典型黑土区陡坡植草水土流失防治效果研究

[目的]研究陡坡生物防治与影响因素的变化关系,为侵蚀沟治理、水土保持植被措施配置等决策提供科学依据。[方法]设置2个坡度,7种草本植被配置模式,于2018年6—9月开展了自然小区水土流失监测。[结果] 1∶1.5和1∶1.2坡比边坡草本建植当年分别较裸地平均减流27%和26%,减沙52%和21%,坡度由34°增加到40°,地表径流虽未增加,但土壤侵蚀量明显增加;影响产流产沙的降雨因子主要有雨量,I_(30),E,EI_(30),坡度变陡,相关性增强;建植草无芒雀麦和紫花苜蓿混播减流减沙效果最好,紫花苜蓿、无芒雀麦、早熟禾3种草种混播减流效果优于单播;1∶1.2坡比边坡随着植被盖度的增加减沙效果逐渐增强,且在植被盖度大于50%时减沙效果接近1∶1.5坡比边坡。[结论]在无芒雀麦和紫花苜蓿混播草本配置下,1∶1.2坡比削坡在侵蚀沟治理时可采用,能减少20%的削坡占地面积。     

北京市门头沟地区不同水土保持措施的减水减沙效益

[目的]评价北京市门头沟区水土保持措施的减水减沙效益,为区域水土保持措施的环境效益评估和土壤侵蚀预报参数选择提供依据。[方法]根据2005—2009年北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园内8个径流小区的产流产沙数据,对不同水保措施的蓄水减沙效益进行分析。[结果]坡长不同的径流小区年径流深和土壤侵蚀模数差异显著;梯田和树盘都具有很好的水土保持效益,其减水效益分别达到77.6%和81.0%,减沙效益分别达到84.3%和77.4%;梯田和树盘的影响因子分别为0.17和0.23,玉米、大豆和京白梨的影响因子分别为0.97,0.35和0.85。[结论]研究区内工程措施较植物措施具有更好的水土保持效益,且两者相结合的水土保持效益最佳。     

红壤坡地水土保持措施减流减沙效果研究

根据多年定点观测数据,定量分析了不同水土保持措施的减流减沙效果及差异。地面植被尤其是近地表植被的覆盖有着极其显著的减流减沙作用,只有当不同层次的植被优化配置时,才能达到最佳的减流减沙效果;等高横坡间作的减流减沙作用较顺坡间作更为明显;梯田的减流减沙效果明显,梯壁植草效果更好。     

植被毯措施对黑土农田浅沟侵蚀的防护效果研究

为了探究植被毯在植被恢复早期的浅沟侵蚀防护效果,并为黑土农田浅沟治理提供科学依据。以黑土耕作层土壤为研究对象,通过室内模拟汇流冲刷试验,定量分析了植被毯在不同汇流强度下对农田浅沟侵蚀产流产沙的影响。实验结果显示:在小于30 L/min汇流强度时,植被毯措施可减少16.23%的径流和80%以上的产沙。当汇流强度增大到40 L/min时,植被毯措施减沙效益由82.19%下降到26.63%,而减流效益由15.74%减少到1.63%,基本无减流效果。继续增加汇流强度达到50 L/min时,植被毯措施的减沙效果进一步下降,并最终失去防护作用。研究表明植被毯措施在一定汇流强度下能够有较好的减流减沙作用,且其减沙作用明显高于减流作用。因此,一定条件下,可以有效防治浅沟的进一步侵蚀,且对于改善草被前期生长及生态环境有一定帮助。     

玉米马铃薯间作和起垄对坡面水动力学特性的影响

为了研究间作体系下地表特性对土壤侵蚀的影响,采用人工降雨法分析了玉米马铃薯间作及起垄在不同降雨强度(40,80 mm/h)下的水力学参数的变化特征。结果表明:(1)同一降雨强度下玉米马铃薯间作的阻力系数高于玉米单作处理,雷诺数、弗劳德数和径流流速低于单作玉米处理(P0.05)。7月初80 mm/h降雨强度下玉米马铃薯间作和玉米单作的阻力系数分别为0.41～0.53和0.09～0.10;径流流速分别为0.11～0.12,0.19～0.21 m/s。玉米马铃薯间作的径流流速和阻力系数与马铃薯单作差异不显著(P0.05)。(2)同一降雨强度下间作高垄的阻力系数最高,径流流速、雷诺数和弗劳德数最低。40 mm/h降雨强度下间作高垄、间作低垄、玉米高垄的径流流速分别比玉米低垄分别减少35.71%,35.71%和14.29%。间作条件下起垄能增加坡面流阻力,降低雷诺数和弗劳德数,进而减缓坡面径流流速,这对于坡耕地土壤侵蚀的防治以及农业的可持续发展具有重要的指导意义。     

侵蚀性雨型分类及不同植被类型对棕壤坡面土壤侵蚀的影响

为探讨不同雨型下的植物措施对棕壤坡面土壤侵蚀特征的影响,利用k-均值聚类方法将2018—2019年山东省泰安市下港坡面径流场16次侵蚀性降雨进行分类,结合径流场产流、产沙等监测数据,分析了不同雨型对4种植被措施下坡面土壤侵蚀的影响。结果表明：(1)以降雨历时、降雨量和平均雨强为特征指标,侵蚀性降雨可分为A类(长历时、大雨量、大雨强)、B类(中历时、中雨量、中雨强)和C类(短历时、小雨量、小雨强)3种雨型。(2)与种植玉米相比,A、B雨型下,减流量均呈现板栗花生间作>苹果树>李子树的趋势。在土壤流失量方面：A雨型下,与李子树相比,减沙量呈现板栗花生间作>苹果树>玉米的趋势;B雨型下,与玉米相比,板栗花生间作的减沙率为84.2%,李子树的减沙率为31.2%,苹果树的减沙率为85.1%;C雨型下,减沙量呈现苹果树>李子树>板栗花生间作的趋势。(3)种植玉米的坡耕地土壤侵蚀情况最为严重,平均每年的土壤流失量为18.04 t/hm²;与之相比,板栗花生间作可降低79.57%的土壤侵蚀率,苹果树和李子树可分别降低73.36%,18.55%的...     

不同种植模式对云南省中部坡耕地水土保持的影响

采用田间径流小区试验,研究了坡耕地玉米大豆间作、玉米单作、大豆单作和裸地的水土保持。结果表明,当玉米和大豆采用2∶2的间作种植时,间作处理其产流量比大豆单作、玉米单作和裸地分别减少了19.40%,23.01%和29.40%;土壤流失量比大豆单作、玉米单作和裸地分别减少了29.00%,32.52%和47.21%;径流中携带总N流失量间作处理比大豆单作、玉米单作处理和裸地分别减少了1.62%,19.37%和7.48%,径流中携带总P流失量玉米单作比间作、大豆单作和裸地分别减少了34.75%,31.01%和62.77%;流失土壤中间作处理在有机质、碱解氮、速效磷和速效钾指标流失量均最小;间作处理玉米和大豆的生育期叶面积指数分别高于玉米单作和大豆单作3.74%和4.78%,有利于增加地表覆盖度;按净公顷产值比较,玉米大豆间作、大豆单作和玉米单作其每公顷纯收入分别为35 753.0元/hm2,34 823.8元/hm2和12 946.6元/hm2,间作种植模式的公顷纯收入比单作大豆和单作玉米分别高出了2.6%和63.8%。玉米大豆2∶2间作的种植模式较玉米单作、大豆单作和裸地更具优越性。     

土著AMF与玉米/大豆间作对红壤径流氮形态变化的响应

为了研究土著丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)与间作模式对坡耕地红壤径流氮形态变化的响应,通过自然降雨条件下的径流小区模拟试验,设置不同种植模式(单作玉米、玉米/大豆间作、单作大豆)和不同菌根处理(抑菌(喷施苯菌灵)、未抑菌)进行研究。根据2017年6—9月采集的6次径流水样,分析比较菌根与间作复合处理下径流氮形态变化迁移特征。结果表明:在6次取样时间内,地表径流总氮浓度呈先上升后下降的趋势,硝态氮浓度呈先上升后下降再上升的趋势,而铵态氮浓度则表现出整体下降的趋势,并趋于平缓。所有复合处理中,间作-未抑菌处理的径流总氮浓度最低,较单作玉米-抑菌与单作大豆-抑菌处理显著降低35.0%和42.1%。无论何种种植模式,未抑菌处理的径流硝态氮浓度均明显低于抑菌处理,其中间作-未抑菌处理的径流硝态氮浓度较抑菌处理下的单作玉米与单作大豆处理显著降低,降幅分别为26.2%和33.9%。无论是否抑菌,间作处理的径流铵态氮浓度均低于单作玉米与单作大豆处理,间作-未抑菌处理下其浓度最低,较单作玉米-抑菌与单作大豆-抑菌处理明显降低34.8%和28.2%。由此可见,土著AMF与玉米/大豆间作对径流氮流失具有一定的协同削减潜力。     

黄土丘陵沟壑区不同退耕类型径流、侵蚀效应及其时间变化特征

在自然降水条件下,连续14年对半干旱黄土丘陵沟壑区坡耕地及其4种退耕类型径流、侵蚀进行观测实验。结果表明:坡耕地退耕显著减少地表径流和土壤侵蚀,退耕类型之间径流量和侵蚀量存在显著差异,其大小次序为:农耕坡地>牧草地>乔木林地>自然草地>灌木林地。地表径流和侵蚀具有明显的季节分布特征,减流、减沙效应主要发生于7月和8月。牧草地累积减流、减沙效应随年度增加逐步下降,乔木林地的累积减流效应逐渐下降而减沙效应则逐步增加,灌木林地累积减流、减沙效应持续提高,自然草地则为先增长后降低的过程。14年观测结果表明:累积减流、减沙效应次序为:灌木林地>自然草地>乔木林地>牧草地。牧草地和乔木林地在短期具有较好的减流、减沙效应,而灌木林地和自然草地具有较好稳定持久的水土保持功能。     

黄土高原陡坡地不同植被类型及恢复过程对径流泥沙的影响

[目的]探究不同植被类型及其恢复过程对陡坡地水土流失的影响差异，寻找可以更好地控制陡坡地水土流失的植被类型，进而为黄土高原流域生态环境治理提供理论指导。[方法]基于黄土高塬沟壑区王东沟流域坡地9种不同植被类型的径流小区14 a(2008—2021年)的降雨、LAI和径流泥沙数据，采用单因素方差分析和线性回归分析的方法，研究了不同植被类型的径流泥沙随植被恢复的变化。[结果]不同植被类型减少径流泥沙效果存在差异，侧柏林多年地表径流和土壤侵蚀模数显著高于其他植被类型(p<0.05),其余8种植被间不存在显著差异(p>0.05),白羊草与沙棘林的平均值较低。随着植被恢复，各植被LAI逐渐提高，地表径流与土壤流失显著降低，但不同植被类型表现出的递减规律具有差异，在2021年，白羊草、沙棘、沙棘×刺槐和刺槐林的地表径流和土壤侵蚀模数低于其他植被类型。各植被类型的地表径流与土壤侵蚀模数均符合线性关系(p<0.01),函数系数代表单位径流导致的土壤流失，反映了植被控制土壤侵蚀的能力，白羊草的效果最佳。[结论]草、灌及其混交林的植被恢复措施较纯乔木林可以更好地控制黄土高原陡坡地的水土流...     

秸秆覆盖对东北黑土区坡耕地产流产沙及氮磷流失的阻控

为揭示秸秆覆盖对东北黑土区坡耕地产流产沙及氮磷流失的阻控,通过田间试验,探讨秸秆覆盖模式下,玉米生育期对不同坡度试验小区径流、泥沙和氮磷流失的阻控效果。结果表明:随着耕地坡度的增加,地表径流量、土壤及氮磷流失量逐渐增加。玉米种植条件下,地表径流量与降雨量呈正相关,土壤流失量与降雨量不相关。秸秆覆盖模式对土壤流失的阻控效果均为随坡度的降低,阻控率增加,秸秆覆盖对地表径流和土壤流失阻控率均超过90%。土壤中氮素流失以溶解态氮为主,溶解态氮占总氮的60%以上;磷素流失以颗粒态磷为主,颗粒态磷占总磷的80%以上。秸秆覆盖对土壤中总氮、总磷阻控率均超过85%,对于控制水土流失和降低面源污染风险具有积极意义。     

山东土石山区坡耕地水土流失影响因子定量分析

对山东省临朐、蒙阴、泰安、文登4个水土保持试验站坡耕地径流小区进行径流量和侵蚀量观测,并分别在不同作物、不同坡度、不同坡长、不同降雨条件下,分析径流小区所产生的径流量和侵蚀量的变化规律。结果表明：在相同地形条件下,玉米、花生、小麦＋花生、小麦＋大豆径流小区内的降雨量、降雨强度与径流量、侵蚀量呈线性关系,径流量和侵蚀量变化幅度大小依次为玉米〉花生〉小麦＋花生〉小麦＋大豆;不同坡长、不同坡度花生径流小区的降雨量、降雨强度与径流量、侵蚀量呈线性关系,径流量和侵蚀量随坡长、坡度的增大而增加;在相同坡度、相同坡长条件下,径流量和侵蚀量随降雨量和降雨强度的增大而增大,其增加幅度分别在降雨量50.0-79.9mm、降雨强度〉50mm／h级别时达到最大。     

贵州坡耕地三种种植模式的水土保持效果对比研究

通过研究紫花苜蓿—玉米间作、作物分带轮作和玉米单作3种种植模式下地表覆盖度和表层土壤含水量月变化,年均土壤和养分流失量以及产量等,比较不同模式的水土保持效果。结果表明:紫花苜蓿—玉米间作与分带轮作模式可保持坡耕地全年覆盖,并在整个雨季保持较高的覆盖度。紫花苜蓿根系发达,增加了0—20cm耕层土壤中的根量,增强了土壤的渗透能力,保护了生物多样性,可减少地表径流39.3%,减少土壤侵蚀59.3%;分带轮作可减少地表径流10.4%,减少土壤侵蚀21.3%;两种模式都提高了雨季前和雨季耕层土壤中的水分,减少了水土流失引起的有机质流失29.9%～52.4%,全N流失26.7%～54.9,全钾流失27.3%～70.9%,缓效钾流失21.4%～58.9%,提高玉米产量33.0%～35.9%;紫花苜蓿—玉米间作还可收获紫花苜蓿干草13 664kg/hm2,复合产量是农民习惯的4.1倍;分带轮作可收获大豆、红薯、油菜等,复合产量为12 492kg/hm2,是农民习惯的2.7倍。     

等高反坡阶对坡耕地土壤碳库的影响

[目的]研究坡耕地等高反坡阶措施的蓄水保土和固碳减排效应,为改善云南山区红壤坡耕地土壤侵蚀状况提供科学依据。[方法]自然降雨条件下,通过松花坝迤者小流域1a的野外径流小区定位观测,对有、无等高反坡阶措施条件下的坡面产流产沙和土壤有机碳流失进行对比分析。[结果](1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,因其流失所致的流失量占总有机碳流失量的85%以上,最高达95.38%;(2)等高反坡阶具有显著的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率在5.56%~53.91%,减沙率在18.84%~83.11%,产沙调控作用更优;(3)雨季前后,原状坡面小区土壤碳储量减少率达9.90%,明显高于等高反坡阶小区土壤碳储量的减少率3.99%;(4)通过相关分析发现,2个小区土壤有机碳的流失率与降雨量均未达到显著相关,但与降雨侵蚀力显著相关(p0.05)。径流、泥沙与2个小区有机碳的流失率均达到了显著正相关(p0.05)。[结论]等高反坡阶通过改变地表微地形,减少了坡耕地有机碳的输出。     

四川黄壤区玉米季坡耕地自然降雨及其侵蚀产沙特征分析

为明确玉米全生育期自然降雨特征以及坡耕地产流产沙规律,以研究区自然降雨为基础,采用野外径流小区和室内分析相结合的方法,分别对横坡垄作、平作和顺坡垄作坡面玉米全生育期(苗期、拔节期、抽雄期和成熟期)的自然降雨、径流及侵蚀产沙量进行了测定。结果表明:研究区2015年玉米全生育期内雨量为676.71mm,其中成熟期侵蚀性雨量达411.71mm,占累计侵蚀性雨量的69.85%。玉米全生育期内,产流受雨量、玉米生育期显著影响,横坡垄作产沙受雨量、雨强的影响显著,而平作和顺坡垄作则受雨量、株高的影响显著;产流产沙均随玉米生育期的推进逐渐增加,且产沙受产流影响显著,横坡垄作和平作含沙量先减小后增加再减小,而顺坡垄作则先减小后增加;抽雄期横坡垄作产流显著小于顺坡垄作而产沙显著小于平作和顺坡垄作,成熟期横坡垄作产流产沙显著小于平作和顺坡垄作。研究区自然降雨条件下,雨量是影响黄壤坡耕地产流产沙的最主要因子,产沙滞后于产流;玉米成熟期土壤侵蚀最为严重,横坡垄作是防治研究区水土流失的有效途径,研究成果为山地黄壤水土流失有效防控与农业的可持续发展提供理论参考。     

模拟玉米茎秆流对土壤侵蚀的影响

玉米茎秆流是降雨过程中经玉米冠层截留后沿茎秆流向根部的水量,是种植坡地地表径流的重要组成部分,对植物根部的土壤侵蚀过程具有重要影响。采用人工模拟降雨方法,研究了成熟期玉米茎秆流对坡地土壤侵蚀的影响。试验土槽长为0.40 m、宽为0.23 m、深为0.14 m;采用直径为2 cm的PVC管模拟成熟期玉米茎秆,高度为1.2 m;模拟茎秆流量为5,10,15 g/s,用相同降雨条件下无茎秆流坡地作为对照措施;降雨强度为60,90,120 mm/h,降雨历时108 min,坡度为10°。结果表明:(1)与对照措施相比,茎秆流具有加快坡地地表产流的作用;(2)模拟茎秆流条件下地表产流量和产沙量均高于对照,相较无茎秆流坡地,3个降雨强度下各茎秆流量的产流贡献率为14.90%~43.10%,产沙贡献率为12.47%~26.75%;(3)茎秆流在茎秆周围地表形成细小股流,促使坡地土壤侵蚀过程由面蚀向细沟侵蚀转变,从而增加了坡地土壤侵蚀量。因此,在坡地水土流失计算与评价中应考虑茎秆流的土壤侵蚀作用。     

坡耕地甜玉米地膜覆盖间作模式水土保持效应

针对云南省山地种植措施不合理,水土资源流失严重的现状,进行了甜玉米间作草带和辣椒的水土保持效应研究。结果表明,在降雨集中的6,7,8这3个月,间作处理的径流量比单作处理的径流量平均减少了29.08%,侵蚀量平均减少了52.36%。B处理(甜玉米盖膜+牧草)的总径流量比D处理(辣椒单作)减少了85.05%,B处理的总侵蚀量比C(甜玉米盖膜单作),D处理分别减少了62.58%,63.34%。在极高雨强下,B处理的径流量比D处理减少了75.29%,B处理的侵蚀量比C,D处理的分别减少了81.36%,98.34%。可见,甜玉米间作牧草草带是一种持续利用和保护山地水土资源的有效措施。     

不同耕作措施对黑土坡耕地土壤侵蚀的影响

针对黑龙江省西部半干旱区土壤流失情况,在坡耕地径流小区通过野外人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度、不同耕作措施下降雨产沙产流特征和过程。试验结果表明:降雨强度越大,对地表径流量和侵蚀量的影响越大,即雨强与径流量和泥沙量呈正相关,各种耕作措施的土壤流失顺序是顺坡垄裸地>横坡垄裸地>等高种植地>深松地>秸杆覆盖地>垄向区田地,植被覆盖地能有效控制水土流失,垄向区田地是这几种耕作措施中减少坡耕地水土流失的有效措施。     

秸秆覆盖对岩溶区坡耕地产流产沙的影响

通过室内模拟降雨试验,研究秸秆覆盖对西南岩溶区坡耕地产流产沙的影响。试验处理按照2个雨强(63,100mm/h)和5个秸秆覆盖度水平(0,20%,50%,80%和100%)进行。结果表明:在中雨强(63mm/h)条件下,秸秆覆盖减少了地表径流的径流系数和径流强度,增加了壤中流径流系数和径流强度,在较大秸秆覆盖度下(50%,80%和100%),秸秆覆盖能有效减少土壤流失量;但在大雨强(100mm/h)条件下,秸秆覆盖导致地表径流增加并同时显著减少了壤中流,地表径流的增加同时导致土壤流失量的增加。