不同下垫面径流小区次降雨侵蚀特征相关分析

在延安市燕沟流域试验区布设了裸地、荒草地和灌木地3个坡面径流小区,对次降雨雨量、历时、径流深、产沙量、入渗率等数据进行了定位观测,并运用SAS软件对不同下垫面径流小区次降雨的侵蚀特征等相关问题进行了分析研究。结果表明,无论降雨强度如何变化,3个小区的径流量、产沙量均呈依次降低趋势:灌木地<荒草地<裸地;而入渗率呈依次增大趋势:灌木地>荒草地>裸地。其径流量与降雨量之间存在着很好的相关关系;产沙量随降雨量的增大而增大,其中裸地产沙量增大最为显著;入渗率随着降雨量的增大有增加趋向,但雨强增大时,入渗率表现为降低趋势;产沙量与径流量存在较好的相关关系,相关系数最高达到0.928 4,荒草地小区产沙量与径流量的关系可用二次函数很好地描述。     

黄河源区退化草地水土流失规律

为了阐明高寒草甸退化草地水土流失的规律,以黄河源区河南县退化草地为研究对象,采用野外现场原位人工模拟降雨试验方法,对不同降雨条件下土壤径流量、冲刷量随坡度、退化程度、降雨历时和降雨强度的变化规律进行了试验和分析。结果表明:天然退化草甸的含水量及密度均随坡度和退化程度呈递减趋势(P0.05);同等条件下径流量与植被覆盖度呈幂函数负相关关系(y=140.69x~(-0.4667),R~2=0.988 2),与降雨强度呈指数函数正相关关系(y=40.35e~(0.0252x),R~2=0.970 8);泥沙量与植被覆盖度呈指数函数的负相关关系(y=4294.3e~(-0.0418x),R~2=0.990 7),与降雨强度呈指数函数正相关关系(y=62.657e~(0.0201x),R~2=0.968 8);坡度为30°的小区径流量较10°和20°的坡度小区分别增加了3.6倍和1.7倍,泥沙量分别增加了16倍和1.4倍,表明径流量、泥沙量随坡度的增加而急剧增大;植被覆盖度40%以下的区域其径流和泥沙含量变化幅度较大;降雨开始30min内的地表径流量相对稳定,降雨时间30min后地表径流量开始缓慢上升,坡面泥沙流失量主要集中在降雨后的5~15min内,而降雨55~60min后泥沙量急剧降低,因此试验认为降雨历时1h为土壤颗粒流失的敏感期;天然边坡径流产生后坡面出现汇流冲蚀现象,是退化草地水土流失加剧的重要原因。     

植被对含碎石土壤坡面降雨入渗和径流侵蚀的影响

[目的]研究植被对含碎石土壤坡面入渗和径流侵蚀的影响,为合理配置三峡地区含碎石土壤坡面植被提供科学依据。[方法]在建立的径流小区内铺设含碎石土壤,并配置不同种类、不同覆盖度的植被,进行人工降雨试验。[结果]各类小区径流量排序为:裸坡灌木坡面草本坡面草灌混合坡面,入渗量与径流量排序相反,有植被覆盖坡面的壤中流大于裸坡;入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;草地对水沙的调控机制更多的是直接拦沙;累计径流量和累计侵蚀量的关系均满足幂函数形式。[结论]植被措施可有效地减少含碎石土壤坡面的水土流失,不同的植被措施减少的效益不同。     

雨强和土地利用方式对黄土丘陵区水土流失的影响

为了更好掌握黄土丘陵区雨强和土地利用方式对水土流失的影响规律和机理,利用人工降雨模拟器,设计了5种雨强和4种土地利用方式的区组试验,对水土流失进行了定量研究。结果表明：雨强对不同土地利用方式的产流产沙都呈极显著的正效应,4种土地利用方式的地表平均产流产沙与雨强均呈幂函数显著增长趋势;5种雨强的平均地表产流量为林地＞休闲耕地＞栽培草地＞草地,平均产沙量分别为休闲耕地＞栽培草地＞草地＞林地,产流与产沙没有呈现完全的对应关系。如果没有林冠层、灌木层和枯枝落叶层对降雨的截留、阻滞和消弱,林地产流量高于其他土地利用方式,但具有良好的保土效果,而草地具有良好的保水和保土效果。     

巨尾桉工业原料林地与不同土地利用类型坡面产流产沙特征对比分析

为了进一步探讨巨尾桉工业原料林地与不同土地利用类型的水土流失规律,采用坡面径流小区试验法,对巨尾桉工业原料林地与不同土地利用类型坡的产流产沙特性进行了比较研究。结果表明,巨尾桉林地有较好的调节径流和减少土壤侵蚀的作用,荒草地的产流量最多,分别是灌木林地和巨尾桉林的1.1倍和1.9倍,不同地类的产流量大小为:荒草地>灌木林地>巨尾桉林地,巨尾桉林地与荒草地之间的径流量存在极显著差异,而与灌木林地之间差异显著。灌木林地的产沙量最高,分别是荒草地和巨尾桉林地的1.3倍和2.9倍,不同地类的产沙量大小排序为:灌木林地>荒草地>巨尾桉林,巨尾桉林地与灌木林地之间的产沙量存在极显著差异,而与荒草地之间差异显著。巨尾桉林地的产流量与产沙量分别比荒草地减少47.83%和55.90%。不同地类的坡面产沙量与产流量之间都不存在线性相关。研究结果为科学和客观地认识巨尾桉工业原料林的地表径流和产沙之间的关系,以及水土保持效益,并为巨尾桉工业原料林的可持续经营管理提供理论基础和科学依据。     

黄土坡面不同土地利用方式对土壤有机碳流失的影响

坡面土地利用方式与产流、产沙及土壤有机碳的流失具有密切关系。对延安燕沟流域的坡耕地、草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木以及刺槐林地径流小区的径流、泥沙及有机碳流失量进行了分析。结果表明：在不同土地利用方式下,产流、产沙量与植被覆盖度呈负相关关系;随径流流失的可溶性有机碳量表现为：坡耕地〉刈割草地〉草地〉刈割灌木地〉灌木地〉刺槐林地小区,随泥沙流失的有机碳量表现为：坡耕地〉草地〉灌木〉刺槐林地。随泥沙流失的土壤有机碳占总流失量的主要部分,而随径流流失的有机碳只占很少的比例。因此,增加黄土坡面植被覆盖度是控制产流、产沙量和有机碳流失的重要途径。     

贵州省喀斯特地区典型小流域不同种植模式坡面径流产沙研究

对位于贵州省喀斯特地区的龙里水土保持科技示范区10个不同种植模式的径流小区进行了试验观测。研究表明,在相同的降雨条件下,灌木(如树莓)、天然草地和撂荒地等坡面径流产沙量较小,径流量分别为0.71,0.74和0.71m3,产沙量分别为20.3,20.3和20.16g,上述3种种植模式坡面水土保持功能较好。乔木种植模式则因未能形成灌木层、草本层及枯枝落叶层等,其坡面水土保持功能较差,3个乔木径流小区的径流量分别为1.18,0.98和0.95m3;产沙量分别为119.56,126.56和125.89g,均远大于其他几种种植模式。坡耕地因免耕、地表结皮等原因,其水土保持功能也好于乔木种植小区。     

不同盖度羊草地对水土流失的影响

[目的]研究羊草盖度与产流产沙量和风蚀量关系,为羊草种植区水土流失防治提供依据。[方法]通过人工模拟降雨试验和风洞模拟试验,研究5种盖度下羊草地的产沙产流特性和抗风蚀特性,对不同盖度羊草地的水土保持效应进行探讨。[结果]坡度相同时,随羊草盖度的增加产流时间逐渐延后;随着盖度的增加,累积径流量的减少率小于累积产沙量的减少率。当羊草盖度由20%增加到100%时,风蚀量减少96.78%;当羊草盖度从60%增加到80%时,风蚀量的减少率明显大于其他相邻盖度风蚀量的减少率。0~23cm高度内收集到的风蚀物占整体风蚀量的70%以上。[结论]羊草地的产流和产沙特征与盖度有密切关系,随着羊草盖度的逐渐增加,产流量和产沙量逐渐减小;羊草地的风蚀速率与盖度呈负相关关系,与风速呈正相关关系。     

Seeding and mulching + seeding effects on post‐fire runoff,soil erosion and species diversity in Galicia (NW Spain)

The effects of two different soil rehabilitation treatments on runoff, infiltration, erosion and species diversity were evaluated in a shrubland area in Galicia (NW Spain) after an experimental fire by means of rainfall simulations. The treatments compared were: seeding, seeding + mulching and control (untreated). Rainfall simulations were conducted 9 months after fire and the application of soil rehabilitation treatments. A rainfall rate of 67 mm h⁻¹ was applied for 30 min to each runoff plot. Seeding significantly increased plant species richness in the treated plots relative to the control plots, although it had no effect on diversity or evenness. Rehabilitation treatments did not significantly increase soil cover or affect runoff and infiltration. Soil losses were low in all cases, varying from 75·6 kg ha⁻¹ in the seeded + mulched plots to 212·1 kg ha⁻¹ in the untreated plots. However, there were no significant differences in sediment yields between treatments. The percentage of bare soil appeared to be a critical variable in controlling runoff and erosion. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土丘陵沟壑区不同植被坡面产流产沙效应研究

为了分析新栽种植被坡面的产流产沙特性,基于罗玉沟流域试验站的自然降雨数据及3种植被(新栽植杏树、小冠花、冬小麦)覆盖小区的产流产沙数据,分析了不同坡度(10°、15°、20°)和不同雨型条件下各小区的产流产沙规律。结果表明:①不同坡度下各小区的产流量、产沙量均为林地最小,牧草地次之,农地最大。②雨型Ⅰ、Ⅱ条件下,各小区平均产流量均为林地小区<牧草地小区<农地小区。雨型Ⅰ条件下各小区平均产沙量牧草地小区<林地小区<农地小区,雨型Ⅱ条件下平均产沙量林地小区<牧草地小区<农地小区。③牧草地产流量与降雨量之间呈极显著正相关关系,农地产流产沙量与降雨量之间,产流量与平均雨强之间存在显著正相关关系。     

不同植被类型下坡面径流侵蚀产沙差异性

利用野外模拟降雨试验分析不同植被类型不同雨强下坡面降雨入渗产流和侵蚀产沙过程特征及径流侵蚀产沙差异性,阐明了不同植被类型对坡面降雨侵蚀产沙过程的调控机理及其差异。结果表明:荒地、草地和坡耕地坡面产流产沙过程线均较林地强烈,呈现出多峰多谷的特点;植被类型和雨强及二者的交互效应均对产沙有显著影响,植被类型的作用大于雨强,交互效应相对较弱;植被类型和雨强对径流有显著影响,植被类型的作用大于雨强,此时交互效应的影响并不显著。各种类型的产沙量均存在显著差异,除荒地和草地两者径流量无明显差别外,其他两者之间存在显著差异。林地具有蓄水减沙的水土保持功效,草地具有直接拦沙的水土保持功效,植被对有效控制水土流失至关重要。该项研究有助于更好地理解植被、降雨和侵蚀之间的相互关系。     

模拟降雨下林下覆被结构对产流产沙过程的影响

植被具有良好的水土保持效益,深入了解覆被结构特征与产流产沙关系是研究植被防蚀功能的基础。以鄂中地区典型森林植被为对象,通过人工模拟降雨试验研究5种覆被结构(灌木、草本、枯落物、灌木+草本、灌木+草本+枯落物)和侵蚀性降雨(60,90,120 mm/h)对坡面侵蚀产沙过程的影响。结果表明:(1)坡面产流率、产沙率随降雨时间先迅速增大,后缓慢增大,最后达到稳定趋势。降雨强度是坡面侵蚀产沙的主导因素,与产流时间、产流率和产沙率呈显著正相关关系(p＜0.01)。(2)在有/无枯落物存在的情况下,植被覆盖度、植株密度分别是坡面产流产沙的主要影响因素。径流含沙量在不同覆被结构覆盖下表现为:草本＞灌木＞枯落物＞灌木+草本＞灌草枯。(3)结构特征参数对产流产沙影响的优先等级为覆盖度、生物量、植株密度、多样性指标,即水平结构＞竖直结构＞物种组成＞空间格局。研究结果旨在揭示覆被结构对坡面侵蚀产沙的作用机理,为南方林地土壤侵蚀模型的构建提供科学参考。     

南方红壤区植被结构类型与降雨模式对林下水土流失的影响

植被和降雨是水土流失的关键因素,探究二者对水土流失的影响对开展水土保持具有重要意义。该研究基于鹰潭红壤生态试验站5种植被结构类型的径流小区2016-2018年93次降雨、径流、泥沙观测资料以及各小区植被结构参数,利用自组织映射(self-organizing maps,SOM)方法,根据雨量、历时、60 min最大雨强、平均雨强、降雨集中性等特征指标划分降雨模式,研究了不同降雨模式和植被结构类型的水土流失特征,并采用冗余分析(RDA)定量研究降雨与植被对林下水土流失的影响。结果表明,SOM方法能客观识别红壤区4种典型侵蚀降雨模式,R_Ⅲ模式(短历时、大雨强、雨量集中)是造成水土流失的主要降雨模式,R_Ⅳ模式(多雨量、大雨强、长历时)最具侵蚀性破坏力;植被结构类型显著影响水土流失,水土保持功能从大到小依次为:灌草混交林、草地、低灌林、乔木林、高灌林。RDA分析表明,降雨模式与植被结构类型能够改变降雨、植被对水土流失的影响,随着降雨模式由弱到强转变,植被的水土保持功能逐渐减小,降雨影响增强,水土流失由植被主控演变为平衡控制、降雨主控;随着植被结构类型由近地表植被向灌木、乔木的变化,植被的调节能力减小,降雨影响增强。     

The effects of ryegrass roots and shoots on loess erosion under simulated rainfall

Numerous studies have demonstrated that vegetation coverage is very important to control soil erosion by water. However, the combined impacts of plant roots and shoots on soil erosion by water and the relative contributions of the roots and shoots are not clearly understood. Four rainfall simulation experiments with the rainfall intensity at 1.5 mm min^− 1 were conducted at an interval of 5 weeks to investigate the effects of ryegrass (Lolium perenne L.) shoots and roots on soil erosion and runoff reductions. Ten ryegrass planted pans and four fallow pans were prepared for the experiments. The first rainfall simulation experiment was conducted after ryegrass had been planted for 12 weeks. It showed that compared with the runoffs in the fallow pans, the runoff in the planted pans decreased 25% and 70% in the 12th week and the 27th week, respectively; and the sediment decrements amounted up to 95% in the 27th week. The results also indicated that the shoot effect on runoff reduction, accounting for over 50% except in the 27th week when the shoot affect also accounted for 44%, was relatively greater than the root effect. However, the roots contributed more to soil loss reduction than the shoots, and in particular accounted for 90% of soil loss reduction at the 27th week. Both the soil erosion rate and average infiltration rate were linearly correlated with root surface area density in cm² root surface area per unit soil volume. Ryegrass planting could improve soil physical properties, especially soil aggregate stability, which increased from 33.1% in the 12th week to 38.5% in the 27th week. The study results are probably useful in evaluating the effects of plant shoots and roots on soil erosion control.     

黄土高原梯田和淤地坝坡沟治理措施对产流产沙的协同效应

黄土高原地区的梯田和淤地坝措施发挥了重要的水土保持功能,然而现有的研究主要关注单个措施的减水减沙效应,对坡沟治理措施综合配置协同调控水沙过程的作用一直认识不清。因此,该研究为解析梯田和淤地坝措施对水沙过程的协同调控效应,构建了10个坡沟系统物理模型,设置了对照组（CO）,单一措施组（梯田措施（T0）,4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短（L1、L2、L3和L4））和组合措施组（梯田与4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短的综合配置（T1、T2、T3和T4））,进行降雨强度为90 mm/h的室内模拟降雨试验,量化不同试验方案下坡沟系统的产流产沙过程。结果表明：1）梯田措施和淤地坝淤积导致坡沟区域坡长缩短均有效调控了坡沟系统的产流产沙过程,梯田能分别减少46.30%～83.59%的径流总量和25.82%～82.41%的泥沙总量,淤地坝导致坡沟区域坡长缩短能分别减少7.87%～33.42%的径流总量和10.20%～30.57%的泥沙总量。2）不同试验方案下坡沟系统的产沙率和产流率之间满足线性关系,而累计产沙量和累计产流量满足幂函数关系。3）综合措施配置发挥了“1+1> 2”的水土保持...     

Simulated rainfall evaluation of revegetation/mulch erosion control in the Lake Tahoe basin—3: soil treatment effects

Revegetation, or other erosion control treatments of disturbed soil slopes in forested areas and along highways of the Lake Tahoe basin are directed at reduction of sediment loading to waterways reaching the lake. However, following treatment, little vegetation monitoring, or hydrologic evaluation has been conducted either to determine if the various treatments are successful or to assess the duration of erosion control anticipated in the field. Here, we build upon results from use of the portable rainfall simulator (RS) described in the first two papers of this series to evaluate cover and revegetation treatment effects on runoff rates and sediment concentrations and yields from disturbed granitic and volcanic soils in the basin. The effects of slope on rainfall runoff, infiltration and erosion rates were determined at several revegetated road cut and ski run sites. Rainfall simulation (∼60 mm h⁻¹, approximating a 100‐year, 15‐minute storm) had a mean drop size of ∼2·1 mm and approximately 70 per cent of ‘natural’ rainfall kinetic energy. Measurements of: time to runoff; infiltration; runoff amount; sediment yield; and average sediment concentration were obtained. Runoff sediment concentrations and yields from sparsely covered volcanic and bare granitic soils can be correlated to slope. Sediment concentrations and yields from nearly bare volcanic soils exceeded those from granitic soils by an order of magnitude across slopes ranging from 30–70 per cent. Revegetation, or application of pine‐needle mulch covers to both soil types dramatically decreased sediment concentrations and yields. Incorporation of woodchips or soil rehabilitation that includes tillage, use of amendments (biosol, compost) and mulch covers together with plant seeding resulted in little or no runoff or sediment yield from both soils. Repeated measurements of sediment concentrations and yields in the subsequent two years following woodchip or soil rehabilitation treatments continued to result in little or no runoff. Revegetation treatments involving only use of grasses to cover the soils were largely ineffective due to sparse sustainable coverage (< 35 per cent) and inadequate infiltration rates. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

城市高羊茅草坪绿地水沙调控效应

通过人工模拟降雨试验,研究了60%覆盖度城市高羊茅草坪绿地(种草当年)在不同坡度(5°,10°)、不同雨强(30,60,90mm/h)条件下的产流、产沙过程以及径流携带泥沙的作用机制,并用裸地作为对照,同时定量化分析城市高羊茅草坪绿地的水沙调控作用。结果表明:(1)高羊茅草坪绿地能够有效延缓初始产流时间,但随着雨强及坡度的增加其延缓效果降低,当雨强90mm/h、坡度10°时草坪绿地几乎没有延缓初始产流时间的效果;(2)各试验条件下高羊茅草坪绿地与裸地产流率差异性显著,但雨强90 mm/h、坡度10°时二者差异性不显著;(3)各试验条件下高羊茅草坪绿地总径流量是裸地的0.8倍左右,总产沙量是裸地的1/244.68~1/28.34倍;(4)60%盖度城市高羊茅草坪绿地能够有效削减径流量和土壤侵蚀量,但削减程度有差异,雨强为30,60,90mm/h时草坪绿地的平均减流效益分别为33.23%,23.04%,13.78%,在各场次降雨条件下减沙效益均可达95%以上;(5)试验条件相同时,高羊茅草坪绿地和裸地的径流挟沙能力有差异,同一径流量下草坪绿地的土壤侵蚀量远远低于裸地;(6)分别建立城市高羊茅草坪绿地、裸地的径流量与泥沙侵蚀量之间的水沙关系。     

密云水库上游流域次降雨坡面产流产沙特征

以北京市密云县石匣小流域为研究区,利用2006-2010年连续5 a的坡面径流试验小区观测资料,运用统计方法,分析了密云水库上游流域的降雨、产流产沙特征以及在不同土地利用和不同坡度条件下,降雨量、降雨强度与产流、产沙之间的关系。结果表明:1)该研究区域水土保持治理措施实施的关键时间为每年的7、8月份,当降雨量大于10 mm时,应注意采取水土保持措施;2)在裸地、耕地和林地条件下,高雨量、中雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型,在草地条件下,中雨量、高雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型;3)中雨量高雨强型降雨条件下,林地的减流效益最好,低雨量低雨强型降雨和高雨量中雨强型降雨条件下,耕地的减流效益相对较低,草地和林地的减流效益差异不大;在3种不同雨型条件下,耕地、草地和林地的减沙效益差别不大;4)裸地条件下,降雨量与产流量间的关系更为密切,尤其在14.4°坡面下相关性最高;耕地条件下,产流量与降雨量的相关性较好,产沙量则与降雨强度的相关性较好,11.4°的坡面产流量、产沙量与降雨因子间的相关系数最高;草地条件下,降雨强度与产流量间的关系较为密切;林地条件下,产流量、产沙量与降雨因子间的相关性均不显著。研究结果可为密云水库上游水土保持措施及农业面源污染管理措施的科学实施提供依据。