香根草植物篱对三峡库区坡耕地侵蚀分布的影响

为探究植物篱对坡耕地侵蚀分布的影响,设置1个坡度(15°)、3个降雨强度(60,90,120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素氧化物将坡面分成5段(自上而下),开展室内人工模拟降雨试验。结果表明:随着降雨强度的增加,各坡面条件示踪坡段的侵蚀速率和侵蚀量均有所增加,整体上均表现为CK>R>P的趋势,植物篱可以显著降低坡面各部位的侵蚀速率及其侵蚀量,且使得侵蚀产沙主要集中在坡中部的Ce、La和Yb 3个示踪区。与CK坡面条件相比,R与P坡面条件下Sm和Ce示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别减少77.15%,90.38%和30.01%,28.35%,而Yb、La和Eu示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别增加54.34%,35.39%和12.39%,40.58%以及101.45%,91.31%。研究结果表明,植物篱造成坡面下部侵蚀贡献减小而中上部侵蚀贡献增加,坡面侵蚀部位整体上移,对坡地侵蚀的空间分布有显著影响。     

中国5种典型土壤的侵蚀泥沙粒径分布特征

通过天然降雨试验,研究我国5种典型土壤的侵蚀泥沙团粒和单粒粒径分布以及泥沙各级团粒的机械组成特征。2013—2014年汛期(6—9月),监测红壤、紫色土、黄绵土、褐土和黑土径流小区的降雨产流事件,收集侵蚀泥沙样品,利用湿筛法和吸管法测定其团粒和单粒粒径分布;同时,筛选出泥沙各级团粒样品,进一步测定其单粒粒径组成。结果表明:(1)侵蚀泥沙粒径分布是土壤质地和降雨强度综合作用的结果,团粒粒径分布更适合作为表征泥沙输移的指标;(2)5种土壤的侵蚀泥沙皆表现出粉团(0.002~0.05mm)和黏团(0.002mm)的明显富集;(3)在泥沙单粒粒径分布方面,除红壤的粉粒(0.002~0.05mm)和黏粒(0.002mm)有轻微富集外,其余4种土壤的各级单粒均无明显富集;(4)红壤侵蚀泥沙粉团(0.002~0.05mm)中的黏粒含量最多,其余4种土壤侵蚀泥沙机械组成和各级团粒的机械组成均与原土接近。     

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     

紫色土坡耕地植物篱的水土保持效应研究

在四川盆地紫色土区通过标准径流小区试验,研究新银合欢(Leucaena leucocephala,豆科银合欢属)植物篱、香根草(Vetiveria zizanioides,禾本科香根草属)植物篱对坡耕地水土流失和微地形的影响.结果表明:10.,15.坡耕地上,新银合欢植物篱和香根草植物篱均表现出一定的水土保持效应,此效应需要约2年时间才开始显现.据2010年和2011年径流小区的水土流失监测数据知,植物篱对泥沙的控制效应优于对径流的控制效应;同坡度时,香根草植物篱对径流泥沙的拦截效应优于新银合欢植物篱;定植时间较长时,植物篱的减流减沙效益较好,尤其表现在固土减沙方面;坡度对径流泥沙的影响显著于植物篱对径流泥沙的影响,但定植植物篱2年,二者对径流泥沙的影响差距缩小.此外,定植植物篱2年,植物篱改变坡耕地微地形的效应开始显现,篱带前出现泥沙淤积带,篱带间农地坡度变缓,篱带下出现土坎,此种现象以15.坡耕地比10.坡耕地、香根草植物篱小区比新银合欢植物篱小区、底行植物篱带处比中行及顶行植物篱带处稍明显.     

植物篱对坡耕地侵蚀沟发育的影响研究

侵蚀沟严重影响黑土区坡耕地的质量和数量,植物篱为无间断式或接近连续的狭窄带状植物群,具有分散地表径流、降低流速、增加入渗和拦截泥沙等多种功能。是坡耕地治理的优良水土保持措施。通过试验表明,植物篱在保持水土的同时,增加了土壤有机质,改善土壤结构和理化性质,提高了土壤抗冲抗蚀性能,蓄水能力的增强,减少了地表径流,减轻了坡耕地较大侵蚀沟发生的可能性。     

香根草植物篱带宽对紫色土坡地产流产沙的影响

为研究植物篱篱带宽度对紫色土坡地产流产沙过程的影响,寻求有效控制水土流失的最优植物篱带宽度,采用人工模拟降雨试验对3种篱带宽度(20,30,40cm)、不同雨强(30,60,90mm/h)下的紫色土坡地产流产沙过程进行研究。结果表明:(1)植物篱能有效延缓紫色土坡面产流时间,坡面产流量与篱带宽度能拟合为二次方程(R2=0.99)。随篱带宽度的增大,流速减小,且篱带内部的流速下降最明显,流速变化曲线波动幅度变小。(2)植物篱在产沙过程前期有效抑制坡面产沙量的增长,坡面产沙量随篱带宽度的增大而减少,且当雨强为30,90mm/h时,二者拟合的二次方程R2达到0.99。(3)篱带宽度对产流、产沙量的影响均为极显著。30mm/h雨强下、宽度为30cm的篱带可达到显著的减流减沙效益,是能有效控制水土流失的最优植物篱带宽度。     

侵蚀泥沙颗粒特征研究进展

侵蚀泥沙颗粒对深入理解和模拟泥沙及与之有关的化学污染物质输移至关重要。通过对国内外相关研究归纳整理、总结经验,重点围绕土壤水蚀的2个主要过程(细沟间和细沟侵蚀),对侵蚀泥沙颗粒输移形式、各级未分散颗粒的机械组成、不同粒径颗粒的富集规律和分选特征以及影响因素等进行综述与评价。纵观国内外的研究进展,侵蚀泥沙颗粒流失规律的研究已经较为全面和深入,取得了一些共识性成果:(1)未分散状态下的泥沙颗粒粒径分布更适合用来描述、模拟泥沙的输移行为和与之相关的营养污染物质迁移;(2)侵蚀泥沙粒径分布主要受降雨和径流能量的限制,能量小时,径流优先输移细颗粒,泥沙以细颗粒的富集为主;随着能量的逐渐增大,泥沙逐渐变粗;当能量足够大而产生细沟的时候,泥沙粒径分布趋向于接近原土;(3)团聚性好的土壤,其侵蚀泥沙粒径较团聚性差的土壤粗。     

东柳沟沉积泥沙粒径空间分布与特征

选取东柳沟流域作为研究区域,通过分析主河道中泥沙颗粒的粒径特征,研究流域沉积物的分布规律及其粒径变化过程。应用激光粒度仪对研究区内的河道沉积土样进行测定,使用秩和检验对泥沙颗粒特征进行分析,得到流域沉积泥沙粒径分布及变化规律。结果表明,根据中值粒径和河道比降的变化,将东柳沟流域分为丘陵区、沙丘区和农田区3个区域。流域沉积泥沙的中值粒径从上游丘陵区到下游农田区逐渐呈减少的趋势。3个分区的沉积泥沙级配特征有显著不同,丘陵区的沉积泥沙主要由粗沙构成,极粗沙和中粗沙约占57%。而沙丘区和农田区以细沙为主,且越往下游细沙含量越大,其中沙丘区沉积物中细沙及更细的颗粒所占比例约为64%,农田区沉积物中细沙及更细的颗粒所占比例约为84%。据此表明,东柳沟的侵蚀过程在空间上表现为水力侵蚀和风力侵蚀作用的交替叠加,其中沉积泥沙中值粒径变化最剧烈的地方是风蚀和水蚀交错最为频繁的区域。     

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系）,开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。     

湖北低山丘陵区侵蚀泥沙颗粒特征及其与地形因子的关系

坡面地形变化是影响侵蚀泥沙颗粒特征的重要因素,深入理解地形因子与侵蚀泥沙颗粒粒径组成及分选特征的关系是研究坡面土壤侵蚀动力学的基础.采用野外降雨试验和粒径分析试验,结合ArcGIS系统识别和提取得到地形因子数据,研究低山丘陵地区侵蚀泥沙颗粒特征及其与地形因子的关系.结果表明:(1)在试验条件下,侵蚀泥沙中黏粒和粉粒总含...     

模拟降雨条件下灌草配置对坡面侵蚀泥沙颗粒分布的影响

为探究不同灌草配置方式对侵蚀泥沙颗粒的分布特征的影响,以种植胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）及紫花苜蓿（Medicago sativa L.）的灌草褐土坡面为研究对象,分别进行降雨强度为30、60、90 mm/h的室内模拟降雨试验。设计3种灌草覆盖度（灌草覆盖度比例分别为1：2(Ⅰ)、2∶1(Ⅱ)、1∶1（Ⅲ））及3种灌草空间配置方式（灌木位于坡上（US）、坡中（MS）、坡下（LS））,以裸坡作为对照组,分析降雨条件下灌草不同覆盖度及空间配置交互作用下侵蚀泥沙颗粒分布特征。结果表明：1）粉粒是侵蚀泥沙中的主要颗粒组成,均值为73%。随着降雨强度的增大,侵蚀泥沙逐渐粗化。90 mm/h雨强条件下,不同灌草配置方式下的粉粒含量值中Ⅱ-LS配置最大（84.8%）,Ⅲ-US最小（40.4%）。2）平均重量直径变化范围为0.023～0.078 mm,分形维数变化范围为2.184～2.740。分形维数和富集率大小规律与平均重量直径相反,细颗粒富集率均大于1。平均重量直径和分形维数的大小主要取决于粗颗粒（极细砂、细砂、中砂）的含量。3）灌草覆盖度和空间配置交互作用对泥沙颗粒分选的作用并不显著（P>0.05）。灌木位于坡下且灌木覆盖度50%、草本覆盖度25%时（即Ⅱ-LS）,对坡面径流泥沙起到较好的水土保持效果。该研究可为华北土石褐土区水土保持措施布设提供理论参考与技术依据。     

用激光法和吸管法测定东北黑土区侵蚀泥沙颗粒组成的差异分析

吸管法是测定颗粒组成的经典方法,激光法作为一种新兴的方法,近年被广泛应用于土壤和河流泥沙颗粒组成的分析中,并逐步应用到侵蚀泥沙粒径分析.为获取激光法与吸管法测定侵蚀泥沙特性指标和不同粒径的差异以及二者之间的转换关系,对18个黑土区侵蚀泥沙样品颗粒组成进行了测定和分析.采用中值粒径D50和平均质量直径MWD进行侵蚀泥沙样品特性分析,激光法比吸管法测定结果明显偏低;但2种方法测定D50和MWD具有很好的线性转换关系(R＞0.9,P ＜0.001).激光法测定的砂粒和黏粒质量分数低于吸管法测定值,测定粉粒质量分数明显高于吸管法测定值.测得砂粒、粉粒和黏粒含量在2种方法间,均具有很好的线性转换关系(R＞0.8,P ＜0.001).进一步细分泥沙颗粒为大于中砂、细砂、极细砂、粗粉和细粉这5个粒级时,2种方法间除极细砂(R=0.764,P＜0.001)外,其余粒级均具有很好的线性转换关系(R＞0.8,P＜0.001).     

三峡库区土壤侵蚀空间分布特征

结合三峡库区的区位特征和数据获取条件,对RUSLE模型的因子算法进行相应修正,最后基于GIS评估库区土壤侵蚀风险及其空间分布特征。结果表明:1)库区年均土壤侵蚀量为1亿8 359.43万t/a,平均土壤侵蚀模数为31.85 t/(hm2.a),水土流失面积占库区土地总面积的66.97%;2)库区土壤侵蚀强度与高程梯度间无直接线性关系,中度以上侵蚀主要分布在500～1 500 m高程带上,其中极强烈、剧烈侵蚀在500～1 000 m间出现频率最高,这应该与该区域强烈的人类活动有关;3)库区土壤侵蚀强度与坡度呈显著正相关,中度以上侵蚀在15°以上坡度带的发生频率急剧增加,其53.74%的面积比例贡献了89.06%土壤侵蚀量;4)库区土壤侵蚀强度在不同坡向上表现为半阴坡>正阴坡>半阳坡>正阳坡,阴坡的侵蚀量稍大于阳坡,占库区总侵蚀量的56.63%。说明500～1 500 m高程带、>15°坡度带以及阴坡是库区发生土壤侵蚀的主要区域,也是水土流失防治及治理的重点区域。     

Runoff,erosion and sediment particle size from smooth and rough soil surfaces under steady rainfall-runoff conditions

The responses of runoff and erosion to soil surface roughness (SSR) have been extensively studied in the past decades; however, most of these studies were conducted at the early stage of rainfall, whereas few studies were specifically conducted during steady runoff conditions. In this study, runoff, soil losses and sediment particle sizes from smooth and rough surfaces were measured after surface runoff stabilisation to improve the understanding of the relationship between SSR and soil erosion. A cascade of two independent soil boxes in which the runoff samples from upslope and downslope boxes can be collected independently or together was used to perform the experiments. The upslope box supplied runoff to the downslope study box. Three rainfall intensities of 50, 75 and 100 mm/h were applied. The results suggest that SSR has a significant effect on soil erosion when runoff reaches a steady state. Although the difference in the runoff rate was small between the rough and smooth surfaces, the sediment rate and concentration of particles were significantly lower for the rough surface than for the smooth surface. Through analysing the particle size distribution (PSD) of sediment, we found that selective sediment delivery is an important reason for the soil erosion reduction by SSR. The rainfall intensity decreased the difference in the sediment rates between the smooth and rough surfaces. The extra inflow increased the runoff rates, sediment rates and concentration rates for both the smooth and rough surfaces; however, the increasing degrees of the runoff rate, sediment rate and concentration rate had significant differences between the rough and smooth surfaces. A stepwise multiple regression showed that significant linear relationships existed between one or more PSDs of 20–50, 50–100, 100–250 and 1000–2000 µm and the sediment rate.     

根据土壤粒径分形估计紫色土水分特征曲线

选择不同质地紫色土,分别根据土壤颗粒的数量和重量分布计算土壤粒径分形维数,并与Tyler和Wheatcraft土壤水分特征曲线模型的拟合分形维数进行比较分析。结果表明,三种途径获得的分形维数与土壤质地密切相关,均表现出土壤黏粒含量越高,质地越细,分形维数越高。土壤粒径数量分布分形维数(2.98～3.26)和土壤粒径重量分布分形维数(2.73～2.81)存在较大的差异,但二者间却存在显著的线性关系。土壤粒径分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数(2.72～2.84)均存在显著的线性关系,尤其是土壤粒径重量分布分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数数值十分接近。通过建立的土壤水分特征曲线模型分形维数与土壤粒径分布分形维数关系式,结合Tyler和Wheatcraft模型进行土壤水分特征曲线预测,预测值与实测值具有良好的一致性,因而根据土壤粒径分形预测紫色土水分特征曲线是可行的。     

坡面覆沙后侵蚀泥沙颗粒分选特性

侵蚀泥沙颗粒大小的分布在一定程度上影响着侵蚀泥沙的搬运和沉积,了解侵蚀泥沙的分选作用将有助于解释泥沙的侵蚀和沉积过程。该文以覆沙坡面为研究对象,采用室内模拟降雨的方法,选取坡度12°、雨强1.5 mm/min的黄土坡面上分别覆盖0.5、1.0、1.5 cm的沙层进行试验。结果表明:坡面覆沙后,坡面粗颗粒物质大部分在产流开始0~10 min内便被冲刷带走;侵蚀泥沙颗粒主要以粉粒为主;坡面覆沙后,在细沟间侵蚀阶段,径流优先搬运大于0.054 mm的颗粒,在细沟侵蚀阶段和细沟侵蚀及细沟间侵蚀的组合阶段,径流搬运的泥沙颗粒以小于0.054 mm的颗粒为主;同时,在产流前期(0~10 min)侵蚀泥沙颗粒主要以大于0.054 mm的颗粒为主;而在产流后期(10 min以后)侵蚀泥沙则主要以小于0.054 mm的颗粒为主。坡面覆沙后,黏粒以团聚体的形式存在,粉粒以单粒的形式存在,而沙粒以细颗粒聚集体的形式存在。该文为进一步研究泥沙沉积后风蚀对水蚀的影响提供数据支撑。     

泥沙粒径与含沙量对迷宫流道滴头堵塞的影响

为探明泥沙粒径与含沙量对内镶片式斜齿形迷宫流道滴头的堵塞过程和原因,采用筛分法,分选出6个小于0.1 mm的粒径段,配制成不同含沙量的浑水,在恒压条件下,采用周期性间歇灌水试验观测流量变化,通过电镜扫描法观测堵塞泥沙结构。试验结果表明:粒径为0.075≤D0.1 mm和0.03≤D0.038 mm的泥沙易引起滴头堵塞;粒径为0.038≤D0.05和D0.02 mm的泥沙较难引起堵塞,且含沙量变化对堵塞的影响较小;粒径0.02≤D0.03 mm和0.05≤D0.075 mm的堵塞情况介于上述两者之间。当含沙量为1.2~1.3 g/L时,是最易引起堵塞的临界含沙量。当0.038≤D0.1 mm时,泥沙在流道内不易形成团聚体,造成滴头堵塞的原因是泥沙沉降、堆积;当D0.038 mm时,泥沙易在流道中凝结成大的团聚体,是造成滴头堵塞的主要原因。     

冻融作用对坡面侵蚀及泥沙颗粒分选的影响

为了探究冻土和解冻土对水力侵蚀的影响,利用室内模拟降雨试验对冻土和解冻土两种坡面的坡面侵蚀过程及泥沙颗粒分选特征进行了研究。结果表明:在降雨条件下,相对于解冻坡面(TS),冻土坡面(FS)的产流时间提前了173s,而产流量、产沙量分别增加了9%和105%;两种坡面侵蚀过程中的土壤颗粒平均重量直径(MWD)大小次序均为溅蚀颗粒径流冲刷泥沙颗粒,且冻土坡面溅蚀颗粒及冲刷泥沙颗粒MWD均显著大于解冻土坡面(p0.05);随着降雨进行,解冻土坡面侵蚀泥沙中的黏粒、细粉粒含量呈先迅速增大后减少的趋势;粗粉粒和砂粒含量则呈先减小后增大的趋势,侵蚀泥沙逐渐向粗颗粒发展;而冻土坡面各粒级颗粒随时间变化相对稳定。研究成果可为进一步揭示冻融作用下坡面水力侵蚀机理提供一定的参考依据。