对土壤有机质的贡献为轻度侵蚀〉中度侵蚀〉严重侵蚀。     

内江市微地形条件影响下土壤团聚体稳定性及分形特征

以季节性干旱区-川中丘陵区-内江市农耕地作为研究对象,选择坡向、坡位、土层厚度作为影响土壤团聚稳定性的作用因子,采用标准化平均质量直径和分形理论,探讨了土壤团聚体的稳定性、分形特征及二者之间的关系.结果表明:研究区土壤团聚体稳定性标准化平均质量直径(NMMD)表现出阳坡>阴坡、下坡>中坡>上坡、15-30cm>30-45cm>0-15cm的特点,说明在坡向上,阳坡的土壤团聚体与阴坡相比较稳定;在坡位变化上,下坡团聚体稳定性最高、中坡次之、上坡最低,在土层深度变化上,15-30cm团聚体稳定性最高,30-45cm次之,0-15cm最低.微地形条件下分形维数的变化特征为:阴坡>阳坡,下坡>中坡>上坡,15-30cm>30-45cm>0-15cm;3个地形因子作用下,分形维数与<0.1mm的粒级质量分布达到极显著正相关,与其他粒级的质量分布相关性呈显著或不显著.研究结果可以为研究区土地利用及农业耕作提供一定的理论依据.     

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...     

丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及分形特征

为分析南水北调(中线)丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及其分形特征,揭示人类活动对土壤结构的影响,以库区内不同土地利用方式(水田、旱地、果园、人工林地、自然林地)土壤为研究对象,经干筛和湿筛法测定团聚体组成,以土壤团聚体稳定性指标(大团聚体含量(R0.25)和团聚体破坏率(PAD))、土壤团聚体直径指标(平均质量直径(MWD)和几何均重直径(GMD))以及分形维数(D)作为评价指标,对比分析丹江口库区不同土地利用方式下土壤团聚体组成及其稳定性。结果表明,对土壤团聚体组成的测定,湿筛法相对干筛法重现性更好,能更真实反映土壤团聚体组成及其稳定性。各土地利用方式总体上表现为林地(人工林和自然林)土壤稳定性和抗蚀性更好,其MWD和GMD值相对较高,D值相对较低;相反,旱作农地(果园和旱地)土壤团聚结构及其稳定性较弱,其MWD和GMD值相对较低,D值相对较高。说明各团聚体稳定性指标均能从不同角度反映不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性的影响。相关性分析表明,土壤团聚体MWD、GMD值和D值与各粒径团聚体含量呈明显线性关系,在土壤团聚化过程中,土壤团聚体从微团聚体(0.25 mm)—中等团聚体(0.25~5 mm)—大团聚体(5 mm)的转化中,0.25,1,5mm粒级是较为关键的临界点。     

巨桉人工林下土壤团聚体稳定性及分形特征

选择3年生巨桉纯林、巨桉+粮食作物、巨桉+果树土壤作为研究对象,农耕地作为对照,运用标准化平均质量直径及分形理论,分析不同巨桉人工林下的土壤团聚体稳定性及分形维数特征。结果表明,不同林地模式下,水稳性团聚体平均质量直径的变化顺序为农耕地>林粮>巨桉纯林>林果,农耕地与不同林地模式下水稳性团聚体平均质量直径差异显著,农耕地在退耕成巨桉人工林后不利于土壤大团聚体的形成;3种林地模式与农耕地比较有效磷、容重差异显著,土壤有机质、碱解氮、有效钾含量差异不显著,说明林地覆盖增强了土壤的紧实度;相关分析表明,影响土壤稳定性的最重要因素为大团聚体的含量,而其他因素影响不显著;分形维数与<0.25mm团聚体含量、容重呈显著、极显著正相关,与1～2mm团聚体含量、平均质量直径呈极显著负相关,说明土壤团聚体的分形维数越小,土壤大团聚体含量越高,土壤团聚体稳定性越强;团聚体的分形维数值能反映土壤性质的变化,通过对土壤分形维数特征的研究可以定量揭示不同巨桉模式下土壤质量的特点。     

降雨驱动下红壤团聚体的溅蚀特征及周转过程

[目的]研究降雨驱动作用下土壤团聚体受雨滴打击发生破碎和形成的过程,丰富土壤侵蚀研究机理。[方法]基于稀土元素示踪法,对各粒径土壤团聚体同时进行标记。在90 mm/h降雨溅蚀条件下,通过各粒径土壤团聚体(2～5 mm, 0.25～2 mm, 0.053～0.25 mm,<0.053 mm)在不同降雨特征参数(降雨历时、雨滴大小)下的质量变化和稀土元素含量变化,定量分析了团聚体间的周转路径和溅蚀颗粒特征。[结果]降雨驱动作用下,溅蚀量和溅蚀率会随着降雨动能的增加而变大,溅蚀颗粒主要分布于0.25～2 mm粒径范围内;除>2 mm的颗粒为大团聚体直接飞溅产生,<0.25 mm粒级溅蚀颗粒均主要源于大粒级团聚体破碎形成,最高可达到73.83%,其次为该粒级直接被击飞形成,同时会有小粒级颗粒吸附黏结形成;在残余团聚体的动态周转过程中,主要是相邻级别的团聚体间形成和破碎过程占比较高,其中大团聚体破碎产生小团聚体和粉黏粒团聚形成小团聚体分别对原粒级团聚体的破碎和形成方向的贡献率较高,分别达到24.06%～42.15%和36.83%～70.76%,且随着降雨时间的变化,大团聚体首先...     

降雨侵蚀过程中红壤坡耕地地表汇流网络特征

为研究降雨侵蚀过程中南方红壤区坡耕地地表汇流网络特征,应用亚毫米级高精度激光扫描和计算机数字图像处理相结合的方法在野外原位研究了南方几个典型母质发育的红壤模拟降雨条件下坡面汇流网络特征变化过程。结果表明:(1)在降雨侵蚀过程中,汇流密度和径流频度整体呈增加趋势,尤其是在第一场降雨过程中最为明显;(2)在第二、三场降雨侵蚀过程中的变化趋势因土壤性质和雨强的不同而出现差异;(3)在坡面侵蚀研究中,分形维数Ds可以较好的区别降雨前后整体汇流网络特征的变化。研究结果对南方红壤区坡耕地降雨侵蚀过程模拟与预测模型的研究、水土流失防治与水土保持规划设计具有一定的参考价值和借鉴意义。     

苎麻对红壤旱地土壤团聚体及其特性的影响

采用干、湿筛法研究了种植苎麻和花生对红壤旱地土壤团聚体及其特性的影响,并比较分析了土壤团聚体及土壤理化性质与地表径流和土壤侵蚀量的关系。结果表明:(1)与花生地相比,苎麻地有机质、田间持水量、总孔隙度、沙粒分别升高了28.44%,10.06%,5.65%和53.13%,土壤容重、粉粒和黏粒则分别降低了7.20%,14.85%和34.95%,均达显著性差异水平(p0.05)。(2)团聚体平均重量直径(MWD)、稳定性指数(ASI)显著升高(p0.01),苎麻地土壤团聚体稳定性优于花生地;(3)两处理均以0.25~1mm粒径团聚体保存几率最大,抗水蚀能力最强。(4)地表径流量和土壤侵蚀量与土壤有机质、沙粒含量、1mm的干团聚体、0.5mm的水稳性团聚体、MWD以及ASI呈极显著负相关关系(p0.01),而与粉粒、黏粒、0.25mm干团聚体、0.053mm的水稳性团聚体、呈极显著正相关关系(p0.01)。     

红壤坡地柑桔园长期试验下水沙动态变化特征分析

以红壤清耕柑桔园坡地为对象,研究其长期定位试验下2001—2015年径流和泥沙流失量的动态变化过程以及坡面水沙与降雨关系的变异特征。结果表明:幼树期是红壤清耕柑桔园水土保持防治的关键期,该时期的土壤侵蚀程度达到极强烈,而盛果期侵蚀强度可降低到区域土壤容许流失量以下。柑桔树从幼树期、初果期到盛果期,坡面年径流量和土壤侵蚀模数均呈显著幂函数下降趋势,在盛果期趋于稳定。果树坡面水沙与降雨的关系均在第4年发生了突变,而裸露坡面水沙与降雨关系没有发生突变。柑桔园各年的减沙效益均大于减水效益,减流、减沙效益均随着时间表现出先快速增加后维持相对稳定的指数函数关系,这表明免耕果树的减流、减沙效益具有很大的时间变异性,不仅可通过减水来减沙,而且可通过改变水沙关系来减沙。研究结果将为果园水土保持措施效益评估提供依据,为水土保持措施的合理配置提供参考。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。     

自然降雨对广西赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

[目的]探讨自然降雨对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响,为赤红壤地区水土保持综合治理提供理论依据。[方法]基于野外径流小区原位观测试验,测定2020年5—10月次降雨下广西壮族自治区赤红壤坡耕地(蔗地)、撂荒地和裸地的产流产沙量,结合降雨特征分析,探讨降雨特征及分布对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响。[结果](1)2020年5—10月,坡面径流和侵蚀量整体上表现为：裸地>蔗地>撂荒地,不同处理下坡面径流和侵蚀均主要集中在8月,其中撂荒地径流和侵蚀各月差异相对较小。(2)不同处理次降雨降雨量与坡面径流量和侵蚀量呈极显著的正相关关系,降雨历时显著影响蔗地和撂荒地坡面径流量。中雨和暴雨降雨等级占观测期内侵蚀性降雨总量的70.9%,其产生的径流量占蔗地、裸地和撂荒地处理坡面径流量的68.2%,78.6%和67.8%;暴雨降雨等级是坡面侵蚀量的主要来源,占不同处理下总侵蚀量的63.8%～83.4%。[结论]在广西壮族自治区的赤红壤坡地区域,与裸地相比,蔗地和撂荒地能够有效减小坡面产流产沙量,且撂荒地的降低效果更为明显;降雨量是影响坡面产流产沙最关键的因子,中雨和暴雨降雨等级是坡面径流和侵蚀的...     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.     

天然降雨条件下不同水土保持措施红壤坡地养分流失特征

在江西省水土保持科学研究所科技园坡度为12°的红壤坡地上,设置3种水土保持措施径流小区,与对照进行比较,首次对该区域天然降雨情况下的养分流失特征进行了初步研究,结果表明:产流过程中全N流失最多,全P较少;在产流前期养分流失浓度变化较大,后期则趋于稳定;与对照相比,3种水土保持措施均能明显地减少养分流失,其中前埂后沟梯壁种植百喜草的水平梯田果园效果最好;在大雨强条件下,试验小区养分流失以泥沙携带为主。     

人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程

为了研究人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程,利用人工模拟降雨系统和变坡土槽,分别采用140,160,190mm/h的雨强和10°,15°,20°,25°的坡度,对经过简单人工处理的红壤坡面在超大雨强降雨条件下的产流产沙响应过程进行了试验。结果表明:经过简单人工处理的红壤坡面在140~190mm/h超大雨强下的土壤侵蚀模数明显低于50~120mm/h雨强下未进行相应处理的坡面,细沟发育较为缓慢,对坡面土壤的处理方式能够有效提高坡面的抗侵蚀能力。在同雨强下,随着坡度的增加,产流时间先延长后缩短,在20°~25°存在产流的临界坡度。侵蚀模数在同雨强下随着坡度的增大呈先增大后减小的趋势,且不同雨强的临界坡度不一致,雨强为140mm/h时侵蚀临界坡度为15°~20°,雨强为160mm/h和190mm/h时侵蚀临界坡度为20°~25°。总体来看,侵蚀过程受雨强的影响大于坡度的影响,雨强为140mm/h时,不同坡度的侵蚀过程均较为平稳,细沟发育微弱;雨强为160mm/h时,侵蚀有所加强,但侵蚀过程无明显规律;雨强为190mm/h时,侵蚀主要发生在降雨的前30min,且细沟发育相对较为剧烈,30min之后趋于稳定。     

模拟降雨条件下工程边坡土壤磷素流失特征

[目的]探究西南高山—亚高山地区工程边坡土壤磷素流失机理,为同类型工程边坡生态环境恢复研究提供理论依据。[方法]采用室内人工模拟降雨试验及原状土搬迁等方法,研究在2种坡度(30°,50°)和4种雨强(25,45,65,85 mm/h)条件下工程边坡全磷(TP),泥沙全磷(STP),溶解态磷(DP)迁移变化特征及其与土壤侵蚀状况的关系。[结果]①工程边坡径流平均DP浓度整体较低且受雨强影响较小,STP浓度在降雨初期较高,随之降低或趋于稳定。②不同雨强下工程边坡DP流失率、STP流失率变化曲线具有明显差异性,当雨强为25 mm/h和45 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率较低且较为稳定;当雨强为65 mm/h和85 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率迅速上升后趋于稳定;当雨强由45 mm/h增至65 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率迅速增大。③土壤侵蚀率与DP流失率、DP平均浓度、STP流失率和浓度、TP流失率有极显著正相关关系;径流率与DP流失率、STP流失率、TP流失率、DP平均浓度有极显著正相关关系,与STP浓度无显著相关关系。工程边坡TP流失率随径流率、土壤侵蚀率皆以幂函数形式逐渐增加。[结论]雨强和坡度对工程边坡磷素流失动态变化特征具有显著的影响且整体呈现出先增后减的趋势。