波状起伏台地黑土区坡耕地水土流失治理——以克山县古城项目区为例

波状起伏台地黑土区因其主要耕作土壤为肥力较高的黑土、黑钙土和草甸土,被视为我国北部粮仓的主要支柱。然而,日趋严重的水土流失,逐渐威胁到黑土的持续利用,乃至粮食安全。通过综合调查和典型小流域比选,分析了古城项目区水土流失类型、成因和危害,明确了坡耕地水土流失治理措施配置。     

农业措施对玉米季坡耕地水沙过程的调控效应

为明确侵蚀性降雨条件下不同农业措施对玉米季坡耕地水沙过程的影响及减沙效应,通过自然降雨条件下径流小区观测试验,研究顺坡耕作(CK)、横坡垄作(CT)、横坡垄作+秸秆覆盖(CT+SM)、横坡垄作+地膜覆盖(CT+PM)、横坡垄作+有机质输入(CT+OM)5种农业措施对紫色土玉米季坡耕地径流深、径流系数、径流曲线数、产沙量、土壤可蚀性指标的综合影响。结果表明,历次降雨事件CK径流系数变幅为18.89%~32.23%,CT+OM和CT+PM显著削减了径流量和产沙量,径流量较CK减少15%~35%、泥沙量减少12%~75%。土壤可蚀性指标随降雨量和径流量增加均呈增加趋势,但增加幅度随着降雨量或径流量的增加而减小;土壤可蚀性与地表径流量之间呈幂函数递增关系,确定系数R2为0.70~0.87(p0.05);土壤可蚀性与降雨量呈对数曲线关系,R2为0.85~0.91(p0.05)。历次降雨横坡各处理土壤可蚀性指标(Kw)显著低于顺坡垄作,CT和CT+OM的Kw均值分别为0.025kg·m~(-2)·mm~(-1)和0.023 kg·m~(-2)·mm~(-1),与CK相比平均分别减小17%和24%;CT+PM和CT+SM的Kw值最小,均值分别为0.021 kg·m~(-2)·mm~(-1)和0.018 kg·m~(-2)·mm~(-1),与CK相比分别减小29%和38%。综上,横坡垄作增加地膜覆盖或秸秆覆盖是控制紫色土玉米季坡耕地地表径流、降低土壤可蚀性的有效措施。本研究为控制紫色土玉米季坡耕地水土流失、削减农业面源污染负荷提供了理论依据。     

黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响

为明确黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响,在陕西神木六道沟流域选取退耕30 a的长芒草坡地和裸地坡面,利用图像处理和常规分析方法研究了长芒草根系和土壤养分在土壤剖面分布及其相互关系。结果表明：长芒草根系主要分布在0～50 cm土层,分布规律可用指数函数来模拟。有根系存在的土壤表层有机质、全氮、全磷、硝态氮和铵态氮含量均高于无根系存在的坡面。在有根系存在时土壤有机质、全氮和硝态氮的具有明显的表聚现象。0～ 50 cm有机质、全氮、硝态氮和铵态氮随深度的变化可用幂函数来表示,而全磷随深度呈线性相关。0～50 cm的土壤养分与根长密度的关系可以用线性函数来表示。其研究结果为坡面退耕地土壤管理提供科学依据。     

雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响

地表径流和壤中流是坡面重要水文过程,雨强和坡度是影响坡面地表径流和壤中流产流主要因素。为研究降雨强度和地表坡度对坡耕地地表径流和壤中流的影响,该文采用人工模拟降雨试验法,在长3.0 m、宽1.5 m、深0.5 m土槽,设计4个不同坡度(5°、10°、15°、20°)和3个不同雨强(30、60、90 mm/h)对红壤坡耕地地表径流及壤中流产流过程进行模拟试验。结果表明:1)壤中流开始产流时间滞后于地表径流,降雨强度从30到90 mm/h,地表径流、壤中流产流开始时间均随雨强增大而减小,壤中流比地表产流开始滞后时间随着雨强增大先增大后趋于稳定;2)地表径流强度随雨强增大而增大,壤中流初始径流强度随雨强增大而增大,不同雨强下壤中流径流峰值相近;3)地表径流和壤中流产流过程曲线有明显差异,地表径流产流过程线先增大后趋于稳定,壤中流产流过程线呈抛物线型即先增大后减小;4)从5°到20°,地表产流开始时间随坡度增大而减小,壤中流产流开始时间随坡度增大先减小后增大;5)从5°到20°,地表径流强度先增大后减小,10°为转折坡度,壤中流产流峰值随坡度增大而减小,并且随着坡度增大达到壤中流峰值时间不断减小。     

土壤侵蚀因素对紫色丘陵区坡耕地耕层质量影响

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层土壤质量退化和土壤生产力不稳定的关键因素。该文以紫色丘陵区坡耕地为例,对坡耕地不同地力等级耕层土壤质量、渗透性能及耕层类型进行聚类分析,讨论了土壤侵蚀对坡耕地耕层厚度影响及合理耕层土体构型。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤质量具有中等程度变异性,有效土层厚度(15~80 cm)和耕层厚度(15~25 cm)变异系数分别为12.18%和37.26%,土壤有效磷变异系数可达94.51%,说明土壤物理指标变异性小于化学指标变化;三级以下地力耕层构型为近似全虚或全实剖面结构,五等地力坡耕地产量下降50%左右。(2)紫色土坡耕地不同坡位、不同垂直深度的耕层土壤物理性质、持水性能及耕作性能差异显著(P0.05),土壤容重为上坡下坡中坡,土壤抗剪强度为上坡中坡下坡,土壤稳定入渗为下坡中坡上坡,土壤贯入阻力表现为中坡上坡下坡;除土壤入渗外,土壤容重、抗剪强度、贯入阻力均表现为底土层心土层耕层;坡耕地0~40 cm土层中蓄存降水可被农作物利用70%左右。(3)中度侵蚀程度坡耕地,年均耕层厚度薄化值为1.04~3.04 mm,坡耕地合理耕层建立可选择有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性为坡耕地合理耕层评价最小数据集,耕层构型总体保持上虚下实型、耕层厚度20~25 cm、有效土层厚度50~60 cm。(4)紫色土坡耕地可分为四种耕层类型,其障碍耕层主要表现为有效土层厚度限制型(第II类)、耕层厚度限制型(第III类)和土壤养分限制型(第IV类),分别占耕层总量30%、10%、3%;紫色土坡耕地合理耕层建立应重点关注有效土层厚度和耕层厚度调控。研究结果可为客观认识土壤侵蚀与紫色土坡耕地耕层退化关系、合理耕层构建提供理论依据和技术参数支持。     

紫色土坡耕地耕层质量影响因素及其敏感性分析

坡耕地耕层质量变化特征由降雨侵蚀、耕作活动交互作用影响。该文以紫色土坡耕地为研究对象,结合主成分分析与评价模型对耕层质量特征进行分析,并解析了海拔、坡度、有效土层厚度和坡位4个地形因子对坡耕地耕层质量的影响及敏感性。结果表明:1)小流域坡耕地耕层厚度、土壤有机质、土壤容重均处于适宜性区间内,各土壤养分指标总体处于中低水平;土壤容重(变异系数CV为7.97%)和总孔隙度(CV为8.36%)变异系数相对较低,处于弱分异(CV<10%)水平,其余土壤指标均属中等分异水平。2)紫色土坡耕地耕层质量评价最小数据集由容重、贯入阻力、有机质、土壤黏粒含量、耕层厚度、抗剪强度、饱和导水率和有效磷8个指标组成。基于MDS评价表明,紫色土坡耕地不同坡位耕层质量指数为下坡(0.458)>中坡(0.443)>上坡(0.417),下坡较中坡和上坡分别提升3.39%和9.83%。3)紫色土坡耕地耕层质量影响因素可分为4类,Ⅰ类坡度限制型、Ⅱ类坡位限制型、Ⅲ类有效土层厚度限制型、Ⅳ类海拔限制型,4种耕层类型的样本数分占坡耕地耕层样本总数的38.89%、22.22%、14.81%和24.08%,主要影响因素是坡度。4)坡耕地耕层质量与有效土层厚度、坡位为正相关,与海拔、坡度表现为负相关,地形因子对耕层质量敏感程度为海拔(-0.399)>坡位(0.192)>坡度(-0.112)>有效土层厚度(0.110),海拔敏感程度为有效土层厚度的3.56倍。研究结果可为紫色土坡耕地耕层质量评价及有效调控提供理论依据,有利于紫色土坡耕地资源可持续利用。     

长江上游紫色土坡耕地水土流失特征及其防治对策

 紫色土是长江上游最重要的土地资源之一,严重的水土流失引发了一系列问题。在对紫色土坡面产流特征进行分析的基础上,研究紫色土坡面产流特征对水土流失的作用机制以及紫色土坡耕地水土流失防治对策。结果表明:紫色土坡耕地产流模式以蓄满产流为主,壤中流在坡面径流总量中所占比例较大;紫色土坡耕地土壤侵蚀导致土壤粗骨沙化,土壤养分流失途径与营养元素的溶解性有关,易溶的N、K主要以溶解态流失,易被土壤固定的P主要随土壤颗粒流失;壤中流是紫色土坡耕地水土流失的重要外营力之一,进行水土流失治理必须对其加以干预。提出长江上游紫色土坡耕地水土流失治理策略与"增渗防冲、排水保土,先排后蓄、蓄以为用"的治理措施。     

淮河流域坡耕地水土流失特点与综合整治模式

为有效推进淮河流域坡耕地水土流失综合整治,对淮河流域内坡耕地现状进行调查与数据统计分析.结果表明:淮河流域现有坡耕地96.56万hm2,主要分布在桐柏大别山区、伏牛山区、沂蒙山区和江淮丘陵区,主要类型有石质坡耕地、土石质坡耕地、砂质坡耕地和土质坡耕地;通过全面分析坡耕地水土流失特点、危害以及综合整治中存在的主要问题,结合淮河流域已有水土保持成果和坡改梯治理试点经验,提出了不同类型坡耕地整治方向与主要技术模式.     

淮河流域国家水土保持重点工程土壤侵蚀防控效果

为探讨国家水土保持重点建设工程对项目区土壤侵蚀的防控作用,以淮河流域沂蒙山大峪小流域项目区和大别山桃岭小流域项目区为对象,采用遥感调查和地面调查相结合的方法,研究重点工程实施后,项目区土壤侵蚀状况的变化,分析不同措施对土壤侵蚀的防控效果,以期为认识和评价国家水土保持重点建设工程的实施效果提供参考.结果表明:1)2个项目区在重点工程实施后,土壤侵蚀面积和土壤侵蚀模数大幅度降低.沂蒙山大峪项目区和大别山区桃岭项目区土壤侵蚀面积消减率为88.9％和76.3％,侵蚀模数降低率76.7％和72.1％,侵蚀模数降低到243和314 t/(km2·a).土壤侵蚀防控效果以沂蒙山大峪项目区高于大别山桃岭项目区,主要原因与2项目区实施的防治措施配置不同,以及与不同防治措施对土壤侵蚀防控效果的差别有关.2)重点工程不同防治措施对土壤侵蚀的防控效果,以梯田工程措施和水平阶工程措施明显大于封禁补植措施.2项目区中,坡耕地梯田工程区的土壤侵蚀模数降低率82.5％和83.8％,坡式林地水平阶工程区(大别山区桃岭项目区)的土壤侵蚀模数降低率70.3％,疏林地封禁补植区的土壤侵蚀模数降低率39.5％和55.2％.     

坡面径流类型对侵蚀产沙及水沙传递关系的影响

降雨-径流格局对土壤侵蚀过程具有重要影响,以团山沟七号全坡面径流场1961-1969年间65次径流事件的径流泥沙数据为基础,选取历时、径流深和径流变率为径流过程的特征指标,采用K均值聚类和判别分析相结合的方法,将坡面径流划分为5种类型。其中,A型径流具有超长历时、低变率、小径流的特点,是较为特殊的类型,B、C型径流具有中长历时、中高变率、大径流的特点,D型径流具有短历时、低变率、小径流的特点,是最为普遍的类型。E型径流具有中历时、中变率、中径流的特点。不同径流类型下的输沙模数、平均含沙量及最大含沙量由大到小依次为:CBEDA,B、E、C型径流应是坡面径流调控的重点。不同径流类型输沙模数的差异主要来源于径流量(深)的变化,相同径流量(深)条件下,不同径流类型输沙模数的差异主要来源于由径流历时和径流变率所引起的水沙传递关系的改变;与A型径流相比,其作用使D、E、B、C型径流的输沙模数相对增大7.9、6.3、4.8和4.5倍,增大倍数随径流量(深)的增加呈逐渐减小趋势。通过构建包含主要径流特征指标的动力参数ξ,对不同径流类型及径流阶段的径流-泥沙传递关系进行数学描述,其最优回归关系均符合S=alnξ+b的一般形式,能合理解释不同径流类型及不同径流阶段含沙量变化的主要驱动因素。研究结果可为坡面径流类型划分、水沙传递关系构建、全面评估坡面径流调控系统的水土保持意义、进一步丰富坡面径流调控理论的内涵提供一定的参考。