基于水动力学的紫色土区植物篱控制面源污染的临界带间距确定

为了分析确定紫色土区植物篱控制面源污染合适的带间距,该研究基于坡面水流动力学,利用四川省遂宁市水土保持试验站多年观测资料,分析了紫色土区新银合欢植物篱带间距对10°、15°农耕地面源污染的控制机理。结果表明：紫色土区在天然降雨条件下,为保证植物篱带间距能有效地控制篱带间的土壤流失,坡面发生细沟侵蚀时的径流流速应不大于颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速。通过对坡面细沟发育过程推导表明,紫色土区坡度为10°、15°的坡面布设植物篱时带间距最大分别应为13.73、9.00 m。当坡面开始产生细沟侵蚀时的径流流速与颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速刚好处于临界状态时,10°、15°坡面产生细沟侵蚀的最小径流流速分别为0.183、0.190 m/s。坡面表土养分流失主要是通过土壤颗粒流失的,植物篱控制坡面土壤颗粒的流失对控制农业面源污染具有重要意义。     

等高植物篱控制紫色土坡耕地侵蚀的特点

应用等高植物篱能在较低投入下有效控制坡地土壤侵蚀和养分流失。三峡库区紫色土 2 5°坡地的大雨强模拟降雨实验表明 ,香根草等高植物篱能减少相当于对照坡耕地的 82 .2 %的侵蚀量 ( 1 997年 1 1月 ) ,通过施肥促进植物篱生长密闭能进一步提高对流失土壤的拦截效率 ,效果不逊于带间覆盖。经过 31个月的侵蚀过程 ,各植物篱小区最明显的坡形变化是篱带处及其前部堆淤成接近水平的淤积带。由于植物篱的阻滞和坡形的变缓 ,径流和表土作用的时间延长 ,由径流携带的养分损失成为坡面养分流失的重要途径 ,控制径流损失是控制养分流失的重要方式之一 ,同时也有助于减少坡面侵蚀     

植物篱对坡面土壤养分流失的影响

植物篱能够有效控制土壤侵蚀,减少土壤养分流失,被人们广泛应用,然而针对植物篱影响较短坡长坡耕地土壤肥力的研究很少。通过栽培0.8m,1.0m,1.2m三个宽度植物篱,设置带间、带上、带中和带下采样点以及每个采样点分0—15cm层和15—30cm层取样来研究紫花苜蓿带对坡长为24m的自然坡面的土壤养分影响。结果表明:篱宽与土壤有机质、有效磷之间存在一定的相关性,在上坡位布设较宽植物篱能更好地使土壤有效磷在坡面上均匀分布;土壤有机质和有效磷在带上富集,而表现为带间和带下强烈侵蚀,出现水平带状分布;0—15cm层土壤有机质和有效磷变化受植物篱的影响较大,15—30cm层土壤有机质和有效磷变化幅度较小。植物篱可以改变坡面微地形,且0—15cm层土壤有机质和有效磷在带上部位富集,含量最高,而15—30cm层在带中含量最高。土壤有机质在坡面呈高度耗损,而有效磷呈高度富积。因此,种植草本植物篱时,应该考虑合适宽度,选择适时适地的植物种,考虑植物篱给带下部位带来的养分流失,加强植物篱带下土壤的管护,从而提高整体土地生产力。     

坡面细沟流侵蚀临界条件研究

从适用于陡坡的水动力学模型出发,研究坡面水流细沟侵蚀临界状态的判断方法。讨论了坡长、坡度、坡面投影长对细沟侵蚀的影响,采用临界摩阻流速随坡度变化、临界摩阻流速不随坡度改变两种假定分别进行模拟计算,以摩阻流速作为判别坡面细沟流侵蚀临界状态的水动力学指标,在给定的坡面尺寸、净雨强和初始微地形条件下,计算得出了细沟流摩阻流速达到临界值时所对应的坡度。     

川中紫色丘陵坡耕地细沟发生临界坡长及其控制探讨

细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要形式之一,是介于片状侵蚀与沟道侵蚀之间的一种侵蚀类型,细沟一旦发生,坡面侵蚀量将成倍增加.由于细沟侵蚀的发生需要一定的坡长来汇集径流,对于某一坡度的地块,一次暴雨中细沟总是表现在一定的坡长处发生,这一坡长称为细沟发生的临界坡长.在细沟发生的临界坡长处采取措施控制细沟的发生将大大降低坡耕地水土流失量.通过人工降雨试验发现:细沟发生过程分为片蚀为主阶段、跌坎发育阶段、细沟侵蚀为主阶段和雨后径流侵蚀阶段,紫色土坡耕地细沟的发生以坡面跌坎的贯穿为标志;10°、15°、20°、25°坡耕地细沟发生的平均临界坡长分别为6.25,4.19,2.77,1.60 m;细沟发生临界坡长与坡度呈二次抛物线关系.在人工降雨试验基础上,总结了以控制细沟发生为核心的"大横坡+小顺坡"耕作模式,通过构建横坡截流沟分割地块,实施有效的拦截径流,减少坡面侵蚀泥沙.     

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。     

重庆饱和紫色土坡面片流与细沟流水力学特性及临界条件试验研究

为比较饱和紫色土坡面片流与细沟流水力学特征并明确其临界水力学特性,进行5个坡度(2°,5°,10°,15°,20°)和3个雨强(30,60,90 mm/h)组合 条件下的室内人工模拟降雨试验,在测得坡面片流、细沟流及其转变的临界流速的基础上,计算得到片流、细沟流及其转变的临界水力学参数,包括水深、雷诺数、弗劳德数和达西阻力系数。结果表明:在不同侵蚀阶段,片流流速为0.064~0.151 m/s,细沟流流速为0.175~0.350 m/s,雨强和坡度在不同侵蚀阶段对流速和水深的影响程度存在差异。片流均为层流,＜10°坡时,片流为缓流,片流多居缓层流流态;中、大雨强条件下,细沟流均为过渡流,＞5°坡时细沟流均为急流,细沟流多为急过渡流流态。片流达西阻力系数与坡度和雨强呈负相关关系,细沟流达西阻力系数与坡度和雨强呈正相关关系。坡面径流由片流转为细沟流的临界流速为0.100~0.165 m/s。流速改变坡面形态,导致细沟侵蚀发生的临界水流流态和水流阻力随坡度和雨强变化的规律不同。研究结果对于认识饱和土壤条件下坡面不同侵蚀阶段径流水力学特性,进一步明确由片流转为细沟流的临界水力条件具有一定参考价值。     

褐土与棕壤坡耕地细沟侵蚀发生的阶段性水沙变化

为深入探究辽西低山丘陵区坡耕地土壤侵蚀机理,以该区的典型土壤类型褐土和棕壤为研究对象,采用室内人工降雨模拟试验,研究3种坡度(5°,10°,15°)和3种降雨强度(40,60,80 mm/h)下细沟侵蚀发生的阶段性水沙变化过程。结果表明:褐土与棕壤坡面侵蚀过程可划分为3个阶段,即细沟侵蚀之前阶段、跌坎发育阶段和细沟侵蚀快速发育阶段;细沟侵蚀之前的面蚀阶段,同一坡度条件下,褐土与棕壤随雨强的增加,坡面流速呈增大趋势,而在同一雨强条件下,坡度对流速的影响并无明显规律;细沟侵蚀阶段,当坡度一定条件下,褐土与棕壤细沟内、细沟间的流速随雨强的增加而增大,当雨强一定时,褐土与棕壤随坡度的增加细沟间流速增加;细沟侵蚀阶段流速表现为细沟内流速坡面流速细沟间流速;细沟侵蚀快速发育阶段2种土壤产生的径流量占总径流量的80%以上,土壤侵蚀量占总侵蚀量均在70%以上,且棕壤对总体侵蚀量的贡献更稳定,更易发生细沟侵蚀。整场降雨的侵蚀方式是面蚀向细沟侵蚀的转变,坡面一旦发生侵蚀,细沟侵蚀对坡面总侵蚀的贡献更大。     

植物篱对紫色土物理性质及养分的影响

在四川盆地紫色土区通过标准径流小区试验研究香根草植物篱对不同坡度的坡耕地表层(0-20cm)土壤容重、颗粒分布及养分流失的影响.结果表明,香根草植物篱有利于土壤容重减小,但总体上效果不显着.在植物篱的影响下,土壤细颗粒(粉粒、粘粒)在坡脚、坡腰明显富集,且总体上细颗粒流失减少,所以砂粒含量相对降低.香根草植物篱能有效控制表土各养分的流失,保持土壤肥力;能减少各养分在坡顶的流失,但全氮的流失依然严重;能加剧各养分在坡脚的富集,其中对有机质的影响最明显;能明显提高篱带前土壤肥力,尤其是总磷和速效钾含量.有机质、全氮、总磷、有效磷、速效钾的变化量分别与牯粒变化量呈显著线性正相关(r=0.859,0.896,0.821,0.807,0.927),与粉粒变化量相关性不强,所以它们在坡面上的变化趋势与粘粒基本一致.在植物篱小区,坡度对有机质、全氮、碱解氮、全钾的富集影响不明显,但坡度较小时,有效钾、坡顶碱解氮和坡顶有效磷的流失显著减少,所有小区坡面上的全钾含量均增加.因此,该区紫色土坡耕地要注意补充氮肥,减少钾肥,加强坡顶和远篱带处土壤的培肥.     

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。     

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。     

坡面细沟侵蚀发生的临界水力条件研究

通过径流冲刷实验,研究了坡面侵蚀方式由面状侵蚀向细沟侵蚀过渡,发达过程中径流的水动力学特征,根据侵蚀量的观测对比,提出了表明细沟开始产生的形态尺度大小,以及细沟侵蚀产生的临界条件,实验结果表明,基于对侵蚀量的贡献程度,当具有明为沟缘的侵蚀沟深度在0．8－1.0cm时,侵蚀方式已由面状侵蚀发展为细沟侵蚀,径流的弗罗德数可作为反映细沟侵蚀发生的水动力临界参数,弗罗德数大于1是细沟形成的水动力临界条件,除满足水动力临界条件外,细沟侵蚀发生还要求具有最小径流量,对于一定的土壤,临界径流量的大小主要由坡面倾斜度决定,在实际土条件下,细沟侵蚀发生临界流量与坡度有关系式：qc=0.8574(sinθ）^-7/8.     

坡度对坡面土壤矿质氮素水蚀流失负荷的影响

坡度是影响坡面水土流失和土壤养分流失过程的重要因素。室内模拟降雨试验表明,当坡长一定时,不仅土壤侵蚀量存在一个“侵蚀临界坡度”,土壤矿质氮流失量随坡度变化也存在一个“养分流失临界坡度”。试验测定这2个临界坡度均在15°～20°之间。土壤矿质氮地表流失以随地表径流流失为主,约占总流失量的99%。坡面矿质氮总流失量的96%为硝态氮,硝态氮对径流中矿质氮总量的贡献率明显高于在侵蚀泥沙中的贡献率。采取一定的截流措施是控制坡面矿质氮流失的关键。     

发生细沟侵蚀的临界坡长与坡度

<正> 坡度是影响细沟侵蚀的主要因素之一。研究发生细沟侵蚀临界坡长与坡度的关系。对于预报细沟侵蚀的发生发展和有效地进行防治,具有重要意义。本文利用暴雨调查资料,对发生细沟侵蚀的临界坡长与坡度的关系进行探讨。     

植物篱-农作模式坡耕地土壤综合抗蚀性特征

土壤抗剪强度、抗蚀性与抗冲性不仅反映了土壤对水力侵蚀不同发育阶段（雨滴溅蚀、薄层水流片蚀与股流沟蚀）的侵蚀力大小,还通过共存、耦合决定对抗水力侵蚀的综合能力（综合抗蚀性）的大小。利用植物篱控制水土流失的长期定位试验,采用数理统计法研究了植物篱-农作坡耕地土壤综合抗蚀性特征。结果表明,由于植物篱模式下土壤理化性质得以改善,加之网状植物篱根系的固结等作用促使土壤综合抗蚀性增强。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿和蓑草植物篱-农作模式土壤综合抗蚀指数分别比常规横坡农作模式增加102.9%、91.9%、87.9%、82.9%。不同植物篱模式增强土壤综合抗蚀性效应的大小为,20o坡地紫穗槐>香根草,13o坡地紫花苜蓿>蓑草。植物篱模式也增强了各坡位土壤综合抗蚀性,改善了土壤综合抗蚀性的过大坡面异质性。该论文为进一步探究植物篱模式控制水土及氮磷等污染物流失提供参考。     

等高固氮植物篱模式对坡耕地土壤养分的影响

对坡耕地土壤剖面养分的研究结果表明，等高固N植物篱模式对养分的影响表现在对养分的归还和在土壤剖面的再分配。培植植物篱5年后，该系统中与植物篱不同距离位点0－40cm土层土壤有机质和全N含量分别比对照高1.2-2.3倍和0．5－0．7倍，有效磷和速效钾显著增加，表明植物篱可有效改善土壤养分状况。研究结果还表明在植物篱模式下0－60cm土层土壤有机质和全N含量均比种植带相应土层高，0－20cm土层有效磷和有效钾含量明显比种植带各位点相应土层高，表明植物篱与农作物之间无养分竞争；种植带下部0－40cm土层养分状况比种植带中部和上部相应土层优越，种植带上部各土层养分状况最佳；植物篱内40cm以下土层中有效磷和速效钾含量比种植带下相同土层低，说明植物篱根系可将土壤深层的P、K吸收并通过刈割枝叶返还种植带，发挥养分泵的功能。因此，植物篱通过生物固N和养分泵的功能提高种植带上层土壤养分含量和促进矿物养分循环。     

黄土坡面细沟形态变化及其与流速之间的关系

研究细沟的形态变化特征是认识细沟侵蚀的重要基础,细沟发育过程中细沟形态变化与水流动力学特性之间存在相互影响和相互作用的关系,研究细沟发育过程中细沟形态与水动力学之间的关系,有利于更好地了解细沟侵蚀过程和侵蚀机理。该研究通过室内人工模拟降雨试验,对黄土坡面细沟发育过程中的细沟形态变化及其与流速的关系进行了研究。结果表明:坡面侵蚀过程呈明显的阶段性,坡面细沟形态变化过程与坡面径流含沙量的变化情况基本一致;坡面跌坎发生的临界流速为0.19~0.21 m/s,当坡面径流流速大于这个临界值的时候,坡面会出现跌坎;细沟发育初期,细沟间的距离一定程度上影响细沟的分布,最早出现的细沟之间不会再出现新的跌坎,这一间距范围在12.5~17.5 cm之间;细沟侵蚀过程主要以下切侵蚀和溯源侵蚀为主,沟壁坍塌的侵蚀作用相对较小;细沟流速随时间的变化大致呈先增后减的趋势,细沟流速随细沟宽度的增加而显著减小,这一趋势在4 m坡段尤为明显,二者之间存在显著负相关关系(r=-0.348,P=0.04)。受试验条件所限没有研究细沟深度和流速等其他水动力学参数,以后需要不断改进试验方法来准确测量流速、水深等指标,进一步研究细沟发育过程。     

砾石覆盖对土壤水蚀过程影响的研究进展

 土壤中砾石的存在对水蚀过程有着重要的影响,有关砾石特别是表土砾石覆盖对土壤水蚀影响的研究结果表明,表土砾石对溅蚀分散、细沟间及细沟侵蚀等坡面侵蚀过程有重要影响:1)泥沙溅蚀分散量与砾石覆盖度呈负相关关系;2)砾石覆盖与细沟间侵蚀的关系较为复杂,这取决于表土的结构、砾石的位置和大小以及坡度等因素,当砾石嵌入结皮表土时,二者呈负相关关系,当砾石置于表土之上或嵌入具有结构孔隙的表土时,二者呈正相关关系;3)砾石覆盖对细沟间侵蚀产沙的作用效率与砾石粒径呈负相关关系,砾石置于表土之上的表土产沙量总低于砾石嵌入表土的产沙量;4)表土砾石覆盖能抑制细沟的形成,增加细沟糙度,降低细沟径流速率以及径流的侵蚀速率。鉴于砾石对水蚀过程的重要影响,RUSLE、WEPP和EUORSEM等土壤侵蚀模型预报含砾石土壤流失量时对相关参数做了修正。     

香根草引种试验初报

<正> 香根草[Vitveria Zizanioides (L.)Nash]属禾本科多年丛生植物,具有适应性广易繁殖、生长快、根系发达、耐早耐瘠薄等特点。 香根草植物篱是防治坡耕地水土流失的一项新技术,即在坡耕地上把香根草种植成宽约0.3～0.5米连续的等高草带,相邻篱间为农田。植物篱如同透水的挡坝,当坡面径流通过该篱时流速降低,侵蚀能力减弱,径流携带的