沟蚀过程研究进展

从国内外沟蚀概念对比、沟蚀发生临界模型、沟蚀过程影响因素、沟蚀预报模型、沟蚀研究方法与技术等方面综合评述了近60年国内外沟蚀过程研究进展。提出了今后需要加强研究的重点领域,包括:沟蚀监测方法的标准化和规范化研究;沟蚀过程中沟溯源侵蚀、沟壁崩塌和沟底下切过程的定量表达;浅沟和切沟侵蚀的泥沙搬运能力量化及泥沙输移连续方程;包含浅沟侵蚀的坡面侵蚀预报模型和包含沟蚀的流域侵蚀预报模型;沟蚀防治技术研究。     

降雨和地形因子对黑土坡面土壤侵蚀过程的影响

通过室内模拟降雨试验,研究降雨强度和地形因子(坡度和坡长)对黑土区坡面土壤侵蚀过程的影响。试验处理包括2个降雨强度(50、100mm/h),2个坡度(5°、10°),2个坡长(5、10m)。结果表明:不同试验处理条件下,当降雨强度由50mm/h增加到100mm/h,坡面径流量增加1.4~12.4倍;当坡长由5m增加到10m,坡面径流量增加0.1~3.1倍;坡度对坡面径流量的影响较复杂,受降雨强度和坡长的综合影响。降雨强度、坡度和坡长皆对坡面侵蚀量有重要影响。当降雨强度由50mm/h增加到100mm/h时,坡面侵蚀量增加4.2倍;当坡度由5°增加到10°时,侵蚀量增加0.4倍;当坡长由5m增加到10m时,侵蚀量增加0.5倍,表明降雨强度增加对黑土区坡面侵蚀量影响最大。而当降雨强度、坡度和坡长均增大时,坡面侵蚀量增加18.0倍,说明这3个因素交互作用对坡面侵蚀的影响远大于各因素的单独影响或2个因素交互作用的影响。坡面径流量与降雨强度的关系最密切,其次是降雨强度-坡长交互作用和降雨强度-坡度-坡长交互作用;坡面侵蚀量与降雨强度-坡度-坡长交互作用的相关关系最显著,其次是降雨强度和降雨强度-坡长交互作用。分别建立了坡面径流量和侵蚀量与降雨强度、坡度和坡长的经验关系式。     

东北薄层黑土区作物轮作防治坡面侵蚀的效果与C值研究

作物轮作通过影响通用土壤流失方程(USLE)中作物覆盖和管理因子C值的变化和改良土壤性质而减少坡面土壤侵蚀。基于东北薄层黑土区连续6年大豆—红小豆轮作和裸露休闲坡面小区的径流泥沙和降雨资料,分析了2011—2016年研究区侵蚀性降雨特征,探讨了作物轮作防治坡面土壤侵蚀的效果,研究了作物轮作C值的年内和年际动态变化。结果表明:研究区所有侵蚀性降雨皆发生在5—10月,其降雨量占全年降水量的32.5%～68.1%,且年内和年际分布不均。对于5°坡度的裸露小区,土壤侵蚀主要发生在6—8月,坡面径流量和土壤流失量分别为48.4mm和1 388.2t/(km~2·a);对于5°坡度的作物轮作小区,土壤侵蚀主要发生在5—7月,坡面径流量和土壤流失量分别为19.5mm和166.7t/(km~2·a)。与裸露休闲小区相比,作物轮作小区可使黑土坡面年径流量和土壤流失量减少59.7%和88.0%。大豆—红小豆轮作措施的多年平均C值为0.12,其中大豆作物的C值为0.04,变化范围0.007～0.080;红小豆作物的C值为0.38,变化范围0.28～0.46。大豆和红小豆作物的C值月变化分别为0.01～0.24和0.01～0.80,呈先减少后增加的变化趋势。大豆—红小豆轮作对东北薄层黑土区坡面土壤侵蚀防治有明显效果,研究结果可为薄层黑土区土壤侵蚀定量评价和预报模型的建立提供基础数据。     

垄作方式对薄层黑土区坡面土壤侵蚀的影响

定量评价垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,可为坡面土壤侵蚀防治提供理论参考。基于2012—2015年哈尔滨市野外径流小区监测资料,探讨了顺坡垄、横坡垄、无垄作(裸地休闲对照)垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,分析了不同垄作方式下坡面水沙关系。结果表明:不同垄作方式下径流量和侵蚀量均具有显著差异,坡面径流量和侵蚀量均表现为无垄顺坡垄横坡垄;与无垄作试验处理相比,横坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少了92.4%和98.3%,顺坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少66.4%和72.2%。当坡度由3°增加到5°时,无垄作、顺坡垄作、横坡垄作坡面侵蚀量分别增加了0.8,8.2,5.5倍。3种垄作方式下坡面水沙关系均呈现出良好的相关关系,顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀量随径流量的增加幅度远大于横坡垄作坡面,当坡面径流量10.0mm时,二者坡面侵蚀量急剧增加。     

东北典型薄层黑土区土壤可蚀性模型适用性分析

土壤可蚀性是土壤侵蚀预报和环境效应评价模型的重要参数。该文选取东北典型薄层黑土区宾州河流域为研究区,通过校验极细砂粒含量转换式,分析侵蚀—生产力影响模型(erosion productivity impact calculator,EPIC)、通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)和修正土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE2)3种模型K值估算方法间的差异,以探讨各估算方法在东北典型薄层黑土区的适用性。结果表明:与实测值相比,RUSLE2模型整体"低估"极细砂粒含量,平均低估22.5%;建立的薄层黑土区极细砂粒含量转换方程可使估算精度提高95%以上。RUSLE2模型K值估算方法适用于薄层黑土区。EPIC与USLE模型K值估算方法均"高估"薄层黑土区的土壤可蚀性,但通过建立的修正方程进行校正,仍可用于中国东北薄层黑土区K值估算。该研究可为薄层黑土区及相似地区的土壤侵蚀定量评价和土壤质量危险性评价提供必要的科学依据。     

东北不同黑土厚度区多营力作用的坡面土壤侵蚀试验研究

量化东北黑土区多种外营力作用的坡面复合土壤侵蚀过程,将为坡面水保措施的精确布置提供重要科学依据。基于野外模拟试验,分析了东北典型薄层黑土区(宾县)、中层黑土区(海伦市)和厚层黑土区(克山县)多营力叠加作用的坡面水蚀特征。野外模拟降雨的试验处理包括仅水蚀的试验处理(I)、冻融+水力叠加作用的试验处理(Ⅱ)和冻融+风力+水力叠加作用的试验处理(Ⅲ)。结果表明:与仅有水蚀作用的试验处理相比,冻融作用使典型薄层、中层和厚层黑土厚度区的坡面径流深度分别减小29.4%,39.3%,32.1%;而其使坡面水蚀量分别增加16.3%,36.0%,26.3%;冻融和风力叠加作用使3个黑土厚度区的坡面径流深度分别减少3.6%,4.1%,10.8%,而其坡面水蚀量分别增加38.5%,102.1%,64.1%。试验条件下,从厚层黑土区到中层黑土区再到薄层黑土区,坡面径流深度和坡面侵蚀量均呈增加趋势。冻融作用和冻融+风力叠加作用对3个黑土厚度区坡面水蚀的影响程度从大到小依次皆为海伦黑土>克山黑土>宾县黑土。冻融作用使土壤硬度和土壤抗剪强度分别减小24.4%~36.7%和21.3%~23.9%,从而使土壤可蚀性增加,导致坡面水蚀量增加。地表在风力作用下形成了不同深度和不同大小的风蚀凹痕微形态,导致坡面径流集中和流速增加12.4%~19.1%,坡面径流侵蚀能力和搬运能力增加,从而使坡面水蚀量增加。     

薄层黑土区流域尺度土壤养分对侵蚀-沉积的响应

分析薄层黑土区流域尺度土壤养分与土壤侵蚀速率之间的空间分布关系,可为土壤侵蚀退化评价提供重要的科学依据。基于土壤样品采集与分析测定,结合~(137)Cs示踪技术,对比了典型薄层黑土区流域侵蚀区和沉积区的土壤养分含量,明确了流域尺度土壤养分含量及其空间分布对侵蚀—沉积速率的响应。结果表明:(1)在流域尺度土壤侵蚀对土壤养分含量有重要影响,侵蚀部位土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_3—N)和速效磷(AP)含量较之沉积部位分别降低27.4%,21.1%,29.2%和54.1%,SOC和TN含量在侵蚀部位和沉积部位存在极显著差异,AP含量在侵蚀部位和沉积部位存在显著差异,而NO_3—N含量在侵蚀部位和沉积部位无显著差异。(2)土壤SOC、TN和AP含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系。(3)流域尺度土壤SOC和TN含量空间分布与土壤侵蚀—沉积速率的空间分布呈相反的变化趋势,表明在研究流域土壤侵蚀是造成土壤质量退化的关键驱动因子。     

基于文献计量分析的地下水中氨氮污染去除研究

为研究三十年来地下水中氨氮污染去除的研究热点与发展趋势，本文利用CiteSpace和VOSviewer文献可视化软件，分析了Web of Science数据库和CNKI数据库中已发表地下水中氨氮去除相关文献的发文数量、发文国家及机构、发文作者、载文期刊、关键词和共被引情况。结果表明：2000年之后，地下水氨氮污染去除研究的发文数量不断增长，中美两国在该领域的发文更多、联系更为紧密，近年来在相关政策的推动下，我国在该领域的研究成果明显增多；中国地质大学是发文量最多的机构。目前研究热点集中在材料吸附、厌氧氨氧化、硝化作用等去除方式，研究对象较多关注浅层含水层、潜流带的地下水，未来应更加强新型吸附材料筛选及微生物脱氮等技术的研发，同时注重评估修复技术的绿色可持续。     

典型薄层黑土区前期地表风蚀作用影响坡面水蚀的研究

水力、风力、冻融作用等多营力叠加的复合土壤侵蚀是东北黑土区土壤侵蚀的重要特征,但目前该地区复合土壤侵蚀研究还相当薄弱,进而影响黑土复合侵蚀防治措施的精准实施.采用室内风洞试验和模拟降雨试验相结合的方法,分析前期地表风蚀作用对黑土坡面水蚀的影响.结果表明:(1)前期地表风蚀作用使坡面产流时间明显滞后,但其显著增加了坡面水...