坡耕地细沟侵蚀的发生、发展和防治途径的探讨

在坡面股流的流程上，当径流侵蚀力增大到足以冲刷土块，形成小跌水，进而演化为细沟下切沟头时，细沟侵蚀就开始发生了。下切沟头的下切侵蚀和下切沟头间径流对沟底的冲刷、沟头的溯源侵蚀、沟壁的崩塌形成了断续细沟。而一条股流的流程上多个断续细沟溯源侵蚀的连接，就形成了连续细沟。在这个过程中，由于降雨径流侵蚀力和土壤抗侵蚀力在时空上的强弱对比关系，出现细沟的分叉、合并及连通现象。所有这些过程，不但进一步促进了细沟的发展，而且随之造成严重的细沟侵蚀。     

中国水土保持科技发展战略思考

 经过近百年的发展,具有中国特色的水土保持科学体系已经基本形成。进入21世纪,水土保持科学技术研究工作迎来了新的发展机遇,同时面临着许多严峻的挑战。在系统分析国内外现状与问题的基础上,提出了中国水土保持科学技术今后10～15年的发展战略、任务、目标,重点研究领域和关键措施。     

黄土丘陵植被恢复过程中土壤种子库萌发数量特征及动态变化

采用野外定点采样与室内土壤种子萌发试验相结合的研究方法,选取黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区不同植被恢复年限(2,5,12,24,35,55,75 a)及当年农地(对照)的8个样地,研究该区土壤种子库萌发数量特征及动态变化.结果表明,8个不同植被恢复年限样地土壤中可萌发的种子的平均数量为3542.5粒/m2,可萌发种子以双子叶植物为主,约占萌发总数的90%.0～5 cm土层可萌发种子数量变化于166.7～9100.0粒/m2;5～10 cm土层变化于133.38～2120.02粒/m2.土壤中可萌发种子数量随着恢复年限的增加表现先增加后下降的趋势.土壤中可萌发的种子数量随时间的变化近似单峰型,双子叶植物峰值主要出现在第4～6周,而单子叶植物萌发高峰在5～6周.表明在环境,气候等条件适宜时,黄土丘陵区典型草原带可萌发的土壤中的种子可形成萌发高峰.     

基于立体摄影技术的细沟与细沟水流参数测量

细沟和细沟水流参数的准确测量可为深化坡面土壤侵蚀过程研究提供重要理论依据。基于立体摄影测量技术,以坡度为15°和20°的黄土坡面为研究对象,采用人工模拟径流冲刷的方法,对比不同时刻坡面的高精度数字高程模型DEM,提出了动床条件下坡面细沟宽度、深度以及细沟水流宽度、深度的测量和计算方法,分析了2个坡度处理下坡面细沟形态、细沟水流特征及其变化规律,探讨了立体摄影测量技术与其他测量技术在细沟形态及径流特征参数测量方面的异同。结果表明:经过比例尺的校正,可以在垂直拍摄的立体摄影照片上直接准确测量细沟宽度和细沟水流宽度;运用内插法,立体摄影测量技术能较准确地测量细沟深度和细沟水流深度的实时动态变化。随坡长的增加,细沟深度逐渐增大,而细沟水流深度则无明显变化趋势;细沟宽度随坡长的增加呈先增大后减小的变化趋势,而细沟水流宽度逐渐减小;20°坡度下细沟宽度和深度的增加速率分别是15°坡度下的1.7倍和1.3倍;同20°坡度相比,15°坡度条件下的细沟水流的宽度增加了1.7%~13.1%,而2个试验坡度下的细沟水流深度无明显差异。     

A laboratory study on rill network development and morphological characteristics on loessial hillslope

Journal of Soils and Sediments - Rills are basic pathways for runoff, sediment, and pollutant transport at hillslopes within agricultural watershed. The objectives of this study were to investigate...     

雨强和坡度对黄土陡坡地浅沟形态特征影响的定量研究

浅沟形态特征是建立陡坡地坡面浅沟侵蚀预报模型的基础。为了定量研究黄土陡坡地浅沟形态特征,在长8 m、宽2 m、深0.6 cm的试验土槽上制作了雏形浅沟,设计了2个降雨强度(50、100 mm/h)和3个浅沟发生的典型坡度(15°、20°、25°),利用模拟降雨和径流冲刷(10 L/min)相结合的试验方法定量分析了黄土陡坡地的浅沟形态特征。结果表明:降雨强度和坡度的增加均加快了坡面浅沟侵蚀过程并使浅沟沟槽宽度和深度不断增加,25°和100 mm/h降雨强度下的浅沟沟槽平均宽度和深度比15°和50 mm/h降雨强度下的分别增加1.40和0.61倍。根据测针板法得到的3 cm×10 cm精度的地表高程值数据,在Surfer软件中生成不同试验处理下的地面数字高程模型(DEM,digital elevation model)及水流流路图等,发现坡度的增加使两侧坡面细沟汇入浅沟沟槽的坡长增大,而降雨强度的增加则导致浅沟沟槽两侧坡面细沟汇入浅沟沟槽的坡长缩短,同时,沟道密度、地面割裂度和浅沟复杂度均随着降雨强度和坡度的增加而呈现增大的趋势,三者分别变化于0.74~1.48 m/m2、0.13~0.29和1.64~2.84之间,而不同降雨强度和坡度条件下浅沟沟槽宽深比变化于0.65~1.27之间。基于不同试验处理下的DEM,根据相邻格网关系在水平方向上计算方向导数后发现,方向导数格网等值线图可以有效地反映坡面浅沟和细沟的长度、表面积及侵蚀最严重的浅沟沟底位置。     

Microbial activity and community structure in degraded soils on the Loess Plateau of China

Soil erosion is the main process leading to soil degradation on the Loess Plateau of China. The effects of soil‐erosion intensity (sheet, rill, and gully erosion) and different land use (140 y–old secondary forest site, 16 y–old bare site, 6 y–old succession site, and 43 y–old arable site) on gross and net N mineralization, soil organic‐carbon (SOC) turnover, the size and structure of the soil microbial community (phospholipid fatty acid analysis) were assessed. Erosion intensity in the bare plot increased from top slope (sheet erosion) to down slope (gully erosion). The more severe the soil erosion the stronger was the decline of SOC, total N, and microbial biomass (MB). The MBC/SOC ratio decreased whereas the metabolic quotient (qCO₂) increased. Differences in nutrient turnover in the different erosion zones of the bare plot were not significant. The microbial community changed towards less Gram negative bacteria and relative more fungi in the gully‐erosion zone. In forest soils, qCO₂ and the MBC/SOC ratio demonstrate a higher substrate‐use efficiency of the microbial biomass than in bare soils. Gross N mineralization and gross NH consumption clearly indicated a higher microbial activity in forest than in bare soils. Arable land use shifted the soil microbial community towards a higher relative abundance of fungi and a lower one of actinomycetes. During 6 y of natural succession on former bare plots, soil nutrient content and turnover as well as microbial biomass and structure developed towards forest conditions.     

黑土区宽垄和窄垄耕作的顺坡坡面土壤侵蚀对比

宽垄耕作具有明显的增产效应,但顺坡宽垄耕作的坡面土壤侵蚀研究鲜见报道。该文基于野外大型坡面径流场观测和室内模拟降雨试验,对比分析了中国黑土区顺坡宽垄和窄垄耕作的坡面土壤侵蚀差异。结果表明,野外观测和室内模拟条件下顺坡宽垄坡面侵蚀量较之于顺坡窄垄坡面分别减少64.4%～90.4%和33.2%～57.9%,同时2种垄作方式下坡面侵蚀量与径流量均呈现出良好的线性关系(R2≥0.81),但顺坡宽垄处理下的坡面侵蚀量随径流量的增加幅度小于顺坡窄垄处理。野外观测结果还表明,2种垄作方式的坡面侵蚀量皆与降雨侵蚀力PI30和径流量呈显著正相关关系,顺坡宽垄较之于顺坡窄垄减少的坡面侵蚀量随着PI30的增大而呈降低趋势,当PI30为430～605时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少74.8%～90.4%,当PI30为1520～1708时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少64.4%和66.5%。无论是野外观测还是室内模拟试验均表明,与传统的顺坡窄垄相比,顺坡宽垄具有较好防治坡面土壤侵蚀效果。因此,在东北黑土区推广宽垄耕作对保护黑土资源有重要意义。     

小理河流域土地利用空间自相关格局与影响因素分析

为揭示土地利用空间自相关格局与自然社会经济因素的耦合关系,以黄土丘陵沟壑区的小理河流域为研究区,基于全局Moran’s I、Moran散点图和Anselin local Moran’s I分析了500 m×500 m格网尺度上流域土地利用全局和局部空间自相关格局,利用GIS技术研究各类用地在p0.05显著性水平下局部聚集区与高程、坡度、坡向、与水域距离、与道路距离、与居民点距离的关系。结果表明,各土地利用类型都表现出全局空间正自相关特性,但空间正自相关性随着距离的增加而逐渐减弱,且在32 km以内不同土地利用类型自相关程度的空间衰减强度不同。耕地、草地的空间分布呈显著的HH(高值-高值)、LL(低值-低值)聚集趋势,而园地、林地、建设用地和未利用地呈显著的HH聚集趋势。草地HH聚集区主要分布在流域中、上游的丘陵或山地区,林地HH聚集区主要分布在流域下游沟壑区和上游山地区,其他地类HH聚集区集中分布在流域下游宽阔黄土梁或开阔河谷区。随高程和坡度增加,各地类HH、LL聚集区面积总体呈先增加后减小的趋势。在1 000~1 300 m高程区、15°~25°的坡度区以及正阳向和正阴向区域,是各地类HH聚集分布最多样、面积最集中的区域。建设用地和林地HH聚集区主要分布在1 000~1 100 m高程区,耕地、园地和未利用地HH聚集区主要分布在1 100~1 200 m高程区,草地HH聚集区主要分布在1 200~1 300 m高程区。各地类HH聚集区按平均坡度由小到大依次为:建设用地、耕地、园地、林地、未利用地、草地。建设用地、园地和耕地HH聚集区主要分布在正阳向和半阳向区域(正阳向面积最多),林地和草地HH聚集区主要分布在正阴向和正阳向区域(正阴向面积最多)。距水域和道路越远,除未利用地外,各地类HH聚集区面积呈不断减小的趋势;距居民点越远,草地HH聚集区面积呈先增加后减小趋势,而其他地类HH聚集区面积呈不断减小的趋势。各地类HH、LL聚集区集中分布在距水域、道路1.5 km范围内和距居民点3 km范围内。距水域、道路和居民点越近,建设用地、园地和耕地的HH聚集区面积迅速增加。相比HH聚集区,耕地LL聚集区主要分布在1 200 m以上高程区,平均坡度增大,正阳向面积略大于其他坡向面积,与水域和居民点的距离较远且面积呈先增后减的趋势;草地LL聚集区主要分布在1 000~1 200 m高程区、15°~35°坡度区,各坡向上分布面积相差不大,与水域、道路和居民点的距离较近且面积呈不断减小趋势。     

玉米秸秆缓冲带防治黄土坡面细沟侵蚀的效果

采用室内人工模拟降雨试验,设计降雨强度100 mm/h,坡度20°,在2个玉米秸秆缓冲带布设坡位(斜坡长4.5~5.5 m和6.5~7.5 m)与2个降雨历时(单次降雨30 min和2次连续降雨30 min+30 min)的试验处理组合,研究在黄土坡面不同坡位布设玉米缓冲带对防治细沟侵蚀的影响。结果表明:1)玉米秸秆缓冲带可减少坡面侵蚀量和细沟侵蚀量,其中,坡面侵蚀量减少7.3%~14.2%,细沟侵蚀量减少11.0%~30.6%,细沟侵蚀量对坡面侵蚀的贡献率减少3.4%~15.0%,径流含沙量降低5.5%~12.8%;2)单次降雨情况下在斜坡长4.5~5.5 m处布设玉米秸秆缓冲带防治侵蚀的效果最佳,坡面侵蚀量、细沟侵蚀量和径流含沙量分别减少14.2%、30.6%和11.6%,细沟平面密度和细沟平均深度分别减少12.9%和21.9%;3)2次连续降雨情况下在斜坡长6.5~7.5 m处布设玉米秸秆缓冲带防治侵蚀的效果较好,坡面侵蚀量、细沟侵蚀量和径流含沙量分别减少13.5%、25.0%和5.5%,细沟平面密度和细沟平均深度分别减少15.5%和16.3%。