土壤风化速率研究及其应用

土壤矿物风化是土壤、也是整个生态系统中无机矿质养分的最重要来源,不仅为植物长期提供养分和保持土壤的化学平衡稳定性,并缓冲土壤和地表水的酸化,还影响全球气候变化。风化速率在全球碳循环、酸临界负荷和土壤侵蚀等研究中都是非常重要的参数。土壤化学风化是一个不断进行的自然释放过程,气候是最主要的驱动力,而矿物本身的稳定性也影响了风化速率的快慢。由于人为影响下的大气酸沉降和农业活动已经非常普遍,目前的土壤风化速率也因此而改变。本文从风化速率的研究方法、风化速率的影响因素以及风化速率在全球变化中的应用3个方面介绍了近年来在风化速率方面的研究进展,并探讨了相关研究未来的发展趋势。     

植物根系强化黄土土层化学风化速率的作用

黄土的风化主要为植物群落根系的物理作用及其所引起的生物化学作用。利用原状土柱淋滤实验装置及大型挖掘剖面壁法,在陕北黄土丘陵沟壑区进行野外实验研究,定量分析了林、草和农地土壤化学风化的剖面特征及动力学过程。研究结果表明,黄土土层的化学风化具有明显的垂直剖面分异特征,即风化速率随土层深度增加而递减。土壤化学风化的动力学过程可划分为急剧减小和稳定状态两个阶段。不同植被类型土壤风化速率及主导风化矿物组合类型的剖面差异主要受制于直径≤1mm的须根在剖面中的缠绕分布特征。植物根系对土壤风化作用的强化效应为油松林群落>白草群落;油松林群落和白草群落根系显著提高矿物风化速率的稳定土层深度范围分别为0～45cm和0～30cm,有效根密度分别在17根/100cm2和60根/100cm2以上。     

风化成土速率计算模型的研究进展

综合论述了国内外风化成土速率计算模型的研究方法及其成果。质量平衡法主要通过比较土层与成土母质之间元素组成的差异来计算风化速率,其关键是准确测定两者中元素的组成;Barth模型法主要是在小流域范围内通过化学侵蚀过程对沉积物的形成或母岩成土速率进行估算,但在估算时需结合土壤形成的各种条件和自然环境特征、生产力水平,需进行较多的校正;PROFILE模型通过矿物与土壤溶液之间风化和释放盐基阳离子的速率测定风化速率,是目前计算土壤风化成土速率公认的方法;Sr同位素比值法的关键因素是Sr同位素在地壳风化系统,如植被、土壤交换场、河流水、大气沉降和矿物风化中的分配模式和标样的选择,在土壤数据和其它数据的获取方面存在较大困难,仅用于典型土壤的研究。     

川中丘陵区桤木、柏木对紫色土风化与养分特征的影响

[目的] 研究川中丘陵区桤木、柏木树种对紫色土风化与养分特征的影响,为该区水土流失防治与农业生产提供科学依据。[方法] 选择川中丘陵区万安小流域为研究区,以桤木、柏木为研究对象,运用野外调查、剖面挖掘采样等方法,研究桤木、柏木对紫色土剖面风化与养分的影响。[结果] ①桤木、柏木下土壤剖面分形维数分别为2.07和2.13,较对照分别提高了6.47%和9.03%,其中柏木对物理风化的提升幅度高于桤木。②桤木、柏木、对照剖面的化学风化程度差异并不显著,桤木、柏木生长对土壤剖面化学风化的影响较小。③桤木、柏木下土壤剖面综合肥力指数较之对照分别提高了14.08%和11.27%,其中桤木的提升效果优于柏木,其对有机质、全N、碱解N、速效K的提升尤为显著。④桤木、柏木根系分布密度与剖面分形维数、综合肥力指数均呈现较强的正相关关系（p<0.05）,但与化学风化指数的相关关系并不显著（p>0.05）。[结论] 桤木、柏木在提升川中丘陵区紫色土物理风化速率与养分特征方面均发挥了积极的作用。     

中国西南岩溶区土壤允许流失量及防治对策

中国西南岩溶区碳酸盐岩成土物质先天不足,沿用1997年水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—96),显然与岩溶区的实际情况不相适应。在分析影响西南岩溶区碳酸盐岩风化成土因素的基础上,收集了相关的资料、数据和图层,估算了西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土速率,并将成土速率作为土壤允许流失量,重新厘定西南岩溶区水土流失强度的分级标准,微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈分别为<30、30~100、100~200、200~500、500~1 000、≥1 000 t/(km2.a)。同时根据西南岩溶区水土流失过程的基本特点,对该地区以后的水土保持工作提出4点建议:抓住水土流失过程关键环节重点防治;不同岩溶石漠化区采取不同水土保持对策;积极推进生物篱技术;加强岩溶区土壤改良技术研究,提高基本农田的生产效率。     

辽西土石山区机械化水平槽整地技术初探

近年来,随着国家对水土流失治理的重视和加大投入,水土流失治理逐渐转入攻坚阶段。在辽宁省西部的低山丘陵区存在大面积的风化及半风化土石质山区,水土流失严重,传统的鱼鳞坑等微地形措施保存率差,发挥年限短,很难实现预期的治理效果。根据近两年的跟踪观察,机修水平槽治理模式适宜辽西低山丘陵区风化半风化土石质山区治理,具有良好的生态效益、经济效益和景观效益,可作为一项新的治理模式进行推广,提高小流域水土流失综合治理的全面性和系统性。     

南雄县紫色砂页岩水土流失区综合治理效益分析

通过3年的径流小区观测和室内外调查分析,得出在水土流失严重的丘陵沟壑区采取工程和生物措施,可减弱土壤退化过程,加快成土过程,使风化碎屑再风化,其理化性质逐渐向好的方面转化,水土流失得到基本控制。同时为进一步开发利用该区水土资源提供了科学依据。     

模拟酸雨淋溶下强风化土壤矿物风化计量关系研究

矿物风化计量关系对于定量土壤酸化速率至关重要。我国亚热带地区矿物风化强烈,土壤的酸敏感性高。为获取强风化土壤在矿物风化过程中元素释放特征及其化学计量关系,选取花岗岩发育的富铁土,先用EDTA-乙酸铵溶液洗脱土壤胶体上吸附的盐基离子,然后采用改进的Batch法,将洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤同时进行模拟酸雨淋溶。结果表明:(1)洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤的盐基离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))释放情况存在显著差异,洗脱盐基后土壤在淋溶中释放的盐基来源为矿物风化,释放缓慢而平稳;(2)未洗脱盐基土壤在淋溶初期,盐基的释放量较大,随着淋溶的进行,释放量迅速下降,淋溶后期的释放速率与洗脱盐基土壤接近,这说明未洗脱盐基土壤在淋溶初期释放的盐基主要来源于阳离子交换过程,后期则主要来源于风化过程;(3)洗脱盐基土壤和未洗脱盐基土壤经酸雨淋溶释放的各盐基化学计量关系(K~+∶Na~+∶Ca~(2+)∶Mg~(2+))以及盐基离子与硅的化学计量关系(BC∶Si)差异较大,由于未洗脱盐基土壤受到阳离子交换的影响,因此只有洗脱盐基土壤的矿物风化计量关系可以作为定量估算土壤酸化速率的依据。     

侵蚀性风化花岗岩坡地土壤发育特性

采用CT扫描技术、X射线荧光光谱仪化学全量分析和实验室土壤理化特性测试方法,对浙江省典型风化花岗岩坡地土壤发育的主要物理指标、化学风化系数及风化强度进行了测量计算,分析了侵蚀环境下不同地貌部位的土壤发育特征。结果表明:坡地土壤的发育程度较弱,土壤分层不明显,不同地貌部位的土壤风化发育程度排序为坡底<坡中<坡顶,与坡面侵蚀强度的排序正好相反。土壤物理风化指标随土层深度增加的变化规律较强,脱硅富铝化过程随着剖面深度的增加越来越弱,物理风化指标和化学风化指标具有同等作用的表征效果,不同于当地地带性土壤发育中以化学风化为主的特性。水力侵蚀强烈地区的最大风化强度位于20-40 cm处,推得水力侵蚀对土壤发育的影响深度为0-40 cm。     

风化作用对沟谷型泥石流发育环境的影响研究

地质条件是泥石流发育环境的三大条件之一,其主要作用是为泥石流提供固体物源。风化作用对产生泥石流固体物源的影响很大。以岩石的坚固系数为基础,研究了物理及化学风化对形成泥石流固体物源的影响。研究结果表明:(1)物理风化是形成泥石流物源的主要原因,冰劈作用往往造成强烈的物理风化,有利于泥石流的发育(2)化学风化不直接提供固体物源,但碳酸根离子的存在使化学风化不利于泥石流的发育。研究得出岩石坚固系数的物理风化和化学风化修正方法,最终得到形成泥石流的地质因子。形成泥石流的地质因子在汶川地震影响区内判别泥石流的暴发与否的应用研究中取得了较好的结果。     

关于城市水土流失研究中若干问题的探讨

根据近年来从事城市水土流失研究的实践和体会,提出了目前在城市水土流失研究中值得商榷和急需澄清的4个理论问题。(1)城市水土流失概念的界定;(2)通用土壤流失方程式(USLE)在城市水土流失研究中的适用性;(3)城市水土流失的强度分级;(4)由开发建设项目所塑造的地貌形态的概化。并提出了自己的观点,以期起到抛砖引玉的作用,呼吁加强城市水土流失理论方面的研究。     

喀斯特区地下水土流失机理研究

地下水土流失是水土流失过程中非常重要且常被忽视的部分,喀斯特地下水土流失机理涉及的领域很广,与地下岩—土—水—生物作用机理有着内在的关联性。研究表明,可溶性碳酸盐岩、湿热的气候、松散浅薄的土壤、脆弱的植被是导致喀斯特区地下水土流失的主要因素。喀斯特环境的二元结构是地下水土流失的实质,降雨是水土流失的主要外营力,土壤物理性质与碳酸盐岩构成的双层结构是造成地下水土流失的重要因素,植被是防治喀斯特区地下水土流失的关键。     

普定岩溶区水土流失与土壤漏失模式研究

普定县是贵州省水土流失比较严重的地区之一,水土流失面积占全县总面积的60.8%,土壤年侵蚀模数高达4 422.3 t/(km2·a).通过现场调查,对该地区地形特征、岩性特点和水文条件进行综合分析.结果表明,岩溶裂隙、落水洞及地下暗河发育是造成水土流失的主要因素.对岩溶区水土流失与土壤漏失模式进行了概化,探讨了水土流失过程中雨滴溅蚀、坡面侵蚀、落水洞漏失及地下暗河运移之间的关系,从理论上分析了岩溶区水土流失的作用机理,对该地区水土流失防治具有一定的指导意义.     

开发建设项目水土流失特点及减蚀效益分析评价

通过对若干个大中型工程水土保持方案的编制工作,分析了点型工程和线型工程水土流失的主要特点.分析结果表明,不论点型工程还是线型工程施工期水土流失量都占到了总水土流失量的85%左右.点型工程水土流失量为86.6t t/hm2,线型工程水土流失量为202.40 t/hm2.点型工程施工期流失量与面积为线型关系,R2=0.949 7.线型工程施工期流失量与面积为对数关系,R2=0.800 3.实例分析表明,在计算减蚀量时应当慎重选取林草措施减蚀率的值.     

基于RS与GIS的水土流失监测方法实证研究

RS和G IS技术是开展水土流失快速、准确调查与监测的有效手段。选取河南省中部典型区域,根据区域土地利用类型和水土流失影响因子,建立水土流失分级指标,运用RS和G IS技术获取水土流失影响因子信息并进行空间叠加分析,实现了对区域水土流失状况进行调查、分析和管理,具有快速、准确、客观、经济等优势。采用该研究方法能够及时掌握区域水土流失现状、水土保持治理、水土流失动态变化等信息,为建立水土流失动态监测数据库、实现水土流失动态监测奠定基础,从而促进水土保持与水土资源利用工作的顺利开展。     

基于GIS的乌梁素海东岸上游地区水土流失动态变化研究

利用1985,2000和2011年遥感影像和DEM数据,在GIS软件平台下计算了乌梁素海东岸上游地区各水土流失因子,最终得到3期水土流失强度并进行分级。定量地研究了水土流失强度面积的时空变化和各类型水土流失强度的动态转换,并运用马尔可夫模型预测水土流失动态变化。结果表明,1985-2000,2000-2011年水土流失逐年加剧,27 a来微度水土流失面积减少了717.43 km²,而强烈水土流失面积增加了389.23 km²。水土流失加剧的区域主要集中于乌梁素海东部沿岸、中部农牧区以及风沙区,乌拉山、色尔腾山的水土流失已经逐步减弱。2011-2022年微度和轻度水土流失面积仍在减少,强烈和极强烈水土流失面积仍将扩大。通过研究乌梁素海东部上游水土流失强度的演变,可以更好地掌握区域水土流失时空变化规律,为水土保持与生态环境建设提供科学依据。     

关于平原区的水土保持问题

水土流失是指在水力、重力、风力等外营力的作用下,水土资源和土地生产力的破坏和损失,包括土地表层损失和水的损失。我国是世界上水土流失最为严重的国家之一,尤其在山区和丘陵区。随着经济社会的发展,人口、资源、环境矛盾问题日益突出,笔者发现平原区也存在水土流失问题,且由于平原面积大,地貌类型多,加上人为因素的影响,致使平原区水土流失带来的危害日益严重,从贯彻落实新《水土保持法》的角度出发,本文重点介绍平原区水土流失的类型和特点,并提出了治理各种类型水土流失的措施。对于保护平原区的生态环境和促进经济的可持续发展有很重要的意义。     

基于Mann-Kendall方法的水土流失时空格局变化

实时准确把握水土流失的时空变异规律是制定合理有效水土流失防治措施的基础。利用RUSLE方程对浙江省安吉县2000—2012年的水土流失风险进行估算,获取共13期（每年1期）的水土流失时间序列数据。在此基础上,利用Mann-Kendall方法进行水土流失时空格局变化分析。结果表明:研究期间安吉县水土流失风险呈现显著上升趋势,具体表现为遭受水土流失风险范围呈现显著增长的同时,遭受水土流失的风险等级也呈现显著上升趋势。利用Mann-Kendall方法进行水土流失变化分析,较空间叠加分析方法更能真实地反映水土流失的时空格局变异规律,所得结果更为详实,更符合实际,可为水土流失的长时间序列动态变化分析提供新思路。     

东北黑土区土壤退化及水土流失研究现状

东北黑土区严重的水土流失破坏了宝贵的黑土资源,危及当地群众的生产生活条件,恶化了生态环境,制约了当地经济社会的可持续发展,对我国的粮食安全构成了严重威胁。当前黑土区土壤退化及水土流失研究的领域主要集中在:现状研究、影响因素研究以及土壤侵蚀研究。在概述当前黑土区土壤退化及水土流失研究概况的基础上,指出应该加强研究的领域在于综合性的水土流失研究,融雪侵蚀模拟,先进的土壤侵蚀预报模型应用等方面。     

人工模拟降雨与径流冲刷试验在水土流失预测中的应用探讨

新增水土流失预测是开发建设项目水土保持方案编制的重要内容,也是防护措施布设的关键依据,水土流失预测方法及其适用性问题一直受到关注,以实际例子探讨了人工降雨与径流冲刷试验在开发建设项目新增水土流失量预测中的应用