土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用及其评价趋势展望

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层质量退化和土壤生产力不稳定的关键驱动因素。该文从水蚀区坡耕地侵蚀控制和生产功能角度,在解析地块尺度土壤侵蚀、水土保持、农业活动对坡耕地耕层生态过程作用特征的基础上,系统分析了土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用、影响效应及作用途径。认为:1)坡耕地耕层质量变化由降雨侵蚀、耕作活动交互作用的生态过程决定,2种作用的时间、空间尺度不同;耕层土壤参数在坡耕地农业生产中作用分为保水、保土、保肥和增产潜力,由地块尺度农作物-耕层耦合效应决定土壤生产能力、坡耕地水土流失特征及耕层侵蚀性退化方向及程度。2)土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用表现为土壤性质恶化、土壤质量劣化、土地生产力衰退3个方面,耕层土壤物理性质变异程度大于化学性质变异,径流作用导致的土地生产力衰退大于土壤流失作用。3)坡耕地耕层质量评价指标体系应兼顾侵蚀下降、产量提升2个目标,地块尺度诊断指标有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性可作为合理耕层评价最小数据集;坡耕地合理耕层适宜性分为5级,其诊断指标分级标准宜与土壤侵蚀分级和耕地地力分级衔接。4)坡耕地合理耕层评价未来应密切关注耕层质量诊断指标最小数据集、坡耕地合理耕层阈值/适宜值分级标准、坡耕地水土流失阻控标准拟定3个主要方向。研究可为深入认识坡耕地侵蚀性退化机制,辨识坡耕地合理耕层调控途径以及坡耕地合理耕层构建技术参数提供依据。     

土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响

土壤抗剪强度既可评价土壤侵蚀敏感性,也是反映耕层土壤耕作性能的重要参数。不同剪切方式下土壤抗剪强度指标存在一定差异,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用室内重塑土三轴及直剪试验方法,研究容重和含水率对紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度的影响,并分析了2种试验方法的差异性。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤黏聚力(c)总体随容重(ρd)增大而增加,随含水率(w)增加而减小,三轴及直剪试验条件下黏聚力最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为32.33,21.78 kPa。耕层土壤内摩擦角(φ)随容重增加而增大,随含水率增大而减小,三轴及直剪试验条件下内摩擦角最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为22.67°,29.11°。(2)在同一围压下,耕层土壤最大主应力差随容重增加而增大,随含水率增加而减小;在同一容重和含水率水平下,耕层土壤的最大主应力差随着围压升高而增大。(3)耕层土壤容重、含水率的交互作用对黏聚力和内摩擦角影响显著(P<0.05),对坡耕地耕层土壤抗剪强度抵抗侵蚀作用的最优土壤容重-含水率条件为1.4 g/cm^3—10%。(4)不同剪切方式影响了土体抗剪强度指标,耕层土壤黏聚力在三轴试验条件下大于或接近直剪试验结果,而土壤内摩擦角则明显小于直剪试验结果,这主要与两种剪切试验原理差异有关。     

放水冲刷条件下工程堆积体边坡径流侵蚀水动力学特性

煤炭开采过程形成的工程堆积体可导致严重水土流失。该文以重庆市煤矿工程堆积体为研究对象,该文采用土工试验方法和野外实地放水冲刷试验研究了煤矿工程堆积体边坡径流侵蚀特征及其临界水动力条件。结果表明：1）随着径流侵蚀冲刷过程进行,工程堆积体边坡的径流流速、径流剪切力和径流功率均呈现出程度不一波动现象,其变化范围分别为0.187～0.526 m/s、24.336～126.542 Pa、2.763～46.861 N/(m·s),而阻力系数在2.236～19.337之间波动变化。2）除10 L/min放水条件,工程堆积体边坡产流率、产沙率随径流冲刷过程呈先增加、后稳定变化趋势;在不同放水条件（10～30 L/min）下,边坡产流率依次趋于0.5、3.0、3.8、6.3和9.0 L/min,而产沙率在0～27.51 kg/min之间变化,土壤剥蚀率在9.570～4616.064 g/(m2·min)。3）不同坡度工程堆积体边坡临界径流剪切力及径流功率存在较大差异,面蚀阶段临界径流剪切力和临界径流功率以30°堆积体最小,分别为23.95 Pa和1.76 N/(m·s);而细沟侵蚀阶段以25°堆积体临界径流剪切力最小,以40°堆积体临界径流功率最小;土壤侵蚀速率与径流剪切力、径流功率之间具有显著线性关系。4）在放水条件下（10～30 L/min）,工程堆积体径流侵蚀临界坡度分别为34.8°、35°、33.7°、34°、35.2°。研究结果可为煤矿工程堆积体水土流失量预测、水土保持生态修复措施布置提供技术参数和依据。     

土壤侵蚀对坡耕地土壤水分及入渗特性影响

土壤水分对雨养农业坡耕地具有重要意义,利用铲土侵蚀模拟试验小区,对不同侵蚀程度坡耕地的土壤水分特征曲线、土壤入渗、土壤水库特征及抗旱性能进行研究。结果表明:(1)土壤侵蚀程度加剧可以使相同吸力下土壤的容积含水量降低,不利于坡耕地土壤的水分贮存,使坡耕地土壤抗旱性能降低。紫色土坡耕地土壤入渗速率随着土壤侵蚀程度加剧,0～10 cm层土壤入渗速率逐渐降低,同时随着土壤侵蚀程度加剧,不同垂直深度上各个土层土壤入渗速率差异逐渐减小。(2)不同侵蚀程度坡耕地土壤水库特征差异显著,紫色土坡耕地土壤总库容随着土壤侵蚀程度加剧先呈现上升趋势,土壤总库容的大小表现为S_-10(422.7 t·hm^–2)>S_-5(413.1 t·hm^–2)>S_-15(408.2 t·hm^–2)>S_-0(404.9 t·hm^–2)>S_-20(403.5 t·hm^–2)。随着侵蚀程度加剧...     

有机无机复混肥在热带地区双季稻上化肥减施的应用效果

以热带地区典型酸性水稻土为载体,通过设置不施肥处理(CK)、常规化肥(T)、有机无机复混肥(OF)、有机无机复混肥减施10％(10％OF)和有机无机复混肥减施20％(20％OF)等不同试验处理,研究化肥、有机无机复混肥和减量施用对海南省双季稻的产量、养分积累和肥料利用率的影响,评估有机无机复混肥及其减量施用对热带地区土...     

干湿作用对紫色土坡耕地生物埂土壤抗剪强度衰减-恢复效应

在次降雨过程中,生物埂土壤内部经历了干燥-湿润-再干燥的干湿循环过程,对生物埂坎土壤抗剪强度和稳定性造成潜在影响;本文主要研究次降雨后干湿作用对桑树生物埂土壤抗剪强度衰减-恢复效应。采用根系挖掘法、室内直剪试验和土壤理化性质分析等综合性研究手段,全面研究了桑树生物埂根系分布、在次降雨前后(降雨第0~9天)干湿循环过程中生物埂土壤理化变化及抗剪强度响应特征、根系对土壤抗剪强度增强效应。结果表明:(1)不同径级根系随土层深度变化显著,根径级≤1 mm的根系集中于土层深度较浅(0~20 cm)位置,而2 mm<根径级≤5 mm的根系在较深层次(20~40 cm)土壤中穿插生长。(2)桑树生物埂土壤垂直层次土壤容重、土壤孔隙在次降雨前后均存在显著差异(P<0.05)。除30~40 cm土层外,土壤容重在经过一次干湿循环作用后有所增加,增加幅度为5.47%~5.88%,且在第5天时土壤容重达到最大值(各层次依次为1.39,1.37,1.44 g/cm³);土壤总孔隙度、毛管孔隙度随干湿作用时间呈现先增大后减小的趋势,在第1 天(峰值点)发生转折变化。(3)生物埂土壤粘聚力和内摩擦角随着含水率增加呈现出一阶指数衰减变化,各层次土壤粘聚力和内摩擦角在干湿作用过程呈现出先衰减后恢复的“V”型变化趋势;粘聚力与含水率的相关系数为0.68,内摩擦角与含水率的相关系数为0.73。(4)桑树生物埂不同根系径级土体的粘聚力、内摩擦角和抗剪强度与根长密度和根表面积密度呈正相关关系,相关系数在0.30~0.79之间。土壤粘聚力和内摩擦角随含水率增加呈线性衰减的趋势,在次降雨前后生物埂土壤容重、土壤孔隙特征表现为显著性变化;土壤粘聚力和内摩擦角的变化与根长密度、根表面积密度呈正相关关系。生物埂能够改善土壤结构及其土壤通气性,提高土壤养分含量,降低土壤容重,增加土壤孔隙度,为坡耕地耕层作物的生长发育、产量的提高创造有利的条件。     

紫色丘陵区降雨侵蚀力简易算法的模拟

降雨侵蚀力是评价一个地区潜在水力侵蚀危险性和严重程度的重要参数。该文基于野外人工模拟降雨的侵蚀试验,对紫色丘陵区降雨侵蚀力的简易算法进行了模拟研究。结果表明：紫色丘陵区降雨量与土壤侵蚀产流、产沙之间存在极显著正相关,各时段降雨强度I（5、10 、15、30、45 min）能很好地反映紫色丘陵区土壤流失量的变化特征。基于降雨动能E和时段降雨强度的复合因子∑EI5和∑EI10能够很好地反映紫色土丘陵区径流量变化特征,∑EI5可很好地反映该地区土壤流失量变化特征。降雨量P与各时段降雨强度I的复合因子PI5、PI10、PI15对紫色丘陵区坡地产流、产沙起关键作用,尤其是PI5的作用。紫色丘陵区降雨侵蚀力简易计算公式为PI5和∑EI5且二者之间存在定量转换关系,该公式提高了降雨侵蚀力在土壤侵蚀预报模型中的应用价值。对于紫色丘陵区一次降雨而言,5、10、15 min降雨强度及降雨量是水土保持的关键性时段,也是水土资源利用的最佳调控时段;尤其是前5 min的雨强、雨滴大小分布、降雨量对坡地水土流失起重要作用。     

重庆市长寿区水资源可持续利用评价

水既是人类和地球上一切生物生存环境的基本条件,也是保障人类社会及经济活动持续发展的重要资源。该文在对国内外水资源持续利用评价指标研究现状系统分析的基础上,结合长寿区水资源利用特点,采用主成分分析法对评价指标进行筛选,选择了24项指标作为水资源可持续利用评价指标。采用层次分析法确定了24个指标权重,利用综合指数模型计算出长寿水资源可持续发展度为第四级,水资源可持续利用能力较差,提出了长寿区水资源可持续利用的对策。     

高速公路建设中侵蚀环境及水土流失特征的研究

高速公路水土流失属典型的人为加速侵蚀类型,水土流失类型、程度和强度与主体工程建设有直接的因果关系,侵蚀环境由侵蚀动力系统、侵蚀对象和侵蚀地貌单元3部分组成;高速公路水土流失在空间上表现为沿高速公路呈离散型分布,在时间上与主体工程具有高度同一性。在此基础上,通过对重庆市已建、在建和拟建高速公路实地调查和现场量测,对高速公路水土流失防治责任范围内的侵蚀地貌单元及其水土流失特征进行了系统的分类研究,对高速公路沿线不良地质结构稳定性特征及关键控制因子进行了分类探讨,最后也讨论了高速公路沿线环境敏感区特点,以期为高速公路水土流失预测、水土保持措施布局及水土流失监测提供理论支持。     

基于Le Bissonnais法的石漠化区桑树地埂土壤团聚体稳定性研究

石漠化区独特的水土流失作用使该区土壤严重退化,地埂植物作为一种独特的农林复合模式对石漠化区土地质量改善和坡耕地土壤生态修复作用明显,能有效保证坡耕地的生态条件和生产性能。选取石漠化区3种不同管理方式的桑树地埂为研究对象,采用传统湿筛(Cаввинов法)和Le Bissonnais法测定土壤团聚体分布与稳定性特征。结果表明:基于Cаввинов法测定的土壤团聚体稳定性以天然林最好,桑埂自然生草地和清草地相对居中,桑埂农地最差;3种管理方式的桑树地埂土壤团聚体稳定性指数(ASI)随地埂距离均表现为ASI_90cm > ASI_60cm > ASI_30cm,主要原因在于桑树地埂对坡耕地土壤团聚体影响的作用范围主要集中在距株30 cm以内,而在地埂30 cm以外田面农耕活动对土壤团聚体结构影响较大,而受桑树地埂影响作用较小。基于Le Bissonnais法快速湿润(FW)处理后土壤团聚体集中分布在0.5-0.25 mm之间,慢速湿润(SW)和湿润振荡(WS)处理后团聚体主要分布在5-1 mm之间。Le Bissonnais法处理后土壤团聚体稳定性表现趋势与Cаввинов法一致,3种处理后的团聚体分形维数D、MWD和GMD均表现为FW < SW < WS。Le Bissonnais法FW和SW处理后团聚体稳定性指标与Cаввинов法达到极显著相关,说明Le Bissonnais法测定石漠化区土壤团聚体稳定性是可行的;石漠化区土壤团聚体稳定性与有机质和粘粒含量呈显著正相关(0.586 ≤ R ≤ 0.864),这说明石漠化区土壤团聚体稳定性是以上两种土壤胶结物质的黏聚作用形成的,且两种土壤胶结物质对土壤消散作用和粘粒膨胀作用引起的团聚体破坏抵抗性强烈,而对低强度机械干扰引起的团聚体破碎没有明显抵抗性,研究结果对石漠化区坡耕地土壤保持具有重要指导意义。